Modeling spatial and temporal variations in soil moisture in China

On the basis of station observations, an atmospheric field (ObsFC) was constructed for the Community Land Model version 3.5 (CLM3.5). The model (CLM3.5 driven with ObsFC, hereafter referred as to CLM3.5/ObsFC) was used to simulate soil moisture (SM) from 1951 to 2008 in China. The resulting SM was compared with in situ observations, remote-sensing data and estimations made by various land models, indicating that CLM3.5/ObsFC is capable of reproducing the temporospatial characteristics and long-term variation trends of SM over China. Using an in situ observation-based forcing field improves the simulation of SM. Analysis of SM simulated using CLM3.5/ObsFC shows that the overall spatial pattern of SM was characterized by a gradually decreasing and alternating distribution of arid-humid zones from the southeast to northwest. Regionally averaged SM was the driest over southern Xinjiang Province and western Inner Mongolia, while the most humid regions were located over the Northeast Plain, Jianghuai region and the Yangtze River basin. The long-term variation trends of SM were generally characterized by increases in arid and humid regions and decreases in semiarid regions. Moreover, the variation was relatively intense from the mid-1970s to the mid-1990s in the arid region. The time series was more stable in the humid region except for a period near 1970 and after the year 2003. A downward trend was most prominent in the semiarid region from the 1990s to the end of the time series. For 1951–2008, in the arid, semiarid and humid regions, the SM volume percentage changed by 2.35, −1.26 and 0.08, respectively. The variation trends and intensity remarkably differed among the different regions, with the most notable changes being over the arid and semiarid regions north of 35°N.     

被动微波遥感土壤水分产品降尺度方法研究综述?

利用被动微波遥感反演土壤水分是当前监测土壤含水量最有效的手段之一.但是受限于较低的空间分辨率,被动微波遥感土壤水分产品一般只适用于大尺度研究.为了满足科学研究中对不同分辨率土壤水分产品的需求,对土壤水分降尺度的相关研究成为当前遥感领域的一个研究热点.本文就目前国内外土壤水分降尺度方法进行详细介绍,并比较和评价多元统计回归法、基于物理模型的方法、权重分解、数据同化及空间插值等方法的优缺点及适用条件.最后指出目前土壤水分降尺度方法存在的问题,并提出今后降尺度方法的发展方向.     

基于微波遥感的土壤湿度异常监测

提出地表微波极化差异指数,并利用AMSR-E星载被动微波遥感亮温数据,统计分析了2002-2006年7月上旬新疆微波极化差异指数旬平均分布;通过计算归一化距平,反演得到新疆7月上旬土壤湿度动态变化分布图。结果表明:利用微波极化差异指数能够较好地表征土壤湿度时空异常变化,为定量监测土壤相对干湿程度提供了一种有效便捷的方法。     

基于星载被动微波遥感的地表土壤湿度反演

为了解决传统地面测量站网络不能满足大尺度土壤水分的时、空间变化的问题,而利用微波在土壤水分反演方面具有的独特优势,总结了被动微波遥感模态反演土壤湿度的规律,提出了利用双谱模型计算土壤表面的发射率的方法,并对实验区进行了成功的地表土壤水分反演,取得了理想的结果,该成果对于利用被动遥感技术反演土壤湿度具有一定的技术推广意义。     

青藏高原地表参数的被动微波遥感反演研究

利用被动微波遥感数据TMI和GAMB-Tibet加强观测期的地面观测数据,改进和发展了一个被动微波遥感反演地表温度、土壤湿度和植被含水量的三维查表算法(3-D LUT),并在青藏高原中部中尺度范围内进行了反演试验．对1998年7月1日的数据进行了个例处理,给出了3个地表参数的空间分布结果．进一步考虑了高原对流云对反演结果的影响,对5个月的TMI数据进行了10天的合成处理,利用合成图像运行算法得到了10天平均的结果．结果显示1998年5～9月5个月的土壤湿度反演结果的时空分布与实际情况符合较好;从选取的几个测站的数据比较看,去云处理后得到的土壤湿度反演结果有了明显改善．     

武夷山不同海拔植被带土壤微生物量磷的时空变异

为了阐明我国中亚热带森林区土壤微生物量磷的时空变异特征及其主要影响因子,在福建省武夷山国家自然保护区选择了常绿阔叶林(EBF,海拔500 m)、针叶林(CF,海拔1 200 m)、亚高山矮林(SDF,海拔1 800 m)和高山草甸(AM,海拔2 100 m)共4种不同海拔植被类型作为实验样地进行了相关实验研究。结果表明:土壤微生物量磷含量随着海拔高度的增加显著增加,其中在0～10 cm的表层土壤中,EBF、CF、SDF和AM 4种植被类型土壤微生物量磷年均值分别为12.35、14.63、23.98和31.99 mg/kg,除EBF与CF两种植被类型之间土壤微生物量磷差异不显著外,其他不同海拔植被类型之间土壤微生物量磷含量均差异显著(p<0.05)。土壤微生物量磷含量在0～10 cm土壤表层最高,随着土壤深度的增加而逐渐减小。不同植被类型及不同土壤层次中土壤微生物量磷均具有明显的季节动态变化且变化规律一致,均表现为冬季最高,秋季次之,夏季最低。相关分析表明,在0～10 cm土层影响土壤微生物量磷沿海拔梯度空间变异的主要因子是土壤湿度和土壤有机质含量,而影响土壤微生物量磷季节性变异的主要因子是土壤湿度和土壤温度。     

数字遥感影像判读法在土壤侵蚀调查中的应用

土壤侵蚀调查技术经历了人工实地填图调查、航 (卫 )片目视判读调查之后 ,目前已进入数字遥感影像调查的新阶段 .本文对数字遥感影像判读调查法与常规调查法进行了对比 ,总结了数字遥感影像判读法的优越性 ,同时也指出了目前存在的一些问题     

西北地区暴雨时空变化及异常年夏季环流特征

利用中国西北地区248个观测站1981-2010年逐日降水量资料、NCEP/NCAR再分析资料,对西北地区暴雨的时空变化及环流异常特征进行了分析.结果表明:暴雨主要出现在陕西、甘肃东南部、宁夏东南部,暴雨出现次数依次由东南向西北减少.暴雨的年际差异较大,年内主要集中在7-8月,两个月的暴雨日数占全年的64%,7月最多,8月次之,区域性暴雨7月下旬最多.西北地区大范围暴雨过程偏多年份夏季(7月和8月),西太平洋副热带高压偏强,西脊点伸到110?E附近,亚洲中高纬度多低值系统活动,低层(700 hPa)来自南海的偏东气流与青藏高原南侧的偏西气流合并为偏南气流向北伸展到西北地区东部,将充沛的水汽输送到这一区域,到达35?N附近与西北气流相遇;反之,西北地区大范围暴雨过程偏少年份夏季(7月和8月),西太平洋副热带高压偏弱,远离大陆,亚洲高纬度多高值系统活动,低层是一支偏北气流控制西北地区东部.     

1980年以来长春市主要交叉路口交通量时空变化特征研究

通过对20世纪80年代以来长春市主要交叉路口交通量相关数据的GIS技术分析,研究了主要交叉路口车流量和人流量的时空变化特征,总结了长春市现在的道路网及交叉路口设置及布局存在的问题,进而提出了解决长春市现存的一系列交通问题的措施.     

The temporal and spatial distribution of ancient rice in China and its implications

The relics of ancient rice have been regarded as the most important objective evidence of the origina- tion and spread of rice cultivation.Based on the records of 280 rice relics sites and the rice cropping regionalization as well as the distribution map of paddy soils,the current study compiled the temporal and spatial distribution map of ancient rice distribution in China.The map shows that the distribution of ancient rice is spatially extensive and meantime comparatively concentrated,temporarily covering a long and relatively continuous time-span.The rice relics in the Central China double and single rice cropping regions are among the earliest and the most abundant ones,possessing continuity in time sequence.Combined with the discovery of ancient rice and paddy filed relics,soil micromorphology, pollen combination and element geochemistry,it is suggested that Central China was the origin center of rice cultivation in China.Rice had been spread to the rest part of China in three major waves,also to the East Asian part like Korea and Japan.The temporal and spatial distribution of ancient rice reflects the past environmental change,which is also meaningful to the current rice regionalization and plan- ning as well as food security in China.     

基于遥感和GIS的青岛市土壤侵蚀遥感监测动态变化研究

土壤侵蚀分布具有明显的时空变化特征，研究其时空变化规律对于科学地进行土壤侵蚀防治具有重要意义。应用遥感和GIS技术，监测青岛市土壤侵蚀现状和动态变化情况，1995～2000年水土流失面积减少了430．55km^2，并作出了青岛市1995年和2000年两期的土壤侵蚀强度类型动态变化转换矩阵，此成果可为土壤侵蚀防治、政府公告和生态环境建设服务。     

近20年苏北地区城镇空间扩展遥感监测与分析

采用多时相卫星遥感影像数据,计算城镇用地扩展强度和扩展速度指数,通过空间关联模型和多元线性回归分析方法,定量揭示了区域城镇空间扩展特征的多样性、空间组织异质性和热点区格局演化.研究发现:1990年代以来,苏北地区城镇空间扩展是以中心城市集聚为主导的空间过程,中心城市的主导地位逐渐加强,各中心城市之间差距逐渐缩小,次级中心城市的集聚作用开始显现,城镇用地空间分布趋于分散.在城镇空间扩展的驱动力上1990~2000年为人口增长驱动型,主要表现为人口增长和人均GDP增加;2000~2010年为工业增长驱动型,主要表现为区域生产总值和人均GDP增加.此外,苏南产业转移加快了苏北城镇空间一体化进程.     

土壤重金属污染修复及其遥感评价研究概述

系统分析了土壤重金属污染的生物效应和主要的修复方法,总结了国内外遥感技术在土壤理化特性监测中的研究成果,提出了其在重金属污染修复评价中的应用前景,为进一步开展退化土地资源的修复研究奠定了理论基础.     

东北地区经济增长的时空差异和演化趋势

以东北地区36个地级市为研究对象,从时间、空间两个维度对其经济增长的差异性及其演化趋势进行测算与分析.通过标准差、变异系数对1998—2012年东北地区经济增长的差异程度测算结果表明:15年间东北地区经济总量增长较快,36个地级城市之间经济增长的绝对差异逐年加大,相对差异在波动中不断减小;相对发展率的东北地区区域经济增长空间特征分析显示:相对发展率高的城市主要位于辽宁、吉林两省;运用Theil指数对经济增长差异驱动力分析表明:区内差异的贡献率在地区总差异、区域间差异、区域内差异等三要素中最大;采用R/S分析法对未来15年地区经济增长的差异性演化预测显示:东北地区经济增长的差异性在2013—2027年间仍将呈波动递减趋势,但后期递减的趋势会由较弱趋向平稳.     

An analysis of the spatial and temporal changes in Chinese terrestrial ecosystem service functions

Since Westman(1977) and Ehrlich(1982) put forward the concepts of "the service of nature" and "ecosystem service functions",respectively,methods for conducting value accounting for them,and their practical application have become the subjects of intense study.Based on an overview of available research findings,we discuss three scientific hypotheses.First,the terrestrial ecosystem offers both positive and negative service functions.Second,changes in terrestrial ecosystem service functions lie not only in the number of ecosystem types and the coverage area of each type,but also in their quality.Third,the value of terrestrial ecosystem service functions should be assessed both in terms of the value stocked and the value added.We collected land use data from China during the period 1999-2008,and Normalized Difference Vegetation Index data based on remote sensing images from the Global Inventory Modeling and Mapping Studies for the same period.We then calculated and analyzed spatial and temporal changes in China’s terrestrial ecosystem service values over the 10-year period.Considering temporal change,the total value(stocked) of China’s terrestrial ecosystem service functions decreased from 6.82 trillion Yuan RMB in 1999 to 6.57 trillion Yuan RMB in 2008.During that period,the positive value decreased by 240.17 billion Yuan RMB and the negative value increased by 8.85 billion Yuan RMB.The decrease in total value lies mainly in the humidity control,soil formation,and waste recycling functions.The total value(added) of China’s terrestrial ecosystem service functions increased by 4.31 billion Yuan RMB in 2000,but decreased by 0.13 billion Yuan RMB in 2008(based on the constant price of China in 1999).The value(added) was a negative figure.From the perspective of spatial change,we can see that the supply of China’s terrestrial ecosystem service functions fell slightly over the past 10 years,mainly in Northeast and Southern China.As a result of human activities on ecosystems,the loss of ecosystem service functions’ value was relatively prominent in Shanxi and Gansu provinces,compared with an increase in value in Shaanxi Province.Terrestrial ecosystem service functions’ value per unit area was relatively high in mid-and East China,showing a prominent spatial change over the 10-year period,but low in Western China.Some conclusions are drawn after an in-depth analysis of the factors causing the spatial and temporal changes in China’s terrestrial ecosystem service functions,in the hope that our suggestions will be helpful for the management of China’s terrestrial ecosystems.     

遥感在确定水质参数中的应用进展

论述了应用遥感技术确定水质参数的原理和方法 ,阐述了悬浮颗粒物、叶绿素等几种水质参数的遥感监测方法与现状 ,提出了遥感监测水质的发展方向与展望     

Decadal co-variability of the summer surface air temperature and soil moisture in China under global warming

The self-calibrating Palmer Drought Severity Index (PDSI) is calculated using newly updated ground observations of monthly surface air temperature (SAT) and precipitation in China. The co-variabilities of PDSI and SAT are examined for summer for the period 1961-2004. The results show that there exist decadal climate co-variabilities and strong nonlinear interactions between SAT and soil moisture in many regions of China. Some of the co-variabilities can be linked to global warming. In summer,sig-nificant decadal co-variabilities from cool-wet to warm-dry conditions are found in the east region of Northwest China,North China,and Northeast China. An important finding is that in the west region of Northwest China and Southeast China,pronounced decadal co-variabilities take place from warm-dry to cool-wet conditions. Because significant warming was observed over most areas of the global land surface during the past 20-30 years,the shift to cool-wet conditions is a unique phenomenon which may deserve much scientific attention. The nonlinear interactions between SAT and soil moisture may partly account for the observed decadal co-variabilities. It is shown that anomalies of SAT will greatly affect the climatic co-variabilities,and changes of SAT may bring notable influence on the PDSI in China. These results provide observational evidence for increasing risks of decadal drought and wet-ness as anthropogenic global warming progresses.     

基于Z指数的辽宁省洪涝灾害时空分析

根据辽宁省21个气象站点1958—2008年逐日降水观测数据,通过Z指数计算、区域旱涝等级评定对辽宁省近51年洪涝灾害的时空分布特征进行分析。研究结果表明:从时间变化方面来看,降水变化呈波动式下降趋势,减小趋势为1.963mm/a,且呈周期性变化,主周期约为9年,次周期约为24年和3年;从空间变化方面来看,年平均降水量变化是由辽东南沿海向西北内陆递减;而洪涝灾害频发区与降水集中区的空间分布并不相同,主要集中在辽北、辽中、辽西北部分地区的大、中河流的中下游平原,因受辽东西部高、中部低的地势影响,致使大量降水汇聚于此,因而造成不同程度的洪涝灾害。     

江汉平原农田土壤全氮的多尺度空间结构与成因分析

研究不同尺度的土壤氮素空间变异特征有利于科学表征氮素在连续尺度空间上的变异,从而为制定合理的耕作施肥方案、提高氮肥利用率、降低环境风险提供科学依据.选取江汉平原后湖农场为样区,以土壤全氮为例,分析该区域1 000m和200m两个嵌套采样尺度数据样本,应用经典统计学、地统计学方法和GIS技术,进行空间结构拟合分析,并探讨不同尺度上氮素空间结构形成的影响因素.结果表明:1)不同尺度上空间变异特征差异明显,随着尺度的减小空间相关性变弱;同一尺度,由于受成土因素的影响,不同区域的变程、结构方差等特征函数也不尽相同.2)经土壤氮素空间分布影响因素的方差分析(ANOVA),土地利用方式对土壤全氮的大尺度空间结构无显著性影响,而小尺度上则影响显著;土壤类型对大、小尺度土壤氮素的空间分异均有显著性影响,随尺度增大显著性增强.因此,研究全氮含量变化影响因素的机理时,1 000m采样间距以下全氮含量变化研究需考虑土壤类型可能会带来农场土壤全氮显著性差异的影响,而200m以下采样间距则需同时考虑土地利用和土壤类型给土壤全氮含量带来的显著差异性.     

华南大尺度空中水资源时空演变特征

用1958—2004年NCEP／NCAR再分析资料和中国160站月降水量资料分析了华南年平均大尺度大气水汽汇的时空变化.结果表明：华南地区年平均水汽汇的主要变异区在华南中、东部地区以及华南西南地区、华南中、东部的年平均水汽汇与该地区的年平均降水一样，存在增加的气候变化趋势，而该地区的蒸发量则有减少的趋势。华南西南部的年平均水汽汇则以年际变化为主。华南中、东部以及西南部的水汽汇偏强（弱）时，东亚沿海上空水汽输送异常强（弱）导致这些地区的垂直积分的水汽通量辐合的增强（减弱）。