基于高时空分辨率驱动数据的中国区域土壤温度模拟与评估

土壤温度在农业生产中是一个重要的陆面变量,但是仅通过观测很难获取大范围的、时空连续的土壤温度数据,而通过陆面模式模拟的土壤温度可以为农业生产和研究提供较为准确的土壤温度格点场。基于高时空分辨率的驱动数据,使用Noah-MP陆面模式对中国区域的土壤温度进行模拟,并使用2 400多个国家级气象站的土壤温度观测数据对模拟结果进行评估。结果表明:(1)Noah-MP陆面模式能够很好地模拟出中国区域土壤温度的空间分布、时间变化,偏差在±0.5℃以内,相关系数在0.9以上;(2)从选取的8个研究区的土壤温度模拟结果来看,NoahMP陆面模式能够抓住各研究区的土壤温度变化趋势,仅对东北地区冬季的土壤温度存在轻微的低估;(3)基于高时空分辨率驱动数据得到的土壤温度模拟结果具有较高的准确性,对于农业气象研究具有积极意义。     

基于CLDAS2.0驱动数据的中国区域土壤湿度模拟与评估

基于高时空分辨率的中国气象局陆面数据同化系统(CMA Land Data Assimilation System,CLDAS)2.0版本的大气驱动数据,使用Noah-MP陆面模式模拟中国区域2013—2014年土壤湿度的时空变化,将模拟结果与自动土壤水分观测站的逐小时观测值进行对比,并选取6个研究区,分析区域的平均土壤湿度时间变化特点。结果表明:Noah-MP模式能够很好地模拟出中国区域0~10 cm土壤湿度空间分布,模拟值和观测值均呈现由西北向东南和西南地区递增的趋势;从全国尺度来看,模拟值与观测值非常接近,相关系数大于0.9,均方根误差为0.008 m3/m3;从区域尺度看,Noah-MP能够很好地模拟出各研究区土壤湿度的时间变化,但是对于冻土融化时东北地区的土壤湿度存在轻微的低估。基于CLDAS2.0驱动数据得到的土壤湿度模拟结果具有较高准确性,可为农业干旱研究提供一定参考。     

一次梅雨锋暴雨过程中陆面影响的数值模拟研究

[目的]数值模拟一次梅雨锋暴雨过程中的陆面影响。[方法]用耦合了NOAH陆面模块的中尺度大气非静力模式GRAPES-Meso,模拟了2005年7月6～8日江淮流域一次梅雨锋暴雨过程,通过有无陆面过程的敏感性试验,研究了陆面过程对梅雨锋暴雨的影响。[结果]耦合NOAH陆面过程后,GRAPES-Meso能模拟出梅雨锋降水和大气低层西南急流的日变化特征。陆面过程对降水启动、强度和分布的模拟都有改进,其中,对降水启动模拟的改进尤为明显,较好地改善了模式的spin-up问题。不考虑陆气交换,则模式的降水启动非常慢,模拟的降水强度演变与实况差异很大,且不能模拟出降水和西南急流的日变化特征。[结论]陆面过程对此次江淮梅雨过程有重要影响。     

两类订正方案在集合均方根滤波土壤湿度同化中的对比研究

利用Noah陆面模式,基于集合均方根滤波(ensemble square-root filter,简称ENSRF)算法,结合观测和模式2类订正方法,通过构建多个融合同化方案,进行土壤湿度同化研究。其中,模式订正采用粒子群优化算法估计模式参数,观测订正则将观测季节性尺度的特征调整到与模式气候态相当的水平。结果表明,观测订正能够有效减少观测与模式季节尺度差异,从而间接减少同化中的观测误差,而模式订正则有效减少模式参数在同化中产生的误差;引入观测和模式订正后的同化都要优于原始观测且未订正模式的传统同化方案,而单独引入模式或者观测订正并不能够提供给同化方案最佳误差订正信息;结合尺度化的观测订正和参数优化的模式订正,能够使传统土壤湿度ENSRF估计方案得到最大程度的改善。     

不同陆面过程参数化方案模拟效果评估

[目的]模拟南京及其周边一次区域雾天气过程变化过程。[方法]利用2013年12月6日NCEP 1°×1°再分析资料为初始场,采用WRF模式对陆面过程参数化方案进行了敏感性数值试验,利用相关系数、平均偏差、平均绝对偏差、观测值的标准偏差、模拟值的标准偏差等对各参数化方案下的物理量的模拟效果进行评估,并与南京站的地面常规观测资料进行对比。[结果]不同陆面过程参数化方案对大雾天气过程的模拟结果是敏感的,不同的参数化方案模拟的地面温湿风存在较大差异,其中SLAB方案模拟结果可信度最高,偏差范围最小,且各变量的偏差均呈现正态分布状态。[结论]此次大雾过程中相对湿度、温度露点差、地面温度等变量的模拟效果较好,可将其作为判别指标,为后期提高雾过程预报准确率提供依据。     

WRF数值预报模式气象资料的同化处理与对比分析

应用WRF中尺度数值预报模式及其同化模块（WRFDA）对常规观测资料和青岛市气象台多普勒气象雷达资料进行同化试验。以山东半岛2009年7月8日夜间一次暴雨天气过程为例。首先,以7月8日00：00（文中所有时间均为国际时间）NCEP再分析资料为初始场,对00：00的常规观测资料进行同化,积分36 h;其次,将上述试验积分12 h后对7月8日12：00的常规观测资料和多普勒雷达资料进行循环同化试验,并积分24 h。将以上同化后得到的初始场结果和数值预报场结果分别进行对比分析,结果表明：常规观测数据的同化对初始场各层的风、温度、水汽等要素均有影响,但对雨水混合比影响较小;多普勒雷达资料的同化,使初始场的对流层中低层水汽增加,高层水汽减少,并且使中低层雨水混合比增大;多普勒雷达资料对初始场各层的风均有明显影响。多普勒雷达资料对初始场的调整比常规观测资料大一个量级以上,同时同化上述2种数据后显示,风、水汽、雨水混合比结果明显趋近于单独同化雷达数据的结果。以00：00为初始场同时同化常规观测资料并积分36 h的结果,对较大范围的强降水落区的修正效果最好：同化前降水中心位置和降水量与实际观测结果比较相差较大;同化后降水中心和降水量都与实况比较接近,但模式没有模拟出青岛地区小范围的暴雨天气。同化12：00雷达资料后,模式模拟的青岛地区的降水落区与降水量均与实况接近。试验结果说明,同化常规观测资料对中尺度环流形势有较好的改善,能较好地模拟出大范围的降水落区,但对小尺度的系统模拟效果较差;同化多普勒雷达资料对中小尺度强对流天气的模拟效果较好,但仅适用于短时临近预报;而循环同化可以将两者的优点相结合,综合利用2种资料能改善模拟效果,增加预报结论的可靠性。     

GNSS-R陆面遥感为重要补充的土壤水分监测体系设计

介绍了GNSS-R陆面遥感的原理和发展现状,在重庆市土壤水分监测现状分析基础上,设计了一种面向用户需求的土壤水分综合监测体系.在方案设计中,对人工测墒、地面气象站、自动土壤水分监测、卫星遥感干旱监测、 GNSS-R陆面遥感等5种监测手段进行了时间分辨率、空间分辨率、观测代表性的对比分析,说明将GNSS-R陆面遥感作为重要补充进行综合土壤水分监测体系设计是可行的、有益的.研究表明, GNSS-R路面遥感的应用可进一步提高重庆市土壤水分监测体系时空分辨率,填补自动土壤水分观测和卫星遥感在时间分辨率、空间分辨率之间的衔接空白,拓展GNSS连续跟踪站网新应用.与雷达估测降水、卫星重力、陆面资料同化结合,可为长江上游水资源动态监测提供支撑.     

土壤湿度同化数据综合分析处理系统的研制与开发

陆面数据同化系统的输入和输出数据以其格式多样性、海量性为主要特征。以GIS二次开发组件ArcGIS Engine, ArcSDE空间数据库引擎和SQL Server 2005数据库管理工具,利用C#、IDL编程语言,构建土壤湿度同化数据空间数据库,并将气象数据具有时间域、空间域和属性域等多维属性与GIS数据模型相结合,研制开发综合分析处理系统,实现土壤湿度同化输入参数与输出数据的空间分析与管理。系统能够满足陆面同化系统对数据的处理与分析需求,为土壤湿度同化产品的业务应用提供强大的支撑。     

一次海陆风触发的强对流天气过程分析

2019年7月8日午后,辽西地区发生了一次海陆风触发的强对流天气过程,为今后此类天气的预报提供借鉴,应用常规地面、高空观测资料、中国气象局陆面数据同化系统融合资料、营口多普勒雷达资料和欧洲中心数值预报资料等,对此次强对流天气过程进行分析。结果表明:此次过程是发生在对流层底层到中层均是东北气流环境背景下的一次对流性天气,午后的海陆风是其触发条件,850hPa(百帕)的风速辐合导致上升运动进一步加强,600hPa的分流区抑制对流发展。在预报工作中应该加强对中尺度数值预报产品的分析。     

引入作物发育期的陆面模式改进研究

为使陆面模式具有普适性，人们通常在设计时对植被进行简化，使模拟的结果可被接受，但也导致了模拟精度的明显不足。本文将陆面模式BCC＿AVIM中设定的一种抽象庄稼“crop”改为小麦、玉米2种具体的作物；引入作物发育期，使作物根据积温随发育期动态生长；将原本统一的crop分配系数，依据实际观测资料改进为依据发育期阶段变化的分配系数，从而实现在研究区内对具体作物的区分模拟。结果表明，在BCC＿AVIM中引入具体作物发育期并随发育期动态变化的分配系数后，在东北研究区内对叶面积指数有较好的模拟效果；在华北研究区内，因受其他因素限制，叶面积指数虽仍未能表现出明显的双峰特点，但在春季快速生长、订正过大的南北差异、总净初级生产力及根、茎、叶的生物量模拟结果等方面表现出了较好的改进效果，且对温度变化产生了符合实际的反馈。未来仍需要继续深入研究、分析和改进，从而更好地模拟陆面模式BCC＿AVIM中的作物生长过程。     

土地利用变化研究现状

采用文献研究的方法,综合叙述土地利用/覆被变化研究20多年来的研究进展,总结土地变化科学研究的新理论与新方法,并展望了未来土地变化科学研究的方向,进一步加强中国的土地变化科学研究。土地变化科学在土地利用数量变化研究、驱动力研究、土地利用变化模拟研究方面取得了丰硕的成果。一方面是驱动力因子的多样性;另一方面是土地利用变化模拟方法的交叉性,已从数量模拟研究转向空间模拟研究,从单方法模拟研究转向多种方法结合的模拟研究,从生物物理驱动力的建模方式转向生物物理驱动力与社会经济驱动力相结合的建模方式。未来的土地变化研究要加强精度的要求,促进土地变化科学的发展,同时其研究成果能真正引导土地利用规划。参46     

农户行为视角下农业生产性服务对土地规模经营的影响

以我国农业生产性服务发展水平较高的水稻产业为例,在分析农业生产性服务发展现状的基础上,采用国家水稻产业综合实验站固定观察点的农户调查数据,从农户土地规模经营行为视角实证研究农业生产性服务对土地规模经营的影响。结果表明:1)当前我国农业生产性服务产中环节发展水平较高,产前和产后环节发展相对薄弱;2)农业生产性服务促进了土地的规模经营,产中和产后环节生产性服务对农户土地规模经营行为的影响更为显著;3)对不同经营规模农户而言,农业生产性服务对大规模农户土地规模经营行为影响更为显著;4)个体特征、生产经营特征对农户土地规模经营行为也存在显著影响。     

土地利用和土地覆盖变化研究综述

LUCC是现今研究的热点和前沿课题,与其相关的跨学科研究正成为一种趋势。文章从LUCC的发展过程、驱动力、LUCC模型和其与水文效应之闾的关系4个方面简要概述了国内LUCC的研究现状,让人们对该领域的研究有比较全面的认识和了解。以期为土地利用／覆盖变化研究领域的后续研究或者跨学科研究提供参考。     

农村土地流转问题实证研究综述

随着我国经济的快速发展,大量农村劳动力向第二、三产业转移,农村土地流转的规模和速度呈加速发展的趋势。对农地流转的发展状况、动因、限制因素及效果等问题的实证研究进行综述,并指出进一步实证研究的方向。     

耕地资源承载力关键影响因素识别与典型评价模型研究进展

保障粮食安全、实现乡村振兴、助力生态文明建设是当前农业农村工作关注的热点，其核心是耕地资源承载力问题。本文梳理了承载力的概念、起源与发展，系统概述了4种代表性的耕地资源承载力评价模型（农业生态区法、生态足迹法、模型指数法以及综合评价法），归纳了承载力影响因素指标体系和关键影响因素识别的4种方法，对比了4种方法的优缺点。结果表明：影响因素指标体系多出现于大、中尺度耕地资源承载力研究之中，且较为容易构建，而在小尺度的研究中，如村域单元等，尚未形成代表性研究成果；关键影响因素识别多以主观方法为主，如专家咨询法，缺乏定性方法的选择；而耕地资源承载力评价模型趋向于对综合性研究方法的选择。故今后在研究方法选择上也应优先考虑综合评价模型。     

农田N2O排放时空格局的形成机理和全球评估

准确理解全球农田氧化亚氮(N2O)排放时空格局是制定区域或全球N2O减排战略的科学基础。过去40年,国内外在农田N2O排放时空格局的形成机理和全球评估方面开展了大量研究。结合国内外现有实证研究进展,本文梳理了气候、土壤、农艺管理措施对农田N2O排放的空间格局和时间变化的多尺度影响,介绍了最新的排放因子、陆面过程模型、大气反演、升尺度等多模型方法及其全球评估成果。同时,提出了跨区域/样带观测、极端气候控制试验、陆面过程模型的区域预测能力、模型-数据融合系统等未来研究挑战,为推动全球氮循环的科学评估和气候智能型农业的国家建设提供科技支撑。     

城镇土地定级技术应用研究的进展

经过20年的工作实践和理论研究,我国城镇土地定级技术已经日趋成熟,特别是计算机辅助下的多种数学模型和GIS技术的采用,使土地定级过程更加方便快捷,定级结果更加准确有效。数学方法在城镇土地定级中的应用主要集中在级别测算、级别划分、级别验证3个方面,共有近20余种数学方法进行了实证研究;在GIS方法参与城镇土地定级的应用研究中,栅格数据空间分析的应用、DEM数据模型参与下的地形地貌功能分计算、K阶数据场模型作用分值计算及时间距离衰减法确定作用因素的扩散分值等是当前应用研究的主要方向。     

CA-Markov模型在土地利用模拟研究中的应用

土地利用变化模拟研究是土地利用变化研究的热点。研究土地利用变化模拟的方法很多,将各个模型相互结合逐渐成为土地利用变化模拟的研究前沿。该文简要回顾了马尔科夫链模型和元胞自动机模型在土地利用模拟中的研究进展,探讨了这2种模型在研究中的优缺点,并对其今后在土地利用变化模拟中的发展趋势提出了展望,以为土地利用变化模拟研究提供参考。     

我国土地利用／土地覆盖变化研究的特点和问题

我国土地利用/土地覆盖变化的研究自20世纪90年代起发展至今共分为3个阶段,包括理论研究起步阶段、理论应用于实践的快速发展阶段和不断发展与完善阶段。笔者拟从3个不同的发展阶段分析其研究的特点及其存在问题,并对未来我国土地利用/土地覆盖变化研究进行展望。研究结果表明:我国土地利用/土地覆盖变化不论是在时空变化研究、驱动机制研究还是生态环境效应研究和模型模拟研究中都取得较大进步,但在研究过程中未能区分气候变化与人类活动对土地利用变化的影响作用。     

农业可持续发展与土地资源优化配置

在可持续发展主题下，从土地利用优化配置入手，介绍其基本内涵、理论依据用优化目标，阐述土地资源优化配置的基本过程及其配置过程中系列模型的应用，并进一步对其发展前景进行了预测。