基于遥感的蒸散发及地表温度对LUCC响应的研究

探讨土地利用/覆盖类型变化(LUCC)对地表温度(LST)和计算蒸散发(ET)的影响，进而了解LUCC对水资源消耗的影响。利用Landsat TM/ETM+遥感数据，解译获取山东省垦利县1987年和2000年的LUCC信息，并利用单窗算法和SEBAL模型分别反演LST，ET。研究发现：由于经济的快速发展，导致1987到2000年13年间山东省垦利县的土地利用/覆盖变化极为显著，变化面积达到总面积的36.12%；土地利用/覆盖的特点基本控制了研究区域的LST和ET的区域分布特点，滨海滩涂、沼泽地、水体的LST值低，而ET值高；建设用地和盐碱地的LST值高，ET值低。不同土地利用/覆盖类型下的各LST和ET基本都表现为单峰型变化。1987年和2000年LST的频率分布特征大体一致，但2000年的各地类LST的分布范围比1987年的LST分布范围变宽。ET的分布变化没有呈现出这个特征，2000年各类型的日ET量都大于1987年的日ET量，两个时期都表现为水体的ET最大，农田次之，建设用地的ET最小。且不同土地利用/覆盖类型下ET和LST之间都存在明显的反相关关系。     

中国1999－2009年土地覆盖动态变化的时空特点

基于SPOT NDVI时间序列研究中国近10 a来（1999－2009年）土地覆盖动态变化的时空特点。首先,对BISE模型进行改进并对数据进行预处理;其次,结合光谱角分类和最小距离分类算法各自的优势构建了一个新的分类算法（SAM-MDM）,并对多年NDVI数据分类和后处理,提高了分类精度,能满足土地覆盖变化趋势分析要求;再次,应用土地覆盖动态度模型和GIS叠加方法分析了全国土地覆盖的时空变化,建立了土地覆盖类型转移概率矩阵;最后,应用马尔科夫（Markov）过程建立了类型转移演化模型,对未来20 a土地覆盖动态变化过程进行了预测。通过该研究探讨了中国土地覆盖近10 a来在时间上的动态变化特点、空间上的变化差异、土地覆盖类型的转移概率分布和未来10～20 a的时空变化趋势。     

基于集合卡尔曼滤波的地表水热通量同化研究

地表水热通量是研究地表能量转换与水文过程中的重要参数,本文借助通用陆面模式CLM3.0(Community Land Model3.0)为动力框架,利用集合卡尔曼滤波作为同化算法构建单站点的地表水热通量同化系统,并利用Ameriflux通量观测网上Chestnut Ridge、ARM SGP Main以及Tonzi Ranch三个站点的通量观测数据进行直接同化地表水热通量试验。结果表明,在三种不同下垫面下,RMSE直接同化水热通量能够很好地改善地表总水热通量的估算效果。经过同化通量观测值,模式输出的通量值的RMSE均有减小。在代表农田下垫面的ARM SGP Main站,感热通量的RMSE由67.49W/m2下降至14.07W/m2,潜热通量的RMSE由70.07W/m2下降至14.35W/m2;在代表森林下垫面的Chestnut Ridge站,感热通量的RMSE由82.56W/m2下降至48.56W/m2,潜热通量的RMSE由42.99W/m2下降至38.92W/m2;在代表草地下垫面的Tonzi Ranch站,感热通量的RMSE由62.99W/m2下降至17.85W/m2,潜热通量的RMSE由44.76W/m2下降至36.01W/m2。相对于通过同化地表温度和湿度间接改善地表水热通量预报的研究结果,直接同化地表水热通量的结果好于前者。但值得注意的是,针对集合同化方法,不同初始场误差、观测误差和大气强迫数据误差的扰动强度都会对同化结果造成影响。从同化系统对3种误差的敏感性分析结果来看:观测误差的影响最大且减小观测误差能够减小同化后的RMSE值,估计观测误差的方法是否合理会直接影响同化结果的好坏;初始场误差对同化后的RMSE值影响最小;另外,增加大气强迫数据误差和初始场误差能减小同化后的RMSE值。     

华北平原夏玉米潜在产量时空演变及其对气候变化的响应

华北平原是我国的粮食主产区,为探讨气候变化可能对该地区粮食产量产生的影响,本文以中国科学院青藏高原研究所的中国区域地面气象要素数据集为基础,对作物生长模型WOFOST(WOrld FOod STudy)进行面域化,模拟华北平原1979—2015年夏玉米的生长情况;利用一元线性回归、经验正交分解(EOF)分析了华北平原夏玉米潜在产量的时空变化,利用逐个栅格相关性分析、奇异值分解(SVD)分析了华北平原不同区域夏玉米潜在产量与全生育期、吐丝前和吐丝后平均温度及日均太阳总辐射的相关性。结果表明,研究区夏玉米潜在产量大致呈现从南向北逐渐升高的特点,大部分地区夏玉米潜在产量为7 000~9 000 kg?hm~(-2);研究区西北部夏玉米潜在产量波动较大,波动较小的地区在北京南部、天津以及河北中部一带,标准差在500 kg?hm~(-2)以下;研究区西北部及河北唐山北部以及山东半岛东部夏玉米潜在产量呈上升趋势,这些地区的夏玉米潜在产量上升幅度大部分在200~600 kg?hm~(-2)?(10a)~(-1);研究区的其余大部分地区夏玉米潜在产量呈下降趋势,其中河北中南部、天津、鲁西北以及皖北的部分区域下降较明显,变化幅度在-250 kg?hm~(-2)?(10a)~(-1)左右。河北西部和东北部、北京西北部以及山东中部和东部等地区的夏玉米潜在产量与气温具有较显著的相关关系,相关系数在0.9以上,这些地区的夏玉米潜在产量在过去37年呈上升趋势,表明这些地区夏玉米潜在产量的增加可能是由气温上升导致的。北京东部和南部、天津、河北中南部及秦皇岛唐山南部、山东、河南东部、皖北和苏北等地区的夏玉米潜在产量与太阳总辐射具有较好的相关关系,相关系数在0.8左右,其中,吐丝后通过显著性检验的区域较吐丝前大,相关系数也较吐丝前大,该区域大部分地区夏玉米潜在产量呈下降趋势,可能是由该区域太阳总辐射下降导致的,且总辐射的下降主要对夏玉米的生殖生长阶段构成影响。总的来说,研究区夏玉米潜在产量上升的区域与温度的上升有关,温度的变化是这些地区夏玉米潜在产量变化的主导因子;研究区夏玉米潜在产量下降的区域与太阳总辐射的下降有关,太阳总辐射的变化是这些地区夏玉米潜在产量变化的主导因子。因此,气候变化背景下针对华北平原不同地区制定不同的合理应对措施显得尤为重要。