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Shifting from homogeneous to heterogeneous surfaces in estimating terrestrial evapotranspiration: Review and perspectives

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Science China Earth Sciences 2022年第2期65卷 197-214页

作者： Yuanbo LIU Guoyu QIU Hongsheng ZHANG Yonghui YANG Yinsheng ZHANG Quan WANG Wenzhi ZHAO Li JIA Xibin JI yujiu xiong Chunhua YAN Ning MA Shumin HAN Yifan CUI Nanjing Institute of Geography and Limnology Chinese Academy of SciencesNanjing 210008China School of Environment and Energy Peking University Shenzhen Graduate SchoolShenzhen 518055China Laboratory for Climate and Ocean-Atmosphere Studies Department of Atmospheric and Oceanic SciencesSchool of PhysicsPeking UniversityBeijing 100081China Key Laboratory for Agricultural Water Resources Center for Agricultural Resources ResearchInstitute of Genetics and Developmental BiologyChinese Academy of SciencesShijiazhuang 050022China Key Laboratory of Tibetan Environment Changes and Land Surface Processes Institute of Tibetan Plateau ResearchChinese Academy of SciencesBeijing 100101China Center for Excellence in Tibetan Plateau Earth Sciences Chinese Academy of SciencesBeijing 100101China Faculty of Agriculture Shizuoka UniversityShizuoka 422-8529Japan Northwest Institute of Eco-Environment and Resources Chinese Academy of SciencesLanzhou 730000China Key Laboratory of Ecohydrology of Inland River Basin Chinese Academy of SciencesLanzhou 730000China Aerospace Information Research Institute Chinese Academy of SciencesBeijing 100094China School of Civil Engineering Sun Yat-Sen UniversityGuangzhou 510275China Key Laboratory of Water Cycle and Related Land Surface Processes Institute of Geographic Sciences and Natural Resources ResearchChinese Academy of SciencesBeijing 100101China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China

Terrestrial evapotranspiration(ET)is a crucial link between Earth’s water cycle and the surface energy *** measurement and estimation remain a major challenge in geophysical,biological,and environmental *** work,represented by Dalton and Penman,and the development of theories and experiments on turbulent exchange in the atmospheric boundary layer(ABL),laid the foundation for mainstream methodologies in ET *** the 1990s,eddy covariance(EC)systems and satellite remote sensing have been widely applied from cold to tropical and from arid to humid *** cover water surfaces,wetlands,forests,croplands,grasslands,barelands,and urban areas,offering an exceptional number of reports on diverse ET *** nocturnal ET,hysteresis between ET and environmental forces,turbulence intermittency,island effects on heterogeneous surfaces,and phase transition between underlying surfaces are examples of reported new phenomena,posing theoretical and practical challenges to mainstream ET ***,based on non-conventional theories,new methods have emerged,such as maximum entropy production and nonparametric ***,high-frequency on-site observation and aerospace remote sensing technology in combination form multi-scale observations across plant stomata,leaves,plants,canopies,landscapes,and *** promotes an insightful understanding of diverse ET processes and synthesizes the common mechanisms of the processes between and across spatial and temporal *** the recent achievements in conception,model,and technology serve as the basis for breaking through the known difficulties in ET *** expect that they will provide a rigorous,reliable scientific basis and experimental support to address theoretical arguments of global significance,such as the water-heat-carbon cycle,and solve practical needs of national importance,including agricultural irrigation and food security,precise manageme

关键词： Evapotranspiration Atmospheric boundary layer Heterogeneous surface Uncertainty

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基于高频温度与表面更新理论的蒸散发观测新方法研究进展

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地球科学进展 2023年第11期38卷 1097-1106页

作者：熊育久王旭吴陈彬中山大学土木工程学院广东珠海519082 广东省华南地区水安全调控工程技术研究中心广东广州510275 中国林业科学研究院热带林业研究所广东广州510520 南岭北江源森林生态系统国家定位观测研究站广东广州510520

精准的蒸散发观测是解释和理解水与能量交换过程及其机理的重要途经,亦可为蒸散发遥感产品验证提供数据支持。基于表面更新理论的高频温度法对蒸散发物理过程的描述,不同于经典的涡动相关法,是一种新兴的蒸散发观测手段,其观测精度媲美... 详细信息

精准的蒸散发观测是解释和理解水与能量交换过程及其机理的重要途经,亦可为蒸散发遥感产品验证提供数据支持。基于表面更新理论的高频温度法对蒸散发物理过程的描述,不同于经典的涡动相关法,是一种新兴的蒸散发观测手段,其观测精度媲美涡动相关系统,且高频温度观测系统成本较低(低于波文比系统),在欧美等地获得推广应用。通过梳理高频温度法理论基础与国外近30年的研究进展,结合国内初步观测与研究成果,探讨了高频温度法应用中面临的问题与挑战,为推动国内蒸散发观测方法多源化并从多角度理解蒸散发过程及其机理提供方法支撑。

关键词：蒸散发显热观测方法表面更新能量平衡余项法

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基于AHP-模糊综合评价法的中山市水生态文明城市建设评估

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中山大学学报（自然科学版） 2021年第3期60卷 88-98页

作者：方奕舟陈志和熊育久中山大学土木工程学院广东珠海519082 广东省华南地区水安全调控工程技术研究中心广东广州510275 南方海洋科学与工程广东省实验室广东珠海519082

选取水质污染严重的中山市大涌镇为研究区域,以《水生态文明城市建设评价导则》(SL/Z 738-2016)推荐的指标为基础,建立涵盖水安全、水环境、水生态、水监管、水节约、水文化等6大准则层、总计26项指标层的大涌镇水生态文明城市建设评价... 详细信息

选取水质污染严重的中山市大涌镇为研究区域,以《水生态文明城市建设评价导则》(SL/Z 738-2016)推荐的指标为基础,建立涵盖水安全、水环境、水生态、水监管、水节约、水文化等6大准则层、总计26项指标层的大涌镇水生态文明城市建设评价体系,分别基于《水生态文明城市建设评价导则》的等权评价法与基于非等权的AHP-模糊综合法,对比了研究区2017年水生态文明城市建设的效果。评估结果显示:1)等权评价时研究区水生态文明城市建设得分52(满分104),较低的分值主要由水质污染严重导致水环境得分为零所致;2)尽管基于非等权的AHP-模糊综合评价结果(48分)与等权评价法结果相似,但差异化的权重表明除水环境外,水生态也是制约研究区生态文明建设的主要因子。分析显示若该镇期望水生态文明建设基本达标,水环境各指标应达到导则要求的Ⅱ级,应在后续建设中加以重视。

关键词：生态建设水生态评价指标 AHP-模糊综合评价法中山市

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无人机近景摄影技术在崖壁植物多样性研究中的应用

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生态学报 2021年第16期41卷 6665-6678页

作者：朱佳兴周慧熊育久严恩萍莫登奎中南林业科技大学林学院长沙410004 湖南省林业遥感大数据与生态安全重点实验室长沙410004 国家林业局南方森林资源管理与监测重点实验室长沙410004 中山大学土木工程学院广州510275 中山大学广东省南方水安全调控工程技术研究中心广州510275

崖壁植物具有不可及或不易及的特点,有关崖壁植物的调查一直面临着高成本、高风险和难鉴定的难题。本研究创新性地提出一种采用无人机近景摄影技术对崖壁植物拍照及专家鉴定的调查方法,通过分析崖壁植物群落的Margalef、Simpson与Pielou... 详细信息

崖壁植物具有不可及或不易及的特点,有关崖壁植物的调查一直面临着高成本、高风险和难鉴定的难题。本研究创新性地提出一种采用无人机近景摄影技术对崖壁植物拍照及专家鉴定的调查方法,通过分析崖壁植物群落的Margalef、Simpson与Pielou这3种多样性指数的变化,探究海拔、光照、立地条件与水汽条件这4种因子对崖壁植物多样性的影响。研究结果表明:本次调查共发现崖壁植物267种,分属于58科、140属;崖壁植物物种数目与海拔高度变化服从正态分布,物种数量在中海拔700—800m达到峰值,Simpson指数与Pielou指数在低海拔时达到最高,随海拔的升高而下降,但不表现出明显的变化规律;崖壁植物在不同的立地条件下,植物群落的物种组成、优势种类与出现频率均有所不同;崖壁植物的相关性分析显示,在光照条件出现差异或立地条件不同时,崖壁植物各指数之间存在着不同的显著性关系;近水崖壁植物与对照组的分析结果对比显示,崖壁植物的数量与物种组成受崖壁间水汽条件的影响,崖壁水汽条件越高的地区有着更丰富的植物种类。本研究表明崖壁植物的分布特征是受海拔、光照、立地条件以及水汽条件等多因素的综合作用而成。

关键词：无人机崖壁植物近景摄影植物多样性植物相关关系

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考虑地形起伏的气温插值研究

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水资源与水工程学报 2023年第2期34卷 17-24,32页

作者：王长青方奕舟熊育久中山大学土木工程学院广东珠海519082 广州市珠江前后航道流域事务中心广东广州510641 中山大学水资源与环境研究中心广东广州510275 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519000

气温是地球水热过程的关键因子,反映着气候变化,对气温进行准确测量以探明其时空分布特征对水热研究和气候变化研究具有重要意义。空间插值是获取气温空间分布的重要手段,但地形(如海拔)严重影响气温的空间插值结果,制约了气温空间分布... 详细信息

气温是地球水热过程的关键因子,反映着气候变化,对气温进行准确测量以探明其时空分布特征对水热研究和气候变化研究具有重要意义。空间插值是获取气温空间分布的重要手段,但地形(如海拔)严重影响气温的空间插值结果,制约了气温空间分布数据的准确性。为深入探讨海拔对气温空间插值结果的影响,以地形起伏较大的黄土高原为研究对象,基于研究区的33个国家气象站观测数据、1 km SRTM和DEM数据,系统研究了不同时间尺度下(逐小时、日、月)海拔校正对气温插值结果的影响。结果表明:在小时、日、月3种时间尺度下,气温空间插值结果考虑海拔校正与否存在明显差异,其差值随着海拔的增加而增大;当海拔低于1000 m时,地形校正前后气温月尺度差异相对较小(均值低于0.5℃),当海拔超过2000 m时,地形校正前后气温差异可达3℃,当海拔超过3000 m时,其差异高达6℃;随着时间尺度从逐时到逐日、逐月变化,海拔对气温空间插值结果的影响有弱化趋势。

关键词：气温空间插值反距离权重法地形校正数字高程模型(DEM) 黄土高原

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基于双时相ASAR影像的土壤湿度反演研究

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农业工程学报 2008年第6期24卷 184-188页

作者：赵少华杨永辉邱国玉胡玉昆熊育久地表过程与资源生态国家重点实验室(北京师范大学) 北京师范大学资源学院北京100875 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心河北省节水农业重点实验室石家庄050021

地表粗糙度和湿度是影响裸地后向散射系数的重要因素,为了探求ENVISAT-ASAR数据监测土壤湿度在国内的应用,该文以ASAR影像数据为基础,利用Zribi-Dechambre(2002)经验模型研究了中国科学院南皮农业生态试验站附近一裸地的表面粗糙度和地... 详细信息

地表粗糙度和湿度是影响裸地后向散射系数的重要因素,为了探求ENVISAT-ASAR数据监测土壤湿度在国内的应用,该文以ASAR影像数据为基础,利用Zribi-Dechambre(2002)经验模型研究了中国科学院南皮农业生态试验站附近一裸地的表面粗糙度和地表湿度。对雷达入射角进行归一化处理使之满足模型需求,反演结果表明该区地表粗糙度主要分布0.05～0.50cm之间,土壤体积含水率大多分布在10%～34%之间,局部区域由于一些积水沟渠,使得土壤体积含水率较高,这与调查的实际情况相符合。反演的土壤湿度用地面实测值验证,结果发现模拟值和实测值具有较好的一致性,其RMSE误差为3.7%。该文介绍了在没有地表先验知识的情况下,利用扣除掉土壤粗糙度影响的后向散射反演模型获取土壤湿度的方法。该法仅需要两景相邻近时相并且不同入射角的HH同极化雷达影像,根据其后向散射系数的差值Δσo即可估算出粗糙度和土壤湿度参数,从而方便快捷地监测局部区域的土壤湿度状况。

关键词：高级合成孔径雷达土壤湿度遥感影像反演后向散射系数粗糙度

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绿洲荒漠过渡带风况对波文比和蒸散发的影响

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生态学报 2016年第3期36卷 705-720页

作者：向皎李程张清涛熊育久邱国玉北京大学环境与能源学院深圳518055

波文比-能量平衡法是目前蒸散发研究常用的方法之一。在利用波文比-能量平衡法对荒漠地区,尤其对绿洲荒漠过渡带的蒸散发进行研究时,发现有波文比波动大、蒸散发结果准确性不高等问题。如何提高波文比-能量平衡法在绿洲荒漠过渡带的准... 详细信息

波文比-能量平衡法是目前蒸散发研究常用的方法之一。在利用波文比-能量平衡法对荒漠地区,尤其对绿洲荒漠过渡带的蒸散发进行研究时,发现有波文比波动大、蒸散发结果准确性不高等问题。如何提高波文比-能量平衡法在绿洲荒漠过渡带的准确性成为荒漠干旱区精确研究水分收支急需解决的问题。在以前的研究基础上,发现绿洲荒漠过渡带的不同风况对波文比有不同影响,这可能是造成波文比-能量平衡法在绿洲荒漠过渡带精度不高的主要原因。为了证明这个假设,于2010—2012年在西北民勤绿洲荒漠过渡带进行了野外连续观测,观测了不同风况条件下波文比、不同高度的温度差、湿度差以及蒸散发的变化规律,分析了它们的特征及其影响因素。结果表明,研究区观测期内波文比值在-17.3—16.2范围内变化,波动较大,呈"U"型变化,生长季中期波文比值低于初期和末期;在无风天气,绿洲荒漠过渡带温度、湿度梯度不受水平气流的影响,波文比波动小,异常值少,波文比方法测算出的蒸散量较为准确,能够代表实际蒸散量,所测得民勤绿洲荒漠过渡带波文比日均值为0.07,日蒸散量为1.6mm/d;在绿洲风和荒漠风天气,绿洲荒漠过渡带空气温度、湿度结构发生明显改变,波文比波动大,不同风况使得大气处于逆温或逆湿的状态,波文比-能量平衡法所测得的蒸散量负值增多,适用性降低。因而在应用波文比-能量平衡法估算绿洲荒漠过渡带的蒸散发时应该选择合适的天气和观测点,避开风况对观测结果的影响。

关键词：绿洲荒漠过渡带波文比绿洲风荒漠风

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广东岩溶地区石漠化现状及其综合治理措施探讨

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中南林业调查规划 2011年第1期30卷 15-19页

作者：冯汉华熊育久广东省林业调查规划院广州510520 中山大学地理科学与规划学院广州510275 中山大学华南地区水循环与水安全广东省普通高校重点实验室广州510275

根据2005年野外调查数据,分析广东省岩溶地区石漠化的分布现状、危害及其成因,以及岩溶地区石漠化治理现状与存在问题,提出该区域石漠化治理的总体思路与治理措施,主要包括植被恢复、水土流失治理、开发建设农村新能源、调整农村经济结... 详细信息

根据2005年野外调查数据,分析广东省岩溶地区石漠化的分布现状、危害及其成因,以及岩溶地区石漠化治理现状与存在问题,提出该区域石漠化治理的总体思路与治理措施,主要包括植被恢复、水土流失治理、开发建设农村新能源、调整农村经济结构和建立石漠化监测预警体系。

关键词：生态保护石漠化治理岩溶地区粤北

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模型结构与参数化差异对蒸散发估算的影响

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北京大学学报（自然科学版） 2021年第1期57卷 162-172页

作者：赵文利熊育久邱国玉鄢春华邹振东秦龙君北京大学深圳研究生院环境与能源学院深圳518055 土木工程学院中山大学广州510275

基于2012年黑河绿洲HiWATER高密度通量观测数据,对比研究模型结构差异(单源Penman-Monteith/PM公式与双源PM公式、双源PM公式与双源三温模型)以及PM公式中阻抗参数化差异对蒸散发估算的影响。结果表明:1)与模型结构相对复杂的双源PM公... 详细信息

基于2012年黑河绿洲HiWATER高密度通量观测数据,对比研究模型结构差异(单源Penman-Monteith/PM公式与双源PM公式、双源PM公式与双源三温模型)以及PM公式中阻抗参数化差异对蒸散发估算的影响。结果表明:1)与模型结构相对复杂的双源PM公式相比,单源PM公式计算的蒸散发平均相对误差(MAPE)为34%,略优于双源PM公式的40%;2)对于两种模型结构差异显著的双源模型,模型中不含阻抗参数的三温模型比模型中含阻抗参数的PM公式具有更高的估算精度,前者的MAPE为18%(R2=0.85),后者为40%(R2=0.34);3)两种单源和一种双源阻抗参数化方法导致PM公式计算的蒸散发出现不同程度的差异,MAPE可相差6%;4)使用先验知识/数据事前率定阻抗参数化方法,可显著地提高单源PM公式的计算精度(MAPE可降低22%),但随着模型结构与参数化复杂度增加,事前率定双源PM公式的阻抗参数化方法难以提高计算精度(MAPE仅减小0.8%)。

关键词：蒸散发 Penman-Monteith 阻抗三温模型 HiWATER 黑河

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三温模型与MODIS影像反演蒸散发

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遥感学报 2012年第5期16卷 969-985,977-985页

作者：熊育久邱国玉陈晓宏赵少华田菲中山大学地理科学与规划学院水资源与环境系广东广州510275 中山大学华南地区水循环与水安全广东省普通高校重点实验室广东广州510275 北京大学深圳研究生院环境与能源学院广东深圳518055 环境保护部卫星环境应用中心北京100094 北京师范大学资源学院北京100875

提出三温模型结合MODIS数据反演区域蒸散发的方法,在内蒙古草原开展案例研究,以2008年植被生长季(7—10月)的波文比系统观测数据为标准,对该方法进行检验。结果表明:三温模型反演的蒸散发量,平均值、最大、最小值分别为4.58mm/d、9.03m... 详细信息

提出三温模型结合MODIS数据反演区域蒸散发的方法,在内蒙古草原开展案例研究,以2008年植被生长季(7—10月)的波文比系统观测数据为标准,对该方法进行检验。结果表明:三温模型反演的蒸散发量,平均值、最大、最小值分别为4.58mm/d、9.03mm/d、1.28mm/d;蒸散发反演结果在空间上分布较均匀,与草原的均一性相吻合,在时间上蒸散发的数值先逐渐增大,8月后逐渐减小,与观测结果相一致;三温模型反演的蒸散发量与观测值之间的最小、最大绝对误差分别为0.11mm/d、1.64mm/d,平均绝对误差为0.58mm/d、平均相对误差为17.10%。三温模型在1km空间尺度的反演精度较理想。

关键词：三温模型蒸散发 MODIS 波文比能量平衡法

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