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Evaluating Common Land Model Energy Fluxes Using fluxnet Data

Advances in Atmospheric Sciences 2017年第9期34卷 1035-1046页

作者： Xiangxiang ZHANG Yongjiu DAI Hongzhi CUI Robert E.DICKINSON Siguang ZHU Nan WEI Binyan YAN Hua YUAN Wei SHANGGUAN Lili WANG Wenting FU College of Global Change and Earth System Science Beijing Normal University School of Atmospheric Sciences Sun Yat-sen University Department of Geological Sciences the University of Texas at Austin

Given the crucial role of land surface processes in global and regional climates, there is a pressing need to test and verify the performance of land surface models via comparisons to observations. In this study, the eddy covariance measurements from 20 fluxnet sites spanning more than 100 site-years were utilized to evaluate the performance of the Common Land Model （CoLM） over different vegetation types in various climate zones. A decomposition method was employed to separate both the observed and simulated energy fluxes, i.e., the sensible heat flux, latent heat flux, net radiation, and ground heat flux, at three timescales ranging from stepwise （30 rain） to monthly. A comparison between the simulations and observations indicated that CoLM produced satisfactory simulations of all four energy fluxes, although the different indexes did not exhibit consistent results among the different fluxes, A strong agreement between the simulations and observations was found for the seasonal cycles at the 20 sites, whereas CoLM underestimated the latent heat flux at the sites with distinct dry and wet seasons, which might be associated with its weakness in simulating soil water during the dry season. CoLM cannot explicitly simulate the midday depression of leaf gas exchange, which may explain why CoLM also has a maximum diurnal bias at noon in the summer. Of the eight selected vegetation types analyzed, CoLM performs best for evergreen broadleaf forests and worst for croplands and wetlands.

关键词： model evaluation Common Land Model fluxnet

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基于fluxnet观测数据与VPM模型的森林生态系统光合作用关键参数优化及验证

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应用生态学报 2016年第4期27卷 1095-1102页

作者：贾文晓刘敏佘倩楠尹才朱希扬象伟宁华东师范大学上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室上海200241 华东师范大学生态与环境科学学院上海200241 华东师范大学地理科学学院上海200241

生态系统总初级生产力(GPP)是全球生态系统碳循环研究的重要组成部分.植被最大光能利用率(ε_(max))是陆地生态系统GPP模拟的关键参数.本文基于植被光合模型(VPM)和全球通量网(fluxnet)40个站点(179条站点年数据)的涡度相关通量观测数据... 详细信息

生态系统总初级生产力(GPP)是全球生态系统碳循环研究的重要组成部分.植被最大光能利用率(ε_(max))是陆地生态系统GPP模拟的关键参数.本文基于植被光合模型(VPM)和全球通量网(fluxnet)40个站点(179条站点年数据)的涡度相关通量观测数据,采用单因素轮换法对VPM模型进行参数敏感性分析,并利用交叉验证法对全球森林生态系统的光合作用关键参数进行优化和验证.结果表明:森林生态系统GPP模型受ε_(max)、光合最高温度(T_(max))以及光合最适温度(T_(opt))的影响最大;优化后的ε_(max)在不同植被类型之间存在明显差异,介于0.05~0.08μmol CO_2·μmol^(-1)PAR,常绿阔叶林>常绿针叶林>混交林>落叶阔叶林;优化后的森林生态系统Tmax为38~48℃,Topt为18~22℃;利用分植被类型优化后的模型关键参数,VPM模型可较好地模拟全球主要森林生态系统GPP的季节和年际变化.

关键词：最大光能利用率 VPM模型 fluxnet 参数优化

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MODIS V006和V005全球反照率产品精度对比分析

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遥感学报 2018年第1期22卷 97-109页

作者：冯智明闻建光肖青游冬琴林兴稳吴小丹中国科学院遥感与数字地球研究所遥感科学国家重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

反照率作为一种非常重要的地表能量平衡、全球变化研究的参数,在众多研究领域中得到了广泛的应用,到目前为止已经有多种全球范围的反照率产品进行业务化生产和发布,针对不同反照率产品质量评价的研究也变得愈加重要。MODLAND团队在MODIS... 详细信息

反照率作为一种非常重要的地表能量平衡、全球变化研究的参数,在众多研究领域中得到了广泛的应用,到目前为止已经有多种全球范围的反照率产品进行业务化生产和发布,针对不同反照率产品质量评价的研究也变得愈加重要。MODLAND团队在MODIS V005反照率产品反演算法的基础上通过改进16天周期内观测数据加权的方法生产出新版本的反照率产品MODIS V006。本文针对MODIS两个版本V005及V006的反照率产品,利用fluxnet地面站点数据,比较验证两个版本反照率的总体精度以及在不同地表类型条件下的精度差异,同时通过交叉验证的方法分析二者的差异及稳定性。验证结果表明,MODIS V006反照率产品虽然在全反演高质量的数据比例上较V005有所下降,但是在同等条件下V006在提高时间分辨率的同时其精度也有所提高,在不同的地表类型条件下精度也优于V005,且在时间序列分布上具有稳定比例的高质量数据,可以满足大多数应用的精度需求。

关键词：遥感反照率验证 MODIS fluxnet 质量控制标识

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Recent progress and future directions of ChinaFLUX

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Science China Earth Sciences 2006年第S2期49卷 1-23页

作者： YU Guirui , FU Yuling, SUN Xiaomin, WEN Xuefa & ZHANG Leiming Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China School of Earth Sciences, Graduate University of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research Chinese Academy of Sciences Beijing China School of Earth Sciences Graduate University of the Chinese Academy of Sciences Beijing China

The eddy covariance technique has emerged as an important tool to directly measure carbon dioxide, water vapor and heat fluxes between the terrestrial ecosystem and the atmosphere after a long history of fundamental research and technological developments. With the realization of regional networks of flux measurements in North American, European, Asia, Brazil, Australia and Africa, a global-scale network of micrometeorological flux measurement (fluxnet) was established in 1998. fluxnet has made great progresses in investigating the environmental mechanisms controlling carbon and water cycles, quantifying spatial-temporal patterns of carbon budget and seeking the "missing carbon sink" in global terrestrial ecosystems in the past ten years. The global-scale flux measurement also built a platform for international communication in the fields of resource, ecology and environment sciences. With the continuous development of flux research, fluxnet will introduce and explore new techniques to extend the application fields of flux measurement and to answer questions in the fields of bio-geography, eco-hydrology, meteorology, climate change, remote sensing and modeling with eddy covariance flux data. As an important part of fluxnet, ChinaFLUX has made significant progresses in the past three years on the methodology and technique of eddy covariance flux measurement, on the responses of CO2 and H2O exchange between the terrestrial ecosystem and the atmosphere to environmental change, and on flux modeling development. Results showed that the major forests on the North-South Transect of Eastern China (NSTEC) were all carbon sinks during 2003 to 2005, and the alpine meadows on the Tibet Plateau were also small carbon sinks. However, the reserved natural grassland, Leymus chinensis steppe in Inner Mongolia, was a carbon source. On a regional scale, temperature and precipitation are the primary climatic factors that determined the carbon balance in major terrestrial ecosystems in

关键词： eddy covariance flux measurement carbon budget terrestrial ecosystem fluxnet ChinaFLUX.

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Linking observation,modelling and satellite-based estimation of global land evapotranspiration

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Big Earth Data 2020年第2期4卷 94-127页

作者： Jiahua Zhang Yun Bai Hao Yan Huadong Guo Shanshan Yang Jinwen Wang Key Laboratory of Digital Earth Science Aerospace Information Research InstituteChinese Academy of SciencesBeijingChina College of Earth and Planetary Sciences University of Chinese Academy of SciencesBeijingChina Remote Sensing and Digital Earth Center College of Sciences and TechnologyQingdao UniversityQingdaoChina National Meteorological Center China Meteorological AdministrationBeijingChina

Evapotranspiration(ET)is a pivotal process for ecosystem water budgets and accounts for a substantial portion of the global energy *** this paper,the exited actual ETmain datasets in global scale,and the global ET modeling and estimates were focused on *** Source energy balance(SEB)models,empirical models and other process-based models are *** for ET estimates by SEBmodels highly depends on accurate surface temperature retrieval,and SEB models are hard to apply in large heterogeneous *** Penman-Monteith(PM)equations are thought to be with considerable sound ***,it involves large number of parameters,which are not all global available.A simplified PM equation by Priestley and Taylor(PT)is found to perform well on well-watered *** both PM and PT equations in estimating ET,the key is to consider the constraint from surface resistance primarily water *** are simple but the accuracy of which highly depends on training *** satellite data into ET models can improve ET estimates with higher resolution spatiotemporal information inputs;However,finding the most proper way to estimate global ET remains *** reasons for this issue are also analyzed in this review.

关键词： Evapotranspiration fluxnet remote sensing estimation model global scale

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3种反演算法的地表反照率遥感产品对比分析

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遥感学报 2014年第3期18卷 559-572页

作者：齐文栋刘强洪友堂北京师范大学全球变化与地球系统科学学院北京100875 中国地质大学(北京)土地科学技术学院北京100083 遥感科学国家重点实验室中国科学院遥感与数字地球研究所北京100101

地表反照率对于地表能量平衡和全球气候变化具有重要的影响。近年来,地表反照率产品已经取得了较为广泛的应用,但是仍存在时间分辨率低和数据缺失等问题。本文基于均匀站点观测数据与MODIS的MCD43B3产品验证了GLASS(Global LAnd Surface... 详细信息

地表反照率对于地表能量平衡和全球气候变化具有重要的影响。近年来,地表反照率产品已经取得了较为广泛的应用,但是仍存在时间分辨率低和数据缺失等问题。本文基于均匀站点观测数据与MODIS的MCD43B3产品验证了GLASS(Global LAnd Surface Satellite)地表反照率产品的3种算法及其对应的反照率产品:AB1(ABD01)、AB2(ABD03)和STF(ABD06)。并分析比较了GLASS反照率初级产品到最终产品的质量提升。结果表明:最终产品ABD06与地面观测数据符合最好,RMSE为0.050,R2为0.788;同时,ABD06与MCD43B3反照率产品一致性最好,RMSE优于0.03,R2达到0.9,且ABD06有效数据最多(ABD01为4290,ABD03为3296,ABD06为5507),比较适合生产长时间序列的反照率产品。大量数据的统计结果还表明:3种GLASS产品80%以上的数据与地面观测数据的偏差均能满足气候模式对反照率的精度要求(0.02—0.05)。

关键词：地表反照率 MODIS fluxnet 时间序列 GLASS

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利用Landsat TM数据和地面观测数据验证GLASS反照率产品

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遥感学报 2014年第3期18卷 547-558页

作者：王立钊郑学昌孙林刘强刘素红北京师范大学遥感科学国家重点实验室、遥感与地理信息系统研究中心、地理学与遥感科学学院北京100875 山东科技大学测绘学院山东青岛266590 北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院北京100875

Global LAnd Surface Satellite Products System(GLASS)反照率产品基于Angular Bin(AB)算法,仅使用单一观测角度的地表或大气层顶反射率数据就能较为准确地反演地表宽波段反照率,具有较高的时间分辨率,可以反映降雪、融雪、收割等状况... 详细信息

Global LAnd Surface Satellite Products System(GLASS)反照率产品基于Angular Bin(AB)算法,仅使用单一观测角度的地表或大气层顶反射率数据就能较为准确地反演地表宽波段反照率,具有较高的时间分辨率,可以反映降雪、融雪、收割等状况下地表反照率的快速变化。遵循"一检两恰"的验证流程对这一反照率产品进行验证,首先使用fluxnet站点验证数据对AB算法反演的Landsat Thematic Mapper(TM)高分辨地表反照率数据进行验证,再将TM高分辨反照率聚合到GLASS像元尺度对GLASS反照率产品进行验证。挑选fluxnet的5个站点,筛选无云条件下的TM高分辨率影像,共获得103组有效验证数据。验证结果表明,GLASS反照率产品具有较高的精度,总体误差约为0.0163,可以满足大多数应用的精度需求。

关键词：反照率验证 GLASS TM 尺度转换 fluxnet

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DLM-FvCB模型光合能力关键参数季节性参数化方案及模拟效果评估

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地理科学 2022年第7期42卷 1260-1271页

作者：林晓凤陈报章集美大学港口与海岸工程学院福建厦门361021 集美大学地理国情监测研究中心福建厦门361021 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

选取包含9种植被功能型的15个通量塔观测数据(60站点年),采用控制变量法,分别在月尺度和年尺度上对25℃时最大羧化速率(V_(cmax25))进行优化,并利用未参与参数反演的站点年数据集定量评估这2种参数化方案的模拟效果。研究发现:①在参数... 详细信息

选取包含9种植被功能型的15个通量塔观测数据(60站点年),采用控制变量法,分别在月尺度和年尺度上对25℃时最大羧化速率(V_(cmax25))进行优化,并利用未参与参数反演的站点年数据集定量评估这2种参数化方案的模拟效果。研究发现:①在参数的季节变异方面:9种植被功能型的V_(cmax25)均呈现明显的季节性波动。V_(cmax25)的波动幅度为:冬季>秋季>春季>夏季,不同植被类型季节变化幅度相差不大,而寒带植被V_(cmax25)季节变化幅度接近温带植被的2倍;②对生态系统初级生产力(GPP)估算的影响方面:V_(cmax25)季节性参数化方案显著提高了GPP的模拟能力和模拟精度,其中森林和灌木冬季提升最显著(R2提高了35.7%,RMSE降低了23.24%),春秋季次之,夏季最小。然而,对于C3草地,DLM无论采取V_(cmax25)季节性参数化方案还是年尺度参数化方案,均为系统低估GPP。

关键词：总初级生产力陆面过程模式最大羧化速率 fluxnet 季节性波动

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中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)的研究进展及其发展思路

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中国科学（D辑） 2006年第A1期36卷 1-21页

作者：于贵瑞伏玉玲孙晓敏温学发张雷明中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院研究生院

涡度相关技术经过长期的理论发展和技术进步,已经成为直接测定陆地生态系统与大气间的CO2和水热通量的重要方法．随着涡度相关通量观测在全球范围内的广泛开展,各区域、国家以及国际通量观测研究网络(fluxnet)也应运而生．在过去10年里... 详细信息

涡度相关技术经过长期的理论发展和技术进步,已经成为直接测定陆地生态系统与大气间的CO2和水热通量的重要方法．随着涡度相关通量观测在全球范围内的广泛开展,各区域、国家以及国际通量观测研究网络(fluxnet)也应运而生．在过去10年里,通量观测研究在探讨全球陆地生态系统碳循环和水循环过程及环境控制机理、揭示陆地生态系统碳收支的时空格局、寻找“未知碳汇”等方面取得了显著的成果,也为资源、生态和环境等科学领域的国际交流创造了理想的合作研究平台．随着通量观测研究的不断深入,今后国际通量界将加强引进和开发新的观测技术,扩展通量观测的应用领域,尝试运用通量观测数据来协助研究有关生物地理学、生物地球化学、生态水文学、气象／气候学、遥感和全球碳循环模型等领域的科学问题．中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)是fluxnet的重要组成部分,经过3年多的连续观测和研究已在涡度相关通量观测技术和方法、典型陆地生态系统碳水交换过程及其环境响应机理、生态系统碳水通量模型开发等方面取得了一系列重要进展．研究发现中国的主要森林生态系统在2003～2005年度都为大气CO2的汇,青藏高原上的高寒草甸生态系统也表现为较弱的碳汇,而封育的内蒙古半干旱羊草草原却表现为弱的碳源;在大的空间尺度上,温度和水分是决定陆地生态系统碳收支的关键环境因子．ChinaFLUX的发展思路拟以典型生态系统通量的联网观测与陆地样带研究相结合为技术途径,开展多尺度、多过程、多途径、多学科的综合集成观测,重点探讨生态系统的水、碳、氮循环过程机理及其耦合关系．

关键词： ChinaFLUX 涡度相关通量观测陆地生态系统碳收支 fluxnet

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新型遥感卫星土壤水分产品在不同地表覆盖下的精度验证与分析

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中国农村水利水电 2021年第9期 96-101页

作者：吕沛恒孙坚刘绍吉林大学新能源与环境学院长春130021 吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室长春130021

近年来,土壤水分遥感卫星数据被广泛应用在气候、水文、农业等领域的研究中,微波土壤水分数据产品的适用性分析显得越来越重要。本研究分别以美国国家航空航天局的fluxnet2015数据集和欧洲航天局发起并进行集中数据托管的ISMN网络为基准... 详细信息

近年来,土壤水分遥感卫星数据被广泛应用在气候、水文、农业等领域的研究中,微波土壤水分数据产品的适用性分析显得越来越重要。本研究分别以美国国家航空航天局的fluxnet2015数据集和欧洲航天局发起并进行集中数据托管的ISMN网络为基准,运用统计学的方法(偏差、均方根误差和时间序列相关系数),在2012年7月至2014年12月,以IGBP(国际地圈生物圈计划)为标准的地表覆盖类型进行分类,在全球范围内的fluxnet站点对SMOS-L3-SM和AMSR2-LPRM-SM两种遥感土壤水分产品与实测数据进行了对比验证,并在2016年1月至2017年12月,以30 m全球地表覆盖产品(GlobeLand30)为标准的地表覆盖类型进行分类,在全球范围内的ISMN站点对SMAP-L3-SM和AMSR2-LPRM-SM两种遥感土壤水分产品与实测数据进行了对比验证。结果表明:三种遥感土壤水分产品在草地等低矮植被类型低矮稀疏植被覆盖区域的土壤水分产品反演精度均要高于高大茂密植被覆盖的区域,且SMOS和AMSR2产品在地表覆盖为针叶林下反演精度较低,SMAP和AMSR2产品在地表覆盖为湿地下反演精度较低,SMAP产品的反演精度要高于AMSR2产品。

关键词：遥感卫星土壤水分 fluxnet ISMN SMOS SMAP AMSR2

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