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Science China Earth Sciences 2015年第5期58卷 755-769页

作者： LI Yuan SUN Rui LIU Shao Min State Key Laboratory of Remote Sensing Science Beijing Normal University and Institute of Remote Sensing and Digital Earth CAS School of Geography Beijing Normal University Beijing Key Laboratory of Environmental Remote Sensing and City Digitalization Department of Civil Engineering Monash University

Land surface process modeling of high and cold area with vegetation cover has not yielded satisfactory results in previous applications. In this study, land surface energy budget is simulated using a land surface model for the A'rou meadow in the upper-reach area of the Heihe River Basin in the eastern Tibetan Plateau. The model performance is evaluated using the in-situ observations and remotely sensed data. Sensible and soil heat fluxes are overestimated while latent heat flux is underestimated when the default parameter setting is used. By analyzing physical and physiological processes and the sensitivities of key parameters, the inappropriate default setting of optimum growth and inhibition temperatures is identified as an important reason for the bias. The average daytime temperature during the period of fastest vegetation growth(June and July) is adopted as the optimum growth temperature, and the inhibition temperatures were adjusted using the same increment as the optimum temperature based on the temperature acclimation. These adjustments significantly reduced the biases in sensible, latent, and soil heat fluxes.

关键词：高寒草甸植被参数设置生理过程生物圈模式黑河上游 sib2 最适生长温度土壤热通量

The Sensitivity of Ground Surface Temperature Prediction to Soil Thermal Properties Using the Simple Biosphere Model(sib2)

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Advances in Atmospheric Sciences 2012年第3期29卷 623-634页

作者：张晓惠高志球魏东平 College of Earth Science Graduate University of Chinese Academy of Sciences Key Laboratory of Computational Geodynamics Chinese Academy of Sciences State Key Laboratory of Atmospheric Boundary Layer Physics and Atmospheric Chemistry Institute of Atmospheric PhysicsChinese Academy of Sciences College of Applied Meteorology Nanjing University of Information Science and Technology

Using the Simple Biosphere Model （sib2）, soil thermal properties （STP） were examined in a Tibetan prairie during the monsoon period to investigate ground surface temperature prediction. We improved the sib2 model by incorporating a revised force-restore method （FRM） to take the vertical heterogeneity of soil thermal diffusivity （k） into account. The results indicate that （1） the revised FRM alleviates daytime overestimation and nighttime underestimation in modeled ground surface temperature （Tg）, and （2） its role in little rainfall events is significant because the vertical gradient of k increases with increasing surface evaporation. Since the original formula of thermal conductivity （A） in the sib2 greatly underestimates soil thermal conductivity, we compared five Mgorithms of A involving soil moisture to investigate the cause of overestimation during the day and underestimation at night on the basis of the revised FRM. The results show that （1） the five algorithms significantly improve Tg prediction, especially in daytime, and （2） taking one of these five algorithms as an example, the simulated Tg values in the daytime are closer to the field measurements than those in the nighttime. The differences between modeled Tg and field measurements are mostly within the margin of error of -4-2 K during 3 August to 4 September 1998.

关键词： land surface processes sib2 sensitivity ground surface temperature soil thermal diffusivity soil thermal conductivity

华北平原冬小麦生长期典型农田热、碳通量特征与过程模拟

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环境科学 2010年第1期31卷 41-48页

作者：袁再健沈彦俊褚英敏齐永青中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心石家庄050021 河北科技大学经济管理学院石家庄050018 河北经贸大学旅游学院石家庄050061

以位山试验站典型农田为对象,利用位山站2005-10-10～2006-06-10日的实验观测数据,探讨了冬小麦整个生长期农田的热、碳通量特征,并运用sib2(simple biosphere model Version2)模型对热、碳通量进行了模拟分析,结果表明,农田的热、碳通... 详细信息

以位山试验站典型农田为对象,利用位山站2005-10-10～2006-06-10日的实验观测数据,探讨了冬小麦整个生长期农田的热、碳通量特征,并运用sib2(simple biosphere model Version2)模型对热、碳通量进行了模拟分析,结果表明,农田的热、碳通量在冬小麦生长过程中表现出明显的日变化,这些通量的最大值基本出现在正午前后;热、碳通量的日际变化也较明显,其中净辐射与潜热通量在冬小麦不同生长期表现为:越冬期2通量为:越冬期sib2模型能较好地模拟冬小麦生长期中农田热、碳通量及地表温度,净辐射、潜热通量、感热通量、CO2通量与地表温度的模拟值与观测值的一致性较好,线性相关系数R2分别达0.985、0.637、0.481、0.725、0.499与0.877,其中感热通量与CO2通量模拟偏差较大.另外,按冬小麦生长期分阶段对农田以上分量模拟结果表明,sib2模型在冬小麦拔节抽穗期模拟效果最好,并发现模型对叶面积指数敏感.

关键词：华北平原冬小麦热、碳通量 sib2 模拟

GAME/Tibet实验中感热通量计算方法的讨论(英文)

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Advances in Atmospheric Sciences 2003年第3期20卷 357-368页

作者：高志球卞林根王金星陆龙骅 Chinese Academy of Meteorological Sciences School of Physics Peking University

回顾了前人对感热通量的分析研究,详细分析了计算感热通量公式的推导过程。结合GAME/Tibet那曲近地面通量观测站1998年6月6日到9月13日的观测资料验证了近地面层逆梯度热输送现象的存在;并比较了两种不同计算感热通量的方法。同时,对简... 详细信息

回顾了前人对感热通量的分析研究,详细分析了计算感热通量公式的推导过程。结合GAME/Tibet那曲近地面通量观测站1998年6月6日到9月13日的观测资料验证了近地面层逆梯度热输送现象的存在;并比较了两种不同计算感热通量的方法。同时,对简化生物圈模式(sib2)计算感热通量方案进行了分析。主要结论有:(1)由于用涡旋相关法测量得到的总体感热通量本身已经包含了非局地热(冷)泡运动的影响,所以在非均匀下垫面上,传统的闭合方案必然会“遭遇”能量不平衡。这里,非均匀下垫面可能是导致能量不平衡的关键所在。(2)在今后的有关热通量研究中,有必要仔细研究非局地热(冷)泡运动对热通量的贡献,而为了更好地理解这种贡献,应用陆面过程模式研究能量平衡是必需的。

关键词： GAME/Tibet实验感热通量计算方法逆梯度热输送现象简化生物圈模式 sib2 能量不平衡热传导大气动力学

sib2和sib3对高寒草甸和茶树地表能量通量模拟的比较

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气象学报 2013年第4期71卷 692-708页

作者：张庚军卢立新蒋玲梅蒋磊 Ian Baker 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 美国科罗拉多州立大学大气联合研究所 CO80523 北京师范大学/中科院遥感应用研究所遥感科学国家重点实验室北京师范大学地理学与遥感科学学院北京100875 美国科罗拉多州立大学大气科学系 CO80523

运用简单生物圈模式第2版(sib2)和第3版(sib3),分别模拟青藏高原两个观测站(那曲、安多)和长江三角洲苏州东山观测站的近地面能量收支,并与相应观测数据进行比较研究,分析sib2、sib3模拟结果和观测资料产生差异的原因,以此来认识上述地... 详细信息

运用简单生物圈模式第2版(sib2)和第3版(sib3),分别模拟青藏高原两个观测站(那曲、安多)和长江三角洲苏州东山观测站的近地面能量收支,并与相应观测数据进行比较研究,分析sib2、sib3模拟结果和观测资料产生差异的原因,以此来认识上述地区地表能量收支特点。结果表明,sib2和sib3模拟的近地面能量通量与观测数据有较好的一致性。对感热通量,那曲和安多站sib3比sib2模拟的结果更接近观测资料,但苏州站sib2模拟的结果与观测资料更吻合;对潜热通量,sib3比sib2模拟的日变化与观测资料更一致,sib3的模拟结果与观测资料(除苏州站外)相关系数都在0.8以上;对地表土壤热通量,sib2和sib3模拟结果与观测数据相关系数都在0.8以上;对净辐射通量,sib2和sib3模拟结果与观测资料相关系数接近1.0。与sib2相比,sib3引用通用陆面模式的土壤描述并增加对冠层空间层温度、湿度和痕量气体的预报,使其能够改善潜热通量和土壤热通量的模拟,但对复杂下垫面的感热和净辐射通量模拟能力提高不明显。

关键词： sib2 sib3 能量通量日变化

土地覆被变化过程中叶面积指数与降水量对地表能量平衡的贡献——基于sib2的模拟结果

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地理研究 2014年第7期33卷 1264-1274页

作者：刘凤山陶福禄肖登攀张帅王猛张贺柏会子中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院大学北京100049 河北省科学院地理科学研究所石家庄050011

土地覆被变化过程中,叶面积指数(LAI)是地表能量平衡重要的影响因素,且与降水等多种因素存在交互作用。以2003年中国东北地区农田、森林和草地三种覆被类型和三种LAI月变化过程为研究对象,着重分离出土地覆被变化过程中LAI对地表能量平... 详细信息

土地覆被变化过程中,叶面积指数(LAI)是地表能量平衡重要的影响因素,且与降水等多种因素存在交互作用。以2003年中国东北地区农田、森林和草地三种覆被类型和三种LAI月变化过程为研究对象,着重分离出土地覆被变化过程中LAI对地表能量平衡的作用,认清覆被和LAI变化对地表能量平衡的相对作用。利用sib2模型研究不同降水条件下土地覆被和LAI变化对地表能量平衡的影响。结果表明:①覆被变化对净辐射的影响最大,年均14.5W?m-2左右。②LAI主要改变净辐射对潜热和显热的分配,对农田和草地而言,LAI增加明显提高(减小)潜热(显热)分配比例;对森林而言,LAI对潜热和显热分配的影响较弱。③降水对净辐射的分配起重要作用,降水增加,潜热增加。④表层土壤水分受降水和LAI调控,与潜热有相反的变化趋势。

关键词： LAI 地表能量平衡土地利用和覆被变化 sib2 土壤水分潜热

应用简化生物圈模式(sib2)模拟通榆地气通量研究(英文)

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Journal of Forestry Research 2010年第2期21卷 183-188,I0005页

作者：延晓冬李慧阳刘飞高志球刘辉志中国科学院大气物理研究所RCE-TEA 北京100029 中国科学院研究生院中国科学院大气物理研究所LAPC 北京100029

主要通过对比观测与sib2模拟的吉林通榆农田和草地样地的感热通量、潜热通量、CO2通量和气温来检测独立版简化生物圈模式的数值模拟能力。在模拟中,农田和草地代表半干旱区2种典型的地表覆盖类型,它们的全年冠层高度和叶面积指数都处于... 详细信息

主要通过对比观测与sib2模拟的吉林通榆农田和草地样地的感热通量、潜热通量、CO2通量和气温来检测独立版简化生物圈模式的数值模拟能力。在模拟中,农田和草地代表半干旱区2种典型的地表覆盖类型,它们的全年冠层高度和叶面积指数都处于变化当中,在非生长季地表裸露,而在生长季,冠层高度农田可达2m,草地可达0.8m,对应的叶面积指数分别可达4.2和2.4。sib2模型模拟用观测值为初始场,以半小时气象观测为驱动场。对2003年的模拟和观测的比对研究表明:在生长季模式具有很好的模拟小时时间尺度的潜热、感热和CO2通量及地表气温的能力;(2)模式模拟土壤热通量可能偏大;(3)模拟的逐日潜热、感热和CO2通量及地表气温可用合理地反映全年的季节变化。图11表3参23。

关键词： sib2 地表通量农田草地

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sib2模型在黄灌区的应用探讨

水土保持研究 2011年第2期18卷 159-163页

作者：褚英敏袁再健刘畅史建平张京京河北经贸大学旅游学院石家庄050061 河北科技大学经济管理学院石家庄050018

sib2(simple biosphere model Version 2)是用来模拟生态系统通量较为理想的国外模型,为了探讨其在我国黄河灌区的适用性及利用遥感数据驱动模型的可行性,并用其来研究该地区农田能量收支情况,以位山灌区为研究试点,利用位山实验站1a左... 详细信息

sib2(simple biosphere model Version 2)是用来模拟生态系统通量较为理想的国外模型,为了探讨其在我国黄河灌区的适用性及利用遥感数据驱动模型的可行性,并用其来研究该地区农田能量收支情况,以位山灌区为研究试点,利用位山实验站1a左右的观测数据对模型进行了验证分析,模拟结果表明:sib2模型能够较好地模拟位山试验站农田的能量通量、CO2通量及地表温度,净辐射、潜热通量、感热通量、CO2通量与地表温度的模拟值与观测值吻合较好,线性相关系数R分别为0.988,0.714,0.607,0.677与0.933,其中净辐射模拟效果最好,感热通量偏差较大。另外,利用遥感MODIS LAI数据驱动sib2模型表明,除净辐射外,模拟效果很差,因此在站点尺度遥感LAI(叶面积指数,leaf area index)产品不适合驱动sib2模型。

关键词： sib2 黄河灌区能量通量 CO2通量模拟遥感数据

利用生物圈模型(sib2)模拟青藏高原那曲草原近地面层能量收支

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应用气象学报 2002年第2期13卷 129-141页

作者：高志球卞林根程彦杰张雅斌王金星中国气象科学研究院北京100081

模式所需要的参数被合理地设置之后 ,根据GAME/Tibet(GEWEX亚洲季风试验 /青藏高原试验 )那曲近地层观测站的资料 ,将大气强迫变量代入sib2 (SimpleBiospheremodelver sion 2 ) ,文章模拟了该观测站地表能量收支。结果表明 :sib2能够较... 详细信息

模式所需要的参数被合理地设置之后 ,根据GAME/Tibet(GEWEX亚洲季风试验 /青藏高原试验 )那曲近地层观测站的资料 ,将大气强迫变量代入sib2 (SimpleBiospheremodelver sion 2 ) ,文章模拟了该观测站地表能量收支。结果表明 :sib2能够较好地模拟青藏高原的能量收支情况 ,净辐射、潜热通量和土壤热通量的模拟值和观测值吻合 ,它们的相对误差分别为 8% (低估 )、6 % (低估 )和 3 % (低估 )。同时 ,sib2高估感热通量达 40 %。文章还给出了能量各分量的详细比较分析。

关键词：生物圈模型青藏高原近地层观测 sib2 能量收支海洋陆地大气变化

基于sib2模型的土壤水分降尺度指标的适用性研究

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遥感技术与应用 2017年第2期32卷 195-205页

作者：赵泽斌晋锐田伟亢健苏阳中国科学院西北生态环境资源研究院中国科学院黑河遥感试验研究站甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 兰州大学甘肃兰州730000

土壤水分是地表过程的核心变量之一,强烈影响着陆表—植被—大气间的能量和水分交换。当前基于星载被动微波遥感的土壤水分产品的空间分辨率普遍较粗(25~40km),无法满足流域尺度水文气象、生态水文模拟及水资源管理等研究和应用的需求,... 详细信息

土壤水分是地表过程的核心变量之一,强烈影响着陆表—植被—大气间的能量和水分交换。当前基于星载被动微波遥感的土壤水分产品的空间分辨率普遍较粗(25~40km),无法满足流域尺度水文气象、生态水文模拟及水资源管理等研究和应用的需求,而土壤水分降尺度是目前较为可行的解决方案之一。通过对不同降尺度指标的研究,分析确定每种降尺度指标的适用条件,为土壤水分的降尺度研究奠定基础。利用2013年5月1日~9月30日黑河中游人工绿洲试验区大满超级站的气象数据驱动sib2模型,分别模拟了土壤水分、土壤表层温度、植被冠层温度以及地表蒸散发、土壤蒸发等变量,利用Penman-Monteith公式计算了地表潜在蒸散发;利用sib2模拟结果与P-M公式计算结果估算获得常用的土壤水分降尺度指标:表观热惯量(ATI)、土壤蒸发(E)、土壤蒸发/实际蒸散发(E/ETa)、蒸发比(EF)、实际蒸发比(AEF)。通过对降尺度指标与土壤水分之间相关性分析可知,在植被的整个生长季,5种指标与土壤水分之间都具有较好的相关性。其中ATI、E、E/ETa以及EF这4种指标与土壤水分之间的相关性都随着土壤深度的增加而逐渐减弱;而AEF与植被根区土壤水分的相关性最好,更能反映根区土壤水分的动态变化。从可决系数来看,各降尺度指标与土壤水分的相关性排序如下:2cm:E/ETa>EF>E>AEF>ATI;10cm:AEF>EF>E/ETa>E>ATI;80cm:EF>AEF>E/ETa>E>ATI。

关键词： sib2 土壤水分表观热惯量土壤蒸发蒸发比蒸散发