土壤水分是草原物候发展重要因素,李国胜等在

来源:http://www.020tL.com 作者:云顶集团官方网站 人气:138 发布时间:2019-09-23
摘要:近日,中国科学院重庆绿色智能技术研究院生态过程与重建中心在全球辐射参数化研究方面取得新进展。相关研究成果以 Assessingthe transferability of support vector machine model for estimation ofgl

近日,中国科学院重庆绿色智能技术研究院生态过程与重建中心在全球辐射参数化研究方面取得新进展。相关研究成果以Assessing the transferability of support vector machine model for estimation of global solar radiation from air temperature 为题在Energy Conversion and Management 期刊上发表。论文一经发表,立刻引起了同行的高度关注,并被全球可再生能源创新联盟当选为关键科学论文,作为研究亮点在网站首页进行了报道。

太阳辐射是地表过程的主要能量来源以及全球变化的重要驱动因素,长期以来由于地面辐射观测站点的数量稀少和分布不均匀,导致太阳辐射观测数据远远不能满足研究工作需要。近年来,陈吉龙博士在读博士期间连续投刊发表了7篇SCI收录论文,对此问题做了系统性深入研究。研究团队利用常规气象观测要素构建了区域太阳总辐射估算模型,分析了模型精度的影响因素;研究了日照模型的尺度效应,阐明了模型的适用尺度及时间尺度对模型经验参数的影响;研究提出了资料稀缺地区总辐射制图的技术方法,为类似地区的总辐射栅格化提供了技术参考;研究了利用支持向量机人工智能算法和日照时长模拟总辐射方法,构建了最优的支持向量预测模型,模拟结果表明精度优于经典模型7.7%~15.4%;引入常规气象要素对基于日照的支持向量模型进行了修正,评估了不同要素对模拟精度的影响,构建了基于气象要素模拟总辐射的支持向量建模策略,为利用气象要素模拟估算太阳辐射提供了新的技术手段;构建了全国四个主要气候带的总辐射遥感估算模型,探讨了不同气候带模型精度的差异性及大气参量对辐射的衰减规律。研究工作取得的系列成果对推动辐射预测方法的发展以及区域生态模型参数化具有重要参考价值。

区域性升温会导致草原物候的推迟?

全球变暖带来的多年冻土热退化对寒区工程设计、资源开发和环境保护有重要影响。局部观测表明,青藏高原多年冻土已经发生或正在发生严重退化。目前常用的气温产品中,基于粗空间分辨率的气温再分析资料或者基于稀少的台站气温观测与海拔关系的空间插值产品,由于气温与海拔关系受下垫面类型影响的关系,导致空间插值产品在某些区域可能产生系统偏差。因为缺乏容易获取且长时间序列、高精度和高空间分辨率的气温数据,较长的时间序列、高空间分辨率和高精度的青藏高原多年冻土热退化评估研究尚需深入。同时,地表温度与气温都是地表能量平衡的结果,为利用遥感地表温度估计多年冻土热状态监测的气温指标带来可能。

辐射是一切地表过程的最终能量来源及全球变化的重要驱动因素,是推动和支撑整个生态系统的原初动力,长期以来由于观测站点的数量稀少,导致观测数据远远不能满足研究工作需要。近年来,中科院重庆研究院三峡生态与环境研究所生态过程与重建中心对此问题做了深入研究。研究团队利用常规气温观测资料构建了模拟辐射的可移植支持向量模型,揭示了可移植模型的影响因素和适用条件;利用可移植模型发现了不同站点之间的内在关联以及可移植模型与海拔之间的紧密特殊的关系。

相关成果论文:

清华大学地学中心辛秦川博士在《环境遥感》上以第一作者发表论文

中国科学院西北生态环境资源研究院遥感与地理信息研究室、青藏高原地球科学卓越创新中心冉有华、李新、程国栋团队利用地理加权回归模型,并综合经过时空重建的MODIS遥感地表温度、叶面积指数、雪盖比例和国家气象信息中心多模型土壤水分预报产品,融合4万多个气象站降水观测和FY2卫星观测降水产品及152个气象台站过去50年的年平均气温观测数据,模拟得到了青藏高原过去5个10年1公里年平均气温。同时,利用多年冻土热条件分类系统,分析了过去50年青藏高原多年冻土的热退化情况。研究发现,青藏高原的年平均气温在过去半个世纪以每年0.04℃的速率持续升高。高原西部的升温速率高于东部并与海拔相关,升温速率从4000米的每十年升高约0.33℃升高到5000米的每十年升高约0.48℃,气温升高直接改变了多年冻土的热状态。过去50年,青藏高原87.98%的多年冻土区发生热退化,非常冷(Very cold)、冷、凉、暖、非常暖(Very warm)和可能解冻(Likely thawing)的多年冻土分布平均海拔分别升高了88米、97米、155米、185米、161米和250米。1960s至1970s和1990s至2000s年是两个关键的退化时段。

研究取得的结果使得辐射观测站点之间相互模拟成为了可能,解决了全球辐射观测站点数量稀少制约研究的技术难题,对推动辐射模拟创新发展及全球辐射参数化具有重要的理论和应用价值。

1.Chen JL, Li GS, W SJ, Evaluation of support vector machine for estimation of solar radiation from measured meteorological variables, Theoretical Applied Climatology, 2014,115:627~638.

土壤水分是草原物候发展的重要因素

  清华新闻网4月9日电 日前,清华大学地球系统科学研究中心在卫星遥感专业期刊排名第一的《环境遥感》上发表了题为“结合气候与卫星数据的美国西部草原返青期模拟”的研究论文。研究发现单纯考虑温度因素的积温模型并不能够预测大尺度下的草原萌芽时间,而综合考虑温度,光照,与水分的物候模型,能够取得时空一致的预测结果,并与站点观测结果吻合良好。论文第一作者为该中心教师辛秦川博士,合作者包括澳大利亚新南威尔士大学的Broich博士,以及清华大学的宫鹏教授。

  生态系统的春季萌芽时间,即植被返青期,决定着生态系统的功能与服务,影响着动物微生物的活动以及生物多样性的增减。草原生态系统的物候变迁,对气温的改变尤为敏感,是全球气候变化的良好指针。过去几十年间的观测资料显示,高寒干旱等部分地区的草原返青期,并没有随着全球升温而不断提前,部分草种的返青期相反地出现了滞后现象。草原返青期的提前与滞后,指示着物种进化的不同途径,引起学术界的广泛讨论与争议。究其本质,是因为目前的陆面生态模型仍然难以准确预测植被的返青时间。

  针对物候分量模型这一难题,清华大学地学中心的研究团队,采取不同于基于站点数据的模型开发思路,另辟蹊径,利用大尺度卫星遥感观测数据,在广泛接受的积温模型基础上,对整个美国西部草原进行物候分量模型的发展。结果表明,目前主流的物候模型,由于仅考虑温度对植被生长的限制因素,对草原返青期的预测出现极大偏差,难以准确模拟年际尺度的变化,尤其在水分缺乏的干旱半干旱地区表现相对较差。综合考虑温度,光照,与土壤水分的新型物候模型,能够在不同区域和不同尺度上均取得良好的预测结果。

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图一. 不同物候模型在美国西部草原地区的时空结果表现。

  研究结果指示,区域性的加速升温一方面有利于植被的光合作用,而另一方面容易加速干旱半干旱的水分散失。而地区性的水分亏缺,极有可能是草原物种选择不同的返青期进化路线的部分原因。该研究深化了卫星技术在生态监测方向上的具体应用,有助于理解不同气候要素对生态物候的影响,能够对不同地区返青期的提前与滞后现象做出合理解释。

  附文献链接:

供稿:地学中心 编辑:襄桦

研究得知,目前青藏高原多年冻土总面积约在111.13万至127.97万平方公里之间,且以非常暖(Very warm)多年冻土为主。多年冻土的热退化可能对基础设施安全、生态系统弹性、水质及全球和区域气候产生重要影响。该研究可为寒区工程设计、资源开发、生态保护等提供科学参考。

论文链接

2.Chen JL, Xiao BB, Chen CD, Wen ZF, Jiang Y, Lv MQ, Wu SJ, Li GS, Estimation of monthly-mean global solar radiation using MODIS atmospheric product over China, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 2014, 110-111:63~80.

该项成果以云顶集团官方网站,Climate warming over the past half century has led to thermal degradation of permafrost on the Qinghai–Tibet Plateau为题发表于The Cryosphere

3.Chen JL, Li GS, Estimation of monthly average daily solar radiation from measured meteorological data in Yangtze River Basin in China. International Journal of Climatology, 2013, 33:487~498.

该项研究受到中科院A类战略性先导科技专项、国家自然科学基金和中科院青年创新促进会项目共同资助。

4.Chen JL, Li GS, Assessing the potential of support vector machine for estimating daily solar radiation using sunshine duration, Energy Conversion and Management, 2013, 75:311~318.

论文链接

5.Chen JL, Li GS, Estimation of monthly mean solar radiation from air temperature in combination with other routinely observed meteorological data in Yangtze River Basin in China, Meteorological Applications, 2012, DOI: 10.1002/met.1306.

6.Chen JL, Li GS, Parameterization and mapping of solar radiation in data sparse regions. Asia-Pacific J. Atmos. Sci.,2012, 48:423~431.

7.Chen JL , Li GS, Assessing effect of time scale on the solar radiation sunshine duration relationship. IDOJARAS, 2012,116:123~143.

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