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当期目录

    2004年, 第59卷, 第1期 刊出日期:2004-01-25 上一期    下一期
    研究综述
    亚太地区环境综合监测的研究方法——APEIS项目研究综述
    渡边正孝,王勤学,林诚二,村上正吾,刘纪远,张小雷,赵新全,王克林
    2004, 59 (1):  3-12.  doi: 10.11821/xb200401001
    摘要 ( 584 )   PDF(1806KB) ( 691 )  

    为了对亚太地区的环境灾害、环境破坏和环境退化及其影响进行监测和评估,由日本环境省发起的亚太地区环境革新战略项目 (APEIS) 环境综合监测子项目 (IEM) 自2001年开始,建立了一个以MODIS卫星数据和地面观测资料为基础的综合环境监视网络系统。该网络系统起初是由日本国立环境研究所 (NIES) 和中国科学院地理科学与资源研究所 (IGSNRR)共同合作建成的。之后,新加坡国立大学和澳大利亚联邦科学产业研究组织 (CSIRO) 地球观测中心也正式宣布加入,该系统覆盖整个亚太地区。美国宇航局 (NASA) 提供了一套MODIS的高级数据产品,然而,这些产品没能在亚洲地区利用当地的实测资料进行充分地比较和验证。APEIS项目旨在提供利用该地区精确地面观测数据进行了比较验证的高质量数据集。利用该数据集可以推导出水分亏缺指数、沙尘暴指数、地表面温度、土地覆盖变化, 以及净第一性生产量等一系列生态环境指标,从而对环境破坏、环境退化和生态脆弱区进行长期有效的监测。为了评价水资源、食物生产等生态系所提供的产品与服务的现状和变化特征,本研究还开发了一个可利用MODIS数据的流域环境综合管理模型。该模型已经被用于对流域规模的水、热、碳循环、泥沙转移以及农业生产等生态要素的模拟和评估,并利用高精度的观测资料对其进行了验证。利用该模式可以对流域生态系统所提供的产品与服务的有效利用,以及流域的可持续发展提供一系列战略性的政策选项。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    地表通量监测
    不同类型生态系统水热碳通量的监测与研究
    王勤学,渡边正孝,欧阳竹,李彦,李英年,赵新全,王克林
    2004, 59 (1):  13-24.  doi: 10.11821/xb200401002
    摘要 ( 563 )   PDF(2344KB) ( 618 )  

    亚太地区环境革新战略项目 (APEIS) 在中国5种主要生态系统类型区 (草地 : 海北、耕地 : 禹城、稻田 : 桃源、林地 : 千烟洲、荒漠 : 阜康) 建立了一个以连续观测能量、水分和碳素通量为中心,包括气象、水文、土壤、植被等各项生态要素的监测网络系统,被称之为APEIS-FLUX系统。作者首先对APEIS-FLUX系统的观测数据进行了初步分析,表明该系统稳定可靠,它可以实时地提供高质量、高精度、长期而连续的通量及生态要素的观测数据。对数据的比较清楚地反映出了不同生态系统类型区的水热碳通量的差异性。其次,利用APEIS-FLUX数据对美国航空航天局 (NASA) 的MODIS数据产品进行比较验证后发现,除部分产品如地表面温度 (MOD11) 等与观测数据较吻合以外,大部分数据产品如土地覆盖 (MOD12),叶面积指数 (MOD15) 和光合速率与净第一性生产力 (MOD17) 等都与观测数据相差深远,有必要对其处理程序和模式进行修正。为此,我们利用APEIS-FLUX的数据作为MOD15和MOD17的生成模型 (BIOME-BGC) 的输入数据,并对该模型的有关参数进行了修订。结果表明,该模式在通过修正后,可以很好地模拟植被的生长过程及其相应的水热碳循环过程。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    长江流域稻田生态系统的水分和养分转换过程
    周卫军,王克林,王凯荣,谢小立,刘鑫,王勤学,渡边正孝
    2004, 59 (1):  25-32.  doi: 10.11821/xb200401003
    摘要 ( 396 )   PDF(1040KB) ( 557 )  

    田间模拟施肥进步和灌溉模式的定位试验在中国科学院桃源农业生态试验站进行。结果表明施肥制度和水分管理模式显著地影响水分和养分的转化过程和生产效益。单施N的产量效应为4.5 kg/kg,而NP或NPK配施养分总的产量效应分别为8.8 kg/kg和8.0 kg/kg;有机物料循环的增产率为56.8%,在有机物料循环的基础上配施NPK化肥最大的增产率可达到80.1%;化肥应用的进步可使水稻产量增长62.5%或通过施肥实现的水稻产量中由于化肥应用所占的贡献份额为38.4%,有机无机肥配合水稻产量增长80.1%,或通过施肥达到的产量中有机无机肥配合所占的份额为44.4%。本区双季稻年灌溉需水量为5838 m3/hm2,年变异C.V = 8.3%。晚稻灌溉占全年的71%,7~9月是灌溉需水高峰期,占全年灌溉量的68%。生产灌溉效率 (灌溉水量与产量之比):生物量3.67 kg/m3,精谷量1.48 kg/m3。常规管理田间水分分配为:蒸散占1/2,翻耕整地占1/6,植物构成占1/21,田间渗漏占1/14,其它环境耗水 (维持) 占1/5。耕灌雨养管理翻耕整地和田间渗漏比例过高。不同灌溉处理试验表明:双季稻生产的灌溉,以早稻保持水层灌溉,晚稻按需配额灌溉的模式比较适宜。

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    盐生荒漠地表水、热与CO2输送 的实验研究
    李彦,王勤学,马健,渡边正孝,张小雷
    2004, 59 (1):  33-39.  doi: 10.11821/xb200401004
    摘要 ( 604 )   PDF(943KB) ( 626 )  

    利用安装在准噶尔盆地南缘多汁盐柴类荒漠上的涡度相关系统与配套的微气象观测系统所得数据,分析了显热、潜热与CO2通量的日过程和季节变化特点及各通量间的相互关系。数据显示了一个明显违背植物水分关系一般规律的现象:当水汽 (潜热) 通量明确显示土壤水分亏缺时,净光合 (CO2通量) 却未受到影响。因此推测当地原生植物的根系在积盐严重的土壤上层没有发育,所以其水分状况与光合能力不受上层土壤干湿的影响,观测到的水汽通量的变化主要由土壤蒸发的变化造成的。

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    高寒植被类型及其植物生产力的监测
    李英年,王勤学,古松,伏玉玲,杜明远,赵亮,赵新全,于贵瑞
    2004, 59 (1):  40-48.  doi: 10.11821/xb200401005
    摘要 ( 594 )   PDF(1176KB) ( 675 )  

    监测并分析了高寒草甸二种不同植被类型的生态环境条件、植物种类组成、生物量变化规律及其差异。研究表明:距离相近且海拔高度基本相同的矮蒿草草甸和金露梅灌丛草甸二种群落内部,由于受地形部位影响,虽然降水基本相同,但地表受热及蒸发量不同,土壤湿度存在明显差异。受上述环境条件特别是受土壤温湿度条件的限制,二种群落内的植物种类不同,地下、地上生物量的变化也不同,一般在山地阴坡主要分布着以金露梅灌丛为优势种外,多以线叶蒿草、小蒿草、羊茅、及其它杂草类为伴生种的金露梅灌丛草甸植被类型,而主要分布于滩地的矮蒿草草甸多以垂穗披碱草等植物为伴生种的湿中性植被类型,属典型的高寒草甸植被类型。生物量监测结果的比较分析表明,群落的地上生物量为:矮蒿草草甸 > 金露梅灌丛草甸;地下生物量随植被类型的不同,其峰值与谷值出现时间不一致。年内地下净生产量为:金露梅灌丛草甸 > 矮蒿草草甸。地下生产量周转值为:矮蒿草草甸 > 金露梅灌丛草甸。

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    MODIS水汽通量估算方法在华北平原农田的适应性验证
    孙志刚,王勤学,欧阳竹,渡边正孝
    2004, 59 (1):  49-55.  doi: 10.11821/xb200401006
    摘要 ( 712 )   PDF(1098KB) ( 650 )  

    利用遥感手段估算区域水汽通量对研究区域气候变化及生态系统功能评价颇具意义。但是由于估算模式涉及时空差异很大的地表特征参数很难完全通过遥感数据获得,因此MODIS水汽通量数据产品 (MOD16) 至今尚未问世。本研究以中科院禹城综合实验站2002年4~5月份冬小麦田的涡度相关实测水汽通量为标准,验证MOD16算法所估算的农田水汽通量,结果表明直接使用MOD16算法计算的麦田水汽通量比实测水汽通量平均偏大近20%。对其中的作物三基点温度、空气动力学阻抗计算方法和植被覆盖度进行修正,修正后的MOD16计算结果和实测值非常吻合,1:1曲线斜率为0.9706,相关系数R2为0.8845。这为利用MODIS数据大面积估算农田水汽通量提供了科学依据。

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    气候变化对太行山土壤水分及植被的影响
    杨永辉,渡边正孝,王智平,王勤学,刘昌明,张万军
    2004, 59 (1):  56-63.  doi: 10.11821/xb200401007
    摘要 ( 582 )   PDF(953KB) ( 639 )  

    在太行山低山区将自然植被移入蒸渗仪,观察当降水分别为常年平均降水量的80%、90%、100%、110%和120%等5种处理条件下,植被生产力和土壤的不同反映。研究发现:受验植被对降水反映敏感,降水每增加10%,植被生产力增加15%左右,预示未来全球变化导致的降水变化会对太行山低山区植被产生影响。同时在利用野外实验结果对WAVES模型进行验证的基础上,模拟了不同温度和降水变化情景下,土壤水分的可能变化趋势。结果表明:增温和减少降水对土壤水分负作用明显,尽管降水增加可改善土壤的水分供应状况,但降水增加10%对土壤水分的正面影响,大体被3oC的增温抵消。由于模型模拟中采用的是与目前没有改变降水条件的实验相同的植被 (LAI),而植被生长在太行山这一半湿润、半干旱地区又受土壤水分控制,因而估计未来气候变化情景下的植被变化与土壤水分的变化趋势相似。

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    卫星遥感监测
    基于MODIS数据估算晴空陆地光合有效辐射
    刘荣高,刘纪远,庄大方
    2004, 59 (1):  64-73.  doi: 10.11821/xb200401008
    摘要 ( 595 )   PDF(1429KB) ( 797 )  

    陆-气圈层物质与能量交换的核心过程是植物的光合作用,而光合有效辐射则是影响光合作用过程的关键因子,在不同的陆地生态系统模型中,都是重要的输入参数。作者以MODIS卫星数据为基础,反演晴空下影响光合有效辐射的大气因子参数大气可降水量、气溶胶,根据辐射传输方程从大气顶层光合有效辐射反演高分辨率陆地光合有效辐射。算法采用查找表替换辐射传输模型,使其能够对大批量、像元级的数据进行处理。将该算法应用于对华北平原的部分区域进行反演,并使用中国生态网络禹城试验站的自动测量数据对结果进行检验,最大误差在10%以内。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    青藏高原主要生态系统净初级生产力的估算
    周才平,欧阳华,王勤学,渡边正孝,孙青强
    2004, 59 (1):  74-79.  doi: 10.11821/xb200401009
    摘要 ( 743 )   PDF(995KB) ( 651 )  

    利用青藏高原贡嘎山、海北、五道梁、拉萨等4个野外台站2000~2002年的观测数据、陆地生态系统模型与2001年MODIS遥感数据相结合的方法来估算青藏高原区域的净初级生产力。结果表明:青藏高原区域的净初级生产力空间分布趋势表现出由东南向西北逐渐递减的梯度,该趋势也与水热梯度表现基本一致;整个青藏高原的净初级生产力为302.44×1012 gC yr-1,其中森林的净初级生产力最高,120.11×1012 gC yr-1,占整个高原净初级生产力的39.7%;全年中夏季 (6~8月) 的净初级生产力最高,246.7×1012 gC yr-1,约占全年总净初级生产力的80%。用实测数据验证模拟结果表明,二者非常相符。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    广域空间尺度上植被净初级生产力的精确推算
    松下文经,杨翠芬,陈晋,王勤学,龟山哲,田村正行
    2004, 59 (1):  80-87.  doi: 10.11821/xb200401010
    摘要 ( 737 )   PDF(980KB) ( 639 )  

    作者介绍了使用遥感、GIS数据和BEPS生态过程模型推算植被净初级生产力 (NPP)的方法。为了准确推算北海道地区NPP,我们改进了BEPS模型,而且使用了高质量GIS数据作为模型的输入数据。通过计算得出1998年北海道NPP的平均值为644 g C/m2,总量为0.078 Gt C。我们还进行了模型输入数据质量对应用生态过程模型推算NPP的精度影响测试。结果表明,高质量的GIS输入数据可以提高NPP推算精度16.6%~39.7%。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    应用Terra/MODIS卫星数据估算洞庭湖蓄水量的变化
    龟山哲,张继群,王勤学,徐开钦,加藤贵雄,渡边正孝
    2004, 59 (1):  88-94.  doi: 10.11821/xb200401011
    摘要 ( 648 )   PDF(1053KB) ( 673 )  

    以洞庭湖为例,利用2002年的美国Terra/MODIS卫星数据,以16天为周期将全年划分为23个时段,分别对湖区水位和蓄水量分布特征和变化规律进行动态监测和综合分析。具体测算方法包括以下4个步骤: (1) 根据湖区特性,将整个洞庭湖分为3个部分:自西向东依此是西洞庭湖 (WDL), 南洞庭湖 (SDL) 和东洞庭湖 (EDL)。这3个部分的蓄水量之和就是整个洞庭湖的总蓄水量。(2) 以水体和陆地的光谱差异为基础,使用Terra/MODIS卫星的NDVI 数据识别并量测湖区水面积。(3) 将湖区水面影像同湖区数字高程模型DEM相叠加,以被监测的湖区水面的平均高度值作为水面高度。水面高度与湖底高度的差即为相应点的水深。(4) 按50 m×50 m网格大小和相应位置的水深的乘积来计算每个水柱体积。最后,将整个湖内的所有水柱的体积值累加便得到洞庭湖的总蓄水量。用上述方法测算的水位和蓄水量与实测资料进行了比较表明,两者具有很好的一致性。

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    基于TOPEX/Poseidon卫星数据的江河流量测算
    张继群,徐开钦,龟山哲,渡边正孝,陈秀万,孙春鹏
    2004, 59 (1):  95-100.  doi: 10.11821/xb200401012
    摘要 ( 646 )   PDF(736KB) ( 551 )  

    TOPEX/Poseidon卫星的原始目的是测量海面高度变化信息,为海洋监测服务。作者通过假设基准面的方法,将由TOPEX/Poseidon卫星数据估算的下垫面水位相对变化信息转化为”水位”系列并建立了由TOPEX/Poseidon 得出的“水位”与相邻水文站实测流量间的相关关系,进而实现了由TOPEX/Poseidon卫星数据估算河道流量的目的。利用1998~1999年TOPEX/Poseidon在长江下游大通附近的过境数据和对应年份大通水文站实测流量数据,验证了本方法的可行性。研究结果表明:在长江下游河道地区,由TOPEX/Poseidon卫星数据可定量估算出河流流量信息。

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    多传感器不同分辨率遥感数字图像的尺度转换
    布和敖斯尔,马建文,王勤学,金子正美,福山龙次
    2004, 59 (1):  101-110.  doi: 10.11821/xb200401013
    摘要 ( 551 )   PDF(1589KB) ( 613 )  

    针对日益增多的多传感器不同分辨率的遥感数字图像数据,提出其综合利用和尺度转换的有效方法。其中,作为尺度上推 (scaling-up) 技术,本研究选择IHS和小波分解变换两种数据融合方法,应用Landsat ETM+数据和IRS-1C数据进行了实例研究。发现: IHS方法操作简单,对两种待融合的图像的像元大小和像元数 (bit数) 的依赖不是很高,而对原始图像光谱信息的依赖很高,因此适用于不同传感器之间的数据融合上,其缺点就是不能够更多的保留原始多光谱数据的光谱信息。小波分解变换 (WD) 方法可以很好地保留多光谱传感器的所有光谱信息,但是在重采样中对两种待融合的图像的像元配准的要求很高,因此比较适合于对同一传感器的多光谱数据与全色光谱数据的融合上。作为尺度下退 (scaling-down) 技术,通过探讨将札幌野外实验站点数据镶嵌到高时间分辨率遥感图像的问题,提出像元级尺度扩展的具体操作方法和对NDVI图像进行扩展时出现混合像元的识别方法。应用AVHRR, MODIS, ETM+和ASTER的NDVI图像数据进行了像元尺度的扩展研究。得出: 对不同传感器的不同分辨率的数据之间进行像元级的尺度扩展后,能够较好地识别出不同地物的分布边界,较好的分辨混合像元,因此其结果可用于对不同地物分布特征的分类研究或土地覆盖变化中的时间序列变化的研究中。

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    流域环境模拟
    基于水库调蓄的黄河干流水体交换周期的量化研究
    刘昌明,蒋晓辉
    2004, 59 (1):  111-117.  doi: 10.11821/xb200401014
    摘要 ( 533 )   PDF(912KB) ( 490 )  

    针对黄河流域存在的水危机,探讨水体交换周期的内涵和意义,分析水体蓄变情况下水体交换周期的变化特征,在此基础上建立基于水量调度和河段配水的黄河干流水体交换周期的量化模型,并计算了不同时间尺度下黄河水体交换周期。研究结果表明,水体交换周期可以从不同时间尺度上把握水资源的可更新能力,精确地确定区域水资源总量,指导水库的调蓄计划,为建立可持续利用的水资源供水系统及其管理提供科学依据。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    长江干流主要营养盐含量的变化特征——1998~1999年日中合作调查结果分析
    徐开钦,林诚二,牧秀明,村上正吾,徐保华,渡边正孝
    2004, 59 (1):  118-124.  doi: 10.11821/xb200401015
    摘要 ( 628 )   PDF(2014KB) ( 656 )  

    根据1998年和1999年秋季在长江干流从重庆至长江口进行的纵向采样和分析,对长江干流的各态氮、磷含量的沿江变化进行研究。从整体上了解长江干流的水质变化特性,特别是营养盐含量的分布状况。研究结果表明,长江干流的SS浓度很高,介于50~400 mg/l。TN、 TP浓度分别在70~110 μmol/L、2~25 μmol/L之间,前者以NO3-N为主,后者以PTP为主,PO4-P含量仅占TP的10%~20%。DIN/PO4-P的比值在70~160之间,远高于浮游植物生长P限制值,表明长江口及临近海域中P可能是生物生命活动的主要限制因素。葛洲坝水库对SS、TP、TN、NH4-N、BOD、COD等水质有一定的净化作用。长江水体在通过各大城市以及两大湖泊时,BOD、 NH4-N负荷的增加迅速,特别是通过重庆、武汉、南京、上海及洞庭湖和鄱阳湖之后尤为明显。N、P含量的上升与人口增长、生活污水排放量及流域内化肥施用量增加有关。洞庭湖和鄱阳湖水系以及周围的面源负荷,对长江流域的营养盐变动有很大的影响。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于全球降水数据估计值的地表径流模拟——以长江上游地区为例
    林诚二,村上正吾,渡边正孝,徐宝华
    2004, 59 (1):  125-135.  doi: 10.11821/xb200401016
    摘要 ( 472 )   PDF(1970KB) ( 493 )  

    为了评价在相对较短时间内针对长江上游地区地表水径流所建立模型的模拟效果,以及检验以GCM模型和其他卫星数据所估算的降水数据作为输入数据的可行性,选择分布式水文模型HSPF以及1987年和1988年的ISLSCP降水数据作为输入数据。模型模拟结果表明:从整个长江上游地区看,在校正期内,5天平均流量的Nash–Sutcliffe相关系数 (R2) 为0.94;在验证期内,Nash-Sutcliffe相关系数 (R2) 为0.95。此外,该模型对长江上游主要支流的5天平均流量的模拟效果也很好,R2的值在0.46到0.96之间。例外的情况主要发生在沱江和嘉陵江,模型对2年洪水期的峰值流速的估计值偏低,沱江只有实际值的71%,嘉陵江只有实际值的61%。ISLSCP估计的降水比实际测量的降水频繁且程度要弱,这可能是HSPF不能在所有时间和所有区域都具有较好模拟效果的一个主要原因。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    侵蚀沉积模型在嘉陵江流域的应用
    村上正吾,林诚二,渡边正孝
    2004, 59 (1):  136-142.  doi: 10.11821/xb200401017
    摘要 ( 461 )   PDF(955KB) ( 656 )  

    从20世纪50年代到80年代长江宜昌水文站观测的泥沙输送量逐年增加,但是到了90年代却出现了逐渐减少的趋势。泥沙量增加的原因主要是乱伐森林和土地利用方式的快速改变,而减少的原因则可能是采取了一系列防止水土流失的对策和在上游修建了许多大坝而造成的。嘉陵江流域是长江泥沙的主要源区之一,90年代每年从嘉陵江流域到长江的输沙量减少到1988年前的约36%。因此,分析该流域每年泥沙输送动态及其变化原因,对制定减小水土流失的森林规划,防止三峡水库的淤积以及保护长江流域的生存环境和生态系统等具有重大意义。本研究开发并改进了一个流域集水坡面上的侵蚀模型,并将它应用到1987年的嘉陵江流域,以对其适用性进行了研究。结果表明,该模式可被用于月度泥沙生产量的评估中。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    分布式水文模型在黄河流域的应用
    杨大文,李翀,倪广恒,胡和平
    2004, 59 (1):  143-154.  doi: 10.11821/xb200401018
    摘要 ( 745 )   PDF(1619KB) ( 564 )  

    流域的水资源规划和管理都离不开水资源的定量化评估。而准确评估流域的水资源量,尤其是在大流域,必须明晰不同气候、地形、土地利用等自然条件下的水文循环过程。同时农业灌溉及水库调节等人工的直接取水和调控使水文过程变得更为复杂。仅依靠气象及水文观测数据,已很难拟合出单一的降雨-径流关系来模拟和预测流域水资源的时空分布。这时就需要一种新型水文模拟手段,它可以利用地理信息来描述流域的空间不均一性,并基于物理控制方程来描述水文过程,这就是分布式水文模型。作者介绍了这种模型及其在黄河流域的应用。

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    书评
    国家“十五”规划教材《 区域经济学 》评介
    陈栋生
    2004, 59 (1):  156-156.  doi: 10.11821/xb200401020
    摘要 ( 227 )   PDF(117KB) ( 597 )  
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