论文部分内容阅读
地表蒸散（Evapotranspiration,ET）作为地表与大气进行水热交换的主要途径,是全球水循环过程的重要组分,对全球气候变化有着显著影响。彭曼模型（Penman-Monteith,PM）是估算地表蒸散的常用模型,它对空气动力学理论和能量平衡理论进行了融合,具有精度高、稳健性强等优点。但是,其结果对表面导度（Surface Conductance,Gs）具有较强的敏感性,而该参数难以直接观测,其估算误差是导致ET不确定性的主要原因之一。Gs由土壤表面导度（Soil Conductance,Gsoil）和植被冠层导度（Canopy Conductance,Gc）共同决定,分别表征地表蒸发和植被蒸腾对地表蒸散的影响。在植被覆盖地区,ET主要由植被蒸腾决定,对蒸腾的可靠估算将显著降低ET结果的不确性,其前提条件是能精确估算与光合速率紧密耦合的Gc。遥感技术的发展,为冠层光合速率监测提供了一个新的途径,从而使得利用遥感信息估算冠层导度成为可能。在已有的研究中,主要是利用遥感植被指数（Vegetation Index,VI）或叶面积指数（Leaf Area Index,LAI）估算Gc,不考虑冠层内部不同位置叶片在太阳辐射吸收和气孔导度方面的差异,导致结果存在较大的不确性。针对这一问题,本文基于植被光合速率与气孔导度紧密耦合的原理,构建顾及冠层内阳叶和阴叶差别的冠层导度模型,同时考虑干燥条件下的Gsoil的较小影响,进一步构建了 Gs的估算模型,并利用全球25个通量观测站点（包含8个国内站点）的观测数据率定了模型参数,验证了模型结果;将构建的Gs估算模型与彭曼模型结合,分析了 2006-2010年中国陆地生态系统ET的分布特征。论文的主要研究内容和结论如下:（1）两叶植被冠层导度模型构建顾及冠层阳叶和阴叶在太阳辐射吸收、光合速率和气孔导度方面的差异,将植被冠层分为阴叶和阳叶两部分,模拟其光合速率,输入到Ball-Berry气孔导度模型中实现对阴叶和阳叶气孔导度的估算,进而构建了两叶冠层导度模型（SS-Gc）。同时考虑干燥条件下的土壤表面导度的较小影响,进一步实现了对Gs的估算（SS-Gs）。利用由通量观测数据估算的Gs进行验证,结果表明构建的SS-Gs模型比基于LAI（LAI-Gs）和VI（LAI-Gs）的模型的精度高、适应性强,在落叶阔叶林（Deciduous Broadleaf Forest,DBF）、常绿阔叶林（Evergreen Needleleaf Forest,ENF）和常绿针叶林（Evergreen Broadleaf Forest,EBF）站点尤为明显。（2）构建的SS-Gs模型可减小ET估算结果的不确定性将构建的SS-Gs模型与PM模型结合,进行无雨条件下白天ET的估算。利用全球25个通量站的观测数据验证表明,SS-Gs模型可提高ET估算结果的可靠性,模拟与观测ET比较的R2（Determination Coefficient）为0.76、均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）为 0.71 mm/day;基于 LAI-Gs 模型估算的 ET与观测数据比较的R2和RMSE分别为0.69和1.06mm/day;基于VI-Gs模型估算的ET与观测数据比较的R2和RMSE分别为0.69和1.01 mm/day。与LAI-Gs和VI-Gs模型相比,SS-Gs模型能有效地避免在森林和草地站点生长季ET的高估。（3）中国陆地生态系统Gs的变化特征利用2006-2010基于MODIS数据反演的LAI和由气象站观测数据插值生成的气象场数据驱动SS-Gs模型,分析了中国陆地生态系统Gs的变化特征。2006-2010年间,中国陆地生态系统Gs年平均值的变化范围为0～17 mm/s,年际变化不明显,空间分布存在明显的差异。在内蒙古、青藏高原及西北地区,Gs年平均值的变化范围为0～4 mm/s;在东北、华北、中部、华东及大部分西南地区,Gs年平均值的变化范围为4～7 mm/s;而在云南南部、华南及台湾地区,Gs年平均值较高,变化范围为7～17 mm/s。利用SS-Gs模型估算Gs年平均值略低于利用VI估算的结果。（4）基于SS-Gs模型估算的中国陆地生态系统ET变化特征利用Gs-SS（SS-Gs模型估算的Gs结果）和PM模型估算白天的ET,并考虑夜间ET和冠层降水的蒸发,进行2006-2010年中国陆地生态系统逐日ET的估算。利用中国8个通量站的ET观测验证表明,估算的逐日ET与观测数据比较的 R2 为 0.24～0.81、RMSE 为 0.64～2.72 mm/year。2006-2010 年中国陆地生态系统ET的年平均值约为420 mm/year,2006年的平均ET最高,为428.15 mm/year,而2009年的ET平均值最低,为407.25 mm/year。ET年总量在空间分布上存在明显的差异,在内蒙古、青藏高原及西北地区,年ET值较低,普遍小于200 mm/year;在东北及华北地区ET的年总量为200～400 mm/year;在西南部分地区、华中地区及华东的部分地区,ET的年总量为400～600 mm/year;在藏南部分地区、云南省南部,华南地区及大部分华东地区,ET的年总量普遍高于600 mm/year。