北方典型农业生态区陆面过程研究简述

摘要：介绍了关于北方地区的陆面过程观测、模式发展以及陆气相互作用研究方面所取得的主要研究成果。分别从陆面过程观测、陆面过程数值模拟和陆面过程模式中土壤湿度数据同化3个方面，概述了国内开展陆面过程研究的主要内容。指出了陆面过程观测、陆面模式研究中存在的不足以及陆面过程数据同化发展的新途径。分别介绍了在西北干旱区和锦州农田开展的陆面过程观测和数值模拟研究。最后总结了陆面过程研究中存在的问题和未来发展的方向。

关键词：陆面过程；陆气相互作用；西北干旱区；锦州农田

中图分类号：P463.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）21-4006-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.21.002

A Brief Introduction of Study on Land Surface Processes in Typical Agro Ecological Regions of North China

ZOU Xu-dong1，LIU Hai-long2，JIA Qing-yu1，WANG Xiao-ying1，YANG Hong-bin1，

ZHANG Yun-hai1，WANG Hong-yu1，SUN Feng-hua1

（1.Institute of Atmospheric Environment，CMA，Shenyang 110166，China；

2.Liaoning Meteorological Equipment Support center，Shenyang 110166，China）

Abstract： This paper introduces the research results of the study on the observation of land surface processes， the development of models and the study of land atmosphere interaction in North China. The main contents of the study on land surface processes in China are summarized from three aspects： land surface observation， land surface process numerical simulation and soil moisture data assimilation in land surface process model. The shortcomings of land surface processes observation and land surface models is proposed， and new approach to the development of land surface data assimilation is proposed. Introduces the observation and numerical simulation of land surface processes in arid areas of Northwest China and in Jinzhou famland. Finally， the existing problems and future development of land surface process research are summarized.

Key words： land surface process； land atmosphere interaction； arid area of northwestern China； Jinzhou farmland

陆面过程是包含发生在陆面上所有的物理、化学、生物过程以及这些过程与大气的关系[1]。太阳辐射有近一半的能量被地球表面吸收，辐射能量进而转化为感热和潜热等多种形式的能量，驱动大气环流、维持生命活动，促进水分、二氧化碳等物质在气候系统中循环运动。陆地面积约占全球表面的30%，对于大气与下垫面相互作用过程，陆地比海洋的可变性更大。陆地表面是人类生存的场所，陆地水资源、作物产量、植被的演替及其他物理环境等与人类生存活动息息相关。深入研究陆面过程，发展和完善陆面模式，对陆面过程及地—气交换过程进行合理描述，是改善气候模式对地球气候系统的模拟能力和深入认识地球气候系统变化的物理机制所必须解决的一个根本问题[2，3]。准确计算陆面与大气之间的动量、热量和水分的交换，对于预测全球及区域气候变化趋势、提高天气预报水平、应对极端天气气候事件有重要的科学意义[4]。本研究总结和归纳了国内关于陆面过程的部分研究成果，尝试在此基础上讨论陆面过程研究的几点科学问题和未来发展的方向。由于关于陆面过程研究的内容过于宽泛而且大量。所以，对其中关于西北干旱区和代表典型东北玉米农田的锦州生态观测站开展的研究给出了专门介绍。

1 陆面过程研究主要内容

1.1 陆面过程观测

陆面过程野外观测试验是陆面过程研究的最基础性也最为重要的方面，它是推动陆面过程研究的主要手段。科研人员对生态系统陆面过程中湍流、涡度、CO2、水汽等物质通量感测开展大量观测研究[5-15]。开展了陆面过程中各种关于热量通量觀测的研究工作[16-19]。郭辉等[20]采用Li-8100碳通量自动监测系统观测低质林分土壤碳通量，运用统计分析方法，分析采伐强度对土壤碳通量、土壤温度与湿度的影响。刘越等[21]应用ASTER热红外遥感图像，采用PCACA模型以及理论定位算法，反演了城市地表热通量的相关参数，分析城市下垫面不同土地覆盖类型对地表热通量以及能量平衡的影响，得出了关于城市热岛效应形成的重要机制。刘实等[22]采用静态暗箱-气相色谱法，比较研究东北东部4种典型温带森林土壤表面CO2、CH4和N2O通量在非生长季中的时间动态及其影响因子。李亮等[23]利用2004-2007年中国科学院中国生态系统研究网络（CERN）生态站实测土壤通量、辐射等资料，分析不同土壤类型表层热通量的日变化和季节变化，以及不同土壤类型的热通量与总辐射、净辐射的关系。徐自为等[24]利用土壤热通量等相关观测数据对多种测算土壤热通量的方法进行了对比分析，分析了观测站点土壤热通量日、季节变化特征。大口径闪烁仪和微波辐射计等仪器被应用于研究陆面过程观测中[25-33]。还有一些用其他方式对生态系统特征的研究，例如刘永强[34]计算分析美国大陆干旱指数变化，比较植被类型对干旱强度和频率的影响。蔡福等[35]结合GIS技术、气候倾向率以及突变分析方法对辽宁近50年热量资源相关要素的时空演变特征和突变特征进行分析。陆面过程观测试验研究还存在明显的局限性和不足。观测试验的空间布局还不够合理、完善，还有一些典型地区没有开展过比较综合的观测试验研究，而且一些站点的选址存在一定的问题，区域代表性差。缺少受人类活动影响的陆面过程特征及复杂下垫面和非均匀下垫面陆面过程特征方面的研究。缺少长期的野外观测试验以获取长时间序列的观测资料。观测试验研究偏重热力和动力过程，水分过程和生态生理过程方面的研究相对较少。

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