全球植被叶面积指数对温度和降水的响应研究

利用一套新的遥感信息反演的叶面积指数(LAI)数据和生物气候数据,建立了全球尺度的LAI与降水及温度的总体相关和距平相关,用以揭示全球尺度的植被季节和年际的变化对气候变化的响应特征.结果发现,全球尺度植被与气候因子的季节和年际变化随不同的生态系统差异明显.植被LAI与温度的总体正相关的最大值出现在北半球的中高纬度地区;LAI与降水的总体正相关高值(＞0.8)出现在亚洲东部、北美洲北部腹地和热带非洲北部的Sahel地区;最大的LAI与温度的正距平相关(0.4-0.6)出现在东南亚南部、非洲Sahel地区的南部和巴西东部等热带地区;而从LAI与降水的距平相关来看,最明显的特征是出现在西伯利亚、亚洲北部和北美西北部的强的负距平相关.本文进一步阐明了出现相关特征差异的陆-气过程物理机制.     

遥感反演连续植被叶面积指数的空间尺度效应

叶面积指数（LAI）是描述植被冠层几何结构的最基本的参数,是气候模型、地-气相互作用等过程的重要输入参数．近年来遥感反演LAI的尺度效应问题得到广泛关注．在作物冠层反射率模型基础上,讨论了LAI尺度效应的产生机制,并获得不同尺度之间LAI的转换公式,数值模拟试验和实际遥感图像试验都证明了该尺度转换公式的可靠性．     

机载激光雷达森林叶面积指数反演研究

叶面积指数(LAI)是分析冠层结构最常用的参数之一,它控制着植被的生物物理过程,如光合、呼吸、蒸腾、碳循环和降水截获等,因此快速、可靠和客观地评价LAI非常重要.本文发展了激光穿透指数(LPI)的简化计算方法,首次利用校正后的回波强度计算出LPI,以LPI为变量基于Beer-Lambert定律实现了甘肃大野口研究区森林LAI反演,并且与原始回波强度和回波数反演LAI的精度进行对比,结果发现通过距离和角度校正后的回波强度值能提高LAI反演精度.为了评价模型的可靠性和泛化性能,用留一法交叉验证程序(LOOCV)对最佳反演模型进行了验证,表明该模型没有过度拟合,具有很好的泛化能力.最后,用没有参加建模的16个实测LAI对预测值进行精度验证(R2=0.810,RMSE=0.198),发现校正后的回波强度反演山区森林LAI精度较高.本文还对激光雷达LAI反演结果与传统光学TM影像的反演结果进行了对比分析,结果表明机载激光雷达反演LAI精度(R2=0.825,RMSE=0.165)高于光学TM遥感数据(R2=0.605,RMSE=0.257),因此,可用激光雷达数据实现研究区的高精度LAI反演,为生态环境研究提供可靠的基础数据.     

遥感反演离散植被有效叶面积指数的空间尺度效应

叶面积指数(LAI)是表征植被几何结构和生长状态的关键生物物理参数,也是气候、能量和碳循环等模型的重要输入参数.遥感反演LAI的尺度效应问题一直备受关注.考虑到尼尔逊参数对离散植被的BRDF模型的影响,我们定义有效叶面积指数LAIeff,LAIeff与传统概念下的叶面积指数具有相同的表征植被冠层内叶子浓密程度的主要功能,因此,本文以讨论有效叶面积指数为主.离散植被的空间尺度效应产生机理与连续植被有所不同,本文在方向性二阶微分方法(DSD)反演有效叶面积指数的基础上,讨论了离散植被空间尺度效应产生的原因,并提出了有效叶面积指数的尺度转换公式.理论分析结果表明高分辨率像元有效叶面积指数反演值的平均值总是大于等于同一目标低分辨率像元的有效叶面积指数反演值.另外,本文基于实际航空高光谱遥感影像,反演了中国河北省张家口市怀来县某植被覆盖区的有效叶面积指数,其反演结果验证了该结论的正确性和尺度转换公式的可靠性.     

火山活动对热带高空温度变化的影响

本文利用序列回归分析、对比分析和个例分析法分析了火山活动对热带高空大气的温度效应. 主要结论为：火山活动影响最显著的高度是平流层70 hPa约22 km高空,由此高度向上或向下,火山活动的影响都逐渐减小;火山活动将引起平流层大气升温、对流层大气降温,其分界线大致位于对流层顶300 hPa附近;火山活动对于热带70 hPa高空温度距平变化的影响超过了总方差的45.7%;单独考察几次强火山活动（如阿贡火山、皮纳图博火山和厄尔奇冲火山等）的温度效应表明,在热带地区强火山爆发后的20个月内,对热带高空温度的影响超过了其距平变化的80%！成为该时段高空温度变化的决定性因素.     

全球海温对太阳射电通量异常的响应及其对降水的影响

太阳活动对全球气候的影响一直是人们关心的热门话题,尤其是太阳活动对海温和降水的影响吸引更多学者的目光.本文通过研究全球0~700 m海温对太阳射电通量（Solar Radio Flux,缩写为SRF）的响应,发现全球海温对太阳活动响应具有空间分布不均匀性特征,显著响应的地区集中在太平洋和南大西洋,显著响应的层次主要在0~200 m.利用响应太阳活动显著区域的海温资料,定义一个响应太阳活动的海温异常指数,研究该指数与同期和滞后1年全球冬夏季降水的相关分布,发现指数高时夏季热带中太平洋降水增多,南北半球中高纬地区降水增加,呈带状分布,南极地区降水显著减少;我国江南东部地区、青藏高原和山东半岛降水减少.冬季热带中部太平洋和东南太平洋地区降水增多,赤道西太平洋降水明显偏少,北极地区降水显著偏多,热带西太平洋和孟加拉湾降水减少,南北两个半球中高纬度地区降水增多;我国华南地区广西和广东西部、海南一带降水增多,东北地区降水减少,青藏高原地区降水显著增加.当海温异常指数低时,情况相反.研究结果表明,海温异常通过影响降水放大了太阳活动的作用.由此推测,在考虑夏季降水的预测问题时,由太阳活动引起的太平洋和大西洋海温异常对降水的影响应该引起重视.

     

大磁暴后我国温度的变化

本文应用1955年英国格林威治观象台出版的大磁暴資料,研究了1909—1952年时期內历次大磁暴前后我国九站逐日溫度变化的情况。文中用重迭时序分析法,对大磁暴后90天内我国九站逐日溫度正距平百分率及平均溫度距平进行了計算,結果見图1。同样,对大磁暴前30天的計算結果,見图2。从而发現,在大磁暴后第10,16,24,44,75—77天附近,我国出現几次显著的溫度增暖期;而且在大磁暴前后,我国的溫度变动表現出27天太阳自轉周期性的振动。在大磁暴出現日期和其后第45天与第75天,亚欧地区自然天气周期的环流类型表現出清楚的韵律振动,因此认为天气过程的韵律振动当与太阳发射强烈粒子流輻射的活动区及其自轉周期发生密切关联。此外,本文还研究了某些小磁暴之后30天內,我国八站溫度的变动（图3）,发現在其后第13天附近出現显著的降溫。     

基于水分距平指数的2006年四川盆地东部特大干旱遥感响应分析

针对四川盆地东部的2006年特大干旱, 分析MODIS遥感观测资料对旱情的响应, 以探求区域干旱遥感监测的可操作性方案. 首先, 依据地面气象和水文观测初步估算了旱情的发展过程和空间分布范围, 利用MODIS产品计算了2001~2006年夏季每8天的地表水分遥感指数; 然后, 构造并计算了地表水分距平遥感指数, 用之检验了四川盆地东部特大干旱的遥感响应; 最后, 基于地表水分距平遥感指数分析了不同植被覆盖类型对干旱的敏感性. 研究结果表明: 该距平指数对水分盈缺敏感, 优于基于绝对含水量的遥感监测方法, 准确提取了四川盆地东部2006年特大干旱的时空格局, 重建了旱情的发展和消退历程, 同相关旱情统计比较吻合. 同干旱的地面监测比较, 该方法不仅考虑了局地需水持水特性, 而且克服了观测站点的空间代表性局限, 能快速提供区域旱情的详细空间分布, 因此为区域干旱的日常监测提供了一个具可操作性的实用方案.     

大磁暴后我国温度的变化

本文应用1955年英国格林威治观象台出版的大磁暴資料,研究了1909-1952年时期內历次大磁暴前后我国九站逐日溫度变化的情况。文中用重迭时序分析法,对大磁暴后90天内我国九站逐日溫度正距平百分率及平均溫度距平进行了計算,結果見图1。同样,对大磁暴前30天的計算結果,見图2。从而发現,在大磁暴后第10,16,24,44,75-77天附近,我国出現几次显著的溫度增暖期;而且在大磁暴前后,我国的溫度变动表現出27天太阳自轉周期性的振动。在大磁暴出現日期和其后第45天与第75天,亚欧地区自然天气周期的环流类型表現出清楚的韵律振动,因此认为天气过程的韵律振动当与太阳发射强烈粒子流輻射的活动区及其自轉周期发生密切关联。此外,本文还研究了某些小磁暴之后30天內,我国八站溫度的变动（图3）,发現在其后第13天附近出現显著的降溫。     

青藏高原植被物候对不同强度极端温度和降水的差异化响应

量化气候因素如何影响植被物候对于理解全球变化背景下气候-植被相互作用以及碳水循环至关重要.然而,不同强度的极端气候事件对青藏高原植被物候的影响尚不明确.利用长期日光诱导叶绿素荧光遥感,研究了2000～2018年青藏高原植被物候对不同强度极端温度和降水事件的响应.研究发现,随着温度梯度的增加,最高温度暴露天数(Maximum temperature exposure days, TxED)和最低温度暴露天数(Minimum temperature exposure days,T_nED)均导致春季物候(Start of the growing season, SOS)由延迟转为提前.然而, T_xED和T_nED对秋季物候(end of the growing season, EOS)的影响随着温度梯度的增加由提前转为延迟,直到达到温度阈值.超过该温度阈值将会对植被生长产生不利影响,引起EOS提前结束.具体而言,对应的最高和最低温度阈值分别为10.12℃和2.54℃.对于累积降水(Cumulative precipitation...