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陆-气水热交换受到气候变化和人类活动主导下的土地覆盖变化的共同作用和影响。一方面,陆-气水热交换是陆面过程的重要组成部分,必然受到气候变化的影响。另一方面,土地覆盖变化导致下垫面生物物理特征的变化,从而改变地表反照率、粗糙度及植被覆盖比例,使近地层温度、湿度、风速等发生变化,进而影响地表蒸散。定量分析与预估气候和土地覆盖变化对陆-气水热交换的影响,加深对陆地表层与大气之间交互过程的认识,能更好地促进人们对区域及全球变化的理解。 论文针对中国东部地区的几种典型生态系统类型,采用来自ChinaFlux和Fluxnet的通量观测数据,开展了新一代陆面过程模型EASS(Ecosystem-Atmosphere Simulation Scheme)的参数本地化、模型优化、模型检验及适用性评价等研究;进而使用优化后的EASS模型,定量模拟并分析了中国东部区域过去近30年(1981~2005)陆表水热交换的时空分布和变化特征,探讨了气候变化和土地覆盖变化对陆表水热通量的影响及各自的贡献率;最后开展了中国东南部地区未来40年(2010~2050)陆表水热通量变化及时空分布规律等预估研究,主要成果如下: 1.针对研究区中几种主要的植被功能型,对EASS模型进行了参数优化和校准。综合评价结果表明,EASS模型具有较准确地模拟不同生态系统类型陆表水热通量的能力和较为广泛的适用性。采用优化后的EASS模型,对中国东部地区的水热通量开展了模拟研究,取得了较好的模拟结果。 2.分析了过去近30年中国东部地区陆表水热通量的时空变化特征、格局及归因。1)区域平均年际变化分析表明,过去近30年来,净辐射呈增加趋势。显热通量和潜热通量的变化不一致,在2000年之前,二者均保持稳定增长趋势;2000年以后,显热通量出现一个陡增的变化态势,而潜热通量则截然相反,出现陡降的变化态势;2)从年均空间分布来看,华中、华东地区北部以及整个华北地区的净辐射、显热通量和潜热通量均相对较高,主要原因是太阳短波辐射较强;3)从区域平均的季节变化来看,陆表水热通量具有明显的季节变化规律。净辐射和潜热通量呈单峰变化,最高值出现在6月或7月份的生长季,而显热通量呈正弦曲线动态变化特征,最高值出现在3月或4月份,在11月份出现另外一个小的峰值,最低值出现在7月或8月份,显热通量在生长季出现低谷的原因是因为更多的净辐射通量被分配给潜热通量。 3.通过情景设计模拟,定量分析了气候变化和土地覆盖变化各自对陆表水热通量的贡献率。分析结果表明,气候变化对陆表能量通量的贡献率远远大于土地覆盖变化的贡献率,贡献比例达到4∶1,甚至更高。 4.论文分析了中国东部地区几种主要的植被类型转换对陆表水热通量的影响。结果表明,农田向林地转换后,因反照率降低,粗糙长度增加,导致净辐射增加,显热通量明显减小,潜热通量增加。当灌丛转换为草地时,致使潜热通量明显增大。 5.基于未来情景的驱动场数据和土地覆盖数据,通过情景设计模拟,分析了中国东南部地区未来40年陆表水热通量的年际时空分布格局及其变化特征。1)因未来40年土地覆盖变化不大,无论从区域平均的年际变化、年际时空变化还是季节变化分析来看,土地覆盖变化对显热通量和蒸散发(ET)的影响均不是很明显;2)从区域平均的年际变化分析来看,未来40年,中国东南部地区显热通量呈下降的变化趋势,而ET则相反,呈增大趋势,而且显热通量的减少(2.15W m-2)不足以弥补蒸发潜热的增加(7.30W m-2);3)从区域平均的季节变化分析来看,中国南部未来40年,显热通量和ET均呈现单峰模式,峰值均出现在6月或7月份;4)针对土地覆盖发生变化的区域分析,当林地转化为农田时,显热通量增大(0.64W m-2),而ET降低(0.21mm day-1)。通过本研究,我们认识到,未来气候变化对水热交换过程及其时空分配的影响较大,但土地覆盖变化在区域水热交换过程中的影响不容忽视。