中国西南地区地形复杂，且易受云和雾的影响，往往导致野外和遥感观测难以精确开展，陆面过程模型的模拟精度较低。本书以西南地区陆地表层系统过程为研究对象，重点突破西南地区地形复杂、多云多雾等特征下地面观测、遥感产品高精度估算、陆地表层过程精细模拟中参数不确定性等关键科学问题，开展西南地区复杂地表陆表过程观测与模拟研究；联合多个站点形成陆表过程关键参数地面观测系统，制备陆面过程模型驱动和参数数据，反演区域关键陆表参数高精度遥感产品；将地面和遥感观测数据同化到陆面过程模型中，实现区域陆地表层系统过程模拟；搭建起西南地区陆地表层系统过程集成研究的框架，增强对西南地区陆地表层系统过程的理解。
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第1章绪论1
1.1研究意义1
1.2国内外研究进展2
1.2.1陆表过程观测系统2
1.2.2陆表参数遥感反演3
1.2.3陆表遥感产品真实性检验5
1.2.4陆表过程模拟6
1.2.5陆面数据同化技术6
1.2.6西南地区陆表过程监测与分析8
1.3研究内容与科学问题9
1.3.1主要研究内容9
1.3.2研究目的11
1.3.3拟解决的关键科学问题11
1.4研究路径12
参考文献13
第2章西南地区大气驱动数据制备17
2.1概述17
2.2现有大气驱动数据18
2.3基于动力降尺度的大气驱动数据制备19
2.3.1研究区20
2.3.2数据21
2.3.3方法24
2.3.4结果分析27
2.4基于机器学习的大气驱动数据制备34
2.4.1多源数据构建机器学习降尺度模型34
2.4.2结合Sentinel-2数据降尺度Himawari-8下行短波辐射48
2.5小结54
参考文献55
第3章地面通量观测与分析59
3.1概述59
3.2研究区概况61
3.3通量数据处理方法63
3.3.1观测方法及项目63
3.3.2通量观测足迹分析65
3.3.3通量数据质量评价66
3.4不同时间尺度碳水通量的变化特征70
3.4.1碳水通量日变化特征70
3.4.2环境要素季节变化特征71
3.4.3碳水通量季节变化特征72
3.4.4季节性干旱下站点之间碳水通量的对比75
3.5环境要素对碳水通量的影响77
3.5.1环境要素对碳水通量的影响分析77
3.5.2季节性干旱下环境要素对碳水通量的影响78
3.5.3碳通量对降水脉冲的响应80
3.6讨论81
3.6.1碳水通量的变化特征81
3.6.2环境要素对碳水通量的影响83
3.7小结83
参考文献84
第4章叶面积指数遥感反演89
4.1概述89
4.2山区叶面积指数反演主要问题89
4.3基于GOSAILT模型的山区叶面积指数反演模型90
4.3.1GOSAILT模型90
4.3.2基于GOSAILT模型的查找表构建92
4.4试验区及叶面积指数反演验证94
4.4.1试验区及数据处理94
4.4.2验证结果95
4.5小结98
参考文献98
第5章地表温度重建100
5.1概述100
5.1.1地表温度遥感反演方法及产品100
5.1.2山区地表温度反演与挑战102
5.1.3地表温度重建研究进展106
5.2基于能量平衡云下温度重建107
5.2.1重建算法原理与参数化108
5.2.2地表短波净辐射反演112
5.2.3重建结果与讨论113
5.2.4误差讨论117
5.2.5参数影响117
5.2.6天气状况和时间差距的影响118
5.3基于随机森林的地表温度重建119
5.3.1数据来源及研究方法119
5.3.2云下地表温度重建结果126
5.3.3重建地表温度精度验证133
5.4小结135
参考文献136
第6章土壤水分遥感反演141
6.1概述141
6.2基于机器学习算法的复杂地表高分辨率土壤水分反演算法142
6.2.1最优预测因子敏感性分析143
6.2.2基于机器学习算法的土壤水分反演模型构建145
6.3高分辨率土壤水分验证150
6.3.1土壤水分空间分布特征150
6.3.2土壤水分反演结果验证151
6.4小结154
参考文献155
第7章植被动态过程模型156
7.1概述156
7.1.1Biome-BGC模型研究进展156
7.1.2Biome-BGC模型原理及优势159
7.1.3PEST参数敏感性分析160
7.1.4PEST参数优化162
7.2模型参数优化结果评价163
7.2.1槽上退耕农田站163
7.2.2虎头村苗圃站166
7.3西南喀斯特地区碳水通量时空分布特征169
7.3.1数据来源与预处理169
7.3.2西南喀斯特地区碳水通量时间分布特征169
7.3.3西南喀斯特地区碳水通量空间分布特征171
7.4小结173
参考文献174
第8章水文过程模拟176
8.1概述176
8.2岩溶水文模型概述176
8.3典型岩溶流域概况177
8.3.1重庆青木关流域177
8.3.2广西木连流域179
8.3.3贵州陈旗流域181
8.3.4三个岩溶小流域的水文相似性与差异182
8.3.5建模基础数据184
8.4岩溶-流溪河模型建模及参数优选185
8.4.1流溪河模型185
8.4.2岩溶-流溪河模型186
8.4.3模型参数及其自动优选方法190
8.5模型模拟效果验证193
8.5.1青木关流域模拟结果193
8.5.2木连流域模拟结果195
8.5.3陈旗流域模拟结果196
8.5.4三个流域模拟结果对比198
8.6模型评估及不确定性分析199
8.6.1模型输入数据的不确定性200
8.6.2模型结构的不确定性200
8.6.3模型参数的不确定性200
8.7小结202
参考文献203
第9章 陆表过程模型的模拟与同化207
9.1概述207
9.1.1陆表过程模型介绍207
9.1.2CLM模型介绍208
9.1.3陆表数据同化209
9.2基于CLM的西南地区陆表变量模拟210
9.2.1模型的移植以及数据制备210
9.2.2CLM模拟结果212
9.3模型的结果分析214
9.3.1表层土壤水分数据验证214
9.3.2蒸散发数据验证218
9.4 小结220
参考文献220
第10章西南干旱监测222
10.1概述222
10.2数据与方法228
10.2.1数据228
10.2.2研究方法232
10.3西南地区干旱下森林恢复力监测239
10.3.1贝叶斯动态线性模型识别ALR的像元点示例239
10.3.2西南地区森林恢复力降低的时间动态变化240
10.3.3极端干旱事件下森林恢复力降低的空间格局242
10.3.4天然林和次生林恢复力的差异244
10.3.5喀斯特与非喀斯特地区森林恢复力的差异246
10.4西南地区森林恢复力遥感监测指数248
10.4.1极端干旱年份确定248
10.4.2EVI和NDVI构建的森林恢复力指数比较250
10.4.3不同森林类型的恢复力指数比较及影响因素252
10.5小结255
10.5.1主要研究结论255
10.5.2不足与展望256
参考文献257
第11章水分利用效率时空动态及其对干旱的响应263
11.1概述263
11.2相关研究进展264
11.2.1水分利用效率研究进展264
11.2.2干旱对水分利用效率的影响分析266
11.3数据来源与评估方法267
11.3.1气象数据267
11.3.2GPP和ET数据268
11.3.3通量观测数据269
11.3.4干旱指数计算及干旱事件提取269
11.3.5趋势分析270
11.3.6相关分析和偏相关分析270
11.4西南地区生态系统水分利用效率时空动态271
11.4.1时空变化特征271
11.4.2空间分布特征274
11.5生态系统水分利用效率对典型干旱事件的响应276
11.6小结279
参考文献279
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