劉蘇峽研究小組關于區域土壤水分的研究新進展----中國科學院地理科學與資源研究所

　　區域土壤水分，是水文循環的重要環節，對區域干旱預測、生態系統管理和水土資源配置均具有重要意義。然而傳統的水文模擬更看重降水和徑流，視土壤水分為中間環節，缺乏深入研究。另外，土壤水分的觀測資料在全球范圍內都非常貧乏，資料積累尤為有限。劉蘇峽研究小組自1995年至今，一直致力于區域土壤水分的研究。通過多渠道集成實測土壤水分及相關的土壤、植被、地下水位等多源資料，建成了中國統一時間間隔的實測土壤水分數據庫，與美國、俄羅斯、蒙古等共建了全球唯一的實測土壤水分數據庫，現已融入國際土壤水分網絡，具有廣泛國際影響,屬于國際上較早開展區域土壤水分研究團隊。研究成果應用于西北荒漠化的水文效應、華北水文循環和東北水資源優化配置等重要國家需求。最近在土壤水分和土壤物理因子的深表層關系、遙感、實測和過程模型模擬土壤水分的深化比較、區域土壤水分的空間變異及驅動力等方面取得新進展。

　　1、建立了中國表層和深層土壤水分存在線性總關系。發現該關系隨深層厚度增加而降低，不受土壤水分量級本身的影響。對小麥、玉米、花生、油菜等植被類型可以用該總關系來由表層推算深層土壤水分，該關系是這類植被獲取深層土壤水分的重要途徑。鑒于目前大多數研究均用土壤質地來刻畫土壤垂直剖面變異性的現狀，采用室內室外觀測分析方法，探索了其他土壤物理因子對土壤分層的刻畫，發現在一些地方如河南新鄉，滯后含水率、飽和含水量、飽和導水率是比土壤質地更重要的分層因子。

　　宋亞路，劉蘇峽，馬英，胡超，莫興國，2014. 土壤分層關鍵因子確定——以新鄉實驗農地為例。地理研究. 33(11):2115-2135

　　劉蘇峽，邢博，袁國富，莫興國，林忠輝, 2013. 中國根層與表層土壤水分關系分析，植物生態學報，37(1):1-17.

　　2、基于熵理論的互信息原理檢驗了遙感土壤水分算子的有效性。發現采用指數濾波從遙感觀測的表層土壤水分導出的深層土壤水分指數的互信息與實測深層土壤水分的互信息容量相當，給遙感反演深層土壤水分的研究提供了支撐。

　　Jianxiu Qiu（邱建秀）, Wade T. Crow, Grey S. Nearing, Xingguo Mo（莫興國）, Suxia Liu（劉蘇峽）. 2014. The impact of vertical measurement depth on the information content of soil moisture times series data. Geophysical Research Letters, 41(14), 4997-5004. DOI: 10.1002/2014GL060017. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2014GL060017/abstract

　　3、采用集合卡爾曼濾波同化方法研究了不同觀測算子對應的VIP模型模擬的深層土壤水分和用遙感資料(AMSR-E、MODIS)反演的深層土壤水分的自相關系數的差異。發現同化后的模型估算的土壤水分跟實測的差別比未開展同化的模型估算和實測的差別要小；越深層次的土壤水分的估算受觀測誤差的影響越大；水分交換活躍的土層受遙感觀測誤差的影響比水分交換緩慢的土層所受影響要小。

　　Jianxiu Qiu（邱建秀）, Wade T. Crow, Xingguo Mo（莫興國）, Suxia Liu（劉蘇峽）.2014. The impact of temporal auto-correlation mismatches on the assimilation of satellite-derived surface soil moisture retrievals. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. Vol.7,issue 8. DOI: 10.1109/JSTARS.2014.2349354. http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?reload=true&arnumber=6902782

　　4、比較了VIP生態水文模型模擬的區域土壤水分、遙感(ASCAT和AMSR-E)土壤水分和實測土壤水分的差異。發現ASCAT、AMSR-E 兩組遙感數據在白洋淀流域的均方根誤差分別為0.044 和0.054 m3 m-3，略低于SMOS、SMAP遙感土壤水分的目標精度0.040 m3 m-3 。實測土壤水分及ASCAT、AMSR-E遙感土壤水分時間序列基本都包含在模型的不確定區間內，表明這三種數據源盡管在絕對值上有差異，但都能準確地捕捉到表層土壤水分動態，其距平值信息互補。

　　Jianxiu Qiu（邱建秀）, Xingguo Mo（莫興國）, Suxia Liu（劉蘇峽）, Zhonghui Lin(林忠輝), Lihu Yang(楊麗虎), Xianfang Song(宋獻方), Guangying Zhang, Vahid Naeimi, Wolfgang Wagner, 2013. Intercomparison of microwave remote sensing soil moisture datasets based on distributed eco-hydrological model simulation and in-situ measurements over the North China Plain. International Journal of Remote Sensing, 34 (19), 6587-6610. DOI:10.1080/01431161.2013.788799.http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/01431161.2013.788799#.U5-zJPmSzuo

　　MO XINGGUO(莫興國), JIANXIU QIU(邱建秀), SUXIA LIU(劉蘇峽), VAHID NAEIMI.2011. Estimating root-layer soil moisture for North China from multiple data sources In: Mohsin Hafeez （ed.）Grace, Remote sensing and ground-based methods in multi-scale hydrology, Melbourne，Australia,29 June-5 July.2011. IAHS publication 343: 118-124.

5、根據VIP模型模擬、AMSR-E被動微波遙感反演、全球陸面模式模擬和實測等多源數據，采用經驗正交函數法(EOF)，從白洋淀流域、華北區域到全國多個尺度，研究了土壤水分的空間變異及驅動力。發現土壤水分空間變化的驅動力隨研究尺度而變。在流域尺度，地形因素是主要驅動力。在區域尺度，土壤質地比地形作用強。在全國尺度，地形和土壤性質是共同驅動力。隨研究尺度增大，降水的驅動作用越強，遙感產品展示的空間變異程度越弱。

　　Jianxiu Qiu（邱建秀）, Xingguo Mo（莫興國）, Suxia Liu（劉蘇峽）, Zhonghui Lin(林忠輝), 2014. Exploring spatiotemporal patterns and physical controls of soil moisture at various spatial scales. Theoretical and Applied Climatology. Volume 118, Issue 1-2, pp 159-171.DOI: 10.1007/s00704-013-1050-6. http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00704-013-1050-6