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新一代耦合众多陆表生物地球物理和生物地球化学过程的集成陆面过程模式(LSMs)为在不同时间和空间尺度上理解陆表物质、能量交换及其对气候变化的响应特征提供了重要技术手段。然而，LSMs的应用效果取决于模式本身结构、参数和输入数据所导致的不确定性的大小。本文研究中首先针对LSMs高寒地区土壤水热（湿度和温度）模拟不确定性普遍较大的问题，以动态陆面过程模式DLM为例优化了模式高寒地区土壤水热参数化方案;其次利用中国高分辨率气象场和土壤数据驱动两个LSMs(DLM和CLM4.0)模拟、并量化分析了近30年(1979-2012)中国陆表蒸散发(ET)和生态系统总初级生产力(GPP)时空动态特征;此外，以黑河上游流域为例优化了基于DLM发展发展的流域生态水文模型DLM-Ecohydro，并进行了应用试验研究。主要研究内容概括为以下五个方面: (1)LSMs高寒地区土壤湿度模拟评估及参数化方案优化 利用青藏高原地区气象和土壤湿度观测数据，对DLM和CLM4.0两个陆面过程模式高寒地区土壤湿度模拟进行验证评估，结果表明两个模式对于冻结期和冻融过程土壤湿度模拟存在较大不确定性，显著低估非冻结期土壤湿度。在此基础之上，通过改进DLM模式土壤有机质(SOM)和冻土液态水渗透参数化方案，显著提高了模式在高寒地区对土壤湿度模拟的能力。 (2)LSMs高寒地区土壤冻融模拟评估及参数化方案优化 通过对DLM和CLM4.0模式青藏高原地区土壤温度模拟结果进行验证评估，发现DLM模式明显地高估非冻结期（4-7月及9月中旬至10月下旬）土壤土壤温度。DLM和CLM4.0均低估冬季低温期（12月至3月）土壤温度，平均低估达5-6℃。研究中通过改进模式中大气进入表层土壤/积雪热通量算法、引入更精细化考虑土壤有机质热导特性的土壤热导率参数化方案，提高了DLM模式青对藏高原高寒地区土壤温度模拟的能力。 (3)DLM-Ecohydro流域生态水文过程模拟试验研究 以黑河上游为例，优化流域生态水文模型DLM-Ecohydro，并进行了流域生态水文过程模拟试验研究。结果表明，相对于不考虑土壤水分侧向运动的LSMs，耦合陆表过程模型和水文模型的三维流域生态水文模型能够更好的模拟流域陆表生态系统初级生产力(GPP)和蒸散发(ET)。 (4)中国陆表蒸散发模拟及分析 系统性地对比评估了三个陆面过程模式（DLM，CLM4.0和VIC）模拟的、中分辨率成像光谱仪(MODIS，Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)产品及基于通量站点尺度观测升尺度方法(MTE)计算的中国陆表ET结果。对比结果表明，基于三个模式集合平均模拟的ET数据产品(LSMs-ET)不确定性最小。利用LSMs-ET数据量化分析了中国陆表ET时空动态变化特征发现:1979-2012年中国年均ET为351.24±10.7mm yr-1，以0.72mm yr-1的速率显著增长;42.42％中国陆表ET线性变化显著(p＜0.05)，其中36.01％地区ET显著增长，主要位于青藏高原、新疆西北以及四川和云南西部地区，6.41％地区ET显著减小，主要分布于贵州、广西和江西局部地区;ET变化趋势空间分布和不同气候区ET趋势比较结果显示，青藏高原地区ET快速增长是导致中国陆表ET总体上增加的主要原因。 (5)中国陆地生态系统GPP模拟及分析 利用16个中国通量站点观测数据系统性地验证，并相互对比了过程模型、卫星遥感和通量站点升尺度三种方法估算中国陆地生态系统GPP。结果表明采用卫星遥感先验LAI输入和优化后光合参数的DLM模拟GPP不确定性最小。利用DLM模式估算中国年均GPP为5.64±0.15Pg C。中国陆地生态系统GPP时空动态特征分析显示:1979-1990年中国陆地生态系统GPP呈显著增长趋势（5.43×10-2Pg C yr-1，p＜0.05），1990-2012年间则表现出略微减小趋势，但不显著;空间分布上，中国陆表42.49％地区年GPP变化趋势显著，其中36.71％呈显著增长趋势，5.78％地区GPP表现为显著减小趋势。显著增长地区主要位于青藏高原、四川西部、云南北部、陕西南部和湖北西部、重庆大部分地区、东北森林以及新疆和南方局部地区。显著减小地区主要分布于内蒙古东北部、辽宁西部、浙江中部以及新疆中部等局部较小地区;统计分析显示中国主要植被类型年均GPP大小依次为森林(1.80)、农田(1.45)、草地(0.94)、灌丛(0.89)和未利用地（0.13Pg C yr-1）。