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碳循环描述范文1
1、碳库
碳循环是一个极其复杂的地球化学循环过程，包括碳元素在各个储库的贮存和在不同储库之间的流通。就通量来说，碳循环中最重要的是CO2的循环，CH4与CO的循环是较次要的部分。所谓碳库，是指在碳循环过程中，地球各个系统所存储碳的部分，概括起来，地球上主要有四大碳库，即大气碳库、海洋碳库、陆地生态系统碳库和岩石圈碳库，如表1所示，其中，岩石圈碳库最大，但碳在其中的周转时间极长，约在百万年以上，因此，在碳循环研究中可以把岩石圈碳库近似看作静止不动；海洋碳库是除地质碳库外最大的碳库，但碳在深海中的周转时间也较长，平均为千年尺度；陆地生态系统碳库主要由植被和土壤两个分碳库组成，内部组成和各种反馈机制最为复杂，是与人类活动关系最为密切的碳库。而干旱半干旱区由于面积较大，因而在陆地生态系统碳库中占有一定的比重。
2、碳源与碳汇
在碳循环研究中，人们主要关心的是碳在大气圈、海洋和陆地生态系统（包括植物和土壤等）3个碳库之间进行的连续交换，即碳的流量问题或者说是碳源和碳汇的问题。所谓碳源和碳汇都是以大气圈为参照系，以向大气中输入碳或从大气中输出碳为标准来确定，即向大气圈释放碳的通量、过程或系统称之为碳源，从大气圈中清除碳的通量、系统、过程或机制称之为碳汇。最终决定一个体系是源还是汇的是碳的净收支。目前，由于大气圈与陆地生态系统之间碳的交换过程存在的未知问题最多，受人类活动的影响最大，是全球碳循环的研究重点。其中，仍然困扰科学界的一大碳循环难题是关于“碳失汇”的问题，即CO2收支不平衡，该问自1938年Callendar首先提出，但到了今天，该问题依然悬而未决。目前比较一致的观点认为，这个未知汇可能在北半球中纬度地带，这一碳汇约可占到全球碳失汇的1/3，但是这一机制还不清楚。到目前为止，人们认识到的在几年到几十年的短时期内，可能影响陆地碳储存的过程主要包括气候变化，植物生长，CO2的施肥效应，氮沉降施肥以及土地利用方式的变化5个方面。由于干旱半干旱区生态系统碳源汇的研究较少，对该区生态系统碳源汇进行研究不仅可以弥补中国在干旱半干旱区生态系统碳通量研究的不足，而且可以为中国在碳贸易中提供一些基础数据支持。
二、不同环境因素对干旱半干旱区碳循环的影响
植被—大气间的碳循环及其对环境要素变化的响应是目前全球变化研究中的热点问题，科学家们正尝试通过不同尺度的实验观测和模型模拟来研究陆地生态系统在不同时间与空间尺度上的碳收支及其对环境的响应。影响生态系统碳交换量的主要因素有光照，温度，水分以及土壤温湿度等。干旱半干旱区由于气候干旱，蒸发强，降雨稀少，光照强，各种环境条件恶劣，使得该区生态系统在各种环境因素影响下较为脆弱，因此有必要对干旱半干旱区各个环境因子影响下的生态系统碳循环进行深入分析。
1、光照与辐射
光照条件是生态系统中生物生长所需的重要因素，生物的各项生命活动与生产都与光照具有密切联系。由于光合有效辐射的影响，植物的光合作用具有明显的昼夜规律。通常植物光和能力随着光照增强而增加，但当光强达到饱和点后，光合强度就会受温度，水分等其他环境因子的控制。Chaves等[28]对干旱荒漠区的植物进行了研究，发碳库大气圈陆地生物圈岩石圈大洋C大小/Gt700~7201900~2000>7500000038400~40000表1地球各主要碳库注：1Gt=1×1015g。现植物在水分胁迫时易发生光合作用的光抑制，而Demmig等的研究又发现，光抑制的发生，会导致光合作用消耗的光能减少，使得光合组织吸收的光能大量过剩，而过剩的光能若不能及时有效地耗散，就会损伤光合器官，从而进一步影响光合作用。许皓等研究了光合有效辐射与地下水位变化对柽柳属荒漠灌木群落碳平衡的影响，结果表明，光合有效辐射是一个主要影响因素，与群落碳获取呈显著正相关关系。群落碳同化能力的季节变化是光合有效辐射和地下水位共同影响下光合作用物候学特征的体现。另外，在干旱区荒漠生态系统中，每个物种对光照的响应不同，因此具有不同的光饱和点与光补偿点，荒漠植物由于长期适应强烈光照，所以光饱和点要比一般植物高，C4植物要比C3植物高，但也有例外情况。
2、温度
温度的变化对生态系统生物生长发育的各个方面都有不同程度的影响，是生物生命活动不可缺少的因素，它在任何时间任何生态系统中都起作用，并且是对生物影响最明显的环境要素之一。但生态系统光合作用（形成光合作用总初级生产GPP）与呼吸作用（特别是土壤呼吸Rh）对温度的响应却不尽相同。目前，有许多学者对土壤呼吸与温度间相互关系进行了研究，并建立了许多方程，包括：线性方程、指数方程、Arrhenius方程、幂函数方程等。这些方程能在一定温度区间内很好的描述土壤呼吸变化，较好的揭示CO2通量的季节变异性，但当温度过高或偏低时，其模拟精度下降明显。另外，徐小峰等研究了气候变暖对主要碳循环过程和植被、土壤碳库和凋落物碳库的影响，并探讨了气候变暖条件下陆地生态系统的碳源/汇关系。李琪等对半干旱区土壤温度对克氏针茅草原生态系统碳通量的影响进行了初步探讨，结果表明土壤温度和水分是影响克氏针茅草原生态系统碳收支的重要因子。干旱半干旱区生态系统地表水分含量低，蒸发量大，随温度的升高或增温时间的延长，土壤呼吸速率增长减缓甚至停止，对温度变化的敏感程度降低，表现为温度较低时，土壤呼吸主要受温度变化控制，温度偏高时，土壤呼吸主要受土壤水分等因素影响。这种情况说明土壤呼吸是温度与其他多种因子共同作用的结果。综上可知，干旱半干旱区生态系统碳循环的相关过程（包括光合作用以及呼吸作用等）与温度（气温与水温等）之间的关系十分复杂，但目前关于该区这方面的研究较少，今后急需加强干旱半干旱区生态系统各种生理过程与温度间响应关系的研究力度，使其更好地为研究该区生态系统碳循环服务。
3、水分条件
光照与温度虽然都是影响生态系统植被生长的重要因素，但各个区域的光照条件与温度的年内变化模式较稳定，年际变化也不大，而水分在年内与年际间都是变化最剧烈的环境因子，从而成为限制生态系统植被生长最普遍的因素。其中，降雨总量、降雨强度以及降雨时间变率的改变将会影响许多陆地生态系统的碳循环过程及碳源汇功能和大小，反过来，这些陆地生态系统的碳循环过程及碳源汇功能和大小的改变又可能对气候系统产生强烈的反馈，加剧或者减缓气候的变化。相对于其他陆地生态系统而言，干旱半干旱区碳循环过程对降雨变化的响应更为敏感，它所表现的弱源或者弱汇特征在降雨的扰动下容易发生方向性的逆转，从而使得碳源汇功能表现出极大的不确定性。目前，国内外学者针对干旱半干旱地区碳循环过程对水分变化的响应进行了一定的研究，许多研究表明：偶然性的降水事件对干旱区碳循环机制及生态系统的结构与功能有重要控制作用。Sponseller的研究结果表明，降雨使Sonoran沙漠的土壤呼吸迅速增加30倍；刘殿君研究了极端干旱区增雨对泡泡刺群落土壤呼吸的影响，实验结果也证明了在干旱地区降雨会使土壤呼吸急剧增加。另外，土壤水分是影响陆地生态系统CO2通量的重要环境要素，对植被的生长、根系分布、微生物活性等与土壤呼吸密切相关的生物因子起控制作用。李琪等探讨了水分对半干旱区克氏针茅草原生态系统碳通量的影响，结果表明，土壤水分的增加会提高克氏针茅草原生态系统的固碳能力、初级生产力及呼吸作用；还有研究表明，干旱区土壤呼吸的季节波动强度和土壤水分显著负相关，低土壤含水量群落土壤呼吸速率的季节变化对土壤水分变化的响应与高土壤含水量群落相比更为敏感，但夏季土壤呼吸的最大值与土壤水分的极值并无固定联系，但也有研究观察到夏季干旱时节，土壤仍具有较高的呼吸速率，该现象说明除了土壤水分外，其他环境因素也在起一定的控制作用。
4、其他环境因素
目前，除了辐射、温度、降水等环境因子外，学者们还研究了其他一些环境因素对干旱半干旱区生态系统碳循环进行了研究，如张新厚等研究了半干旱区土地利用方式变化对生态系统碳储量的影响，结果表明不同土地利用方式碳储量不同，杨树防护林带最高，樟子松-山杏疏林草地次之，沙质草地碳储量最低；白雪爽等分析研究了半干旱沙区退耕还林对碳储量和分配格局的影响，结果表明：随着退耕年限的增加，生物量碳储量不断积累，且其增加的碳库主要分配在树干，退耕还林初期，土壤有机碳储量表现出下降趋势，随后逐渐恢复甚至高于农田土壤碳储量；吕爱锋等对火干扰下生态系统碳循环进行了详细的综述与分析；樊恒文等综述了近年来干旱区土地退化与荒漠化对土壤碳循环的影响，评价了干旱区土壤碳的固存和在缓解温室效应方面的潜在能力，并讨论了干旱荒漠化地区对全球碳平衡的贡献和在干旱区促进土壤碳固存的基本策略；另外，于占源等研究探讨了半干旱区沙质草地生态系统碳循环关键过程对水肥添加的响应。
三、中国干旱半干旱区碳通量研究现状
植被与大气间的碳交换通量的准确和长期观测是评价陆地生态系统碳源、汇功能的基础和前提。通量观测网络是获取生态系统与大气间CO2和水热通量数据的有效手段，可以为分析地圈-生物圈-大气圈的相互作用关系，评价陆地生态系统在全球碳循环中的作用提供数据服务。目前，陆地生态系统碳收支的主要研究方法有：样地调查与清单法(inventories)，模拟实验研究法(inversemodeling)，CO2通量观测网络(fluxnet)以及模式模拟(patternmodeling)4种，其中，涡动相关法已经成为直接测定大气与群落CO2交换通量的最可靠方法，也是世界上CO2、水热通量测定的标准方法，在各个地区不同生态系统中都得到了广泛的应用。目前，中国通量网络的观测对象主要涉及了森林、草原、农田、湿地等，而对中国干旱半干旱区碳通量的研究较少，使得中国干旱半干旱区生态系统碳循环的研究仍处于初级阶段。目前对干旱半干旱区碳通量的研究主要集中在净生产力，光合作用，植被碳储量，土壤碳储量、土壤呼吸作用以及生物土壤结皮的固碳能力等方面，而对干旱半干旱区碳通量的长期连续观测较少。刘冉等对古尔班通古特沙漠南缘原始盐生荒漠地表水热与二氧化碳通量的季节变化进行了研究，结果表明净辐射通量、潜热通量和二氧化碳通量都具有明显的季节变化趋势，而显热通量的季节变化不明显；柴仲平等对干旱区绿洲冬小麦生态系统CO2源/汇关系进行了长期的研究，结果表明在小麦的整个生育期，可以净固定CO2的量为122.60t/hm2。
四、展望
通过以上综述可以知，中国干旱半干旱区生态系统碳循环研究基本处于初步阶段，许多研究依然存在诸多薄弱环节，总体来讲，今后中国干旱半干旱区碳循环研究应在以下几个方向进一步加强：
（1）从不同时空尺度探讨干旱半干旱区生态系统碳循环过程与强度，加强碳源/汇季节变化动态和区域分异的对比定位观测，同时加强机制研究中的多因子综合评价，增加研究和预测结果的可靠性。对干旱半干旱区生态系统碳循环已有的研究结果表明，不同环境因子在不同群落以及植物不同生长阶段影响程度与影响方向也有所不同，因此，要想准确评估整个干旱半干旱区生态系统碳源/汇贡献就必须对不同时空不同群落类型进行详细野外试验研究，以扩充中国干旱半干旱区生态系统碳循环研究的数据基础。
（2）进一步加强对影响干旱半干旱区生态系统碳源/汇的物理、化学以及生物过程研究。目前关于干旱半干旱区生态系统的碳循环机制尤其是许多细节研究都相对薄弱，碳循环研究过程中存在许多不确定性，今后研究中应有所加强。包括：植物呼吸与凋落物呼吸的定量测定、土壤不同形态碳的垂直分布规律以及非生长季（冬春季）与生长季影响机制的异同等。
（3）从整体和系统的角度研究干旱半干旱区生态系统碳循环。在已有的干旱半干旱区碳循环研究中，对植物、土壤的研究多局限于生态系统各个部分自身时空动态变化以及对周围环境因素响应，且各部分研究相对独立，而对于碳元素在大气-陆地生态系统储存库间的定量迁移转化关系涉及较少，从而缺乏整个系统的综合研究。
碳循环描述范文2
关键词：领域上层本体；设备功能视点；海洋生态本体建模；OWLProcess模型；海洋生态知识管理系统
0 引言
21世纪是数字海洋的世纪，海洋数据的表示、存储和处理是“数字海洋”发展的核心基础。但大量海洋观测数据、文献资料和实验数据由于数据来源和表示的多样性，存在诸如数据统计的角度不同，概念术语分类体系不明确，以及同义词和一词多义等问题。将这些海量数据进行数字化处理，形成以海洋基础地理、海洋环境、海洋资源、海洋经济、海洋管理等为主题的、统一的、标准的、易于理解和使用的海洋基础数据对于海洋科学研究、渔业养殖、海洋生态保护和海洋危机管理都是非常重要的[1]。
本体提供了描述领域知识体系的概念模型框架，可用于领域知识的共享和重用。与海洋生态相关的本体有地球与环境术语语义网（Semantic Web for Earth and Environmental Terminology，SWEET）[2]、海洋元数据互操作（Marine Metadata Interoperability，MMI）项目[3]提供的一些海洋元数据本体（如环境本体、生物多样性资源信息本体和水文地理部件本体等）和生态本体Ecology Ontology等。已有的本体大都只是面向某一学科领域建立了相应的学科概念分类体系，但这些建立的学科概念分类体系往往缺少一个统一明确的视点。即本体构建者在构建这些领域本体时缺乏对本学科领域及相关学科领域之间关系的形式化说明，同时也缺少一个统一看待领域知识和领域问题的上层领域本体[4]。而如何形式化地描述海洋生物与其非生物环境之间的交互作用和海洋生态功能过程的研究还不够深入。
本文阐述了海洋生态本体的建模思想，构建海洋生态领域上层本体、海洋生态知识本体和海洋生态功能过程本体，用于海洋生态知识的共享、重用和推理；设计开发了海洋生态知识管理系统，为研究者和用户提供了一个海洋生态知识服务语义平台。
1 海洋生态本体建模
领域上层本体用来指导构建领域知识本体和应用本体。领域上层本体的缺乏可能导致本体构建者模糊或混淆领域概念边界，也使研究者难以保持一个明确统一的视点来看待领域问题，造成研究者对本体概念的混用或错用，从而导致资源语义标注的模糊或错误[4，7]。
1.1 海洋生态知识组织模型
海洋生态系统包含海洋生物和非生物海洋环境两部分；海洋生态系统强调海洋生物和非生物成分在结构和功能上的统一。海洋生态知识组织模型（如图1所示）描述了海洋生态系统的领域知识，包含领域概念、概念属性及其概念之间的关系。海洋生态各种生物因子、非生物因子以及它们之间的相互作用通过能量流动和物质循环这两个基本过程构成了一个完整的生态系统功能单元[4-5]。
2.2 海洋生态形式化本体构建层次模型
W3C推荐的本体语言OWLDL[10]是基于描述逻辑的本体语言，有良好的语义表达和本体推理能力。采用OWLDL构建海洋生态形式化本体包含如下5个层次（如图6所示）：
第一层是SWEET顶层本体，表达通用知识概念（fundamental general concepts）， SWEET本体提供了可扩展的components，可扩展SWEET本体定义海洋生态领域本体的基本概念及其关系。
第二层是领域上层知识概念（upper domain knowledge concepts），用于描述海洋生态领域的基本原理、重要概念和概念之间的关系。即明确“设备功能”的视点，构建海洋生态领域上层本体（marine_ecology_upper_domain_ ontology）。
第三层描述领域知识概念（domain knowledge concepts）。领域上层本体概念语义描述粒度大，抽象程度高；对海洋生态领域上层本体进行概念细化，构建海洋生态领域知识本体，建立海洋生态领域知识概念的分类体系。
第四层描述领域功能过程 （domain function_ process）知识，基于领域知识本体和领域上层本体构建海洋生态功能过程本体process_ontology（包含海洋生态能量流动和营养、物质循环等功能）。
第五层构建了SWRL（Semantic Web Rule Language）[11]规则集（SWRL Rules Sets），表示领域通用的事实（general knowledge）。作者构建海洋生态异常现象的SWRL规则，将海洋生态形式化OWL本体与SWRL规则应用于海洋生态危机预警推理，实现了语义层次上的智能推理[4]。
采用OWLProcess描述了海洋生态碳循环中的光合作用过程原理，即采用OWLProcess能够支持以功能过程原理、相互作用过程、先后顺序等动态概念表示知识，弥补了OWLDL在动态特性特性知识表示方面的不足[4]。
4 海洋生态本体应用系统实例――海洋生态知识管理系统
基于构建的海洋生态本体和SWRL规则，作者开发设计了海洋生态知识管理系统，为研究者和使用者提供相关海洋生态语义服务。海洋生态知识管理系统采用Java语言开发，后台服务器选用Tomcat 6.0，Web页面脚本语言选用JSP，OWL本体文件解析推理采用Jena 2.6.3和内嵌推理机Pellet2.2.1，XML文件的解析使用DOM4J。系统主要设计实现了导航界面、术语和功能过程查询、XML文档查询、语义检索和海洋生态危机预警功能。系统功能模块实现的关键技术是用Jena API对OWL本体文件进行语义解析，获取本体信息并存入相应的数据结构；按导航树输出相应的本体概念信息；对查询语句进行分词处理；编写SPARQ查询语句；基于SWRL规则和OWL本体进行推理等[1，4]。其中“功能查询模块”为用户提供了海洋生态系统能量流动和碳循环、磷循环、硫循环等功能作用过程实例知识的查询。例如用户对光合作用过程功能术语的查询结果显示如图9所示。
5 结语
本文阐述了海洋生态建模思想，构建了海洋生态本体模型和海洋生态形式化本体；扩展了OWLDL，提出了OWLProcess模型，构建了海洋生态功能过程形式化本体实例；开发了海洋生态知识管理系统，提供海洋生态知识查询、问题语义检索和海洋生态异常现象的预警功能。海洋生态知识管理系统的应用为领域专家和使用者提供了海洋生态领域知识的服务平台，也验证了海洋生态领域本体的有效性、正确性和合理性。
参考文献：
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碳循环描述范文3
水是生命之源，水是支撑地球社会经济系统发展不可替代的资源。但是，由于全球变化、人类活动的负面影响，地球上水的循环在发生变化，许多地区正在发生严重的水的问题与危机，如洪水、干旱和江河水体污染，而成为限制国家河区域可持续发展的关键性因子，水科学问题也成为国际地球科学发展中的一个重要方面。
2001年7月在世界知名海岸水利工程建设的荷兰王国连续举办了两个直接与水科学有关的大型国际科学大会。一个是7月10-13日在荷兰阿姆斯特丹（Amsterdam）由国际地圈生物圈计划（IGBP）、国际人文计划（IHDP）和世界气候研究计划（WCRP）联合举办的“全球变化科学大会(GlobalChangeOpenScienceConference)”。国际地圈生物圈计划（IGBP）是国际著名的全球变化科学研究计划，受到国际地球科学届广泛的关注和参与。在跨入2000后的IGBP首次重要国际学术活动-“全球变化科学大会”云集来自国际的100多个国家的全球变化研究的专家学者、管理者约1600多人。大会主题是：一个变化的地球的挑战（ChallengesofaChangingEarth）。中国派出以科学院为主体的约60多人的代表团，进行学术交流和讨论，其中除了碳循环和土地覆被变化是大会主要议题外，水循环及水资源是大会重要内容之一。
另一个是7月18-27日在荷兰的马丝特里特（Masstricht）举行的第6届国际水文科学大会。(The6thScientificAssemblyoftheInternationalAssociationofHydrologicalScience)。这是一次专门针对国际水文科学进展的回顾和研讨大会，来自国际60多个国家的500名代表出席了大会。第6届国际水文科学大会的主题是：一个干旱地球新的水文学（ANewHydrologyforaThirstyPlanet）。
受国家自然科学基金委员会地球科学部的部分资助，笔者应邀参加这两个大会，并担任第6届国际水文科学大会第二学术研讨会的分会主席。本文是对这两个国际会议中关于水科学研究进展的综述，希望介绍水科学方面一些新的进展，提出我国对国际水科学的贡献和存在的问题与挑战。
二.全球变化与水文科学问题
全球环境变化（简称全球变化）是目前和未来人类和社会发展面临的共同问题。全球变化既包涵全球气候变化又包括了人类活动造成环境变化的影响。了解自然变化和人类活动的影响是国际地球科学发展最为关系的问题。
7月10-13日在荷兰阿姆斯特丹举办的“全球变化科学大会”，内容十分丰富。但都围绕有两大主专题，即：（1）一个不断变化的地球的挑战：对全球变化的科学理解。（2）展望未来：地球系统科学与全球可持续性。大会邀请若干专家学者做报告，在大会研讨中设立一系列专题研讨会和招贴展示论文。
大会专题报告内容有：
·一个不断变化的地球的挑战：对全球变化的科学理解（BerrienMoore）
·土地变化的集中性与复杂性：虚构与现实（B.L.Turner）
·气候变化与海洋生态系统动力学：可持续资源利用的内涵（MichaelJ.Fogarty）
·21世纪中的粮食：全球气候的差异性（MachendraShah）
·人类时期的大气化学（PaulJ.Crutzen）
·火与薄雾：东南亚空气质量的社会与政治因素上的不均性（SimonS.C.）
·海洋和陆地碳动力学（IanR.Noble）
·碳与科学政策的联系：京都的挑战（RobertT.Watson）
·对CO2挑战的工业响应（CharlesNicholson）
2．水与全球变化的关联：世纪资源的挑战？（LeenaSrivaatava）。
·我们会有足够的高质量的水吗？（HartmutGrassl）
·水会满足人们的需要吗？（PeterD.Tyson）
·大坝对渔业的影响：三峡大坝实例研究。Chen-TungArthurChen教授，台湾，国家SunYat-Sen大学，海洋地理和化学学院。
·澳大利亚大陆上的水，碳和氮：气候和土地利用变化的影响（MichaelRaupach）
3．全球生物地球化学：星球新陈代谢系统的理解（PamelaMatson）
·海洋生物地球化学：变化的海洋（DavidM.Karl）
·陆地上碳的过去、现在和未来（RobertJ）
·大气酸雨、臭氧损耗和气候变化的案例分析（OranR.Young）
4．陆地—海洋的交互作用：区域与全球的联系。（RogerHarris）
·生物地球化学的交互作用与反馈（TimJickells）
·沿海地区的全球变化：东南亚的实例研究（LianaTalaue-McManus）
5．气候系统：预报、变化和可变性
·以前和以后的气候变化：我们究竟去何处（ThomasF.Pedersen）
·气候变化的1000年（RaymondS.Bradley）
·正在变化的寒区：高纬区全球变暖的影响（OlegAnisimov）
·耦合气候系统：可变性和可预测性（AntonioJ.Busalacchi）
6．土地利用变化的热点地区和地球系统：区域和全球的联系
·陆地表面与气候有联系吗？北非：撒哈拉沙漠；
·东南亚1：理解变化的亚洲季风系统：大规模植被和土地利用在水循环和气候中的作用
·东南亚2：人类引导的陆地覆盖的变化能对亚洲季风有多大的改变？
·亚马逊河流域和土地利用的变化：未来能平衡吗？
·陆地表面与气候有联系吗？一种综合。
7．模拟和观测地球系统（DavidCarson）
·处理地球系统的复杂性和不确定性（H.J.Schellnhuber）
·监视地球系统的短期不稳定性和长期的趋势：一个空间的挑战（JoseAchache）
·虚拟现实的过去、现在和未来（JohnMitchell）
8．地球系统需要生物多样性吗？（AnneLarigauderie）
·为什么地球系统科学需要海洋生物多样性？（KatherineRichardson）
·生物多样性是如何影响陆地生态系统的过程与功能（SandraDiaz）
9．科技能够补偿星球吗？（MikeBrklacich）
·自然的回归：为什么和怎样进行（JesseH.Ausubel）
·工业变革：生产与消费中的探测系统变化（PierVellinga）
10．面向全球可持续性（HansOpschoor）
·区域和全球可持续性的挑战和障碍（JuliaCarabias）
·转向可持续性的研究系统（WilliamC.Clark）
·可持续性科学起源讨论：什么是可持续性科学？为什么要可持续性科学？（JaneLubcheno）
·可持续科学和气候变化（BertBolin）
·重新概念化自然-社会的交互作用：将环境和发展结合起来理解（RobertW.Kates）
·雅基盆地资源的可利用性、脆弱性和持续性：环境与社会交互作用中不可持续的发展趋势（P.A.Matson）
·人与环境相互作用的脆弱性：尤卡坦南部事例（B.L.Turner）
·各学科间的可持续性科学（RobertW.Corell）
大会专题讨论内容十分丰富，有：A1-全球碳循环；A2-大城市与全球变化；A3-南厄尔尼诺的摆动同过去、未来气候变化的联系；A4-地球系统的演化；A5-生物多样性的全球变化；A6-全球变化与火；A7-海岸区人类活动；B1-食品生产和环境间的平衡；B2-理解土地利用的变化，以致重建、描述或预测土壤覆盖度；B3-冰雪层和全球变化：制度和指标；B4-地球系统分析；B5-陆地生物圈与全球变化；B6-社会转化过程；B7-海洋与气候变化；C1-水资源对环境变化的脆弱性：一种系统方法；C2-把人放入地球系统中：受害者或是破坏者，扰乱者或是解决者?C3-大气和全球变化;C4-全球变化非线性变化和惊讶;C5-生态系统管理可持续发展的展望;C6-科学和政策过程：IPCC;C7-全球变化与山地区。
大会报告集中在水科学问题的主题有：全球变化中的水问题-21世纪资源的挑战，尤其值得提到的是7月12日下午，大会专门针对水循环水资源问题，举行了“环境变化的水资源脆弱性系统分析”学术研讨会。WCRP/GEWEX北美主席、美国地理学会水文专业委员会主席、亚利桑那大学水文水资源系的SorooshSorooshian教授介绍“WCRP/GEWEX和SAHRA计划中水问题的研究：半干旱区流域水文循环与可持续性”。德国的CharlesVorosmarty教授报告了“地球系统科学对全球水评估的贡献”。WolframMauser教授研讨欧洲GLOWA项目的核心“完整的流域管理”经验。JosephAlcamo教授指出全球“水危机区与脆弱性”。JimWallace教授强调“防洪安全与水资源问题”。ClaudiaPahl-Wostl教授研讨“面向社会经济可持续性：水管理部门职能的转变过程挑战”。
三.水文科学与水资源安全
7月18-27日第6届国际水文科学大会在荷兰的马丝特里特（Masstricht）举行。大会对过去水文水资源研究进行总结，对未来水文科学的发展进行展望。会议由4个专题学术大会（Symposium，简写为S）和6个学术研讨会(Workshop，简写为W)组成。会议主要集中在水文科学基础研究和社会经济发展与水资源研究两个方面：
1.水文学基础研究
S4.土壤-植被-大气转化方式和大尺度水文模拟
WS4.高山地区水文过程与冰圈作用
WS2.水文长期变化与气候影响
S3.人类活动对地下水动态的影响
WS6.海岸湿地水文的演化
2.社会经济发展与水资源研究
S1.社会经济发展与水危机
S2.区域水资源管理
WS1.全球变化与洪水预报
WS3.信息技术在可持续水管理的作用
WS5.GIS&RS在土壤侵蚀和水质变化的应用
特别需要指出，由于全球变化、社会经济发展，水资源问题愈来愈突出，给水文科学研究提出新的课题，即变化环境下的水资源形成与演化规律问题。IAHS会议的S1-S2，主要研讨这些国际国家和区域尺度急迫的问题。关于S1和S2的研讨内容题目摘录如下：
S1：水胁迫下的社会经济发展（E.Servat）
水源丰富，资金缺乏，水工业能否继续生存尚未可知。
·健康部门希望从水文学家那儿得到什么?
·河流生态系统的研究和管理中对水文数据的需求。
·多学科综合研究—对水危机的响应。
·食物保障中的水资源及管理。
·洪水控制与城市排水系统管理。
·全球水协作计划
S2区域水资源管理
S2-1过去水管理的经验与教训（A.SchumannM.C.Acreman，M.Marino）：
·可持续发展的度量及其在实际水管理计划中的实现。
·可持续水库发展—津巴布韦实例研究。
·Yamuna河流域的可持续区域水管理：Delhi区域的实例研究。
·Limpopo河：逐步走向可持续发展和一体化的水资源管理。
·中国新疆博斯腾湖流域的水资源可持续性发展管理经验的启示。
·印度干旱地区过去管理实践经验总结。
·水坝功能新探——一个不应忽略的问题。
·Dehli区域水资源管理的一体化进程：问题与展望。
·北尼日利亚半干旱区域的Hadejia河上建坝的影响：对未来管理的建议。
·可持续发展的特征及供水管理模型。
·澳大利亚富营养化进程的现阶段研究。
·城市水计划书——印度班加罗尔的实例研究。
·水资源系统中相对可持续发展实现的框架。
S2-2可持续发展与水资源管理（夏军，D.Rosbjerg，G.Schultz)
·为保护水生态系统的整合水质与水量的数学生态模型的发展。
·欧洲地下水可持续发展管理的指导方针。
·清除河岸异生植被是否为一种有效的水资源管理策略。
·地表水和地下水的联合管理。
·河流管理可视化中的变换系统边界。
·改善环境中被忽视的因子——监控。
·加入风险基金平衡流域经济、社会、环境压力之间的冲突。
·使用风险分析提高水资源系统模型的效率和精度。
·整合水资源管理中的角色分配。
·Volta流域的水资源竞争。
·复杂水环境管理中的空间适应方法。
S2-3水资源管理的方法（R.Davis，S.Walker）
·流域水平上的水资源管理整合模型。
·提高以决策支持系统为基础的模型的精度——水管理中的一种好的建模实践。
·持续性水系统的水力学标准。
·人工神经网络系统实现的河流洪水预报。
·气候变化影响评估中的不确定因子的概率特征。
·研究城市化对区域水资源影响的一种流域水文模型。
·水、氮循环的一种大尺度评估模型——在Elbe河流域的基础研究。
·基于地形学和土壤水文学的湿地重建计划方法的发展。
·英格兰西南部Dartmour地区放牧对水文的影响。
四.21世纪水文科学的发展机遇与展望
传统的水文学研究只考虑水量的自然变化，现代水文循环需要考虑地球生物圈、全球变化以及人类活动等方面的影响。国际地圈生物圈计划（IGBP）代表国际地球学科发展前沿，水文循环的生物圈方面(BiosphereAspectsofHydrologicalCycle，简称BAHC)是IGBP的核心之一。它注重陆面生态-水文过程与空间格局的变化规律和受人类活动影响的关键问题，以科学地解释：植被是如何与水文循环的物理过程相互作用的？改变陆面生态过程的直接原因是什么？是大尺度人类活动改变了陆面覆盖？还是大气中二氧化碳浓度增加的缘故？这些影响变化的水文后果如何？通过这些研究，为认识自然变化和人类活动影响下的土地利用/土地覆被变化与陆地表层生命物质过程，评估人类对生物圈的影响，保护环境和资源可持续利用提供科学的基础依据。
通过7月在荷兰举行的IGBP和IAHS国际学术大会可以清楚看出，变化环境（即全球变化与人类活动影响）下的水文循环研究成为21世纪水科学研究的热点。根据二十一世纪IGBP发展方向，国际上的BAHC研究重点也相应地进行了调整，主要有以下8个方面：
·小尺度水、热、碳通量研究；
·地下过程作用的评价；
·陆地-大气相互作用的参数化；
·区域尺度土地利用与气候的相互作用；
·全球尺度植被与气候的相互作用；
·气候变化和人类活动对流域系统稳定与传输的影响；
·山区水文学与生态学；
·开发全球数据集；
此外，还有两个交叉研究问题：
·设计、优选和实施综合的陆地系统实验；
·情景发展与风险/脆弱性分析。
变化环境下的水文循环及其时空演化规律研究，是国际国内地学领域积极鼓励的创新研究课题。结合土地利用/土地覆被变化与陆地碳循环过程的水循环研究，是一个新的交叉方向。研究的热点问题有：
问题1：全球变化与水文循环问题
它需要研究回答：全球变化对区域水循环规律？过去对气圈-水圈-生物圈的相互联系/作用是如何认识？现在又是如何认识水资源的演变？其规律是什么？
值得指出的是，过去在气候系统与陆地水文循环之间存在一个误区，即长期以来,水文学者把气候看作是静态:一个地区的气候是指某种统计的平衡,WMO规定系列30年的平均作为准平均,用极差/标准差描述气候变异。对陆地水文过程研究方面，认为长序列水文均值是稳定不变的，年径流出现的丰、枯现象，被看作围绕均值的周期变化。水利（水资源）工程设计：要求的水文计算都是以几十年-几百年时间尺度的水文过程稳定不变为前提。未来被看作是过去的重复或外延。例如，水资源的保证率有W75%，W50%等；设计洪水有千年设计和万年校核等。另一方面，在气候/天气过程研究中，长期以来气候学者把陆地水文看作是静态，气候/天气过程研究仅仅到降水为止，较少研究流域水文循环动力机制与反馈作用。例如，天气模式研究中仅设置若干参数代替水文过程变化和空间分布，认为陆面水文-生态的作用也是稳定不变的。例如，许多GCMs对水文循环作用过程考虑相当粗糙,平面无径流联系与循环过程。但是，现在人们业已认识：一个地区的气候/水文循环过程并不处在统计的平衡状态，而是以不同尺度变化（年际、十年际、百年际-千/万年际变化）。决定气候变化因子不仅仅是大气内部的过程，还有大气上边界（太阳行星系统）和下边界（陆地水文-生态、海洋系统）的各种物理化学过程。20世纪科学研究与进展显示：陆面生态系统对大尺度水文循环有十分重要的反馈作用。因此，全球变化对水文水资源的影响是21世纪水文科学研究的前沿问题之一。因此，特别需要大力加强水文学家与大气物理学家的联系与合作，积极开展“全球-陆地-区域-流域尺度水文循环”科学基础的研究。
问题2人类活动对水循环水资源的影响
人类活动对水循环及水资源有那些主要影响？人类活动如何对水的变化规律产生影响？有什么地区、区域特征规律？如何量化人类活动对水循环水资源的变化及影响？这是近代水科学面临的主要科学问题。在IGBP科学大会上，特别强调土地利用/覆被变化与水循环、碳循环的关系。需要研究从“点”-“典型流域“的水循环机理、水文循环与生态系统的相互作用、地表水与地下水交换的相互作用，“大气-土壤-植被”界面过程中的物质与能量转化规律；开拓流域水文循环过程中的非线性机制研究；创新“分布式流域水文循环模型”，量化区域水文循环演化与土地利用/土地覆被影响关系，为认识陆地表层生命物质过程的提供重要的基础科学支撑。
结合中国的实际背景，人类活动影响是惊人的。例如，在中国南方的长江流域，建国后洞庭湖围垦1700余平方公里；鄱阳湖围垦1400余平方公里；荆北所有通江湖泊被堵闭，减少调蓄长江洪水面积约5700余平方公里。建国后，长江中下游地区约有1/3以上湖泊面积被垦殖；损失湖泊面积13000余平方公里，相当于五大淡水湖泊面积总和的1.3倍；损失湖泊容积500亿立方米左右，相当于三峡水库调蓄库容的5.8倍，淮河年径流1.1倍。建国后，中游长江干流河道内的江洲河滩几乎全部被围垦。据不完全统计，围垦面积约1213平方公里；城陵矶至螺山江段河床变迁剧烈，泥沙淤积问题严重。98洪水后，国家提出治理长江32字方针：“封山育林、退耕还林、移民建镇、以工代赈、退田还湖、平垸行洪、加固干堤、疏浚河道”。但是，如何退田还湖？如何平垸行洪？认识人类活动（湖区开发、三峡工程）对水循环关系影响水科学基础问题，都是十分重要又十分现实的问题。
在中国北方，人类活动剧烈。例如，在华北地区，水文循环机理比较复杂，它不仅与陆地表层系统中各种自然地理要素时空分布密切相关，而且与农业开发、都市化等土地利用/土地覆被直接相联。由于社会经济发展，人类活动改变了水循环自然变化的空间格局和过程，加剧了水资源形成与变化的复杂性。过去有关部门在华北水资源方面做了相当的工作。但是，在华北地区究竟缺多少水等基础方面仍分歧较大。有人认为在华北通过自身的节水和提高用水效率可以解决水资源的需求问题；有人认为即使南水北调也不能从根本上解决北方缺水问题。争论问题的科学问题焦点是：在自然变化和人类活动的综合影响下华北地区水循环演化规律是什么？如何科学测算华北地区可供水资源量？华北地区节水的潜力究竟有多大？如何保障华北地区的水资源安全？争论的原因是：自然变化和人类活动加剧情况下的华北地区水循环演变格局与过程机理，有待重新认识；受人类活动影响等变化环境下的华北地区水资源可利用量的测算科学依据不很充分；水资源安全与生态需水、节水潜力、国民经济发展之间的量化关系需要研究。因此，开展自然变化和人类活动影响下的水循环及水资源安全研究，具有十分重要的科学意义和研究价值。
总之，21世纪水科学的挑战问题是：迫切需要回答的科学问题是陆地水循环演化格局、过程与机理，即：
·如何对水、碳和能量在土壤~植被~大气界面交换中的变化进行认识？
·变化环境下的水文循环时空演化有哪些特征规律？如何识别和量化？
碳循环描述范文4
不知从何时起，在中国的互联网相关行业中“生态”一词已经悄然成为各类会上的关键词，但很多时候与会者听了一整场演讲，却还是无法描述清楚到底何为生态，更谈不上对于生态圈建设的具体措施又有哪些。时至今日，“生态”好像已经从一个热词变成了“讲故事”的代名词之一，我们需要用更冷静的目光去审视互联网公司摆在我们面前的一个个“生态”。
拟生态实验的启示
谈到生态的模拟和建设，无论在互联网之下被讲得多么神奇，一定都得从“生态”的基本概念出发来支撑具体的建设过程。移动电竞想要真的发展成一个相对完善的拟生态体系，那么1987年在美国的亚利桑那州大沙漠上开始的“生态圈II号”会是一个非常好的比照。当时，激进的美国科学家把“地球”看做生态圈I号，而他们要模拟一个新的生态圈，来论证移居月球的可能性。
当“生物圈II号”建成的时候，冷战已经结束人类暂时没有了移居月球的压力，但是围绕拟生态的实验还是在1991年9月26日正式开启。五个野生生态群落和两个人工生态群落开始运转，超过4000种生物共同生活在“生物圈II号”之中。在科学家的预想之中，这些生物和周围的环境最终将会实现物质上的闭环和能量上的开环，稳定和繁荣则是一个相对感性的认知。既然如此多的公司选择了“生态”作为形容词，那么在互联网市场中什么样的闭环和开环才是生态建设的最终目标就成了非常值得讨论的问题。
传统电竞的警示
虽然科学家预想的稳定和繁荣最终并没能出现，科学家们发现自己在自然界规则认识上的欠缺，还无法实现物质的闭环与能量的开环。而互联网作为一个全新的世界，每分钟都有新鲜事物产生，人们对其中的规则也始终处于摸索状态，移动电竞作为新生事物，其生态建设也是需要非常细致的规则来支撑的。这也是让很多曾经壮志凌云的生态建设者，最终却没能将自己的理想落地的根本原因所在。
移动电竞从2014年被热炒，到今天几家互联网巨头都在着手尝试建设自己的移动电竞生态时，很多人都希望从传统电竞取经，但是当回顾传统电竞在中国的发展历程时才会尴尬地发现，对于电子竞技而言，真正稳定繁荣的生态从未真的形成。电竞行业每一次发展都只是资本热潮的推动，而当潮水退去，留下的只是一片拼杀之后的断壁残垣。最近的一次潮涨潮退正是自于直播平台的兴起。原始的资本倾轧更多映射出的只是失格的人性，主播在短时间之内身价飙升，直播平台之间互相挖角，甚至挖得有些职业选手放弃了比赛和俱乐部选择坐进直播间。
就像“生物圈II号”实验中，失控的蚂蚁和蟑螂一样，不稳定的能量变化让它们爆发然后毁灭，随之而来的影响波及了整个生物圈。今天相信很多人已经看到，直播平台再经历了爆发之后，将会迎来你死我活的寒冬。在抵御寒冬的时候人们才会想起，如果在直播平台、选手、俱乐部和赛事之间有更多的规则和利益划分，参与各方就不只是在最基本的市场规律和商业逻辑支配下四处搏杀了。很多投入生态建设之中的资本，也被无意义的斗争所消耗，白白失去了发展的大好时机。所以，在生态建设的过程之中，不仅要依靠自然与市场的规律，而需要有人站出来制定更为详细的规则。
就从直播平台来说，因为有了在传统电竞之中的教训，所以移动电竞的参与者更希望有详实的规则来减少直播平台对于俱乐部和选手的冲击。采访时张易加也表示：“我们现在从移动电竞的生态去做规划的时候，一开始就可以和直播平台坐在一起共同规划这些规则。包括我们在版权方面的收买，包括我们未来头部的一些解说也好，主播的培养方面也好，大家可以坐下来去探讨，我们去设定一个利于行业发展的规则。”张易加还介绍目前KPL已经和三家直播平台（虎牙，龙珠，狮吼）确定了版权合作，并且后续还会与直播平台共同培养选手和主播。
必要的规则制定者
除了直播平台之外，与电竞产业链相关的每一个环节其实都有更细致的规则，在赛事体系中这些规则显得尤其重要，因为电竞生态中的赛事链条就好像自然生态中的碳循环一样重要，如果谁说想要在盘根错节的传统电竞市场中重塑规则，那就必须得从赛事体系做起。即便强势如腾讯和Riot Game依然是经历了6年的时间才让《英雄联盟》的赛事生态初具雏形――厂商收入通过众筹与补贴进入赛事与俱乐部，而最底层的用户通过对于厂商和俱乐部的支持可以将资本持续不断地流回源头。《英雄联盟》在Riot Game强势干预之下，才实现了渠道的闭环（9月23日，Riot Game宣布S系列赛补贴俱乐部的新规，彻底打通了赛事产业链的资本循环），但受限于PC端的呈现形式资本上的开环却依旧不够好。
在国内移动端游戏的市场情况却与PC端相差很大。整个手游市场中，腾讯如今已经拥有超过五成市场份额，微信和手机QQ的宣发渠道也是独此一家，所以从移动电竞赛事体系起步之时，《王者荣耀》项目组就向外界传达着比Riot Game更为强势的态度――很多规则需要我们来制定。最基本的赛事规则体系张易加在采访中也已经讲到，“我们希望把将来赛事商业化运作中获得的一些商业利益，可以和参与的战队进行一定程度的分享。由此更好地鼓励这些战队可以打出更专业的比赛，同时做出更多的造星运动，让整个生态价值提升得更高。”
如此同时，腾讯在赛事对接直播平台和衍生品内容产出方上做出了很多不同于传统电竞的调整，如果KPL能够成功落地，也意味着整个“碳循环”的最终规则将会尘埃落定，生态圈中也有了最主要的一条循环线路。
共同参与的搭台者
虽然“移动电竞”依旧是以赛事体系作为核心，但是为了提高整个生态的稳定性，就需要依靠移动端的优势，把更多的想象空间提供给行业内外想要参与其中的人们。对于生态建设而言，更多的参与者不仅代表着更多的能量和资本，也代表着更为稳定的环境与对于外部冲击的抵抗能力。
如果说传统电竞市场，更像简单的丛林法则，赛事之间对于市场的争夺决定了各方势力在丛林之中的地位，那么移动电竞的市场，更像复杂的热带雨林，任何强者都有可能受到挑战，而彼此之间的制衡与协作决定了谁可以在整个热带雨林中活得更久。
在美国各大职业联赛的体系之中，我们同样可以看到ESPN代表着虚拟衍生内容市场的循环，Nike代表着实体衍生内容市场的循环，社区活动则带着文化衍生内容的循环。而这些衍生内容所涉及的庞大人群，让本身的赛事体系得到更稳定繁荣的运行。而电子竞技在移动端的登录已经有了占领下一代年轻人主流娱乐生活的趋势，那么所有以年轻人作为目标群体的厂商就都有机会参与到这个移动电竞的大生态之中。如此庞大的市场，即便是腾讯这样的企业也必须要考虑如何与别人更好的分享利益，而不是把移动电竞做成一个封闭的王国。
用张易加的话来讲，腾讯更希望自己是扮演一个“搭台者”的角色。而在“生活圈II号”失败的直接原因就在支撑整个生物圈的“舞台”上，混凝土构件额外的吸收了大量的碳，直接导致生态的崩塌。由此可见，一个适宜移动电竞生态的“舞台”是多么的重要。这个舞台应该是那些已经矗立百年的大树，既是能量转化的枢纽也是各类生物生存的平台，只有这样的“舞台”才能为移动电竞的雨林生态提供更多的可能性。
从这次KPL腾讯与“荣耀”的合作开始，腾讯的渠道和数据就像是移动电竞之外的舞台，为更多玩法的出现与更多参与者的加入提供了可能性，同时并不会直接影响移动电竞本身。在内容衍生品市场中，类似《鱼嘴滑舌》这样的视频制作方，可以得到官方的资源与支持，让观众可以围绕《王者荣耀》看到更多元的内容。此外，张易加在采访中还讲到，“除了与‘荣耀’在手机领域的合作，我们也构架了一个更宽的合作框架，希望能和传统的快销品牌，包括其他的品牌进行某种方式的合作。通过和合作伙伴的力量和一些资源的互换，展开商业模式上的探讨和合作，共同把这个电竞赛事体系的影响力做得足够大，这是我们这方面的总体想法。”
移动电竞的开闭环
在前文，我们提到了移动电竞中腾讯的两重身份，规则制定者与搭台者。这两个看上似乎有些矛盾的身份，其实代表了移动电竞生态建设之中的两个阶段，而两个阶段的分水岭就是这次KPL职业联赛的举行。
最高级别的职业联赛开始之前，就好像“生物圈II号”的论证阶段，科学家们需要提出更多更可行的规则；从KPL职业联赛正式启动开始，搭台工作才能算真正开始，正如张易加所言，“未来的一年会是一个关键的窗口期，生态合作伙伴进来的时候，会观察能不能得到他该享受的权益，或者确认下一步还可以得到他想要的东西。如果说大家觉得这个规则做得好的话，可能会有很多的合作伙伴获得他们自己期望获得的东西，他们就会在明年持续投入，同时带更多其他人来。”最终KPL能够吸引多少人来一起参与到和《王者荣耀》相关的移动电竞领域，就要看作为“搭台者”的腾讯，到底能提供一个怎样的舞台。
至于这个搭台的过程需要持续多久，我们现在还不得而知，但是相对于传统电竞，移动电竞在启动的时候就拥有了相对良好的规则体系，在搭台的过程中试错的时间相信也会减少很多。多则两年，少则一年，也许就能看到一个初具规模的移动电竞“舞台”呈现在人们面前了，那时的《王者荣耀》会更像今年S系列之后的《英雄联盟》。
当然，这样的形态绝非移动电竞生态的最终形态，如果希望市场做得够大，内容产出足够丰富，那么腾讯就必须得抽身于移动电竞生态之外。就像张易加在专访最后提到的一样，“我们实际上是起到管控的作用，很多东西到我们这里来报备一下，或者是审批一下，我确认一下这个东西。”这个抽身的过程之中，就必须要把生态之中的渠道做得更稳，让内容和资本在内容产出者与内容消费之间充分的流动。
美国科学家对于“生物圈II号”的愿望，对于移动电竞而言同样可行，那就是“渠道上的闭环与资本上的开环”，渠道的闭环让每一个参与移动电竞的伙伴都明确地知道自己的位置和作用，而资本的流入与流出可以在渠道内源源不断的产生内容以供消费。
碳循环描述范文5
一、等值线图——由此及彼，迁移发散
与自然地理相关的等值线主要有等高（深）线、等温线、等压线、等降水量线等，其中等高线是等值线的基础，其他等值线都是由其演化来的。等值线的判读要以等高线为基础总结方法与规律，然后由此及彼运用到其他等值线的判读中。
【图表解读】等值线的共同特征：同线等值；全图等距（等值距）；等值线是封闭的曲线，但在图幅有限范围内不一定全部闭合；两条等值线不能相交（等高线图中的陡崖处除外）；等值线疏密反映表达要素数值变化的快慢。
【方法技巧】等值线图判读要领——五读一分析。
读数值：同线等值、全图等距（等值距）；相邻两线相差一个等值距或数值相等；河谷两侧等高线对称分布；最高、最低值及其位置。
读延伸方向：等值线的延伸方向表明等值线数值变化的大致趋势及其影响因素，如等高线走向受地形、地势影响；等温线走向受太阳辐射、大气环流、海陆、地形、洋流等因素影响。
读弯曲状况：凸高为低——等值线向高值一侧凸，数值小；凸低为高——等值线向低值方向凸，数值大。可添加辅助线（垂线法、切线法）判断等值线弯曲处数值的大小。平直——影响因素相对简单；弯曲——影响因素相对复杂。
读疏密程度：线密差值大，线疏差值小。
读局部闭合：介于两等值线间的异常区域，其数值“大于大的，小于小的”，即如果闭合等值线与相邻两线中的较小数值相等，则闭合区域低于较小数值；闭合等值线与相邻两线中的较大数值相等，则闭合区域高于较大数值。
分析成因：等值线的延伸、弯曲、疏密、闭合受多种因素的影响，要根据等值线表达要素的特点，调用相关原理分析其成因。
1.等高线地形图
【例1】
图1
（1）判断地形类型
据此可以对图1中主要的地形类型做出判断。
（2）等高线地形图与区域底图叠加的综合判读
根据经纬度、海陆位置等信息判断区域所属的气候类型及其特征，与地形信息叠加可以分析判断河流水文、水系特征以及植被、土壤类型等。综合考虑地形、气候、河流等自然因素，可以推断人口、城市的分布，还可对水利工程（水库、引水路线）、农业布局、交通运输选线设点进行决策分析，进而可判断区域生态环境问题（水土流失、荒漠化等），为区域可持续发展提出合理化的建议。如图1江南丘陵地区地形以低山丘陵为主，在亚热带季风气候条件下流水侵蚀作用强烈。坡地垦荒等不合理的人类活动易加剧水土流失，因此发展立体农业是实现农业可持续发展的有效措施。图1中郑渝高铁的两个选线方案中，方案①沿线地势起伏较小，施工难度较小，投资较少；方案②沿线地势起伏较大，但人口、城市较少，征地费用较低。图1中所示的峡谷地区利用有利地形修建了大型水利工程，如小浪底水库、三峡工程。
2.等压线图
【例2】简易天气图的判读
图2
（1）判断风向、风力
风向：先画出气压梯度力（由高压指向低压，垂直于等压线），再结合地转偏向力可确定风向，要注意高空风与近地面风的区别。风力：同幅图中等压线密集风速大，稀疏风速小，不同图幅中要比较单位距离的气压差异。
（2）判断气压场，分析天气特征及其变化
分析天气特征及其变化时，在低压槽部位应先画出槽线两侧的风向，进而根据气团性质和势力大小判断锋面类型，由此可推断雨区位置、降水特点。如图2中M处为暖锋，N处为冷锋。
二、示意图——抓住联系，层层推理
示意图是用简明形象的图形来表示某种地理事物的概念和结构，或说明内容复杂的地理事物的成因、原理、空间分布和发展演变规律的图形。常见的示意图有以下三种：
1.原理示意图
【图表解读】地理原理示意图是指反映地理成因、原理和规律的图形，如地球公转示意图、太阳光照示意图、热力环流示意图、近地面风和高空风示意图、冷（暖）锋与天气示意图、气旋（反气旋）的形成及其天气示意图、板块边界与大地构造地貌示意图、背斜和向斜示意图等。
【方法技巧】地理原理示意图判读关键。
（1）判断推理：正确理解示意图表达的原理内涵，透析各组图部分的原理依据及各部分间的因果、逻辑关系。
（2）图文互译：用简洁的文字表述示意图蕴含的地理原理规律（以文释图）；将抽象的原理示意图转化为形象的概念图、关联图、过程图等变式形式（以图释图）。
【例3】“近地面风与高空风”图文互译
水平气压梯度力是形成风的直接原因。高空风受水平气压梯度力和地转偏向力两个力作用，当二力平衡时，风向稳定、与等压线平行。近地面风受水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力三个力作用，当三力平衡时，风向稳定、与等压线斜交。
2.过程示意图
【图表解读】地理过程示意图是指反映地理事物的时间、空间变化过程及规律的图形。常见的有大气受热过程示意图、岩石圈物质循环示意图、水循环示意图、碳循环示意图、河流流量变化示意图等。需要指出的是：地理过程示意图也可用关联图或数据统计图的形式来表达。
【方法技巧】过程示意图的判断思路：读图名、图例，锁定表达主题与要素构成理清地理事物发展变化的线索及主要环节分析地理事物发展变化的原因及其影响。
【例4】据图描述南美洲南部地理环境形成与演变过程。
图3
从图3看出，该地区地理环境演变的线索为：板块运动地形气候植被自然带。演变过程：板块碰撞挤压形成高大山脉；山脉阻挡西风深入，东侧降水减少，形成半干旱气候，植被逐渐演化为温带草原、温带荒漠。
碳循环描述范文6
关键词：海河流域；陆面过程；地下水开采；水循环；模拟研究
中图分类号：P641 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2016）04-0054-06
Abstract：By improving the hydrological parameterization schemes of the land surface model （CLM3.5） using the Distributed Time Variant Gain Model（DTVGM） which was developed independently，embedding a module which reflects the impact of groundwater exploitation on water cycle process，considering domestic water，industrial water and ecological water，a large-scale land water cycle model was developed which could describe the nature and human process of a basin.The Haihe River Basin where groundwater is extracted seriously was chosen as the study area，using high spatial and temporal resolution meteorological element data sets of China established by the Institute of Tibetan Plateau as atmospheric forcing drivers，this paper conducted simulation test for the water cycle process in 1980-2010 in the Haihe River Basin， and analyzed the impacts of groundwater exploitation activities on the water cycle process.The results showed that：groundwater exploitation caused the decrease in runoff and soil moisture in the overall basin；the evapotranspiration in the overall basin increased， and the spatial variation of water cycle elements was large.
Key words：the Haihe River Basin；land surface processes；groundwater exploitation；water cycle；simulation
近年来，人类对水资源的开发利用日趋广泛，极大地扰乱了自然水循环过程。尤其在地表水资源量无法满足用水需求或地表水污染严重的地区，持续开采地下水不但会造成地面沉降、湿地减少、海水入侵以及地下水污染，而且会导致陆地水资源的枯竭[1-2]，同时由于更多的水分被抽取至地表，引起局地土壤湿度和地面温度的变化，进而影响水循环过程[3-7]。因此，考虑地下水开采活动对流域水循环影响研究是十分必要的。
已有很多学者就地下水开采活动对水循环的影响进行了研究探索：束龙仓和Xunhong Chen以内布拉斯加州普拉特河谷为例，采用Visual MODFLOW研究了地下水开采对河流流量衰减的影响，认为地下水位高出河水位的值越大，抽水对河流基流量减少的影响越明显，对河流渗漏增加的影响微弱[8]；贾仰文等综合考虑水文气象、地下水开采、南水北调等因素的影响，建立了海河流域二元水循环模型，得出不同规划水平年水资源管理推荐方案[9-10]；王中根等针对海河流域的地下水超采问题，利用较为成熟的流域地表水模型SWAT与地下水模型MODFLOW构建了海河流域地表水与地下水耦合模型，用于评估地下水开采对流域水资源的影响[11]。这些模型主要基于水量平衡，侧重于对降雨径流和水分收支的模拟与计算，缺乏对能量平衡的考虑，无法表达陆气界面的水气能量交换过程[12]。虽然水文模型研究在耦合社会经济水循环、嵌入人类活动模块方面有了一定进展，但是为了适应全球气候变化研究，水文模型还需要从大尺度和高精度模拟方向进行新的突破[13]。陆面过程模式作为水文模型和气候模型联系的桥梁，可以作为大尺度水文模型发展的基础。耦合陆面过程模式和水文模型可以保留水文模型的水量平衡模拟方法，尤其是产汇流过程等，而能量平衡、植被作用等采用陆面模式参数化方案进行描述，以此改善陆面模式对水文过程描述的不足，提高模式模拟预报的精度。
由于受到地下水农业灌溉、河道取用水等高强度人为活动的影响，海河流域地表产汇流非线性特征明显，水文过程模拟的不确定性较大。夏军等[14]结合水文非线性系统方法与分布式流域水文模拟技术自主研发了一种分布式时变增益水文模型（DTVGM），其特点在于能模拟人类活动影响下的降雨、径流等水文变量之间非线性关系[15]，对下垫面实时反应能力较强，尤其在海河、黑河、黄河等半干旱-半湿润流域的模拟效果较好，且计算消耗小[16]。因此，本研究利用DTVGM的产流机制改进CLM3.5的产流过程，同时嵌入地下水开采对流域水循环影响的模块，并考虑经济社会用水，构建能够描述流域自然-人文过程的大尺度陆地水循环模型（CLM-DTVGM），然后以中国科学院青藏高原研究所基于Princeton 再分析数据建立的一套中国区域高时空分辨率地面气象要素数据集作为大气强迫驱动，设置两种模式（无人类活动影响S1和仅考虑开采地下水S2），对海河流域过去30年的地表径流、蒸散发和土壤湿度进行模拟，分析地下水开采活动对海河流域水循环过程的影响。
1 研究区和数据介绍
1.1 研究区
海河流域（图1）位于东经112°-120°，北纬35°-43°之间，总面积约31.8万km2。按照流域西北高，东南低的地势，大致可分高原、山地和平原三种地貌类型。流域西部和北部的高原及山地占流域总面积的60%，流域东部和南部以农田为主，也是主要的人口居住地，占流域总面积的40%。海河流域多年平均降水量为539 mm，自20世纪50年代以来，降水总体上呈现逐步减少的趋势。流域年平均气温为10.8 ℃，年内变化较为平缓。海河流域作为严重的资源性缺水地区，水资源供需矛盾十分突出，用不足全国1.3%的水资源量，承担着全国11%的耕地面积和10%人口用水任务 [17]。由于流域内地表水资源非常匮乏，主要通过开采地下水进行灌溉，区内已形成大范围常年性浅层地下水位降落漏斗，地下水超采是地下水位下降的主导原因[18]。近50年来，海河流域累计超采地下水高达1 900 亿m3，目前地下水年开采量约占流域总供水量的2/3[19]。大范围超采活动已使海河流域地下水处于不可持续状态，严重威胁该地区的可持续发展。
1.2 数据介绍
已有的可用于陆面过程模式输入的再分析数据产品，在中国区域上往往存在着系统偏差，如以Princeton 数据。因此，本研究采用中国科学院青藏高原研究所开发的中国区域的长时间序列、高时空分辨率的陆面模式驱动数据，简称ITPCAS数据集。该套数据以国际上现有的Princeton 再分析资料、GEWEX-SRB 辐射资料以及TRMM 降水资料为基础，利用中国气象局常规气象观测数据进行校正以消除系统偏差，并通过空间降尺度的方式，得到最高时间分辨率为3 h、最高水平空间分辨率为0.1°的再分析数据（包含近地面气温、近地面气压、近地面空气比湿、近地面全风速、地面向下短波辐射、地面向下长波辐射、地面降水率）[20]，可以满足国内陆面过程研究的需要。
经济社会数据为2000年的数据。其中人口、GDP、农田面积数据是基于国家统计局城市社会经济调查总队编纂出版的《中国城市统计年鉴2000》，并由中国科学院资源环境科学数据中心（/english/default.asp）处理为分辨率1 km×1 km的栅格数据。这组数据在本研究中被处理为0.25°×0.25°的分辨率，以适应陆面模式的要求。
工业、生活和农业的单位用水数据来自《中国水资源公报2000》（表1），并且在流域内保持固定不变。
2 研究方法
2.1 模型介绍
CLM3.5模式是NCAR的新一代陆面过程模式，是在CLM3.0的基础上对陆面参数和水文过程加以改进，引进并完善了径流、地下水、碳循环和冻土过程，其具体物理过程在文献中有较为详尽的描述[21-22]。CLM3.5原有的地表产流采用TOPMODEL模型中的SIMTOP参数化方案，即根据蓄满产流和超渗产流的机制来计算，其中关键参数是计算单元的饱和因子，其依赖表层土壤的不透水面积，计算较为复杂。
本研究采用DTVGM模型的时变增益因子来改进CLM3.5中的产流模型，即考虑降雨径流的非线性关系，以及产流过程中土壤湿度不同引起的产流量变化，通过时变增益因子简化了水文循环系统的输入输出之间复杂的非线性关系，达到与一般Volterra泛函级数相同的模拟效果。
在对CLM3.5产流模块改进的基础上，构建人类活动影响概化模型（图2），并成功嵌入CLM-DTVGM中。为了满足每个时间步长内的总需水量Dt，人类需要从附近的河流和含水层汲取水源，从河流中和含水层汲取的水量分别记为Qs和Qg，而开采的水资源量主要用于人类生活Dd、工业生产Di和农业灌溉Da三个方面。其中，生活和工业用水主要消耗于蒸发，而剩余的水量作为废水（Dg）返回河道；农业灌溉用水则作为有效降水降落到土壤表面，并继续参加随后的产流等计算过程。
在图2中的水资源开采部分，从河流汲取的地表水供水量Qs在CLM3.5中主要从每个格点的总径流（地表径流与地下径流之和）中扣除；而从含水层中汲取的地下水供水量Qg是在计算陆地水储量时扣除，因此有：
在图2中的水资源利用部分，工业和生活产生的废水量Dg视为α（Di+Dd），且被直接从模式格点柱内移除，不再参与格点柱内的计算（α为工业和生活用水中返回河道的废水比例），而模式中的蒸发量相应地增加（1-α）×（Di+Dd），到达地表的有效降水量也因灌溉而增加Da。
基于这种人类活动影响概化模型，模拟设置了两种情景：无人类活动影响（S1）、考虑开采地下水（S2）。通过比较两种情景的模拟结果，可以探讨人类对水资源开采利用对水循环过程产生的影响。本次模拟的区域范围设为112°-120°E，35°-43°N，时间范围是1980年-2010年，输入数据空间分辨率为0.1°×0.1°，输出数据的空间分辨率为0.5°×0.5°。其中，需水量采用2000年统计值（表1）。
2.2 参数率定与模型验证
DTVGM 模型的参数见表2，在进行数值模拟前需根据实测流量资料进行参数率定。本文采用海河流域滦县和观台水文站的实测流量资料率定上述参数。图3为滦县站（1997年-2006）和观台站（1997年-2006）实测及模拟年径流过程，可以看出实测和模拟年径流过程总体上一致，率定的参数能够有效地模拟研究区域的径流过程。
3 结果分析
3.1 两种情景下海河流域年平均径流深时空变化
基于S1和S2两种情景模式，由CLM-DTVGM对海河流域1980年-2010年径流进行模拟，得到地下水开采活动影响下的海河流域多年平均径流深空间分布变化情况）如图4、图5）。两种情景下海河流域多年平均径流深整体分布趋势大致相同：从西北至东南逐渐增大，其中平原区和入海口处径流较大，山区径流较小；S2比S1情景下径流深有所减少，尤其是在东部平原区变化较为明显，这与东部平原区地下水开采较为严重有关。
3.2 两种情景下海河流域年平均蒸散发时空特征
基于S1和S2两种情景模式，由CLM-DTVGM对海河流域1980年-2010年蒸散发进行模拟，得到多年平均蒸散发空间分布情况（图6、图7）可以看出从西北到东南，两种情景下海河流域多年平均蒸散发逐渐增大，这与海河流域降雨的空间分布呈现出较好的一致性。考虑地下水开采活动后，局部地区尤其在平原区的取用水高值区和入海口地区，蒸发变异更明显。
3.3 两种情景下海河流域土壤湿度时空特征
S1和S2两种情景下，海河流域1980年―2010年多年平均土壤湿度（地表以下3.43 m）空间分布模拟结果如图8、图9所示，可以看出两种情景下多年平均土壤湿度空间特征基本一致，其中山区偏低，东北、西部及西南较高，总体表现为东北、西南高于中部地区，这主要受气温和降水空间分布的影响。考虑地下水开采活动后，研究区局部的土壤湿度有较为明显的变化，整个流域呈降低现象，在平原取用水高值区降低程度较为明显。
4 结论和讨论
本研究采用构建的CLM-DTVGM和中国科学院青藏高原所气候驱动数据集，选用无人类活动影响和考虑开采地下水两种情景，对过去30年海河流域地表径流、蒸散发和土壤湿度变化进行模拟分析，得到如下结论：地下水开采导致海河流域地表径流整体上呈减少趋势，但在不同空间分布上影响程度不同，其中东部平原区地表径流减少较为明显；地下水开采导致流域蒸散发整体上呈增加趋势，但平原区的取用水高值区和入海口地区蒸散发呈减少趋势；地下水开采导致海河流域土湿整体上呈下降趋势，考虑地下水开采活动后，研究区局部的土壤湿度有较为明显的变化，其中在研究区东北部和西部山区土壤湿度有一定增加，平原取用水高值区土壤湿度降低。
Zou等[23]用采用CLM3.5陆面参数化方案的区域气候模式RegCM4对海河流域1970年-2000年的陆面过程进行了模拟，得到的多年平均地表径流约为48.8 mm。本研究不考虑人类活动过程的情景下模拟的多年平均地表径流约为35 mm，略小于Zou等模拟结果。不过，本研究模拟时期为1980年-2010年，属于气候变暖和人类活动加剧时期，海河流域地表径流已经呈现了减少的趋势[24]，所以本文模拟结果也相对合理的。Zou等模拟的多年平均蒸散发为534.7 mm，本研究不考虑人类活动过程的情景下模拟的多年平均蒸散发为440 mm，蒸散发模拟偏小可能与近年来海河流域地表径流减少有关，与径流的模拟结果保持一致，并且2006年研究资料显示海河流域多年平均蒸散发为425.4 mm[25]，进一步验证了模拟结果的可靠性。
实际上，海河流域地表径流、蒸散发和土湿变化的原因很复杂，包括降雨量减少，气温增加等气候变化以及水资源过度开发利用等，在今后的研究中还应设置不同的模拟情景，分析其他要素对水循环过程的影响。
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