科学研究：

研究方向：

土壤-植被-大气系统物质能量传输转化机理、尺度扩展和不确定性理论； 区域式生态水文模型；陆地生态系统模型与遥感信息同化方法；生态系统水碳氮循环与气候变化。

承担科研项目情况：

1.科技部973项目课题 “气候变化对北方典型农业及生态脆弱区水资源的影响”。

2.863课题 “华北平原大田作物产量形成的协同模拟及区域仿真系统”。

3.973项目专题“陆地生态系统碳循环动力学模型”。

4.国际合作项目课题“典型流域水量水质对气候变化的响应”。

5.国家自然科学基金会项目“华北平原作物水分利用效率及其对气候变化的响应”、“大流域水文循环对全球变化的响应研究”、“非均匀地表/大气水热交换及其在流域水量预报中的应用”、课题“农田生态系统水分运行规律研究”。

6.中国科学院创新工程重要方向项目专题“松嫩平原农业耗水及优化配置研究”、“土地利用/土地覆被变化对流域水文过程的影响研究”。

7.所创新基地项目“华北平原地表水汽、CO2和热量通量及尺度扩展研究”。

科研成果：

1.系统开展了农田生态系统能量、水分和养分循环的田间试验观测。针对SPAC系统关键过程和机理，揭示了地气界面能量、水汽与CO2交换规律；揭示了作物冠层辐射传输机制、叶片气孔导度时空变异性；构建了气孔导度与环境因子的关系式；推导出基于土壤温度的表层导温率和热通量的定量关系。

2.自主开发了植被界面过程(Vegetation Interfaces Processes,简称VIP)的生态水文动力学模型, 用于田间-流域-区域的跨尺度生态系统水分、能量、碳氮循环过程及其相互作用的模拟和预报。与国内外其他类似模型相比，特别在三源（即受光叶、遮荫叶和土壤）能量平衡的概念、地表产流的变蓄水容量方案、植被生态水文特征参数的动态反演方法和模型与遥感信息融合方面做出了创新研究成果。VIP模型已在我国的华北、黄河、长江上游、东北、新疆、内蒙等地的农田、草地生态系统和复杂下垫面区域得到广泛应用。

3.开展了生态水文过程模型与观测数据融合、模型不确定性、尺度扩展研究。应用GLUE和敏感性分析方法，分析了VIP、LISFLOOD和新安江等模型的不确定性，探索了参数的取值空间和异参同效性，评估了模型预报的置信区间；首次采用集合卡尔曼滤波方法反演出生态系统关键参数的季节和年际时间变化规律；采用多目标优化方法反演了蒸腾和光合作用的关键参数；基于不同分辨率数据的模拟分析, 提出了生态水文模型使用中的“1km分辨率法则”和尺度下延方法。

4.在气候-生态-水文过程的相互作用方面，获得如下成果：(i)提出了从控制表层土壤水分和叶片气孔阻力两方面入手的农业节水评估方法；(ii)揭示了华北平原等区域的产量、蒸散量、水分利用效率等生态水文要素的时空演变及驱动机制；(iii)揭示了生态水文过程对气候变化和环境变化的响应机制、提出了调控适应方法。通过模型与统计相结合的方法，揭示了黄土高原生态水文过程对气候变化和生态建设措施的响应机制，提出了蒸散耗水未必随生态建设措施而变化，还草还林措施需要谨慎实施；针对华北平原冬小麦-夏玉米作物轮作系统，采用南北比较、多站比较和区域分布式模拟，揭示了作物产量、水量平衡、能量平衡和碳循环对气候变化情景的响应。结论已被世界银行、全球环境基金（GEF）和我国财政部联合资助“黄淮海农业对气候变化的响应和适应计划行动”采纳，为制定农业的气候变化适应措施、保障国家粮食和水资源安全提供了科学依据。(iv) 将模型与能值理论结合，诊断了华北平原农田生态系统的可持续性，为水资源综合管理提供科学依据。

论文专著：

发表论文：

英文论文:

1 Mo, X. G., et al.,2009. Scale effects on actual evapotranspiration and gross primary production over a large basin. Hydrological Sciences Journal, 54(1): 160-173.

2 Mo, X. G., et al., 2009. Optimization of ecosystem model parameters through assimilating eddy covariance flux data with an ensemble Kalman filter. Ecological Modelling, 217:157-173.

3 Mo, X. G., et al., 2006. Parameter conditioning and prediction uncertainties of the LISFLOOD-WB distributed hydrological model. Hydrological Sciences Journal, 51(1): 45-65

4 Mo, X. G., et al., 2005. Simulation of winter wheat production and water use efficiency with GIS and RS Data in the North China Plain. Ecological Modelling, 183:301-322.

5 Mo, X. G., et al., 2005. Long-term water budget estimation with the modified distributed model LISFLOOD-WB over the Lushi basin, China. Meteorology and Atmospheric Physics, 90:1-16.

中文论文:

1 基于变异性范围法(RVA)的河流生态流量估算 舒畅; 刘苏峡; 莫兴国; 郑超磊; 张守红; 邱建秀 生态环境学报 2010- 05-18

2 新安江模型在高寒无资料地区的水文过程模拟(英文) 舒畅; 刘苏峡; 莫兴国; 王昆; 郑超磊; 张守红 Journal of Resources and Ecology 2010-06-30

3 降雨和水保措施对无定河流域径流和产沙量影响 张守红; 刘苏峡; 莫兴国; 舒畅; 郑超磊; 侯博 北京林业大学学报 2010-07-15

4 植被界面过程(VIP)生态水文动力学模式研究进展 莫兴国; 刘苏峡; 林忠辉 资源科学 2009-02-15

5 华北平原1951年至2006年风速变化特征分析 刘苏峡; 邱建秀; 莫兴国 资源科学 2009-09-15

6 陆地生态系统动力过程模拟集成研究 朱英浩; 莫兴国; 刘苏峡 湖北大学学报( 自然科学版) 2009-12-25

7 植被界面过程(VIP)模型的改进与验证 王昆; 莫兴国; 林忠辉; 张喜英; 舒畅 生态学杂志 2010-02-15

8 羊草草原碳循环过程的模拟与验证 程迁; 莫兴国; 王永芬; 林忠辉 自然资源学报 2010-01-15

9 用斜率和曲率湿周法推求河道最小生态需水量的比较 刘苏峡; 莫兴国; 夏军; 刘昌明; 林忠辉; 门宝辉; 吉利娜 地理学报 2006-03-30

10 基于遥感信息预测土壤水分研究 何玲; 汪志农; 莫兴国 水土保持研究 2006-04-30

11 黄淮海地区冬小麦生产力时空变化及其驱动机制分析 莫兴国; 林忠辉; 刘苏峡 自然资源学报 2006-05-30

12 基于 MODIS数据的无定河流域蒸散模拟 陈丹; 莫兴国; 林忠辉; 刘苏峡 地理研究 2006-07-30

13 无定河区域1981~2001年植被生产力和水量平衡对气候变化的响应 莫兴国; 郭瑞萍; 林忠辉 气候与环境研究 2006-07-30

14 植物根系水力再分配模型参数分析与尺度转换 王昆; 刘颖慧; 高琼; 莫兴国 植物生态学报 2006-11-30

15 NDVI时间序列谐波分析与地表物候信息获取 林忠辉; 莫兴国 农业工程学报 2006-12-30

16 基于MODIS遥感数据计算无定河流域日蒸散 何玲; 莫兴国; 汪志农 农业工程学报 2007-05-31

17 森林、草地和农田典型植被蒸散量的差异 郭瑞萍; 莫兴国 应用生态学报 2007-08-15

18 基于生物习性和流量变化的南水北调西线调水河道的生态需水估算 刘苏峡; 夏军; 莫兴国; 林忠辉; 刘昌明; 轩晓博; 吴春华 南水北调与水利科技 2007-10-25

19 气候变化对无定河流域生态水文过程的影响 莫兴国; 林忠辉; 刘苏峡 生态学报 2007-12-15

20 黄河沿岸陕豫区土壤水分的空间变化特征及其驱动力因子分析 刘苏峡 ; 毛留喜; 莫兴国; 赵卫民; 林忠辉 气候与环境研究 2008-09-20

21 新安江模型参数的不确定性分析 舒畅; 刘苏峡; 莫兴国; 梁忠民; 戴东 地理研究 2008-03-15

22 CLIGEN生成干旱半干旱地区降水相关参数的验证 林忠辉; 莫兴国 自然资源学报 2008-05-15

23 一种改进的生成区域日降水场的方法及精度分析 林忠辉; 莫兴国 地理研究 2008-09-15

24 基于VIP模型对内蒙古草原蒸散季节和年际变化的模拟 王永芬; 莫兴国 ; 郝彦宾; 郭瑞萍; 黄祥忠; 王艳芬 植物生态学报 2008-09-15

25 作物生长模型研究综述 林忠辉; 莫兴国 ; 项月琴 作物学报 2003-09-20

26 华北平原1981～2001年作物蒸散量的时空分异特征 莫兴国; 薛玲; 林忠辉 自然资源学报 2005-03-15

27 夏玉米叶面积指数增长模型的研究 林忠辉; 项月琴; 莫兴国; 李俊; 王玲 中国生态农业学报 2003-10-01

28 不同水分条件麦田能量与CO_2通量变化特征研究 莫兴国; 陈丹; 林忠辉; 项月琴 中国生态农业学报 2003-10-01

29 无定河流域水量平衡变化的模拟 莫兴国; 刘苏峡; 林忠辉; 陈丹; 赵卫民 地理学报 2004-05-23

30 基于水量平衡的流域生态耗水量计算——以海河为例 刘苏峡; 莫兴国; 朱永华; 黄浩 自然资源学报 2004- 09-15

31 基于过程模型的河北平原冬小麦产量和蒸散量模拟 莫兴国; 林忠辉; 李宏轩; 项月琴 地理研究 2004- 10-25

32 无资料流域水文预报(PUB计划)研究进展 刘苏峡; 夏军; 莫兴国 水利水电技术 2005-02-20

33 土壤水分及土壤-大气界面对麦田水热传输的作用 刘苏峡; 莫兴国; 李俊; 刘伟东 地理研究 1999-03-25

34 用GSVAT模型研究地表/大气界面传输 莫兴国; 林忠辉; 刘苏峡 生态学报 1999-11-30

35 华北平原玉米田能量平衡、水分利用效率和表面阻力分析 莫兴国; 刘苏峡; 林忠辉 应用生态学报 2002-05-30

36 基于SVAT模型的冬小麦光合作用和蒸散过程研究 莫兴国; 刘苏峡; 林忠辉 应用生态学报 2002-11-30

37 用土壤温度估算表层土壤导温率与热通量的研究 莫兴国; 李宏轩; 刘苏峡; 林忠辉 中国生态农业学报 2002-02-15

38 基于Penman-Monteith公式的双源模型的改进 莫兴国; 林忠辉; 刘苏峡 水利学报 2000-05-28

39 水文循环研究中亟待加强的薄弱环节 刘苏峡; 莫兴国 中国科学基金 2000-08-23

40 玉米群体辐射传输特征 莫兴国; 林忠辉; 项月琴; 刘苏峡 生态农业研究 2000-02-15

41 中国陆地区域气象要素的空间插值 林忠辉; 莫兴国; 李宏轩; 李海滨 地理学报 2002-01-23

42 土壤-植被-大气系统水分能量传输模拟与试验 莫兴国 地理研究 1994- 06-25

43 土壤－植被－大气系统水分能量传输模拟与试验 莫兴国 地理研究 1994-06-25

44 用平流 ─干旱模型估算麦田潜热及平流 莫兴国 中国农业气象 1995-12-15

45 引入平流影响的蒸散估算 莫兴国 生态农业研究 1995-11-15

46 冬小麦群体叶片气孔导度差异性分析 莫兴国; 项月琴; 刘苏峡 植物学报 1996-06-01

47 冬小麦能量平衡及蒸散分配的季节变化分析 莫兴国; 刘苏峡; 于沪宁; 刘昌明 地理学报 1997-11-23

48 冠层表面阻力与环境因子关系模型及其在蒸散估算中的应用 莫兴国 地理研究 1997- 06-25

49 麦田能量平衡及潜热分配特征分析 沈彦俊; 刘昌明; 莫兴国; 于沪宁 生态农业研究 1997-02-15

50 麦田能量转化和水分传输特征 莫兴国; 刘苏峡 地理学报 1997-01-23

51 土壤-植被-大气系统水分能量传输模拟和验证 莫兴国 气象学报 1998-06-20

52 区域蒸发研究综述 莫兴国 水科学进展 1996-06-15

53 用NDVI时间序列确定作物物侯和作物类型判别 林忠辉; 莫兴国; 薛玲 第十四届全国遥感技术学术交流会论文摘要集 2003-10-01

54 黄土高原无定河流域水量平衡变化与植被恢复的关系模拟 莫兴国; 刘苏峡; 林忠辉; 陈丹; 赵卫民 全国水土保持生态修复研讨会论文汇编 2004-07-01

55 基于NDVI遥感数据的华北平原农田蒸散量时空分布 薛玲; 莫兴国; 郑大玮 2004年湖北省气象学会年会学术论文详细摘要集 2004-10-01

媒体报道：

莫兴国：气候变化并非都是负效应

8月30日，刚刚结束赴加拿大学术访问的莫兴国，还没有完全调整好时差。面对记者的提问，他并不急于回答，总是习惯性地闭上眼睛，思考片刻，而后表述精准、比喻贴切，让人不得不佩服一名科学家的严谨。

莫兴国，中国科学院地理科学与资源研究所研究员， 博士生导师。

一个月前，他的项目回答了这样一个问题——气候变化下华北平原作物产量到底是增还是减。答案同样明确清晰，并且深入揭示了作用机制。这让莫兴国和他的研究团队感到骄傲。

核心对话

气温增加总体上将导致华北平原作物减产

记者：目前，在全球范围内，公众对气候变化的关注都达到了一个空前的高度。许多科研项目都放在了这一背景下进行研究，包括农业。根据您的研究结果，气候变化下华北平原作物产量到底是增还是减？

莫兴国：基于我们多年的田间实验，我们开发了立足华北平原的VIP分布式生态水文动力学模型。针对华北平原冬小麦—夏玉米作物轮作系统，采用南北比较、多站比较和区域分布式模拟，考虑华北平原土壤本底对作物生产力影响的空间分布，区别灌溉和雨养农田，采用VIP模型模拟，我们发现，若温度增加，特别是夜间温度增加，总体上将导致华北平原作物减产，作物生长季缩短是导致减产的主要因素之一。

当然，这并不排除温度升高到某个对作物更适宜的范围，造成作物产量提高的例子。

大气CO2肥效将减缓甚至扭转升温给作物产量带来的负效应

记者：但我们又常听报道，说气候变化下小麦将会增产？

莫兴国： 这个跟我们的结论没有矛盾。前面的减产结论是仅仅考虑温度的因素。当考虑大气CO2肥效（二氧化碳浓度增高使作物的产量增加现象）等因素时，这些因素会减缓升温给作物产量带来的负效应，从而导致作物产量增加。通过对历史的模拟，我们也发现，去掉化肥等农业管理技术进步措施的影响，过去60年，华北平原产量逐年增高仍与较适宜的温度、降水和二氧化碳浓度等气候条件相关。可以肯定地说，大气中二氧化碳浓度的增加，对农业作物起到了增产的作用。

记者：增产的作用有多大？

莫兴国：二氧化碳的施肥效应对不同的作物效果不一样。对C3（大豆、小麦和水稻等）作物来讲，二氧化碳浓度加倍的时候，产量能够增加20%左右。对C4（玉米、高粱等）作物，增产效应不明显。

温度的升高使北方原本一些不能种植小麦的寒冷地区，能种小麦了，造成了小麦的生产界限北移，也达到了增加产量的作用。

记者：这些可不可以看做气候变化的积极影响？

莫兴国：从这个意义上讲，尤其对我国北方一些温度偏低的地方而言，是积极的影响。

减少灌溉量以保障水资源可持续利用

记者：制约农业生产的另一重要因素就是水资源，尤其在华北平原，水资源的可持续利用与粮食生产几乎形成了一对矛盾，您是怎么看这个问题的？

莫兴国：粮食单产的增加，伴随着作物耗水的相应增加。据估计，从上世纪六十年代到九十年代，华北平原小麦生长季耗水增量达130mm，玉米耗水增量为90mm，冬小麦—夏玉米一年两熟轮作体系的年耗水量从约700mm增加到目前将近1000mm。

记者：怎么理解您所谓的耗水量？

莫兴国：耗水量就是指作物生育内所消耗的水量，主要包括作物蒸腾和棵间蒸发。

记者：目前如此巨大的农业耗水量，造成什么后果？

莫兴国：黄淮平原南缘年降水量与此耗水量基本相当，而华北平原北部降水在500—600mm左右，灌溉需求极大。因此华北平原大部分地区地表水难以保障一年两熟耕作制度的用水需求，农田灌溉依靠抽取大量地下水维持，导致地下水位持续下降，产生了一系列环境问题。水已成为华北平原农业发展的关键限制因素。

记者：怎样才能做到既保证粮食生产，又保证水资源的可持续利用？

莫兴国：按照我们最新的计算结果，华北平原地区，每年的灌水量维持在240mm左右，不会对地下水造成过量开采，有望实现农业可持续发展。

另外，还应该采取有效灌溉措施，控制灌溉次数和每次灌溉的水量，同时采取秸秆覆盖和薄膜覆盖的方式减少蒸发，还有就是利用转基因技术培育一些节水品种。此外，我们还建议，对一些水资源短缺的地方，应该调整农业生产机构，因为小麦是一种高耗水作物，在一些干旱地方也采取玉米—小麦两季连种的农业生产方式，耗水量肯定是超过当地的降水量，不得不大量使用地下水灌溉，所以这些地方应该缩小小麦的种植面积，或者种植例如棉花、油菜等低耗水的作物。我们已经做出华北平原较高分辨率的耗水量、产量、水分利用效率的空间分布图，期望能对地方决策发挥作用。

关键在于保证国家粮食安全

记者：项目的最终结论能够为指导农业生产起到哪些实际作用？

莫兴国：地方农业部门可以使用我们的模型来指导生产管理。例如针对今年的气候条件，应该采取什么样的灌溉措施、什么样的施肥措施能够达到最好效益。

记者：那在其他方面还能发挥作用吗？

莫兴国：在粮食产量预测，保证国家粮食安全方面的意义比较重要。

我们所建立的VIP模型与短期、中短期的气候预报相结合，就能够预测出在一定的气候条件下，区域内的粮食产量。比如现在是4月份，根据气象资料，预测出未来两个月的气象条件是怎样的，我们就能够知道今年6月的小麦产量跟去年相比将是增加还是减少，以及增加多少减少多少。

西方国家每年也在预测我国的粮食产量，其研究结论影响着我国粮食安全保障的决策，为世界瞩目。我国粮食安全需要大量基于我国的原始数据，基于我们自主开发的立足国情的机理模型的研究结论可作决策支撑。

花絮

从田间到模型

虽然是学气象出身，但莫兴国的工作一直没离开田间地头。

1990年，他来到中科院地理科学与资源研究所读博，当时的一项“主要工作”就是蹲在田间地头获取实验数据。

“所里很早就开展了二氧化碳浓度变化对农业生产影响的研究。” 莫兴国记得刚到所里的时候，院子里放着几十个高大的医用氧气瓶。“以前就是用那种瓶子往地里放二氧化碳来做实验。”到现在他还“收藏”着两个小一点的氧气瓶，“很精致的。”他说。

试验站在山东禹城，每年的作物生长期——四、五月份，莫兴国都要“泡”在那里。莫兴国现在回忆起来那段“田园时光”，感到很美好。正是从那时就坚持的田间试验，为以后他们研究团队自主开发的VIP生态水文动力学模型打下了重要基础。

人物档案

莫兴国

1966年生于广西桂林。1988年和1990年在南京大学获大气科学学士和硕士学位。1993年在中国科学院地理研究所获自然地理学农业生态系统方向博士学位，毕业后留所工作至今。 1996年起任副研究员。2004年起任研究员。

先后到美国农业部土壤耕作实验室(National Soil Tilth Laboratory)、澳大利亚新南威尔士大学(University of New South Wales)数学系、英国兰卡斯特大学(Lancaster University)自然环境研究中心，加拿大多伦多大学(University of Toronto)地理系从事合作研究。任中国科学院大气物理研究所客座研究员，中国农学会农业气象专业委员会理事,《土壤》杂志编委，世界银行、全球环境基金会关于黄淮海农业应对气候变化项目的短期专家,中国自然资源学会水资源专业委员会委员，中国地理学会会员，国际水文科学协会会员和国际水资源协会会员。

已发表90多篇论文和论著(章)，研究领域是气候与生态水文。主要研究方向包括土壤—植被—大气系统（SPAC）关键过程机理、生态水文过程综合模型、气候—生态—水文相互作用等。主持了多项科技部973项目课题、863课题、国家自然科学基金会项目。

来源： 科技日报2010年09月01日