科學研究：
研究方向：
土壤-植被-大氣系統(tǒng)物質能量傳輸轉化機理、尺度擴展和不確定性理論； 區(qū)域式生態(tài)水文模型；陸地生態(tài)系統(tǒng)模型與遙感信息同化方法；生態(tài)系統(tǒng)水碳氮循環(huán)與氣候變化。
承擔科研項目情況：
1.科技部973項目課題 “氣候變化對北方典型農業(yè)及生態(tài)脆弱區(qū)水資源的影響”。
2.863課題 “華北平原大田作物產量形成的協(xié)同模擬及區(qū)域仿真系統(tǒng)”。
3.973項目專題“陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)動力學模型”。
4.國際合作項目課題“典型流域水量水質對氣候變化的響應”。
5.國家自然科學基金會項目“華北平原作物水分利用效率及其對氣候變化的響應”、“大流域水文循環(huán)對全球變化的響應研究”、“非均勻地表/大氣水熱交換及其在流域水量預報中的應用”、課題“農田生態(tài)系統(tǒng)水分運行規(guī)律研究”。
6.中國科學院創(chuàng)新工程重要方向項目專題“松嫩平原農業(yè)耗水及優(yōu)化配置研究”、“土地利用/土地覆被變化對流域水文過程的影響研究”。
7.所創(chuàng)新基地項目“華北平原地表水汽、CO2和熱量通量及尺度擴展研究”。
科研成果：
1.系統(tǒng)開展了農田生態(tài)系統(tǒng)能量、水分和養(yǎng)分循環(huán)的田間試驗觀測。針對SPAC系統(tǒng)關鍵過程和機理，揭示了地氣界面能量、水汽與CO2交換規(guī)律；揭示了作物冠層輻射傳輸機制、葉片氣孔導度時空變異性；構建了氣孔導度與環(huán)境因子的關系式；推導出基于土壤溫度的表層導溫率和熱通量的定量關系。
2.自主開發(fā)了植被界面過程(Vegetation Interfaces Processes,簡稱VIP)的生態(tài)水文動力學模型, 用于田間-流域-區(qū)域的跨尺度生態(tài)系統(tǒng)水分、能量、碳氮循環(huán)過程及其相互作用的模擬和預報。與國內外其他類似模型相比，特別在三源（即受光葉、遮蔭葉和土壤）能量平衡的概念、地表產流的變蓄水容量方案、植被生態(tài)水文特征參數(shù)的動態(tài)反演方法和模型與遙感信息融合方面做出了創(chuàng)新研究成果。VIP模型已在我國的華北、黃河、長江上游、東北、新疆、內蒙等地的農田、草地生態(tài)系統(tǒng)和復雜下墊面區(qū)域得到廣泛應用。
3.開展了生態(tài)水文過程模型與觀測數(shù)據(jù)融合、模型不確定性、尺度擴展研究。應用GLUE和敏感性分析方法，分析了VIP、LISFLOOD和新安江等模型的不確定性，探索了參數(shù)的取值空間和異參同效性，評估了模型預報的置信區(qū)間；首次采用集合卡爾曼濾波方法反演出生態(tài)系統(tǒng)關鍵參數(shù)的季節(jié)和年際時間變化規(guī)律；采用多目標優(yōu)化方法反演了蒸騰和光合作用的關鍵參數(shù)；基于不同分辨率數(shù)據(jù)的模擬分析, 提出了生態(tài)水文模型使用中的“1km分辨率法則”和尺度下延方法。
4.在氣候-生態(tài)-水文過程的相互作用方面，獲得如下成果：(i)提出了從控制表層土壤水分和葉片氣孔阻力兩方面入手的農業(yè)節(jié)水評估方法；(ii)揭示了華北平原等區(qū)域的產量、蒸散量、水分利用效率等生態(tài)水文要素的時空演變及驅動機制；(iii)揭示了生態(tài)水文過程對氣候變化和環(huán)境變化的響應機制、提出了調控適應方法。通過模型與統(tǒng)計相結合的方法，揭示了黃土高原生態(tài)水文過程對氣候變化和生態(tài)建設措施的響應機制，提出了蒸散耗水未必隨生態(tài)建設措施而變化，還草還林措施需要謹慎實施；針對華北平原冬小麥-夏玉米作物輪作系統(tǒng)，采用南北比較、多站比較和區(qū)域分布式模擬，揭示了作物產量、水量平衡、能量平衡和碳循環(huán)對氣候變化情景的響應。結論已被世界銀行、全球環(huán)境基金（GEF）和我國財政部聯(lián)合資助“黃淮海農業(yè)對氣候變化的響應和適應計劃行動”采納，為制定農業(yè)的氣候變化適應措施、保障國家糧食和水資源安全提供了科學依據(jù)。(iv) 將模型與能值理論結合，診斷了華北平原農田生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性，為水資源綜合管理提供科學依據(jù)。
論文專著：
發(fā)表論文：
英文論文:
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.
中文論文:
1 基于變異性范圍法(RVA)的河流生態(tài)流量估算 舒暢; 劉蘇峽; 莫興國; 鄭超磊; 張守紅; 邱建秀 生態(tài)環(huán)境學報 2010- 05-18
2 新安江模型在高寒無資料地區(qū)的水文過程模擬(英文) 舒暢; 劉蘇峽; 莫興國; 王昆; 鄭超磊; 張守紅 Journal of Resources and Ecology 2010-06-30
3 降雨和水保措施對無定河流域徑流和產沙量影響 張守紅; 劉蘇峽; 莫興國; 舒暢; 鄭超磊; 侯博 北京林業(yè)大學學報 2010-07-15
4 植被界面過程(VIP)生態(tài)水文動力學模式研究進展 莫興國; 劉蘇峽; 林忠輝 資源科學 2009-02-15
5 華北平原1951年至2006年風速變化特征分析 劉蘇峽; 邱建秀; 莫興國 資源科學 2009-09-15
6 陸地生態(tài)系統(tǒng)動力過程模擬集成研究 朱英浩; 莫興國; 劉蘇峽 湖北大學學報( 自然科學版) 2009-12-25
7 植被界面過程(VIP)模型的改進與驗證 王昆; 莫興國; 林忠輝; 張喜英; 舒暢 生態(tài)學雜志 2010-02-15
8 羊草草原碳循環(huán)過程的模擬與驗證 程遷; 莫興國; 王永芬; 林忠輝 自然資源學報 2010-01-15
9 用斜率和曲率濕周法推求河道最小生態(tài)需水量的比較 劉蘇峽; 莫興國; 夏軍; 劉昌明; 林忠輝; 門寶輝; 吉利娜 地理學報 2006-03-30
10 基于遙感信息預測土壤水分研究 何玲; 汪志農; 莫興國 水土保持研究 2006-04-30
11 黃淮海地區(qū)冬小麥生產力時空變化及其驅動機制分析 莫興國; 林忠輝; 劉蘇峽 自然資源學報 2006-05-30
12 基于 MODIS數(shù)據(jù)的無定河流域蒸散模擬 陳丹; 莫興國; 林忠輝; 劉蘇峽 地理研究 2006-07-30
13 無定河區(qū)域1981~2001年植被生產力和水量平衡對氣候變化的響應 莫興國; 郭瑞萍; 林忠輝 氣候與環(huán)境研究 2006-07-30
14 植物根系水力再分配模型參數(shù)分析與尺度轉換 王昆; 劉穎慧; 高瓊; 莫興國 植物生態(tài)學報 2006-11-30
15 NDVI時間序列諧波分析與地表物候信息獲取 林忠輝; 莫興國 農業(yè)工程學報 2006-12-30
16 基于MODIS遙感數(shù)據(jù)計算無定河流域日蒸散 何玲; 莫興國; 汪志農 農業(yè)工程學報 2007-05-31
17 森林、草地和農田典型植被蒸散量的差異 郭瑞萍; 莫興國 應用生態(tài)學報 2007-08-15
18 基于生物習性和流量變化的南水北調西線調水河道的生態(tài)需水估算 劉蘇峽; 夏軍; 莫興國; 林忠輝; 劉昌明; 軒曉博; 吳春華 南水北調與水利科技 2007-10-25
19 氣候變化對無定河流域生態(tài)水文過程的影響 莫興國; 林忠輝; 劉蘇峽 生態(tài)學報 2007-12-15
20 黃河沿岸陜豫區(qū)土壤水分的空間變化特征及其驅動力因子分析 劉蘇峽 ; 毛留喜; 莫興國; 趙衛(wèi)民; 林忠輝 氣候與環(huán)境研究 2008-09-20
21 新安江模型參數(shù)的不確定性分析 舒暢; 劉蘇峽; 莫興國; 梁忠民; 戴東 地理研究 2008-03-15
22 CLIGEN生成干旱半干旱地區(qū)降水相關參數(shù)的驗證 林忠輝; 莫興國 自然資源學報 2008-05-15
23 一種改進的生成區(qū)域日降水場的方法及精度分析 林忠輝; 莫興國 地理研究 2008-09-15
24 基于VIP模型對內蒙古草原蒸散季節(jié)和年際變化的模擬 王永芬; 莫興國 ; 郝彥賓; 郭瑞萍; 黃祥忠; 王艷芬 植物生態(tài)學報 2008-09-15
25 作物生長模型研究綜述 林忠輝; 莫興國 ; 項月琴 作物學報 2003-09-20
26 華北平原1981～2001年作物蒸散量的時空分異特征 莫興國; 薛玲; 林忠輝 自然資源學報 2005-03-15
27 夏玉米葉面積指數(shù)增長模型的研究 林忠輝; 項月琴; 莫興國; 李俊; 王玲 中國生態(tài)農業(yè)學報 2003-10-01
28 不同水分條件麥田能量與CO_2通量變化特征研究 莫興國; 陳丹; 林忠輝; 項月琴 中國生態(tài)農業(yè)學報 2003-10-01
29 無定河流域水量平衡變化的模擬 莫興國; 劉蘇峽; 林忠輝; 陳丹; 趙衛(wèi)民 地理學報 2004-05-23
30 基于水量平衡的流域生態(tài)耗水量計算——以海河為例 劉蘇峽; 莫興國; 朱永華; 黃浩 自然資源學報 2004- 09-15
31 基于過程模型的河北平原冬小麥產量和蒸散量模擬 莫興國; 林忠輝; 李宏軒; 項月琴 地理研究 2004- 10-25
32 無資料流域水文預報(PUB計劃)研究進展 劉蘇峽; 夏軍; 莫興國 水利水電技術 2005-02-20
33 土壤水分及土壤-大氣界面對麥田水熱傳輸?shù)淖饔?劉蘇峽; 莫興國; 李俊; 劉偉東 地理研究 1999-03-25
34 用GSVAT模型研究地表/大氣界面?zhèn)鬏?莫興國; 林忠輝; 劉蘇峽 生態(tài)學報 1999-11-30
35 華北平原玉米田能量平衡、水分利用效率和表面阻力分析 莫興國; 劉蘇峽; 林忠輝 應用生態(tài)學報 2002-05-30
36 基于SVAT模型的冬小麥光合作用和蒸散過程研究 莫興國; 劉蘇峽; 林忠輝 應用生態(tài)學報 2002-11-30
37 用土壤溫度估算表層土壤導溫率與熱通量的研究 莫興國; 李宏軒; 劉蘇峽; 林忠輝 中國生態(tài)農業(yè)學報 2002-02-15
38 基于Penman-Monteith公式的雙源模型的改進 莫興國; 林忠輝; 劉蘇峽 水利學報 2000-05-28
39 水文循環(huán)研究中亟待加強的薄弱環(huán)節(jié) 劉蘇峽; 莫興國 中國科學基金 2000-08-23
40 玉米群體輻射傳輸特征 莫興國; 林忠輝; 項月琴; 劉蘇峽 生態(tài)農業(yè)研究 2000-02-15
41 中國陸地區(qū)域氣象要素的空間插值 林忠輝; 莫興國; 李宏軒; 李海濱 地理學報 2002-01-23
42 土壤-植被-大氣系統(tǒng)水分能量傳輸模擬與試驗 莫興國 地理研究 1994- 06-25
43 土壤－植被－大氣系統(tǒng)水分能量傳輸模擬與試驗 莫興國 地理研究 1994-06-25
44 用平流 ─干旱模型估算麥田潛熱及平流 莫興國 中國農業(yè)氣象 1995-12-15
45 引入平流影響的蒸散估算 莫興國 生態(tài)農業(yè)研究 1995-11-15
46 冬小麥群體葉片氣孔導度差異性分析 莫興國; 項月琴; 劉蘇峽 植物學報 1996-06-01
47 冬小麥能量平衡及蒸散分配的季節(jié)變化分析 莫興國; 劉蘇峽; 于滬寧; 劉昌明 地理學報 1997-11-23
48 冠層表面阻力與環(huán)境因子關系模型及其在蒸散估算中的應用 莫興國 地理研究 1997- 06-25
49 麥田能量平衡及潛熱分配特征分析 沈彥俊; 劉昌明; 莫興國; 于滬寧 生態(tài)農業(yè)研究 1997-02-15
50 麥田能量轉化和水分傳輸特征 莫興國; 劉蘇峽 地理學報 1997-01-23
51 土壤-植被-大氣系統(tǒng)水分能量傳輸模擬和驗證 莫興國 氣象學報 1998-06-20
52 區(qū)域蒸發(fā)研究綜述 莫興國 水科學進展 1996-06-15
53 用NDVI時間序列確定作物物侯和作物類型判別 林忠輝; 莫興國; 薛玲 第十四屆全國遙感技術學術交流會論文摘要集 2003-10-01
54 黃土高原無定河流域水量平衡變化與植被恢復的關系模擬 莫興國; 劉蘇峽; 林忠輝; 陳丹; 趙衛(wèi)民 全國水土保持生態(tài)修復研討會論文匯編 2004-07-01
55 基于NDVI遙感數(shù)據(jù)的華北平原農田蒸散量時空分布 薛玲; 莫興國; 鄭大瑋 2004年湖北省氣象學會年會學術論文詳細摘要集 2004-10-01
媒體報道：
莫興國：氣候變化并非都是負效應
8月30日，剛剛結束赴加拿大學術訪問的莫興國，還沒有完全調整好時差。面對記者的提問，他并不急于回答，總是習慣性地閉上眼睛，思考片刻，而后表述精準、比喻貼切，讓人不得不佩服一名科學家的嚴謹。
莫興國，中國科學院地理科學與資源研究所研究員， 博士生導師。
一個月前，他的項目回答了這樣一個問題——氣候變化下華北平原作物產量到底是增還是減。答案同樣明確清晰，并且深入揭示了作用機制。這讓莫興國和他的研究團隊感到驕傲。
核心對話
氣溫增加總體上將導致華北平原作物減產
記者：目前，在全球范圍內，公眾對氣候變化的關注都達到了一個空前的高度。許多科研項目都放在了這一背景下進行研究，包括農業(yè)。根據(jù)您的研究結果，氣候變化下華北平原作物產量到底是增還是減？
莫興國：基于我們多年的田間實驗，我們開發(fā)了立足華北平原的VIP分布式生態(tài)水文動力學模型。針對華北平原冬小麥—夏玉米作物輪作系統(tǒng)，采用南北比較、多站比較和區(qū)域分布式模擬，考慮華北平原土壤本底對作物生產力影響的空間分布，區(qū)別灌溉和雨養(yǎng)農田，采用VIP模型模擬，我們發(fā)現(xiàn)，若溫度增加，特別是夜間溫度增加，總體上將導致華北平原作物減產，作物生長季縮短是導致減產的主要因素之一。
當然，這并不排除溫度升高到某個對作物更適宜的范圍，造成作物產量提高的例子。
大氣CO2肥效將減緩甚至扭轉升溫給作物產量帶來的負效應
記者：但我們又常聽報道，說氣候變化下小麥將會增產？
莫興國： 這個跟我們的結論沒有矛盾。前面的減產結論是僅僅考慮溫度的因素。當考慮大氣CO2肥效（二氧化碳濃度增高使作物的產量增加現(xiàn)象）等因素時，這些因素會減緩升溫給作物產量帶來的負效應，從而導致作物產量增加。通過對歷史的模擬，我們也發(fā)現(xiàn)，去掉化肥等農業(yè)管理技術進步措施的影響，過去60年，華北平原產量逐年增高仍與較適宜的溫度、降水和二氧化碳濃度等氣候條件相關�？梢钥隙ǖ卣f，大氣中二氧化碳濃度的增加，對農業(yè)作物起到了增產的作用。
記者：增產的作用有多大？
莫興國：二氧化碳的施肥效應對不同的作物效果不一樣。對C3（大豆、小麥和水稻等）作物來講，二氧化碳濃度加倍的時候，產量能夠增加20%左右。對C4（玉米、高粱等）作物，增產效應不明顯。
溫度的升高使北方原本一些不能種植小麥的寒冷地區(qū)，能種小麥了，造成了小麥的生產界限北移，也達到了增加產量的作用。
記者：這些可不可以看做氣候變化的積極影響？
莫興國：從這個意義上講，尤其對我國北方一些溫度偏低的地方而言，是積極的影響。
減少灌溉量以保障水資源可持續(xù)利用
記者：制約農業(yè)生產的另一重要因素就是水資源，尤其在華北平原，水資源的可持續(xù)利用與糧食生產幾乎形成了一對矛盾，您是怎么看這個問題的？
莫興國：糧食單產的增加，伴隨著作物耗水的相應增加。據(jù)估計，從上世紀六十年代到九十年代，華北平原小麥生長季耗水增量達130mm，玉米耗水增量為90mm，冬小麥—夏玉米一年兩熟輪作體系的年耗水量從約700mm增加到目前將近1000mm。
記者：怎么理解您所謂的耗水量？
莫興國：耗水量就是指作物生育內所消耗的水量，主要包括作物蒸騰和棵間蒸發(fā)。
記者：目前如此巨大的農業(yè)耗水量，造成什么后果？
莫興國：黃淮平原南緣年降水量與此耗水量基本相當，而華北平原北部降水在500—600mm左右，灌溉需求極大。因此華北平原大部分地區(qū)地表水難以保障一年兩熟耕作制度的用水需求，農田灌溉依靠抽取大量地下水維持，導致地下水位持續(xù)下降，產生了一系列環(huán)境問題。水已成為華北平原農業(yè)發(fā)展的關鍵限制因素。
記者：怎樣才能做到既保證糧食生產，又保證水資源的可持續(xù)利用？
莫興國：按照我們最新的計算結果，華北平原地區(qū)，每年的灌水量維持在240mm左右，不會對地下水造成過量開采，有望實現(xiàn)農業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
另外，還應該采取有效灌溉措施，控制灌溉次數(shù)和每次灌溉的水量，同時采取秸稈覆蓋和薄膜覆蓋的方式減少蒸發(fā)，還有就是利用轉基因技術培育一些節(jié)水品種。此外，我們還建議，對一些水資源短缺的地方，應該調整農業(yè)生產機構，因為小麥是一種高耗水作物，在一些干旱地方也采取玉米—小麥兩季連種的農業(yè)生產方式，耗水量肯定是超過當?shù)氐慕邓�，不得不大量使用地下水灌溉，所以這些地方應該縮小小麥的種植面積，或者種植例如棉花、油菜等低耗水的作物。我們已經做出華北平原較高分辨率的耗水量、產量、水分利用效率的空間分布圖，期望能對地方決策發(fā)揮作用。
關鍵在于保證國家糧食安全
記者：項目的最終結論能夠為指導農業(yè)生產起到哪些實際作用？
莫興國：地方農業(yè)部門可以使用我們的模型來指導生產管理。例如針對今年的氣候條件，應該采取什么樣的灌溉措施、什么樣的施肥措施能夠達到最好效益。
記者：那在其他方面還能發(fā)揮作用嗎？
莫興國：在糧食產量預測，保證國家糧食安全方面的意義比較重要。
我們所建立的VIP模型與短期、中短期的氣候預報相結合，就能夠預測出在一定的氣候條件下，區(qū)域內的糧食產量。比如現(xiàn)在是4月份，根據(jù)氣象資料，預測出未來兩個月的氣象條件是怎樣的，我們就能夠知道今年6月的小麥產量跟去年相比將是增加還是減少，以及增加多少減少多少。
西方國家每年也在預測我國的糧食產量，其研究結論影響著我國糧食安全保障的決策，為世界矚目。我國糧食安全需要大量基于我國的原始數(shù)據(jù)，基于我們自主開發(fā)的立足國情的機理模型的研究結論可作決策支撐。
花絮
從田間到模型
雖然是學氣象出身，但莫興國的工作一直沒離開田間地頭。
1990年，他來到中科院地理科學與資源研究所讀博，當時的一項“主要工作”就是蹲在田間地頭獲取實驗數(shù)據(jù)。
“所里很早就開展了二氧化碳濃度變化對農業(yè)生產影響的研究�！� 莫興國記得剛到所里的時候，院子里放著幾十個高大的醫(yī)用氧氣瓶。“以前就是用那種瓶子往地里放二氧化碳來做實驗。”到現(xiàn)在他還“收藏”著兩個小一點的氧氣瓶，“很精致的�！彼f。
試驗站在山東禹城，每年的作物生長期——四、五月份，莫興國都要“泡”在那里。莫興國現(xiàn)在回憶起來那段“田園時光”，感到很美好。正是從那時就堅持的田間試驗，為以后他們研究團隊自主開發(fā)的VIP生態(tài)水文動力學模型打下了重要基礎。
人物檔案
莫興國
1966年生于廣西桂林。1988年和1990年在南京大學獲大氣科學學士和碩士學位。1993年在中國科學院地理研究所獲自然地理學農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)方向博士學位，畢業(yè)后留所工作至今。 1996年起任副研究員。2004年起任研究員。
先后到美國農業(yè)部土壤耕作實驗室(National Soil Tilth Laboratory)、澳大利亞新南威爾士大學(University of New South Wales)數(shù)學系、英國蘭卡斯特大學(Lancaster University)自然環(huán)境研究中心，加拿大多倫多大學(University of Toronto)地理系從事合作研究。任中國科學院大氣物理研究所客座研究員，中國農學會農業(yè)氣象專業(yè)委員會理事,《土壤》雜志編委，世界銀行、全球環(huán)境基金會關于黃淮海農業(yè)應對氣候變化項目的短期專家,中國自然資源學會水資源專業(yè)委員會委員，中國地理學會會員，國際水文科學協(xié)會會員和國際水資源協(xié)會會員。
已發(fā)表90多篇論文和論著(章)，研究領域是氣候與生態(tài)水文。主要研究方向包括土壤—植被—大氣系統(tǒng)（SPAC）關鍵過程機理、生態(tài)水文過程綜合模型、氣候—生態(tài)—水文相互作用等。主持了多項科技部973項目課題、863課題、國家自然科學基金會項目。
來源： 科技日報2010年09月01日
莫興國，男，1966年生于廣西桂林�，F(xiàn)任中國科學院地理科學與資源研究所創(chuàng)新基地研究員， 博士生導師。
