东亚地区人为硫酸盐气溶胶辐射气候效应不同模拟方法的对比

 利用区域气候模式RegCM2与大气化学模式连接的模拟系统,研究了中国地区人为排放生成的硫酸盐气溶胶分布及其辐射气候效应,并与全球模式的结果进行了比较,同时对比了硫酸盐气溶胶辐射气候效应的在线、离线模拟方法所得结果差异的细致情况.通过以上工作表明:区域气候和大气化学耦合模式系统能在比大气环流模式更精细的尺度上获得硫酸盐分布规律和辐射气候效应;并且区域气候模式与大气化学模式的在线与离线连接方法得到的硫酸盐柱含量、有反馈和无反馈大气顶直接辐射强迫和地表温度响应在较小区域平均的尺度上存在较显著的差异,并且在全区域平均尺度上也不能被忽略;通过对气候响应的进一步分析发现:模拟结果显示了从硫酸盐含量到辐射强迫和地表温度响应逐渐加大的不确定性.     

多模式集合在统计降尺度应用上的研究进展

气候模式(GCMs)由于分辨率过低,进行区域气候的模拟和预测的能力很差;而统计降尺度可以通过建立气候模式的输出信息和区域气候要素之间的统计关系来弥补GCMs的不足。在对比动力降尺度和统计降尺度之后首先对统计降尺度的基本原理和方法进行了介绍。强调了产生模拟预测结果的不确定来源,据此讨论集合思想在统计降尺度的应用的必要性。并重点追踪了其在国内外的研究进展,提出了未来多模式集合统计降尺度的发展方向。     

气候嵌套模式的进展及双向嵌套模式对降水的模拟

区域气候模式发展的回顾表明区域气候模式在近20年来取得了长足的进步,将它与全球大气环流模式进行嵌套是研究区域气候变化的有效方法。单向嵌套是目前区域气候研究的主要手段,对区域气候的模拟和预测有明显的改进,加深了人们对区域气候变化的认识;双向嵌套能够体现不同尺度大气运动之间的相互作用,是区域气候变化研究的发展方向,尽管实现的难度很大,但模拟的结果明显优于单向嵌套。利用一个双向嵌套模式进行数值试验,结果表明它能够成功模拟我国南方的降水。     

地形因子对人口空间分布影响分析——以黄山市为例

利用黄山市人口统计数据(2000年)及地形数据,就地形因子与人口空间分布的关系进行定量分析.结果表明:海拔、坡度和坡向对人口空间分布都有显著的影响.海拔的影响表现在海拔400m以内人口密度变化显著,海拔400m以上人口密度变化平缓,海拔与人口密度呈混合函数关系.坡度的影响表现在从0°到10°内人口密度显著递减,从10°到40°人口密度递减平缓,呈Inverse函数关系.坡向的影响表现在不同坡向上的人口密度有显著差异.在此基础上,通过建立基于海拔、坡度和坡向的地形因子指数模型,定量分析地形因子对人口分布的影响,结果表明地形指数与人口空间分布呈对数函数关系.     

模拟区域气候变化的模式系统的建立及其效能检验

建立了一个富有特色的模拟区域气候变化的模式系统．该模式系统对模式中陡峭地形的处理方法进行了改进，并且在云量参数化方案中考虑了大气的动力学结构．其中大气模式与海洋模式和土壤模式简单耦合，和ＧＣＭ单向嵌套以反映大气环流背景对区域气候的影响．通过对模拟结果的比较和检验，发现区域模式对侧边界条件的依赖性很强，客观真实的侧边界条件是模式能够正确模拟区域气候要素的最重要的条件之一．模式分辨率的提高，中尺度强迫如地形高度和下垫面类型的细致刻划，都有利于气候要素场特别是边界层和地表气候状况模拟效果的改善．     

华东地区气候舒适度精细化估算及其分布特征研究

结合19642013年华东区域常规气象站气象观测资料与数字高程模型DEM(Digital Elevation Model),利用黄金分割舒适度指数计算方法,在GIS平台上对起伏地形下华东区域气候舒适度进行精细化空间估算,并分析其在该区域的时空分布特征,其结果可为区域气候资源开发利用提供参考.结果表明:气候舒适度在空间上其等级分布趋势为由低纬到高纬、由低海拔到高海拔、由近海到内陆而逐渐降低;在时间上春季4、5月和秋季9、10月最为舒适;从各省份来看,气候舒适度等级年内变化差异从大到小依次是山东、江苏、安徽、上海、浙江、江西和福建.气候舒适期为4个月的区域面积最大,总面积30.61万km2.     

一种电磁耦合集成角度传感器的关键模块设计

设计了一种基于电磁耦合原理的集成角度传感器.该传感器由两块电路板与一片专用信号处理芯片组成,在电路板上实现了激励线圈、接收线圈和反馈线圈的设计,通过交变电磁场之间的电磁耦合完成角度信息的转换.传感器芯片设有增益编程模式、零度标定模式,可消除制作工艺与装配过程带来的误差,并实现零度标定;以CORDIC算法为核心设计了角度解码电路,经过误差补偿,大大减小了CORDIC算法在反正弦运算中的误差.经实验测试,数字电路组成的关键模块工作正确,其角度解码范围为0°～120°,误差小于0.05°,满足传感器0.5°的整体设计要求.     

土地利用/土地覆盖变化对区域气候影响的生物地球物理途径研究进展

本文从LUCC对气候影响的生物地球物理途径角度阐述其对气候系统的影响机制,并且结合多项研究结果归纳了诸如森林砍伐/造林活动、城市化、农业发展等人类LUCC活动在区域尺度的气候效应.气候模式是研究LUCC对区域气候及其变化最重要的试验工具之一,本文概括了气候模式经历了大气环流模式、区域气候模式、耦合的大气-陆面模式等一系列发展过程及其特点,提出利用遥感技术获取气候模式中的地面生物物理参数可以大幅提高模拟精度.最后,评论了目前LUCC气候效应研究中存在的问题,提出未来研究应着手降低区域气候模式模拟的不确定性,引入景观生态学理论与方法等可以更好地了解人类活动与气候变化的关系,进而制定适应气候变化的区域土地系统优化方案.     

准地转正压大气小波谱模式及其数值解

基于β平面通道准地转正压位势涡度方程,用wavelet-Galerkin方法导出了以周期小波尺度函数为基底的小波谱模式,提出了小波格-谱变换算法,大大减少了模式非线性项的计算量;利用小波基导出了流函数倾向的二维Helmholtz方程的矩阵代数方程,求出了周期边界条件下的高精度解.数值试验表明,在热力和地形强迫下小波谱模式可以稳定的长时间积分,其数值解与格点差分模式的积分结果相近,但解的精度更高、收敛速度更快.在单纯热力强迫下得到了收敛的稳定解,在地形强迫下解呈现约15d的准周期振荡,类似于大气环流的高低指数循环.     

台湾地形对1998年6月7—8日中尺度对流系统降雨的影响

利用中尺度模式MM5研究了台湾地形对中尺度对流系统所引起的降雨的影响。通过一系列不同模式分辨率和不同精确度地形高度的敏感性实验, 发现模式的分辨率对降水的预报起决定作用,同时,地形的精确度也可以改变降水的分布和强度。为了得到合理的模拟,6km 的模式分辨率和18km 的地形精确度是必须的。去掉台湾地形的敏感性实验表明,台湾中央山脉对降水的影响可以分为两类,即“强迫”和“修正”效应。在对流层低层,中央山脉对中α尺度低压有阻挡作用,并强迫局地中β尺度的低压。中β尺度的低压和中α尺度低压相互作用,在台湾北部“强迫”出暴雨;而在台湾中部,中尺度对流系统登陆的地方,中央山脉对降雨的落区和强度都给予了“修正”。     

不受DEM空间分辨率影响的地形指数计算

为了减小数字高程模型(DEM)分辨率对地形指数计算的影响,开发了一种不受DEM空间分辨率影响的地形指数计算方法.选取汉江上游褒河流域作为研究区域,通过引入分辨率因子考虑DEM空间分辨率对单宽上坡集水面积的影响,应用分形方法处理DEM空间尺度对地形坡度的影响,将该算法应用到褒河流域DEM数据的计算中.结果表明:此法可以成功地由低分辨率的DEM数据获得与目标高分辨率精度相仿的地形指数分布,能在一定程度上消除DEM空间分辨率对地形指数计算的影响,因而对无资料地区的水文预报有着十分重要的现实意义.     

一种利用可见光波段无人机遥感的林下植被覆盖识别方法

利用可见光无人机遥感数据,通过分析不同地物在像元和对象尺度上的光谱信息,建立一种利用归一化红绿差异指数NGRDI特征并结合面向对象思想的林下植被覆盖识别方法,并对试验区和验证区开展方法应用与适应性分析. 分析结果表明：NGRDI在像元尺度可以很好地区分乔木、 草地和裸土,在对象尺度也能较好地区分林下有植被覆盖区域和林下无植被覆盖区域,同时该指数能较好地消除地形因素等影响. 试验区林下植被识别的总体精度为85.9%,Kappa系数为0.78;验证区林下无植被覆盖区域和林下有植被覆盖区域提取的正确率分别为82.9%和95.1%. 故利用可见光无人机影像的NGRDI指数进行林下植被覆盖识别方法是可行的.     

近30年来毛乌素沙地土地利用变化驱动力的多尺度研究——以内蒙古乌审旗为例

土地利用变化的驱动力受多时空尺度影响,存在明显的尺度依赖性.本文选择地处毛乌素沙地腹地的乌审旗,基于1978、1988、2000、2008年土地利用数据、社会经济数据及农牧户调查数据,采用Logistic回归模型和参与式农村评估方法进行县域尺度的土地利用变化驱动力的多尺度研究.结果表明:在宏观尺度上土地利用变化受到地形、水文、交通、居民点等地理环境因素和人口、经济发展和政策制度等社会经济因素的驱动;在微观尺度上,农牧户个体生计策略则发挥了较为显著的作用,且不同类型农牧户特性决定了土地利用模式的选择既受到资源条件的限制,又要受到社会文化、市场环境和政府政策的影响.研究结果可为区域土地持续利用提供借鉴.     

地气耦合系统中下垫面气候效应的数值模拟

区域气候环境的变化，不仅受大尺度气候环境的影响，而且在一定程度上还取决于该区域下垫面状况的改变。本文利用一维十六层地气耦合模式研究了陆地下垫面特征变化对近地层气候的影响，分析了大气边界层垂直温度特征、地面温度变化特征以及地面能量平衡和转换特征、试验结果表明下垫面特征是影响区域气候的一个重要因子，其变化对边界层垂直温度结构、地面温度日变化以及地面能量平衡和转换机制具有重要的影响，进而改变一个地区的区域气候状况。     

河南典型样区地形对耕地动态变化空间分布多样性的影响及相关性分析

选取河南省豫北、豫中和豫南3个典型样区,将土壤多样性理论引入耕地动态变化空间分布多样性与地形多样性分析中.在1km×1km网格尺度下计算2001、2007和2017年间耕地动态变化量的空间分布多样性特征及其与地形空间分布多样性的关系,分析地形和耕地变化空间分布多样性指数的相关性.结果表明:典型样区在不同的研究时期,耕地的空间分布多样性指数均大于0.95,呈现出整体均匀状态;地形的空间分布离散程度是山地丘陵平原;由单因素方差分析可知,地形和耕地的空间分布格局具有显著性相关关系(F=89.242Fcrit=3.285);由互熵关联分析可得平原与耕地的相关性最强,丘陵次之,山地最弱;以地形为基础,各研究区耕地的空间分布多样性变化有显著差异,豫北耕地变化相对最稳定且多样性指数变化小,豫中耕地不断减少但多样性指数变化较稳定,豫南耕地变化明显且多样性指数有较大起伏.     

模式水平分辨率对区域降水季尺度模拟的影响

为了检验区域季尺度降水模拟对分辨率调整的敏感响应及其变化规律,利用RegCM3区域气候模式,对整个中国地区及相邻海域进行了季尺度降水模拟.取不同的水平分辨率(30、60、90 km),模拟2000～2004年夏季的降水.本系统可以较稳定地对我国整个地区的降水进行季尺度模拟.与实测资料进行对比,分析其模拟效果.结果表明:区域模式对水平分辨率变化的响应是敏感的,并呈现出复杂的变化规律.     

雅鲁藏布江流域TRMM降水数据降尺度研究

为了获取我国西南典型缺资料地区雅鲁藏布江流域较高时空分辨率的降水空间分布数据,开展了复杂地形条件下的卫星降水资料降尺度方法研究.构建了基于TRMM降水数据的雅鲁藏布江流域降水时空降尺度模型,并利用搜集的降水实测数据对模型进行了率定和精度验证,结果表明:1)研究提出的水汽运移距离因子在雅江流域与降水具有很强的相关性,在构建的空间降尺度模型中其显著性优于传统地形指示因子DEM;2)TRMM降尺度结果较原始降水数据空间分布更为合理性且细节刻画能力更强,但统计精度月际差异明显,月R2值主要集中在0.5~0.9之间,RMSE值在3.7~40mm之间波动,且整体呈现随月降雨量增加而增大的趋势,个别月份由于降水观测极值出现而导致R2值不足0.1.日尺度上,降尺度结果受原始TRMM降水数据精度影响,平均精度R2不足0.3.     

甘肃白龙江流域土地利用在地形梯度上的空间分布

以甘肃白龙江流域1977,2002,2010年Landsat影像和30 m分辨率DEM为数据源,基于GIS空间分析技术,建立了白龙江流域土地利用数据库并生成了坡度和地形位指数图,然后将高程、坡度和地形位梯度图分别与土地利用数据叠加,对1977-2010年不同高程带、坡度带和地形位梯度上土地利用变化空间特征进行定量分析.结果表明:近30多年来,在各高程和坡度带上,白龙江流域的建设用地向更高高程和陡坡方向扩展;陡坡耕地面积出现了从增加到减少的逆转;林地变化则相反;受人类干扰程度的强烈影响,草地、水域和未利用地逐年减少.1977-2010年各土地利用类型的地形位分布指数曲线基本形态相似,但在个别地形位上的分布指数有明显变化;建设用地在低地形位的优势性增强,并向高地形位扩展;耕地也向高地形位扩展;林地和草地在低地形位的分布指数先减小后增大;未利用地在高地形位的分布指数增大.建议根据不同的地形梯度,合理调整土地利用结构,尽量避免不合理的土地利用方式和人为干扰,继续实施生态建设工程和人类生产活动管控,为区域土地可持续利用和自然-社会-经济协调发展服务.     

地形效应下正压模式方程组的能量守恒

在正压大气模式下推导了具有地形效应的控制方程,获得了该方程满足能量守恒的结论,分析了地形效应对大气能量的转换和分配的影响.     

中国东部地区土地利用和植被覆盖的历史演变

土地利用和植被覆盖变化研究,是当前国际科学研究的前沿领域之一,是研究气候变化的重要基础.特别是如何获得过去植被覆盖变化的定量信息对于进行气候模拟至关重要.在根据文献研究恢复出的近300年来中国东部部分省区的垦殖率分布的基础上,通过对清代、民国期间各地史志记载的分析以及现代土地利用类型分布图的比较,得出了空间分辨率为0.5°×0.5°的近300年来中国东部部分省区土地利用和植被覆盖变化分布图.结果显示,近300年来,长江中下游、华北地区的土地类型以耕地为主,其余省则主要为森林覆盖,并因地理因素等原因可分为不同的森林类型.此外,草地、交通居住用地等所占土地面积比例较低,因此在植被类型变化上尚处于次要地位.这一定量化结果为区域气候模拟提供了必需的植被场.