MTCLIM模型系列研究报告(3):辐射估算方法在我国亚热带山地的有效性验证

以已有的数据、理论和模型为基础,在南方亚热带山地对MTCLIM模型的辐射估算方法进行了验证。通过研究得到以下结论:辐射子模型在该区域内模拟效果不佳。用空间外延温度估算的日总辐射的MAE普遍高于4 6MJ/m2·d-1,与实测值相关性极低。但用各自的最高温和最低温及降雨量来估计日总辐射的总MAE为3 86MJ/m2·d-1,相关系数R2在0 51～0 71间;水汽压的估算误差对辐射子模型几乎没有影响,在有水汽压驱动下所有站点的日总辐射与实测值之间的MAE为3 811MJ/m2·d-1,相关系数R2在0 55～0 73间,与不输入水汽压时的估计结果非常接近,但模型对弱辐射估计过于偏高,对强辐射估计过于偏低。     

春季晴天与阴天草原辐射和能量平衡特征的一次对比观测

利用2008年3月锡林浩特国家气候观象台通量观测系统获取的资料,对草原初春晴天和阴天地表能量和辐射平衡特征进行了对比。结果显示,初春典型晴天总辐射、反射辐射、向下和向上长波辐射的最大值分别为801 W·m-2、203 W·m-2、197 W·m-2和390 W·m-2;阴天总辐射与反射辐射明显减弱,峰值分别为595 W·m-2、147 W·m-2,向下、向上长波辐射最大值分别为290 W·m-2和182 W·m-2。晴天感热、潜热、土壤热通量和净辐射的日积分值分别是6.58 MJ·m-2·d-1、1.05 MJ·m-2·d-1、-0.25 MJ·m-2·d-1和5.89 MJ·m-2·d-1,阴天感热、潜热、土壤热通量和净辐射的日积分值分别是1.15 MJ·m-2·d-1、0.49 MJ·m-2·d-1、-0.08 MJ·m-2·d-1和1.65 MJ·m-2·d-1。典型晴天地表反照率早晚大,中午最小,最小值为 0.26;而阴天受云的影响,最小值仅为0.22,且日变化不明显。     

基于地形的福建省太阳辐射模拟计算及评估

取分布式模拟方法,利用福建省69个气象站1971—2007年日照资料及100 m×100 m分辨率的高程数据,计算了福建省范围内历年1—12月的太阳辐射量.结果表明,福建省年太阳总辐射主要在3 800~5 300 MJ/m2之间,年太阳直接辐射在1 800~2 800 MJ/m2之间;月太阳辐射介于230~590 MJ/m2之间,其中6—9月为一年中辐射较高的4个月份.太阳辐射的高值区主要位于福建东南部的莆田、泉州、厦门、漳州4市的沿海一带,年太阳总辐射超过4 500 MJ/m2,年太阳直接辐射超过2 100 MJ/m2.此外,受地形及地表特征的影响,位于福建北部的南平市的部分地区太阳辐射也相对较高.     

荒漠河岸林胡杨和柽柳群落小气候特征研究

在内蒙古额济纳旗运用微气象学方法以多路传感器同步观测的方式对极端干旱区荒漠河岸林小气候进行了观测。对我国极端干旱区荒漠河岸林胡杨和柽柳群落内的小气候特征与空旷地的差异进行了初步的探讨,并分析了产生这些差异的原因。结果表明:荒漠河岸林具有独特的小气候作用。具有改变太阳辐射、调节近地层地表及地下温度、缩小温差、降低风速、增加土壤湿度和提高空气湿度等重要生态作用。(1)胡杨和柽柳群落均起到了改变太阳辐射的作用,林冠层顶部的太阳总辐射量月平均值分别为341.72MJ·m^-2、345.14MJ·m^-2,林冠遮蔽使胡杨和柽柳林内总辐射比林外分别减少49.8%、49.3%;(2)生长季胡杨和柽柳林内的气温均低于林外,胡杨林平均比对照低1.62℃,柽柳林平均比对照低0.83℃,而且森林覆盖率越高降温作用越明显;群落上层气温高于群落下层,气温随高度增加而增加;(3)林内平均大气相对湿度均高于林外,胡杨林生长季比对照平均高8.5%,柽柳林平均比对照大4.2%。胡杨林地空气相对湿度各月值高于柽柳林地,平均湿度比柽柳高4.33%;(4)柽柳林月平均土壤温度(19.43℃)高于胡杨林地(18.20℃);(5)林内风速低于林外,胡杨林地平均风速为0.33m·s^-1,比林外降低了2.7m·s^-1;柽柳林平均风速为0.72m·s^-1,比林外降低了2.31m·s^-1。胡杨林比柽柳林对风的阻挡作用强。     

内蒙古半干旱草原下垫面地表辐射特征

中纬度半干旱草原是全球陆地生态系统的重要类型之一,也是我国北方主要的地表类型,为深入了解我国半干旱草原区陆面对大气的辐射强迫,选取锡林浩特国家气候观象台2010年的辐射观测资料,分析了内蒙古半干旱草原下垫面地表辐射平衡各分量、地表吸收辐射和有效辐射以及地表反照率的日变化和季节变化规律,并与西北典型干旱区作了对比分析。结果表明：半干旱草原区太阳总辐射季节变化特征非常明显,季节平均日积分值由大到小依次为夏季、春季、秋季、冬季,年总量为6 036.64 MJ/m²,与黑河地区绿洲接近,明显小于戈壁和沙漠下垫面的值;半干旱草原地表反射辐射年变化趋势较为复杂,在4～10月由于下垫面植被和土壤类型、湿度等的差异,半干旱草原地表反射辐射月平均值低于黑河地区草地和荒漠的值,但高于农田的值;地表吸收辐射季节变化规律与总辐射保持一致;大气长波辐射年总量为8 155.23 MJ/m²,低于黑河地区草地、荒漠和农田下垫面的值,主要是由于半干旱草原区地理纬度较高,全年平均气温较低造成的;在植被覆盖较好的6～9月,半干旱草原区地表长波辐射月总量为4 532.14 MJ/m²,低于黑河流域的荒漠区,而高于草地和农田的值;半干旱草原区地表有效辐射年总量为2 398.75 MJ/m²,小于黑河地区沙漠和戈壁下垫面而大于绿洲;半干旱草原区地表反照率年均值为0.35,均大于西北干旱区不同下垫面,主要由于半干旱草原区冬春季地表积雪覆盖时间明显长于干旱区,可见,地表积雪对反照率的影响非常大。     

我国太阳辐射量区域性变化特征研究*

对我国近35年来到达地面的太阳辐射量观测资料进行方差分析和统计检验,结果表明:从70年代开始,我国太阳直接辐射和总辐射量普遍减少,变化趋势分别为-246MJ/m2·10a和-16.8MJ/m2·10a,减少量最大中心在长江流域。太阳散射辐射量在东北、华北以及南方地区增加,在长江流域和西北地区减少。此外,用太阳辐射量倾向率的形式归纳出我国四种典型的区域性太阳辐射量季节变化特征。     

利用LM-BP神经网络估算西北地区太阳辐射

气候、生态、水文等模型的应用需要空间连续分布的太阳辐射数据,由于地形等条件的制约,气象站点的分布有限,无法利用稀少的站点获得空间连续分布的辐射数据,而BP(Back-propagation)神经网络模型对太阳辐射具有很好的预测性,但以往的研究都是基于单个站点估算太阳辐射,而且BP神经网络模型存在收敛速度慢、学习时间长等问题,为解决BP算法存在的不足,采用LM(Levenberg-Marquardt)算法优化后的BP神经网络(简称LM-BP神经网络)结合DEM(Digital Elevation Model)数据估算西北地区128个气象站点2011年的太阳总辐射月均值,通过乌鲁木齐和银川两台站的实测数据进行验证,两台站的平均百分比误差分别为2.89%和3.24%,平均偏离误差分别为0.27 MJ·m-2和0.61 MJ·m-2,且拟合优度均0.90。该模型各项误差指标较小,估算精度较高。最后将模型模拟出的辐射值,结合已有的24个辐射站点的实测值进行空间插值,得到西北地区2011年逐月太阳辐射精细化空间分布图。     

呼伦贝尔沙地紫外辐射和太阳总辐射特征

利用呼伦贝尔沙地鄂温克自治旗2019年观测的辐射资料,对该地区的紫外辐射和总辐射进行了初步分析。结果表明：紫外辐射、总辐射年变化位相基本相同,年曝辐量分别为240.33、5 142.41 MJ·m^-2,年均日曝辐量分别为0.66、14.09 MJ·m^-2,紫外辐射年均日曝辐量小于西藏拉萨地区;紫外辐射辐照度和总辐射辐照度最大值出现在6月,分别为50.09、1 075 W·m^-2,最小值出现在12月;紫外辐射和总辐射皆表现为夏季>春季>秋季>冬季;沙尘暴对太阳辐射的减弱作用最明显,分别对紫外辐射和总辐射削减78.46%和76.19%,降雨减弱作用较小;紫外辐射日均曝辐量在总辐射中所占比例集中在3.42%—4.95%,年均值为4.64%,大于塔克拉玛干沙漠肖塘地区。     

切片采样算法在光释光年龄模型参数估计中的应用

光释光(OSL)年代学模型是基于数理统计学的一类概率密度模型,它根据特定的假设条件对样品等效剂量(De)分布进行数学解释,由此估计具有不同沉积历史或者能够代表样品实际埋藏年龄的De组分。年龄模型参数估计常通过极大似然估计(MLE)算法实现,本文尝试了切片采样算法在年龄模型参数优化中的应用。切片采样属于一种马尔科夫链蒙特卡罗采样(MCMC)算法,能根据测量数据与模型的联合似然函数进行随机采样,由此获得参数的采样分布。本文编写了实现年龄模型切片采样算法的应用程序,并使用模拟及实测De数据验证了该算法估计的可靠性。相对于MLE算法,MCMC算法具有对参数初值依赖性低、误差估计更准确的特点,切片采样算法提供了实现释光年龄模型参数估计的一种新方法。     

两种背景场改进方案对新疆“狭管”风区风场预报性能评估

为了客观评价Wind Energy Resource Assessment System /CMA(简称WERAS/CMA)系统(CTL方案)和将其中的客观分析法改成四维同化系统(简称FDDA方案)对既受狭管效应影响、又受湖陆风影响的阿拉山口和达坂城-小草湖风区起伏下垫面中的风能资源数值模拟的优劣,根据2009年7、10月和2010年1、4月 12UTC的NCEP再分析资料以及同期CMACAST下发的WMO各种常规观测资料开展了风场预报效果对比实验。结果表明:(1)对复杂区域而言,两种方案比过去单纯只用中尺度模式进行风场模拟的平均相对误差至少减小10%;(2)总体而言,两种方案对70 m高度处的风速模拟误差要大于30、50、100 m处的误差,在受多种环流尺度影响区域,模式在刻画平均风速/风向频率廓线方面的缺陷均极其相似;(3)在70 m高度上,两种方案5 m·s^-1以内的风速平均相对误差可达60%～130%,>5 m·s^-1的误差可控制在15%以内;对受湖陆风影响区域的模拟误差明显偏大,误差大小与湖陆风效应的季节变化有关; (4)两种方案均能抓住70 m左右高度上不同等级风速段的气候背景,对达坂城风区5～15 m·s^-1风速段的Ts预报评分可达0.6～0.7,对阿拉山口和小草湖风区≤5 m·s^-1风速段的Ts预报评分分别可达0.6～0.7和0.9左右。然而,对达坂城风区≤5 m·s^-1风速段的Ts预报评分仅0.3～0.4;(5)两种方案对所有风区需采取停机保护措施的、15 m·s^-1以上强风预报的Ts评分仅在0.4～0.6;(6)同一测风塔不同高度上,FDDA方案对风的预报效果不一定总优于CTL方案,但在70 m高度上,FDDA总体略优于CTL;即使同一风区,各个测风塔之间两种方案的预报效果也是因局地多尺度环流影响的不同或因预报的高度不同或预报季节的不同而异,这种预报误差差异的机理还有待探究。     

Multidimensional visualisation of degrees of relevance of geographic data

The ever‐increasing number of spatial data sets accessible through spatial data clearinghouses continues to make geographic information retrieval and spatial data discovery major challenges. Such challenges have been addressed in the discipline of Information Retrieval through ranking of data according to inferred degrees of relevance. Spatial data, however, present an additional challenge as they are characteristically made up of geometry, attribute and, optionally, temporal components. As these components are mutually independent of one another, this paper suggests that they be ranked independently of one another. The representation of the results of the independent ranking of these three components of spatial data suggests that representation of the results of the ranking process requires an alternative approach to currently used textual ranked lists: visualisation of relevance in a three‐dimensional visualisation environment. To illustrate the possible application of such an approach, a prototype browser is presented.     

哈尔滨市可持续发展的趋势分析

可持续发展评判的指标体系是对可持续发展进行科学评判和决策的一个重要组成部分.从经济、社会、人口、资源、环境5个方面构建了由35个指标构成的哈尔滨市的可持续发展指标体系,并对其1995～2004年的可持续发展趋势进行了分析.分析结果表明,哈尔滨市从1995～2004年经济发展一直呈现稳步上升的趋势,社会、人口、环境和资源子系统呈现比较波动的趋势.2000年后,逐渐进入环境质量提高、资源消耗量下降的时期,环境污染、资源消耗与发展的综合指数越来越低,发展趋势也渐好,说明哈尔滨市的可持续发展的能力在不断提高.     

新丝绸之路形成背景下哈萨克斯坦城市群发展研究（英文）

在伟大丝绸之路复兴的新历史阶段背景下,结合全球和区域市场一体化,文章分析了城市群这一最为重要增长极形成的关键因素和先决条件,在此基础上研究了区域空间组织问题。在欧亚地缘战略中哈萨克斯坦具有横贯中西的区位优势,文章综合评估了哈萨克斯坦城市群发展的可能方向、可能存在的负面影响及其影响范围。研究表明,哈萨克斯坦当前的城市化过程具有多维特征,城市群地区人口占总人口比重明显上升,城市的集聚形式预示着定居形式的成熟,并塑造着特有的社会经济空间,如区域核心、对外经济联系的节点、内部基础设施最重要的连接点等。城市群将扮演区域一体化的特殊平台,以城市群为基础,哈萨克斯坦将在新丝绸之路建设中恢复其重要历史地位,它将成为中亚地区贸易、交通、商业与金融、科技创新和旅游的枢纽,以及链接欧亚的桥梁。     

西藏公路沿线河流丁坝局部冲刷深度计算

分析了丁坝局部冲刷的过程和特征。以量纲理论为基础，通过对国内外公开发表的试验资料采用多元回归的方法。建立了不漫水丁坝清水冲刷的局部最大冲刷深度的计算公式。公式考虑了水深、流速、坝长、丁坝与水流夹角、坝头边坡、泥沙不均匀性等对冲深有影响的因素。其中，对于泥沙的非均匀性，传统方法很少考虑，一般是将均匀沙、非均匀沙的资料一起来分析，在此对其进行了定量的讨论。最终通过西藏地区公路沿线河流丁坝冲刷的实测数据对理论公式检验，发现计算值与实测值吻合较好，其公式可应用于西藏干线公路沿河路基防护工程丁坝局部冲刷深度计算。     

泥石流流域的形态特征

泥石流是特殊的流域侵蚀作用,同其他流域过程一样,密切联系着流域的形态特征.一般说来,泥石流都发生在小流域(102km2以下),而经典的流域形态研究所涉及的流域范围却达到107km2的尺度.我们想知道泥石流小流域是否具有特殊的数量特征.通过流域特征量的统计,我们看到,与一般流域相比,泥石流小流域的特征参数之间的关系形式上相同,而在数值上不同,这从一个方面肯定了流域演化存在着普遍规律(如自组织临界性),同时也证明泥石流是流域演化历史的"特殊一幕".     

库姆塔格沙漠梭梭沟区域(92°E)的风积地貌类型及分布

在2005年9月,对库姆塔格沙漠的梭梭沟区域(39°37'8"～40°25'02"N,92°12'59"～92°46'27"E)进行南北穿越,同时参考卫星照片和地形图,实地调查了库姆塔格沙漠的区域地貌形态.在纬向上,梭梭沟的沟头和沟尾分布有线形沙垄;沟谷区是沙垄相对高度最大的区域,也是沙丘类型最复杂的区域,复合型沙垄和综合型沙垄坐落在沟两侧的阶地上,沙丘类型有新月形沙丘链、金字塔型沙丘和波状线形沙垄,3条或4条小沙垄(链)组合成大沙垄,相对最大垄高为131 m."羽毛状沙丘"分布在梭梭沟以北为冲洪积平原上,沙漠的北缘分布新月形沙丘,最高达26 m.在经向上,40%的相对应样点的风沙地貌类型不同.地貌差异性较大的区域分布在梭梭沟的形状变化较大的区域.梭梭沟的形状变化,影响其两岸的沙丘形态.流水构筑了库姆塔格沙漠的下伏地貌,风沙地貌的分布受流水地貌影响强烈.     

Biomass production of different ecotypes of threegrass species of the semi-arid grasslands of southern Africa

Biomass production of different ecotypes within three ecological importantgrass species was determined during cultivation under uniform environmental conditions. Results obtained clearly indicate that ecotypes of these species exhibit a significant degree of variation with regard to biomass production. Furthermore, indications from this investigation are that no correlation exists between production ability of a species and long-term average rainfall, and the effect of both genetic and environmental factors on the production ability of a species determines the eventual biomass production of a species. Biomass production represents one of various ecologically important characteristics to be used in conjunction with other ecological characters to construct a usable, special purpose classification system. This system will assist rangeland ecologists in identifying functional ecotypes within grass species, thus facilitating the understanding and interpretation of vegetation dynamic models and rangeland condition assessments.     

区域中心城市生产性服务业的外向功能特征研究——以广州市为例

广州的生产性服务业经历了改革开放后20多年的发展,目前已具有基本经济活动功能。通过对广州的生产性服务机构的抽样问卷调查,阐述其在服务范围、服务对象及服务销量分布三方面的特征。并根据广州生产性服务业目前的发展水平,以及对珠三角制造业企业市场的抽样问卷调查,从供给水平和市场需求两个角度对广州生产性服务的外向功能特征进行了阐释。     

北京翠湖湿地水环境恢复效果

2010年、20111年和2012年7月对北京翠湖湿地水环境进行跟踪调查与监测,评估湿地恢复之后翠湖湿地水环境的改善效果。恢复区水体pH值、总氮(TN)、总磷(TP)、电导率(EC)和溶解氧(DO)等指标在3年间都表现为下降趋势。其中,pH值从2010年的8.36降到2012年的7.44;TN从2010年的1.94 mg/L降到2012年的1.76 mg/L;TP从2010年的0.129 mg/L降到2012年的0.117 mg/L。说明翠湖湿地经过湿地恢复后,总氮(TN)、总磷(TP)去除效果明显,湿地水环境良好改善,水体自净能力得到加强。本研究可为湿地水环境恢复评估及管理提供一定的科学依据。     

南苏丹独立进程和平顺利实现的原因分析

2011年7月9日南苏丹举行了开国庆典,世界上最年轻的国家诞生了,而苏丹履行了诺言,成为第一个承认南苏丹独立的国家。压倒多数赞成独立的民意,国际社会的普遍欢迎态度,苏丹摆脱自身困境的考量,中国建设性的调解作用等,都是导致南苏丹独立进程能够和平顺利完成的原因与条件。南苏丹共和国的诞生是苏丹南方人民的共同意愿和自主选择。苏丹北南双方坚持和平选择,铸剑为犁,结束非洲历史上时间最长的内战,和平进程开花结果的实践,为冲突不断的非洲大陆和平解决类似矛盾与争端,争取建立好邻居、好伙伴、好兄弟的和睦关系提供了范式。