黄淮海地区植被覆盖变化驱动力与驱动机制研究

基于1982-2003年GIMMS NDVI遥感资料、气候资料和社会经济统计资料,利用主成分分析、逐步回归等方法,对黄淮海地区植被覆盖变化的驱动力和驱动机制进行了研究,从气候、社会经济两方面分析了区内6种植被类型区植被覆盖变化的驱动机制。结果发现,不同植被类型区,其驱动机制差别很大,但总体来说,区内各类植被类型区植被覆盖变化大都受到气候和人类活动的共同驱动,主要驱动力为气候因素,人类活动在局部区域能够产生较大作用,而大范围区域植被NDVI(归一化植被指数)的变化或改变,主要受气候变化的影响。在此基础上,分别建立了6种植被类型区年均NDVI变化驱动力模型。     

西藏地区植被覆盖特征与气象因子的相关分析

利用NOAA-AVHRR数据,以归一化植被指数(NDVI)作为植被覆盖特征的指标,研究1982—2000年西藏地区地表植被覆盖的空间分布及时间序列变化,讨论了各季节植被活动的状况。并通过计算不同时段降水量与年最大NDVI、典型区域NDVI与降水、平均温度之间的相关系数,分析了不同植被类型下气象要素与植被覆盖的关系。     

基于树轮宽度的巴丹吉林沙漠南缘山地NDVI重建与分析

利用巴丹吉林沙漠南缘山地三个采样点的青海云杉树轮样本研制出区域树轮宽度年表。相关分析发现区域树轮宽度年表与5-7月NDVI变化有较好相关性,相关系数为0.667 (P<0.001)。利用线性回归模型重建了巴丹吉林沙漠南缘山地1765–2010年5-7月NDVI变化,方差解释量为44.5%。NDVI重建序列揭示在1765–2010年期间巴丹吉林沙漠南缘山地有10个植被生长良好时段和10个植被生长较差时段。同时,NDVI重建序列的低值与河西走廊极端干旱历史事件有着良好的一致性。多窗谱周期分析发现,巴丹吉林沙漠南缘山地5-7月NDVI重建序列具有10.1年,8.1年,4.9年,3.0年,2.6年和2.2年的准周期变化。交叉小波分析发现太阳黑子活动是区域NDVI变化的重要驱动力之一。基于NDVI与区域干湿变化良好相关,分析了极端低值年份和极端高值年份的矢量风场距平变化发现区域NDVI变化与大范围气候场变化有显著关联,发现当西风增强时,研究区气候偏湿,有利于树木生长,NDVI值偏高,形成较宽的树轮。当研究区被来自北面沙漠地区气流控制时候,研究区气流偏干,不利于树木生长。     

2000年以来中国区域植被变化及其对气候变化的响应

气候是植被变化的主要驱动因子,研究全球增暖背景下中国区域植被变化及其对气候的响应对于国家开展重大生态恢复评估和未来植被保护政策制定具有重要意义。利用2000-2016年MODIS植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)数据集,运用统计分析方法,从平均态、线性趋势、时间序列、相关性等方面系统分析了2000年以来中国区域植被变化及其对气候变化的响应。结果表明:中国区域NDVI在平均态上呈现从东南向西北递减的空间分布,受降水生长季的影响,东部地区植被指数明显较大;我国大部分地区NDVI呈现增加的趋势,其中湿润半湿润地区NDVI增长幅度为0.037·(10a)^-1,而在干旱半干旱地区变化较小[0.013·(10a)^-1]。NDVI的变化与气候驱动因素的相关性存在一定的区域差异,其中:NDVI与气温变化在东南沿海、东北东部以及青藏高原北部等地区呈现出显著正相关,而在青藏高原南部等地区呈现微弱的负相关;除青藏高原、塔里木盆地和东北北部等地区外,NDVI与降水量在全国大多数地区呈正相关。从全国平均来看,温度和降水变化对NDVI的贡献分别为7.5%和9.1%,其中温度对NDVI变化的贡献主要体现在湿润半湿润地区(9.3%),而降水的贡献则在干旱半干旱地区(12.2%)。植被变化对气候要素驱动的响应也呈现出明显的区域差异性,在我国东南沿海、云贵高原东部、四川盆地等南方地区以及黄河中下游、东北东部等部分地区,NDVI变化对气温的敏感性最强;而在中国北方干旱半干旱大部分地区,NDVI变化则是对降水驱动具有很显著的响应特征。总体而言,气温是驱动南方地区植被变化的主导因子,而降水则调控着北方地区植被生长变化。     

2000-2013年新疆植被覆盖变化多尺度遥感分析

基于中等分辨率成像光谱仪(MODIS)8 d 500 m分辨率地表反射率数据生成归一化植被指数(NDVI)时间序列,利用线性回归、转折点检测和Mann-Kendall趋势分析方法,分析2000—2013年新疆地区植被覆盖时空变化格局,并结合Landsat数据分析典型区域植被变化。研究结果表明：近14 a来,新疆地区植被覆盖整体呈波动型上升的趋势,植被改善区面积占全区的34.02%,恶劣区的占3.20%,其中2000—2003年植被明显增长、2003—2009年的波动下降及2009—2013年的逐渐回升,植被增长显著的区域主要分布在准噶尔盆地南部和塔里木盆地北部绿洲;大多数植被类型NDVI呈增长趋势,其中增长率最高的是作物、开放灌丛和混交林,6种主要植被类型常绿针叶林、混交林、开放灌丛、多树草原、草原、作物呈现出相似的NDVI变化趋势;在植被覆盖变化显著的4个典型区,NDVI变化受土地覆盖类型变化的影响,荒漠、草地被开垦成农田导致NDVI增加,城市建成区扩张导致NDVI降低。     

安徽省植被和地表温度季节变化及空间分布特征

卫星遥感广泛应用于宏观、大范围、动态连续的植被和地表温度监测研究。利用2001—2008年MODIS卫星遥感资料, 分析了安徽省归一化植被指数 (NDVI) 和地表温度 (LST) 的季节、月变化和空间分布特征,探讨了代表城市区域的NDVI和LST时空分布及其相关性。结果表明:安徽省NDVI和LST季节变化显著,具有典型地域特征;受当地气候影响,植被、农作物类型地域差异较大,导致LST季节变化以及空间分布不同;城市中心向郊区过渡时,植被覆盖度在不断增加,伴随着NDVI的增加,LST下降;城市LST明显高于郊区值,呈现热岛效应。研究表明,当地气候和植被分布共同决定了LST的分布状况,这将为安徽省合理进行农业区划、科学监测生态环境以及有效评估土地利用与热岛效应提供重要参考依据。     

中国不同干湿区植被变化及其与气候因子的关系

中国各区植被覆盖和气候特征多样,植被覆盖变化和气候变化及植被对气候因子的响应存在明显的区域差异,研究不同气候区植被变化及其与气候变化的关系可以为各区针对性地应对气候变化、制定植物保护和生态环境修复政策提供科学依据。本文首先基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)的土地覆盖数据,根据植被带的分布确定了划分中国干湿区的指标,其次利用归一化植被指数(NDVI)分析不同干湿区域NDVI的时空变化特征,最后探讨了NDVI变化与温度、降水的关系。结果表明：(1)中国区域200 mm、500 mm和800 mm年降水量等值线分别与荒漠/草地、草地/农田、农田(草地)/森林植被带的分界线吻合,气候过渡带对应着植被过渡带,这些等值线作为划分干湿气候区的指标比较合理。(2)中国年平均NDVI从东南向西北递减,从小到大依次为干旱区(0.11)、半干旱区(0.35)、半湿润区(0.57)、湿润区(0.68)。1982～2015年中国大部分区域NDVI呈显著的增加趋势,区域平均的NDVI在干旱区、半干旱区分别以0.002 (10 a)^-1、0.008 (10 a)^-1的趋...     

基于EOS/MODIS资料的中国黄土高原西部土地覆盖分类

土地利用和覆盖信息不仅是全球及区域气候模式中所需的重要信息,也是描述生态系统的重要基础数据;获取其现状和变化信息,对于揭示土地覆盖的特征和变化规律,探讨变化的驱动因子,分析评价区域生态环境具有重要现实意义。采用多时相和多光谱遥感资料进行土地覆盖分类已成为一种行之有效的方法。植被类型的差异除了可表现为光谱差异外,还可表现为植被生长规律的差异;植被生长以年为周期,在这个周期内不同植被类型有着各自的生繁衰枯的物候节律,表现出不同的生长规律,其规律性极强,这种规律性也可以作为植被分类的一个出发点。于是,NDVI的时间序列分析成为基于生物气候特征的地表覆盖分类的一种手段。基于MODIS资料,首先对2003年植被生长季内共9个月的NDVI时间序列数据进行离散傅立叶变换,取得该时间序列的均值和前4个频率分量的振幅和相位后;采用ISODATA算法对中国黄土高原西部及其周边地区进行了分层土地覆盖分类,并采用现有的土地覆盖数据集,进行了类别归并和精度评估,分类结果的总体精度达到了81.3%,Kappa系数达到了75.4%,结果证明了这种方法的可行性。     

气候变化背景下黄河流域植被变化及其成因北大核心CSCD

研究黄河流域植被的时空变化及其影响因素,对生态文明建设政策的制定具有重要意义。基于2001~2020年MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)植被指数(Normalized Different Vegetation Index,NDVI)数据集及同期气象数据,运用均值法、一元线性回归、偏相关性分析和回归残差法等方法研究了近20年黄河流域植被时空变化及驱动因素。结果表明:黄河流域NDVI整体呈上升趋势并具有较大的空间异质性,其中黄河中游NDVI增长幅度最大,为0.0496(10 a)^(-1)。生长季受降水和沿黄灌区耕作的影响,西部地区、东南部区域和宁夏平原、河套平原植被指数明显较高;从整个流域来看,降水和温度变化对NDVI的贡献分别为32.6%和15.9%,其中降水对NDVI变化的贡献主要体现在黄河上游(50.7%),而温度的贡献则在黄河下游表现最突出(32.3%);20年来,人类活动和气候变化分别对黄河流域植被变化贡献了78%和22%,其中人类活动贡献率超过80%的区域主要集中在黄土高原中部区域;整个黄河流域NDVI与干旱程度有显著的正相关性,尤其在陇中黄土高原和河东沙区等区域。黄河上游NDVI与改进的帕默尔干旱指数scPDSI的相关性最高,而下游相对较低。     

基于NOAA AVHRR NDVI的西藏拉萨地区植被季节变化

根据每周的NOAA全球植被指数(GLOBAL VEGETATION NDVI,GVI),分析了西藏拉萨地区1985-1999年GVI的变化趋势及其与降水、气温等主要气候要素的相关性,并选择沿91°E和30°N两条区域内典型的样本带,进一步分析了这两个样本带上基于1 km分辨率NOAA NDVI反映的地表植被随季节的变化情况.研究表明,1985-1999年长时间序列的NOAA GVI反映了拉萨地区以天然植被为主的植被覆盖的生长特点,包括季节和年际变化.自20世纪80年代中期到90年代末拉萨地区以天然植被为主的植被覆盖状况有所好转;拉萨地区NDVI值对降水的变化很敏感,月平均NDVI和月降水总量之间存在明显的相关,其相关系数达0.75,而与温度的相关系数为0.63.     

新乡县农业生态环境变化的驱动机制分析

新乡县位于华北平原的中西部,是历史上黄河决口、泛滥、改道最频繁的区域之一。受黄河作用的深刻影响,地貌、土壤、水文等要素表现出明显的区域差异性,其不同的组合形成了区域内不同的农业生态环境背景。本区开发历史悠久,农业发达,是河南省重要的粮棉产地,长期的农业生产建设和高投入,极大地改善了区域农业生态环境。随着乡镇企业、交通事业和建筑事业等蓬勃兴起,大量耕地被占用,耕地面积的减少导致单位耕地面积上化肥、农药等的投入增加,由此产生的农业污染和工业污染使区域生态环境发生新的变化,出现新的问题。水利工程建设活动,林业活动,化肥、农药、农膜等的使用,以及其他活动等是新乡县农业生态环境变化的驱动因素。     

铁路大风监测与行车安全试验

通过分析铁路测风试验的结果,研究大风天气条件下,铁路安全运输的可行性和挡风墙的防风效果及有效遮蔽区的范围,进一步提高铁路运输效率。     

论东亚夏季风的特征、驱动力与年代际变化

本文是以新的资料和研究结果对东亚夏季风的基本特征、驱动力和年代际变化所作的重新分析与评估。内容包括四个部分:（1）东亚夏季风的基本特征;（2）东亚夏季风的驱动力;（3）东亚夏季风的年代际变率与原因;（4）东亚夏季风与全球季风的关系。结果表明:东亚夏季风是亚洲夏季风的一个重要有机部分,主要由来源于热带的季风气流组成,并随季节由南向北呈阶段性推进,它是形成夏季东亚天气与气候的主要环流和降水系统。驱动夏季风的主要强迫有三部分:外部强迫、耦合强迫与内部变率,其中人类活动引起的外强迫（气候变暖、城市化、气溶胶增加等）是新出现的外强迫,它正不断改变着东亚夏季风的特征与演变趋势。海洋与陆面耦合强迫作为自然因子是引起东亚夏季风年际和年代际变化的主要原因,其中太平洋年代尺度振荡（PDO）与北大西洋多年代尺度振荡（AMO）的协同作用是造成东亚夏季风30~40年周期振荡的主要原因。1960年代以后,东亚夏季风经历了强—弱—强的年代际变化,相应的中国东部夏季降水型出现了“北多南少”向“南涝北旱”以及“北方渐增”的转变。最近的研究表明,上述东亚夏季风年代际变化与整个亚非夏季风系统的变化趋势是一致的。在本世纪主要受气候变暖的影响,夏季风雨带将持续北移,中国北方和西部地区出现持续性多雨的格局。最后本文指出,亚非夏季风系统相比于其他区域季风系统更适合全球季风的概念。     

自驾天气服务系统的设计与实现

自驾、客运和货运活动中,行驶路段天气状况已成为关系安全行驶的关键要素,使得个性化、精细化的自驾天气信息服务作为专业化气象服务的新需求越发强烈。为满足该需求,提出一套自驾天气服务系统模型。该系统模型以计算机Google Maps地图方式定制路线,手机客户端接收服务短信为目标完成设计。该设计以"数据→信息→知识→产品"的思路处理气象数据,获得的客观分析格点场气象服务信息作为气象服务基础;路线处理以Google Map API解析用户定制路线的JSON为基础,采用PrimeFaces的Decoder方法和分布函数过滤得到途经点路线的地理坐标集;最后对定制用户以短信方式提供途经点的气象信息服务。基于本模型开发的自驾天气服务系统已经投入试运行,开拓了新的短信气象服务业务方式。     

Magento在自驾天气服务中的应用

为满足用户对公共气象服务更精细化、个性化的要求,研制了自驾天气服务系统.该系统采用Magento系统作为门户网站,利用JMS完成各服务器之间的通信,使用GMAP API获取路线信息,应用Mysql数据库和NC文件存储库存储服务信息和气象信息.通过SSL安全认证,支付宝,GMAP API和JMS与门户网站集成的方法,完成用户定制自驾天气服务产品的功能.目前,该系统已经进入试运行阶段.试运行状况表明,自驾天气服务系统能够满足公众对气象服务的个性化和差异化要求,有利于气象服务事业的发展.     

青藏高原大气热源年际变率及其驱动因子

青藏高原（以下简称高原）大气热源对亚洲夏季风爆发、演变、推进,乃至全球气候系统都有重要影响,因此近年来高原大气热源变异机理也日益受到关注。本文在回顾已有关于不同季节高原热源变异原因的研究基础上,利用1980～2018年日本气象厅再分析数据JRA55（Japanese 55-year Reanalysis）,对逐月高原大气总热源的年际变率进行分类,并进一步探究了影响不同类别高原大气总热源的异常大尺度环流系统及海温驱动因子。除了传统上受关注的“冬季型”和“夏季型”以外,本文还提出了“早春型”和“过渡型”两种高原大气热源变率模态。总体而言,高原大气总热源年际变率以降水引起的凝结潜热异常为主,其中“冬季型”及“早春型”高原大气热源异常中心位于高原西部,主要受到中高纬遥相关波列的影响。此外,“冬季型”还受到厄尔尼诺—南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO）及印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole, IOD）的影响。“夏季型”高原大气热源呈东西偶极型反相变化,最大异常中心位于高原东南部,主要受北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation, NAO）的影响;“过渡型”高原大气热源呈南北偶极型反相变化,受热带太平洋—印度洋海表温度异常的共同影响。因此,不同背景环流下高原热源年际变率的驱动因子存在明显差异。     

强迫耗散正压大气中四波共振

本文首次研究了含Ekman摩擦和非绝热加热的四波共振动力学．使用新的双时间尺度和新的时间变换式，由四波共振的广义Landau方程，导得普遍的非线性低频周期解，Ekman摩擦使得低频周期具有滞后和突变返回两个重要特征，而非绝热加热作用与中高纬准双周振荡有关，中高纬的30－50天振荡则与自由Rossby波准共振有关．本文还研究了四波共振产生的爆发性不稳定，指出较大振幅波产生的爆发性不稳定可能是阻塞迅速形成的又一重要原因，还首次得到在正压大气中Ekman摩擦能够激发爆发性不稳定．本文结果纠正了Craik于1985年提出的在流体力学中广泛应用的两个错误论断．     

解读美国《总统气候行动计划》的动因

长期以来,美国因缺少联邦政府层面的气候行动计划而受到国际社会的指责。这一情况在奥巴马总统的第二执政期有所改变。2013年6月,奥巴马行政当局发布《总统气候行动计划》,被认为是迄今为止最为全面的联邦气候变化应对计划。本文通过梳理行动计划的主要内容,从美国自身和国际社会角度分析了该行动计划出台的各种因素及影响,指出奥巴马行政当局旨在通过启动该气候行动和整合行政资源,修复国家气候战略,提升政治影响,同时此举有助于扭转美国在国际气候谈判中的被动地位,并重新确立领导地位。     

基于慢特征分析方法研究陆地表面气温变率的驱动力

慢特征分析（SFA）方法可以从非平稳时间序列中提取出慢变的外强迫信息。近年来,SFA方法被应用于气候变化研究领域,用于探究气候变化的潜在驱动力及相关的动力学机制。本文基于SFA方法,提取全球陆地表面气温（LSAT）的慢变外强迫信息,研究全球LSAT慢变驱动力的空间结构特征及低频变率的主要驱动因子。SFA方法提取的LSAT慢变驱动力与历史时期全球辐射强迫（GRF）和全球海表温度（SST）的主模态（大西洋多年代际振荡AMO、热带太平洋ENSO变率和太平洋年代际振荡PDO）有显著的相关关系,表明全球大部分地区LSAT的变率受到GRF和三个SST模态的显著影响。GRF对LSAT变率的影响有全球一致性的特征,而三个SST模态对LSAT变率的影响则呈现出明显的区域特点。此外,由于SFA方法可以有效降低原始LSAT序列中随机噪声的干扰,GRF和SST模态对LSAT变率的解释方差显著提高,进一步表明GRF和SST模态是全球LSAT低频变率主要的驱动因子。最后,利用历史海温驱动AGCM试验（即AMIP试验）的结果,验证了三个SST模态对区域LSAT变率的显著影响。