Creating win-wins from trade-offs? Ecosystem services for human well-being: A meta-analysis of ecosystem service trade-offs and synergies in the real world

Ecosystem services can provide a wide range of benefits for human well-being, including provisioning, regulating and cultural services and benefitting both private and public interests in different sectors of society. Biophysical, economic and social factors all make it unlikely that multiple needs will be met simultaneously without deliberate efforts, yet while there is still much interest in developing win-win outcomes there is little understanding of what is required for them to be achieved. We analysed outcomes in a wide range of case studies where ecosystem services had been used for human well-being. Using systematic mapping of the literature from 2000 to 2013, we identified 1324 potentially relevant reports, 92 of which were selected for the review, creating a database of 231 actual or potential recorded trade-offs and synergies. The analysis of these case studies highlighted significant gaps in the literature, including: a limited geographic distribution of case studies, a focus on provisioning as opposed to non-provisioning services and a lack of studies exploring the link between ecosystem service trade-offs or synergies and the ultimate impact on human well-being. Trade-offs are recorded almost three times as often as synergies and the analysis indicates that there are three significant indicators that a trade-off will occur: at least one of the stakeholders having a private interest in the natural resources available, the involvement of provisioning ecosystem services and at least one of the stakeholders acting at the local scale. There is not, however, a generalisable context for a win-win, indicating that these trade-off indicators, although highlighting where a trade-off may occur do not indicate that it is inevitable. Taking account of why trade-offs occur (e.g. from failures in management or a lack of accounting for all stakeholders) is more likely to create win-win situations than planning for a win-win from the outset. Consequently, taking a trade-offs as opposed to a win-win approach, by having an awareness of and accounting for factors that predict a trade-off (private interest, provisioning versus other ES, local stakeholder) and the reasons why trade-offs are often the outcome, it may be possible to create the synergies we seek to achieve.     

一个世界最早光象分类体系的探讨——复原先秦“十煇”的研究

《周礼》十煇为世界最早的光象分类体系。其含义历来众说纷纭。有探讨、重建并评价的必要。本文比照历史上有影响的五家十煇定义,分析其含糊矛盾之处,提出复原十煇原义的三条原则,从而重建了十煇原义表,介绍了古代观测十煇的方法。最后对《周礼》十煇这个光象分类体系进行了评价。     

南北涛动与南极涛动及北极涛动的相互作用

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了南北涛动（Interhemispheric Oscillation,IHO）与北极涛动（Arctic Oscillation,AO）和南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）的联系。分析表明：1）北极涛动（AO）、南极涛动（AAO）与全年各自半球中高纬度地表气压变化密切联系。其中,AO冬季强度最强,且在春季、冬季的影响范围大。而AAO对南半球中高纬的地表气压变动影响更为明显,其在夏季影响范围最大。2）南极涛动（AAO）与南北涛动（IHO）有很好的同期相关性,南极涛动可部分解释南北涛动的形成。IHO与AO存在不显著的负相关,南北半球中高纬大气运动具有相对独立性。3）南北涛动（IHO）与全球较大范围内的地面气压变化有关,而去除AAO信号后,夏季在南极地区原显著相关区显著减少,夏季AAO与IHO存在密切联系。4）南北涛动（IHO）主要与春季、秋季和冬季亚洲、欧洲北部地面气温关系密切。秋季最强,春季次之,冬季最弱。夏季IHO与全球地面气温没有较好的联系。亚欧大陆北部的热力作用可能部分地解释了南北涛动的形成。     

基于CyGNSS数据的土壤水分与植被光学厚度反演研究

本文提出了一种仅基于CyGNSS数据,能够同时反演土壤水分与植被光学厚度的方案,该方案使用了神经网络与暴力穷举算法.首先考察了2018年以及2020年的数据,并对结果进行了验证.通过分析发现反演结果与参考数据展现了良好的一致性.土壤水分的反演结果与2018年和2020年的测试数据比较,其相关系数分别高达0.86和0.84,均方根误差分别为0.064和0.071 cm³/cm³;对于植被光学厚度,2018年与2020年的相关系数均为0.98,均方根误差分别为0.079和0.084.研究结果表明,CyGNSS可作为一种新型且独立的泛热带土壤水分与植被光学厚度反演手段.     

全球海表温度场中主要的年代际突变及其模态

用滑动t检验法对NOAA提供的改进扩展重建的全球海表温度场（1867～2005年）的年平均时间序列进行了年代际突变的定量检验。给出了几个年代际突变时期的时空分布，这些时期有:1894～1901年、1905～1909年、1920～1930年、1939～1945年、1954～1958年、1973～1979年和1994～1998年，并确定了全球海表温度年代际突变的时间，不仅发现了大家熟知的1924、1942和1976年左右的突变，还发现了1894、1907、1956年和最近的1997年的突变。分析表明，赤道太平洋和南太平洋是海温变化的敏感区的可能性较大，其次是北太平洋和南印度洋。用合成差分析得到了全球海表温度场的年代际模态的空间分布，1895～1906年和1908～1923年、1925～1941年和1943～1955年以及1977～1996年和1998～2005年这三对模态分别在大部分海域大体上存在较为明显的反位相结构，太平洋上各个时期均表现为PDO模态，只是强度和范围有所不同，大西洋的南北结构具有不对称性，增暖占主导地位。用滑动t检验法对PDO的年代际突变的信号进行了定量的检验，发现其年代际突变的时间依次为:1908、1924、1942、1956、1976和1997年，除了1894年的突变外，其余突变年份与上述全球海表温度场的年代际突变时间基本上是一致的，这说明PDO是全球海表温度场年代际突变的重要成员之一。假如存在1997年左右的突变，1998至今时段就是全球海表温度场一个新的年代际背景，就其年代际模态而言，目前的强度比1943～1955时段的年代际背景还要强；就PDO目前的强度来说， 与1909～1923和1957～1975这两个时段的强度大体相当。     

Modulation of Western North Pacific Tropical Cyclone Genesis by Intraseasonal Oscillation of the ITCZ: A Statistical Analysis

The present study investigates modulation of western North Pacific(WNP) tropical cyclone(TC) genesis in relation to different phases of the intraseasonal oscillation(ISO) of ITCZ convection during May to October in the period 1979-2008.The phases of the ITCZ ISO were determined based on 30-80-day filtered OLR anomalies averaged over the region(5-20 N,120-150 E).The number of TCs during the active phases was nearly three times more than during the inactive phases.The active(inactive) phases of ISO were characterized by low-level cyclonic(anticyclonic) circulation anomalies,higher(lower) midlevel relative humidity anomalies,and larger(smaller) vertical gradient anomalies of relative vorticity associated with enhanced(weakened) ITCZ convection anomalies.During the active phases,TCs tended to form in the center of the ITCZ region.Barotropic conversion from the low-level mean flow is suggested to be the major energy source for TC formation.The energy conversion mainly depended on the zonal and meridional gradients of the zonal flow during the active phases.However,barotropic conversion weakened greatly during the inactive phases.The relationship between the meridional gradient of absolute vorticity and low-level zonal flow indicates that the sign of the absolute vorticity gradient tends to be reversed during the two phases,whereas the same sign between zonal flow and the absolute vorticity gradient is more easily satisfied in the active phases.Thus,the barotropic instability of low-level zonal flow might be an important mechanism for TC formation over the WNP during the active phases of ISO.     

青藏高原上中尺度对流系统(MCSs)的个例分析及其比较

对1995年7月25—28日高原上连续数日出现MCSs的现象进行了红外云图特征及其演变、大尺度环境背景场和对流有效位能的分析。可以发现，所有这些MCSs有着相似的日变化演变过程；它们的初始对流在中午由于日射加热开始活跃，之后迅速发展，这些MCSs在后下午形成，在傍晚达到最强，之后逐渐减弱。其中26日MCS最为强大，它是在单一的强大的近于圆形的高原反气旋高压背景下受强的低层热力强迫和条件不稳定的驱动而发生的。这些发生条件都与高原本身的热力作用紧密相关，所以它的发生发展主要与高原特有的较为纯粹的热力因子相联系。28日MCS是另一个很强的MCS，它明显地受到中纬度西风槽的斜压区的影响，这二个很强的MCS有着不同的发展机制和显著不同的表现特征。     

秦岭地区气溶胶对地形云降水的抑制作用

以华山站为影响站, 周围的西安、渭南和华阴作为对比站, 通过影响站与对比站降水之比——地形强化因子(Ro)的变化趋势以及Ro与能见度关系的分析, 定量研究了秦岭地区气溶胶对地形云降水的抑制作用。Ro的演变分析表明: 有观测以来Ro逐年递减, 减幅为14%～20%, 即影响站与对比站相比降水量减少了14%～20%; Ro的减少趋势与能见度递减、气溶胶递增相吻合, 说明气溶胶的增加抑制了地形云降水。Ro的递减主要是减少了中小雨 (日雨量小于30 mm) 的天数, 这种影响对浅薄的生命期较短的地形云降水作用更明显, 对于华山站, 30 mm以下的降水都会受到入云气溶胶的抑制作用, 而西安站为5 mm以下, 入云气溶胶浓度越高, 就有越厚的降水云受气溶胶影响而抑制降水; 在以动力强迫抬升为主的春秋季, 气溶胶抑制华山地形云降水20%左右, 最大可达25%; 在热对流条件下, 气溶胶对地形云和对平原地区云的抑制作用基本相当。不同风速风向下Ro的变化趋势表明, Ro递减随风速增大而加快, 迎风向 (240°～30°) 大风 (≥5 m/s) 时减少降水超过30%。由Ro与能见度关系的定量分析发现, 当能见度在14 km时Ro为1.8左右, 随着能见度的降低Ro逐渐减小, 当能见度小于8 km时,R0约为1.2, 减小了30%左右; 华山对于华阴的Ro与能见度呈线性关系, 相关系数达0.81。最后, 根据研究结果归纳出气溶胶抑制秦岭地区地形云降水的初步物理模型。     

西北太平洋TC高频源地与GMS-SST暖水区及ITCZ的匹配关系

利用GMS高精度遥感海表温度(SST)反演资料、外逸长波辐射(OLR)反演资料和西北太平洋热带气旋(TC)源地及频数数据,分析了GMS-SST、赤道辐合带(ITCZ)、TC源地及频数的时空分布特征。研究发现:TC源地、发生频数以及强度的时空分布和变化均具有趋暖性。GMS-SST大于等于28℃的阈值条件为西北太平洋TC发生和维持的必要条件。并且存在10°N高频收缩轴,其与由GMS-SST大于等于28℃所定义的西北太平洋暖水区,GMS-OLR小于等于240 W.m-2定义的ITCZ的时空分布及变化有很好的相关性,即存在TC高频源地—GMS-SST暖水区—ITCZ三者间的匹配相关。     

太原冬季PM2.5中有机碳和元素碳的变化特征

2005年12月—2006年2月在太原市区持续观测了气溶胶细粒子PM_2.5, 并应用Sunset碳分析仪进行了有机碳 (organic carbon, OC) 和元素碳 (elemental carbon, EC) 的测定。结果表明:太原冬季PM_2.5, OC和EC浓度均较高, 其中PM_2.5日平均浓度变化范围为25.4~419.0 μg/m3, 日平均浓度为193.4±102.3 μg/m3, OC平均浓度为28.9±14.8 μg/m3, EC平均浓度为4.8±2.2 μg/m3, OC/EC平均比值是7.0±3.9, 即太原市冬季PM_2.5和碳气溶胶污染严重。OC在PM _2.5中占18.6%, EC占2.9%, 这表明碳气溶胶是太原大气细粒子污染控制的关键组分。在太原市冬季, 采暖燃烧的煤是OC和EC的主要贡献源, 造成OC大大高于EC, 从而使OC/EC比值增大。各种气象条件对PM_2.5, OC, EC和OC/EC比值的变化都有不同程度的影响, 特别是大雾天气、相对湿度、风速和降雪是影响碳气溶胶浓度变化的重要因素。     

对流边界层的大涡模拟研究

本文建立了一个均匀平坦地面上对流边界层的大涡模式,模式考虑了水汽,采用了考虑浮力和固壁影响订正的一阶闭合。并用所建模式进行了由热扰动发展的对流边界层的模拟及其对地表热状况变化响应的初步探讨性模拟工作。通过模拟认为,模式较好地反映了对流边界层的主要结构。     

基于MJO的延伸预报

近10年来,2～4周的延伸预报成为天气和气候业务预报发展的一个方向。目前比较有效的方法是根据季节内振荡的传播,尤其是MJO振荡(30～60天周期)的传播来制作延伸期预报。国际上一些天气-气候预报中通过数年的业务试验已取得了初步结果。作者首先介绍了MJO振荡及季风的季节内振荡(MISO)特征,并从季节内振荡与中纬度相互作用的角度讨论了制作延伸预报的理论依据;进一步对延伸预报的可预报性、预报方法及国内外业务应用进展进行了综述,并以江淮梅雨为例探讨了我国延伸预报的可预报性及信号;最后阐述了延伸预报的发展趋势。     

International politics must be considered together with climate and fisheries regulation as a driver of marine ecosystems

Seafood is an essential source of protein globally. As its demand continues to rise, balancing food security and the health of marine ecosystems has become a pressing challenge. Ecosystem-based fisheries management (EBFM) has been adopted by the European Union (EU) Common Fisheries Policy (CFP) to meet this challenge by accounting for the multiple interacting natural and socio-economic drivers. The CFP includes both the implementation of regulatory measures to EU stocks and the establishment of bilateral fisheries agreements with neighbouring countries, known as sustainable fisheries partnership agreements (SFPAs). While the effects of fisheries management regulations are well acknowledged, the consequences of the SFPAs on EU ecosystems have been commonly overlooked. Here we investigate the development of the Gulf of Cadiz marine ecosystem over the last two decades and found evidence of the impact of both policy interventions. Our findings reveal the effectiveness of regulatory measures in reverting a progressively degrading ecosystem, characterised by high fishing pressure and dominance of opportunistic species, to a more stable configuration, characterised by higher biomass of small pelagics and top predators after 2005. Knock-on effects of the EU-Morocco SFPA and climate effects were detected before 2005, resulting in increased purse seine fishing effort, lower biomass of pelagic species and warmer temperatures. This southern EU marine ecosystem has been one of the latest to introduce regulations and is very exposed to fishery agreements with neighbouring Morocco. Our study highlights the importance of taking into consideration, not only the effects of in situ fisheries regulations but also the indirect implications of political agreements in the framework of EBFM.     

华东地区气溶胶分布和变化特征研究

利用中分辨率光谱仪(MODIS)获得的气溶胶光学厚度(AOD)、细粒子比例(FMF)和臭氧检测仪(OMI)获得的气溶胶指数(AI)统计分析了2005—2014年我国华东地区气溶胶光学性质的时空分布特征,同时利用潜在源分析(PSCF)模型对我国华东地区AOD和AI的潜在源区进行分析。研究结果表明:华东地区的AOD、FMF和AI时空分布存在较大的差异,2005—2014年AOD和AI的平均值高值主要分布在华东地区北部,FMF的高值区则分布在华东南部地区;10 a间华东地区AOD呈现出先升高后降低的趋势,FMF波动幅度不明显,AI值有所上升;整个华东地区AOD的季节变化较为明显,春夏两季AOD明显高于秋冬两季。华东北部和中部地区夏季由于较高的相对湿度,AOD最大可达0.8以上。而在华东南部地区,夏季受到降水的影响,AOD维持在0.2~0.4之间。FMF季节变化趋势与AOD不同,夏季最大达到0.58,春季最小仅为0.26。AI平均值在冬季最大高达0.63,夏季最小,为0.27。PSCF分析显示华东地区AOD主要源区以局地排放为主,同时也存在由河南、湖北和湖南等周边省市近距离输送影响;AI以局地和北方远距离输送为主,同时也受到河南、湖北等周边省市近距离输送的影响。     

中国夏季气温变化的主模态及环流特征分析

根据逐月气温资料、NCEP/NCAR再分析资料,利用EOF分解和合成分析等统计方法,探讨了中国夏季逐月气温持续变化的主要模态及同期的大气环流特征。结果表明中国夏季气温变化可分为三个主要的模态:第一模态为全国一致型(UM),当时间系数为正(负)时,6-8月气温为全国一致偏高(低),UM型具有明显的年代际变化特征,20世纪90年代中期以前以一致偏低为主,以后以一致偏高为主;第二模态为南、北与中间反位相的三极子型(TM),当时间系数为正(负)时,6-8月东北、内蒙古、新疆、河套地区以及江南、华南气温偏高(低),而长江流域、黄淮等地气温偏低(高),其中以8月低(高)温范围最大。TM型同时具有明显的年代际和年际变化特征,在20世纪80年代以前以负位相为主,以后以正位相为主,但近些年年际信号增强且振荡明显。第三模态为长江以南与以北反位相的偶极型(DM),当时间系数为正(负)时,6月东北地区、内蒙古及河套北部、新疆北部气温偏低(高),以南的大部地区偏高(低),至7、8月偏低(高)气温范围明显南扩,但分界线止于长江沿线。进一步诊断发现,造成中国夏季逐月气温持续性变化的不同模态对应不同的环流特征。UM型气温模态主要受到东亚上空持续而深厚的高度场距平趋势的控制,大陆高压的强弱起到重要作用;气温TM型对应着环流场的三极子型分布,与东亚-太平洋遥相关型波列有关;DM型气温模态与东北冷涡活动的位置和强度及西太平洋高度场强度有关。     

数值天气预报中分析同化基本方法的历史发展脉络和评述

数值天气预报中分析同化的基本方法先后经历了多项式函数拟合方法、逐步订正方法、最优插值方法、变分方法和集合卡尔曼滤波方法。本文首先根据相关的经典文献力求本色地介绍这些方法的基本思想和实施的具体要点;然后,着重于它们的上下承接关系,试图阐述同化的历史发展脉络,评述这些方法的显著特征和创新性,以期清晰地理解资料同化的循序渐进的内在发展逻辑。此外,从起源上阐明“主观分析”与“客观分析”、“初猜场”与“背景场”、“分析”与“同化”、以及“更新”、“新息”等基本概念,以期准确地理解和把握“大气资料同化”的由来和内涵。     

中国3个典型城市气溶胶光学厚度地基观测及其MODIS气溶胶产品精度分析

利用中国太阳分光观测网的观测资料结合MODIS(中分辨率成像光谱仪)的气溶胶产品分析了北京、兰州、上海3个典型区域城市的气溶胶光学特性。结果表明:北京AOD(气溶胶光学厚度)年平均为0.41±0.35,春夏高,秋冬低,Angstrm波长指数α年平均为1.40±0.85表现为细模态粒子,MODIS的光学厚度为0.52±0.39与地面观测相关系数为0.91,存在系统性高估;兰州AOD年平均为0.55±0.21,夏季最低,秋冬较高,α年平均为0.95±0.20表现为粗模态粒子,MODIS光学厚度为0.43±0.21与地面观测相关系数仅为0.07,存在系统性低估;上海AOD年平均为0.55±0.21,无明显季节变化,α平均为1.03±0.25,MODIS光学厚度为0.74±0.30与地面观测相关系数为0.75,存在系统性高估。城市地理位置和复杂地表等原因造成反照率的不确定,MODIS气溶胶产品在这3个城市的反演效果仍有很大提升空间。     

STUDY ON CANONICAL AUTOREGRESSION PREDICTION OF METEOROLOGICAL ELEMENT FIELDS*

Through extension of canonical correlation to the analysis of meteorological element fields (MEF), a concept from combination of canonical autocorrelation with canonical autoregression (CAR) is developed for short-term climatic prediction of MEFs with a formulated scheme. Experimental results suggest that the scheme is of encouraging usefulness to a weak persistence MEF,i.e., rainfall field and, in particular, to a strong persistance one like a SST field.     

中国东部夏季降水准两年周期振荡的长期演变?

采用中国气象局整编的中国160站月降水量资料 (1951年1月～2005年12月), 研究了中国东部地区夏季降水准两年周期振荡 (TBO) 的长期演变特征。最大熵谱分析和相对最大熵谱分析表明, 中国东部地区夏季降水TBO信号显著, 高值区基本呈带状分布, 方差最大值中心分布在江淮流域及南部沿海地区。根据中国东部夏季降水TBO分量的旋转经验正交函数展开 (REOF), 将东部地区划分为东北地区、 河套地区、 淮河流域、 长江流域、 华南西部、 华南中部及华南东部7个降水区。对各降水区的研究结果表明: (1) 东部夏季降水振幅变化TBO信号明显; (2) 各降水区夏季降水TBO有着不同的长期演变特征, 表现出不同的年代际变化。淮河流域、 长江流域和华南中部降水TBO特征较明显; 华南西部和东北地区降水TBO特征较弱; 河套地区在1990年代以前表现有较显著的TBO特征, 但1990年代后, TBO特征趋于不明显; 华南东部地区在1970年代中期以前TBO特征明显, 以后TBO特征减弱; (3) 淮河流域是中国东部地区由南向北的过渡带, 是夏季降水TBO的敏感地区。     

一种基于改进频域最小均方算法的少模光纤模式复用系统均衡

基于少模光纤的模式复用传输在近些年由于其超过单模光纤非线性香农极限的高传输容量而受到广泛关注,同时偏振复用在不改变光纤链路的情况下,使得系统传输容量翻倍.因此模式复用和偏振复用的结合为下一代超100 Gb／s光网络提供了一种可行的解决方案.然而,该系统的性能受到模式耦合和不同模式的群延时的影响.本文主要讨论基于频域最小均方（LMS）算法的数字均衡技术在少模光纤的偏振模式复用系统中的应用,提出了一种以蝶形复数有限冲激响应滤波器为基本结构的改进频域最小均方算法.该算法通过改进在每一频域柜中的平均功率方程来获得更好的均衡效果.仿真结果表明：采用改进频域LMS算法后在收敛效果上优于传统频域LMS算法,同时提高了系统性能.