基于机器学习算法的多源月尺度融合降水产品在中国区域的检验评估

栅格格式降水产品相对于地面气象站观测资料有更好的空间监测能力,但是不同产品性能存在显著差异。本文评估了9种月尺度格栅降水产品TRMM、GPM、CMORPH、CHIRPS、ERA5、ERA5-Land、PERSIANN、PERSIANN-CDR、PERSIANN-CCS在中国的精度,从中择优选取5种较好的降水产品,利用XGBoost、随机森林和多元线性回归3种机器学习算法分别进行数据融合。研究发现,TRMM、GPM、CMORPH、CHIRPS、PERSIANN-CDR 5种产品具有相对较好的精度;在高海拔与干旱区域,降水产品的误差均明显增大。经过机器学习算法融合后,最优的XGBoost算法模型产品相关系数明显提升,均方根误差和偏差明显降低。3种算法各月均表现较高精度,其中XGBoost算法模型产品在夏季表现较好,而随机森林算法模型产品在冬季表现较好,且3种算法模型产品在不同区域均表现较高精度。和融合之前的5种原始产品比较,3种算法模型产品的精度均有提升。经过XGBoost算法融合后的产品在空间上相比较最优的原始GPM产品与气象站点插值产品具有更多的变化和局部降水细节信息。     

苏北大型湖泊水域的EOS/MODIS遥感监测

为了从宏观上了解江苏省境内主要湖泊水体的动态变化及原因,并为有关部门指挥防洪抗旱和治理水环境提供准确的决策依据,利用2005年夏季多景EOS/MODIS卫星遥感影像数据,对入夏以来苏北地区主要湖泊水域——骆马湖、洪泽湖、高邮湖(含邵伯湖)进行了卫星遥感动态监测,生成3通道合成彩色图像,运用阈值法提取湖泊及其周边水域的水体边界,并计算水体面积。最后从气象因素对湖泊的水体面积变化进行了分析。遥感图像与面积统计数据直观地反映出,2005年入夏以来苏北各大湖泊水域的水体面积随着前期干旱和其后大量降水的发生而出现比较明显的减小和增加,可见一段时期内的日照时数、降水量等气象因子会对湖泊及周边水域的面积增减产生很大影响。     

黄河流域近40年日照百分率的气候变化特征

利用黄河流域及其周边146个气象站1960--2000年逐月日照百分率资料，研究分析了黄河流域日照百分率的气候变化趋势。结果表明，就整个流域平均而言，日照百分率呈明显下降趋势，黄河流域年平均日照百分率在20世纪90年代较60年代下降了2．49％；日照百分率的下降主要表现在夏季和冬季，春季和秋季下降不明显。对日照百分率气候变化的空间分析表明，除极少数台站的日照百分率呈略有上升趋势外（主要出现在流域上游），黄河流域日照百分率的下降表现得非常明显，遍布整个流域的中、下游。     

浙江省高分辨率太阳直接辐射图的计算和绘制

以综合考虑天空因素和地面因素的起伏地形下太阳直接辐射分布式模型为基础,采用1∶25万高分辨率数字高程模型（DEM）数据和气象站观测资料,计算了100 m×100 m分辨率的浙江省气候平均月太阳直接辐射以及年直接辐射的精细分布,并分析了起伏地形下浙江省太阳直接辐射的逐月变化规律。结果表明：浙江省太阳直接辐射量以7、8月份最高,1、2月份最低,全省气候平均年太阳直接辐射量为2 083 MJ/m²;地形因子对起伏地形下浙江省太阳直接辐射的影响程度具有随季节变化的特性;局地地形对太阳直接辐射的影响程度随季节而变,在冬半年,太阳高度角较低的季节,局地地形的影响较为显著。     

起伏地形下黄河流域太阳直接辐射分布式模式

基于数字高程模型(DEM)数据和气象站观测资料建立了起伏地形下太阳直接辐射分布式计算模型,模型充分考虑了地形因子(坡向、坡度、地形相互遮蔽)对起伏地形下太阳直接辐射空间分布的影响;以1km×1km分辨率的DEM数据作为地形的综合反映,计算了起伏地形下黄河流域1km×1km分辨率太阳直接辐射的空间分布;深入分析了起伏地形下太阳直接辐射受地理、地形因子影响的变化规律.结果表明受地形起伏和坡向、坡度等局地地形因子的影响,山区年太阳直接辐射量的空间差异比较明显,向阳山坡(偏南坡)的年直接辐射量明显高于背阴山坡(偏北坡).     

中红外和热红外在测算水稻种植面积上的应用

在利用ＡＶＨＲＲ数据测算水稻种值面积中,对ＡＶＨＲＲ各通道数据进行统计特征分析和影象线性拉伸处理,发现其中红外（ＣＨ３）和热红外（ＣＨ４）通道信息量丰富,且在中红外和热红外拉伸影象上存在稻田的这温较旱地低－“稻区低温”现象。因此,在测算水稻种植面积时,半加了第３、４两通道－中红外和热红外通道。实际应用证明：增加两红外通道非常有助于水稻鉴别。     

影响我国冬小麦产量的气象因子研究

收集整理了全国５２个市、县冬小麦产量预报模型资料,总结撮出预报因子,通过定量分析,了解了影响各地区冬小麦产量的主要气象因子,为大面积冬小麦产量监测和预报提供了科学依据。     

上海城市集群化发展显著增强局地高温热浪事件

上海作为中国城市集群化发展的典型代表,经过30余年圈层式、集群化扩张,城市建设用地面积比例高达47.9%,接近50%的生态阈值。城市群快速扩张诱发了一个以徐家汇为中心覆盖周边40 km的区域性热岛,影响高温热浪的时空分布。基于DMSP/OLS遥感夜间灯光数据构建的城市发展指数,客观地反映出1992—2013年上海西郊嘉定、青浦和东郊的浦东集群化发展特征最凸出。利用Chow检验最优分段建模法,研究发现高温热浪期间城市群热岛突变转折与区县城市发展指数超过60%的年份相对应。城市发展指数超过60%后,近郊城市继续扩张将缩小城、郊气象站的温差,诱发更大范围热岛,增强高温热浪。1977—2000年近郊区县城市发展指数低于60%,高温热浪各要素项城郊差值显著上升,而2000年西郊城市发展指数超过60%后,和市中心差值减小,快速城市化明显增强西郊高温热浪强度和持续时间。1978年以来上海西郊与远郊高温日数差值增加了1.6倍,平均气温差值增加了34.4%,平均最高气温差值增加了41.7%。高温热浪期间遥感数据显示,向西郊伸展的城市群地表温度高值区规模扩大了32.8%,是西郊高温热浪增强的驱动因子。     

人口与GDP空间化技术支持下的暴雨洪涝灾害承灾体脆弱性分析

基于统计年鉴资料和土地利用数据,分别建立人口、GDP空间化模型,模拟南京市浦口区人口和GDP的空间分布。并结合暴雨洪涝历史灾情数据,探索区县级行政区域暴雨洪涝灾害承灾体脆弱性风险评估技术方法,最终获得100 m×100 m格网的浦口区暴雨洪涝灾害承灾体脆弱性空间分布图。研究结果表明:(1)人口、GDP的空间化模拟结果,既与各镇街统计数据保持一致,又反映了各镇街内部的人口、GDP分布的空间变化,可以为承灾体脆弱性评估提供精细化、可靠的数据源。(2)浦口区暴雨洪涝灾害承灾体脆弱性高风险区,分布在东北部经济较为发达的城镇街道而老山山脉和沿江内陆滩涂地区脆弱性风险较低。     

浙江省高分辨率气温空间分布图的计算与绘制

以浙江省及周边74个气象站1961—2000年常规气温观测资料为基础,利用月平均气温物理经验统计模型,完成了浙江省100m×100m分辨率月平均气温、月平均最高气温、月平均最低气温空间分布的制图,分析了拟合气温的局地分布规律,并从多个角度对拟合结果进行了验证。结果表明,月平均气温的绝对误差平均值为0.09～0.59℃,平均最高气温误差为0.09～0.80℃,平均最低气温误差为0.10～0.58℃。拟合结果较好地反映了浙江山地月气温的宏观分布趋势和局地分布特征,为浙江山地气候资源的合理开发与利用提供了科学依据。