变化背景下的当代中国自然地理学——2017全国自然地理学大会述评

面对变化中的全球环境以及变化中的学科热点,以“变化背景下自然地理学新发展与新挑战”为主题的第一届全国自然地理学大会于2017年11月20-22日在南京召开。聚焦地理学与可持续发展、自然地理要素与过程集成、空间数据挖掘与系统决策等当代自然地理学研究的前沿内容,通过学科前沿理论的凝练,引导自然地理过程研究的继续深化;依托理论与方法创新;在典型流域、区域实现了自然地理过程的初步集成,切实服务于人地耦合视角下的可持续社会决策。深化自然地理学分支学科的过程研究、推进综合自然地理学的发展、提升陆地表层系统观测和模拟水平,将有助于进一步巩固自然地理学在地理科学学科体系中的基础学科地位,为满足国家重大战略需求和全球可持续发展作出重要的学科贡献。     

Cultivated land change in the Belt and Road Initiative region

The Belt and Road Initiative (BRI)–a development strategy proposed by China – provides unprecedented opportunities for multi-dimensional communication and cooperation across Asia, Africa and Europe. In this study, we analyse the spatio-temporal changes in cultivated land in the BRI countries (64 in total) to better understand the land use status of China along with its periphery for targeting specific collaboration. We apply FAO statistics and GlobeLand30 (the world’s finest land cover data at a 30-m resolution), and develop three indicator groups (namely quantity, conversion, and utilization degree) for the analysis. The results show that cultivated land area in the BRI region increased 3.73×10⁴ km² between 2000 and 2010. The increased cultivated land was mainly found in Central and Eastern Europe and Southeast Asia, while the decreased cultivated land was mostly concentrated in China. Russia ranks first with an increase of 1.59×10⁴ km² cultivated land area, followed by Hungary (0.66×10⁴ km²) and India (0.57×104 km2). China decreased 1.95×10⁴ km² cultivated land area, followed by Bangladesh (–0.22×10⁴ km²) and Thailand (–0.22×10⁴ km²). Cultivated land was mainly transferred to/from forest, grassland, artificial surfaces and bare land, and transfer types in different regions have different characteristics: while large amount of cultivated land in China was converted to artificial surfaces, considerable forest was converted to cultivated land in Southeast Asia. The increase of multi-cropping index dominated the region except the Central and Eastern Europe, while the increase of fragmentation index was prevailing in the region except for a few South Asian countries. Our results indicate that the negative consequence of cultivated land loss in China might be underestimated by the domestic- focused studies, as none of its close neighbours experienced such obvious cultivated land losses. Nevertheless, the increased cultivated land area in Southeast Asia and the extensive cultivated land use in Ukraine and Russia imply that the regional food production would be greatly improved if China’ “Go Out policy” would help those countries to intensify their cultivated land use.     

Combating Desertification and Improving Local Livelihoods through the GGWI in the Sahel Region: The Example of Senegal

The Great Green Wall Initiative (GGWI) has an overall objective of fighting desert encroachment through proven practices of sustainable management of land, and the reinforcement and protection of natural resources and systems of production and transformation, while also ensuring socio-economic development of local communities through multi-purpose activity platforms. The activities described in the present study are designed to accomplish several goals: (1) generate wealth, (2) strengthen access to basic social services, (3) manage the transition to a green economy as a means of creating suitable conditions for the emergence of rural production centers, (4) integrate sustainable development in order to eradicate poverty and food insecurity, and (5) strengthen adaptation and resilience capacities of local populations. The present study was undertaken on the basis of a wide variety of available publications and documentation, including articles and scientific papers, thesis, meeting summaries and reports, concerning the implementation of the Great Green Wall Initiative/GGWI in Senegal.     

相似环流背景下海南两次不同类型强对流天气对比研究

2016年6月5日和6日海南岛处在类似的环流背景下,5日海南出现了大范围8级以上阵风且伴有EF2级龙卷,而次日以短时强降水为主。为了研究两日产生不同类型强对流天气的原因,基于常规地面-高空观测、海南逐10 min的地面加密观测、海口多普勒雷达观测、NCEP-GFS 0.5°×0.5°分析资料进行对比分析,结果表明:(1)5日整层大气相对较干(可降水量为49 mm)且中层干层尤为清晰(700—500 hPa平均相对湿度41%),925—700 hPa温度垂直递减率为7.25℃/km,有利于产生强下沉气流及冷池形成,从而产生雷暴大风天气,而6日气层高湿,可降水量为60 mm,环境风弱,风暴移速慢,有利于产生强降水;(2)两日均属于弱的环境背景气流下的对流,相对而言,5日0—3 km风垂直切变均较6日大,有利于形成飑线;(3)结构分析表明5日对流风暴伴有较强阵风出流,较强的风垂直切变加之多个单体阵风出流合并抬升下,产生了持续1.5 h的飑线,并出现了弓形回波,而6日为低质心一般单体且阵风出流相对弱,尽管多个单体合并成了准线性的风暴,其持续时间亦与一般单体生命史相当;(4)5日对流抑制能量相对较大,需较强的地面辐合抬升和午后强烈升温触发雷暴,雷暴触发后强烈发展;6日对流抑制能量近乎为0,弱的海风锋辐合及热力作用均触发对流;(5)此次龙卷过程的风垂直切变与典型超级单体龙卷差异显著,产生龙卷的低层中气旋出现时间与龙卷发生时间仅差3 min,故提前预警龙卷的可能性极小。      

“7·20” 华北和北京大暴雨过程的分析

本文对2016年7月19—21日华北及北京的特大暴雨作了研究和讨论。研究表明,该次暴雨为诸多有利因素所致:前期副热带高压呈带状稳定维持,中旬末东退,后呈"东高西低"分布,华北处于槽前辐合上升区,有利对流发生。高空西来槽停滞加深(并切断)与低层江淮暖性倒槽叠加,快速发生发展成为一深厚的气旋,出现了高低空系统的耦合。有一支暖(湿)输送带自南向北推进至关重要,源地可追踪至南中国海等低纬度地区,水汽通量辐合大值区先后经长江、黄淮至华北,有明显的中低纬度系统的相互作用。2016年的"7·20"暴雨和2012年"7·21"暴雨均存在明显的多尺度特征,但其具体特征有所不同。前者强烈对流活动稍弱于后者,降水趋势平稳,然而由于其大尺度强迫持续时间长,累积降水量仍然较大。本文主要集中于一些事实的分析,对于该次暴雨的机理尚需作进一步研究。     

基于CloudSat卫星分析西太平洋台风云系的垂直结构及其微物理特征

基于2012—2014年CloudSat卫星数据,按照热带气旋强度分类的6个等级以及沿台风中心的径向距离,分析西太平洋台风云系的垂直结构及其微物理特征。研究表明:(1)不同强度的台风云系中均是单层云占主导,多层云中双层云出现比例最高;随着台风强度的增强,距离台风中心250km之内,单层云分布位置更加集中且垂直厚度较厚,而450km之外的单层云一直集中在7~15km,厚度较薄;随着台风强度的增强,距离台风中心250km之内的双层云中的底层云和顶层云均增厚且分布位置更加趋于集中,云间距变窄,而450km之外顶层云和底层云较薄,云间距一直较大。(2)台风云系中,深对流云、高层云、卷云与其他云类型相比,分布的垂直范围较广,出现频率较高,分布的位置会随着台风强度变化和沿台风中心径向距离的增加有明显的变化。(3)随着台风强度的增强,近台风中心5km以上的回波有明显增强,除此高值区外,发展较为成熟的台风,距台风中心450km之外也会出现多个明显的柱状回波高值区。(4)近台风中心液水含量的值和冰水含量的值随强度变化均有明显增加,但外围云系中也有分散的冰水含量高值中心但分布高度相对较低,在10km附近;液水粒子数浓度的高值区域与液水含量的高值区非常对应,而冰水含量的高值区位于冰粒子数浓度的高值区下方,表明小的冰粒子被较强的对流活动带到了高处,而大的冰粒子集中在云系较低处。     

北京几次弱降水过程预报失误分析

在选取的北京地区2011年冬季至2012年春季9次弱降水过程中,预报员出现了4次空报、2次漏报,预报效果总体不理想。通过对9次过程的预报检验、天气分析和多模式预报对比,得到如下认识:北京地区弱降水过程天气形势复杂多样,按高空大气环流形势可分为两槽一脊型、一槽两脊型、一槽一脊型,按地面天气形势可分为冷锋型、华北锢囚锋型、东风与倒槽型和东风回流型;弱降水过程普遍具有对流层低层水汽条件差或动力抬升弱的特点;对湿层浅薄、饱和层高度高、抬升凝结高度高的弱降水过程,数值模式容易出现空报;而对低层湿度条件好、饱和层高度低、抬升凝结高度低但高空系统弱的降水过程,模式又容易出现漏报;预报员主观预报出现空、漏报主要源于对天气系统的结构及发生发展机理认识不足,对边界层水汽、抬升等关键降水要素缺乏预报订正经验。     

斯里兰卡近岸风暴潮模拟中风暴潮-潮汐相互作用特征分析:一个个例研究

利用三维普林斯顿海洋模型（POM）以及逐时水位观测数据,研究印度洋北部斯里兰卡北部海岸风暴潮-潮汐相互作用特征.选择了2008年的"Nisha"台风作为台风风暴潮个例进行研究,并进行了3个数值敏感性试验.经验证,该风暴潮模型可以很好地再现该台风期间研究区域内的潮汐和总海水水位.试验结果表明,沿斯里兰卡西北海岸的风暴潮-潮汐相互作用显著,其强度与台风的强度和轨迹相关.当TC在42 h达到较大强度时,可以得到风暴潮-潮汐相互作用导致的最大增水值TSI （0.6 m）和从印度洋外海向斯里兰卡西北部浅滩流入的最大相互作用流场.在TC强度较弱的第30小时,得到最大负TSI （-0.6 m）和向南流出西北部浅水区域的较弱的相互作用流场.在整个台风期间,强TSI都发生在斯里兰卡西北部海滩到对岸的印度洋近岸区域.     

北印度洋-南海季风区热带海洋极端波候变化特征

利用1979—2016年ERA-Interim有效波高（SWH）和海表风场数据,分析了南海-北印度洋极端海浪场分布和变化.结果表明：南海-北印度洋极端SWH分布和极端风速分布形态以及年际变化趋势高度一致,说明了涌浪为主的北印度洋和风浪为主的南海一样,极端SWH都由局地的极端风速控制;强极端SWH主要分布在阿拉伯海以及南海北部,阿拉伯海北部增长与该区域气旋强度增强有着密切关系,而南海的极端SWH主要受东北季风控制;东非沿岸极端SWH线性增长趋势则与索马里急流的年代际尺度上有逐渐增强的线性趋势有关.北印度洋及南海海域极端SWH距平场的EOF分析结果表明,南海极端SWH与北印度洋表现出反相变化的特征.北印度洋（南海海域）极端SWH多出现在西南季风（东北季风）期间,因为在西南季风（东北季风）期间,极端风速也相对增强.     

基于GIS的沪汉蓉高铁线路暴雨灾害风险区划

通过收集整理沪汉蓉高铁沿线近13 a相关资料,采用层次分析法、专家打分法和加权综合评价法,通过暴雨灾害的危险性、孕灾环境的敏感性、承载体的易损性和防灾减灾能力等4类因子构建了沪汉蓉高铁线路暴雨灾害风险区划模型,绘制了沪汉蓉高铁线路暴雨灾害风险区划图。结果表明,沪汉蓉高铁线路暴雨灾害风险呈现西部高于东部特征,4个高风险区主要集中在武汉以西,分别为湖北天门—潜江段、宜昌西部—恩施东部、重庆东部、四川内江—资阳段,高风险区段与高铁沿线主要暴雨多发区中心位置基本一致,研究成果对沪汉蓉高铁沿线市县开展暴雨灾害防御工作具有较好的决策参考作用。