信息地理学学科体系与发展战略要点

信息时代的到来极大地促进了地理科学的发展,地理科学的研究已从传统的自然地理空间、人文地理空间拓展到了信息地理空间,催生了信息地理学的发展,并逐渐形成了地理遥感科学、地理信息科学和地理数据科学3个分支学科。在《中国学科及前沿领域发展战略研究（2021—2035）》地理科学的学科规划背景下,本文梳理了信息地理学的形成、定义和学科体系,重点阐述了信息地理学的学科发展战略布局、优先领域发展目标和重点方向。以期本文有助于促进遥感、地理信息科学与技术的发展和应用回归地理科学,进一步强化地理科学研究,使其更加系统化、科学化和现代化,促进地理科学的整体发展。     

2006号台风“米克拉”近海急剧增强诊断分析

利用ERA-5再分析资料、日本葵花8号卫星黑体亮温资料以及中国气象局上海台风研究所台风最佳路径集资料,对2020年第6号台风“米克拉”（2006）近海强度急剧增强进行诊断分析。（1） 比常年偏暖的29～30 ℃的南海东部海温是“米克拉”急剧增强的有利下垫面条件;200 hPa加强东移的南亚高压、500 hPa加强西伸的副高、低层加强的偏南-西南急流是主要影响系统;相对比深层和高层大气,持续低于4 m/s的低层大气垂直风切是重要因子。（2） “米克拉”的增强主要体现在对流层低层动能的不断增强,在台风急剧增强过程中,中低层的气旋性涡度、低层辐合强度、中高层辐散强度以及上升运动均明显加强;对流层中高层动能在台风急剧增强前的减小可能与增强的高空出流相关。（3） 在“米克拉”急剧增强前,深对流云系强度不断增强,但覆盖面积变化不大;在急剧增强阶段,深对流云系组织的更加紧实集中,覆盖面积明显增大。     

东亚夏季风变化机理的模拟和未来变化的预估:成绩和问题、机遇和挑战

东亚夏季风对于我国东部气候具有重要影响,呈现出多种时间尺度的变化特征。在理解东亚夏季风过去和当前的变化机理、预测和预估其未来变化等方面,气候系统模式发挥着不可替代的作用。但是当前的气候模式在东亚夏季风的模拟上尚存在诸多不足,这使得其模拟结果存在不确定性,既制约了我们对过去和当前季风变化机理的准确理解,又降低了未来预测预估结果的可信度。关于造成季风模拟偏差的原因,既涉及模式本身的性能问题,又与模拟系统的构建、强迫资料的误差、乃至我们当前对季风变化规律自身的认知水平有关。本文以时间尺度为序,从气候态、日变化、年际变率、年代际变率、长期气候变化和未来预估等季风学界关注的热点问题角度,本着总结成绩、归纳问题、寻找机遇、面对挑战的目的,从七个方面系统总结了当前气候模式的水平,归纳了其主要偏差特征,讨论了影响模式性能的可能因素。内容涉及模式分辨率和地形效应、对流和云辐射效应的作用、与季风相关的热带海气相互作用关键过程、内部变率（太平洋年代际振荡）、自然变率（太阳辐照度变化和火山气溶胶强迫）和人为辐射强迫（人为温室气体和气溶胶排放）对季风变化的不同影响、热力和动力过程及气候敏感度对季风环流（副高）和降水预估不确定性的影响等。最后从优化参数、实现场地观测和过程模拟的协同、发展高分辨和对流解析模式等角度,讨论了提升东亚夏季风模拟能力的技术途径。     

2021年南京市新冠疫情期间大气污染物变化特征及来源解析

为了解2021年南京市新冠疫情期间城市大气污染物浓度的变化和成因,利用南京大学SORPES站点2021年7月1日—2021年8月30日大气污染物在线监测数据,分析疫情前、中、后颗粒物及气态污染物的浓度变化,针对臭氧(O₃)的关键前体物,挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)采用正定矩阵因子分解法模型(Positive Matrix Factorization,PMF)、拉格朗日粒子输送与扩散模型(Lagrangian Particle Distribution Model,LPDM)分析其污染来源。结果表明:疫情封闭期间,南京市PM_2.5质量浓度较疫情前降低了40％～50％,组分中硝酸盐、有机物质量浓度降幅最为显著,分别下降了34.0％和16.5％。臭氧体积浓度不降反升,城中区域增幅最显著站点可达50％左右。其气态前体物氮氧化物(NO_x)及VOCs浓度变化呈相反态势,分别较疫情前降低28％、升高49.6％。模型及卫星遥感结果表明,疫情期间南京市臭氧属于协同偏VOCs控制区。气团溯源结果显示,南京市受本地及周边区域传输的共同影响,疫情封闭期间省外上海方向、省内苏州-无锡-镇江-南通方向的气团贡献增大。PMF解析了南京市本地VOCs主要来源于机动车排放源、植物源、溶剂源、工业生产源以及油气挥发源,其中机动车源占比变幅最大,疫情封闭期间下降了15.1％,疫情后上升了4.3％。其次为油气挥发源、溶剂源,这两项污染源疫情封闭期间分别上升了11.2％、1.7％,疫情后则分别下降了4.8％、4.3％。     

中国东部地区典型臭氧污染过程防控敏感性及减排情景研究

近年来,我国东部地区夏季臭氧污染问题日渐凸显,成为影响空气质量、环境改善的重要因素之一,为量化评估臭氧前体物减排对臭氧污染的影响,本文以2021年6月19—30日中国东部地区臭氧污染过程为例,应用空气质量模型CMAQ-DDM方法与卫星遥感反演算法分析了东部地区臭氧浓度对人为源前体物排放敏感性的响应程度,并对臭氧前体物设置不同削减比例开展减排情景模拟,结果表明:1)2021年6月19—30日中国东部出现了一次长时间区域性臭氧污染过程,大部分城市达轻度至中度污染水平;2)整个污染时段东部地区主要以VOCs(Volatile Organic Compounds,挥发性有机物)控制区或VOCs与NO_x协同控制区为主,模型模拟与卫星反演结果具有较好的一致性,污染过程前段(19—25日)东部地区对VOCs敏感性较高,污染后段(26—30日)大部分地区转为VOCs和NO_x协同控制区,特别是河南、安徽、江苏部分地区,对NO_x敏感性提高较为显著;3)在相同减排比例条件下(VOCs∶NO_x=2∶1),减排幅度越大,臭氧降幅越大,当VOCs削减比例由20％提高到40％时,臭氧浓度降幅由1.7％增大至3.6％;由VOCs和NO_x协同减排(2∶1)过渡为强化NO_x减排(1∶1)的分阶段控制优于单一的减排控制方案,臭氧改善率平均增强0.1％;仅削减高架源NO_x对臭氧降幅不显著。     

FGOALS2两个模式版本对青藏高原东侧冬季层云的模拟特征

冬季青藏高原东部（22°N～32°N，102°E～118°E）层云区是唯一存在于副热带陆地的层云密集区，环流特征较为复杂，大多数耦合气候系统模式对该地区层云的模拟存在较大的偏差。对该地区层云模拟能力的系统分析评估是改进模式性能的重要基础。本文基于国际卫星云计划（ISCCP）卫星资料，评估了中国科学院大气物理研究所两个版本的气候系统模式FGOALS-s2和FGOALS-g2的大气环流模式试验（AMIP）对青藏高原东侧层云的模拟能力。通过分析云辐射强迫等相关特征、大气环流、稳定度、以及地表气温和云的关系，探讨了模式偏差的可能原因。结果表明，两个模式都不同程度地低估了青藏高原东侧的低层云量和云水含量。在垂直结构模拟方面，FGOALS-s2模式能较好地模拟出高原东侧低云主导的特征，其模拟的云顶高度与卫星资料更为接近；而FGOALS-g2模式则高估了该地区的平均云顶高度。分析表明，两个模式均低估了高原东侧的低层稳定度，同时不同程度地低估了该地区中低层水平水汽输送，导致层云云量的模拟偏少。此外，FGOALS-g2高估了高原东侧的上升运动和垂直水汽输送，使得模拟的低云偏少而云顶高度偏高。     

一次新疆伊犁河谷特大暴雨过程的环境场及不稳定条件分析

伊犁河谷是新疆地区暴雨多发且暴雨强度最强的地区。本文以该地区的一次特大暴雨过程为例,利用观测资料以及WRF高分辨率数值模拟结果对该次暴雨过程的环流背景及不稳定条件进行了分析。结果表明:（1）此次降水过程发生在对流层高层南亚高压“双体型”,中层中高纬度“两脊一槽”以及两个中亚低涡发展移动的环流形势下。在伊犁河谷特殊的向西开口的喇叭口地形作用下,中心位于哈萨克斯坦的中亚低涡导致伊犁河谷低层为偏西风,中心位于塔里木盆地的中亚低涡使得伊犁河谷中层为偏东风,导致伊犁河谷内中低层水平风的垂直切变增强;伊犁河谷内,地形及哈萨克斯坦中亚低涡环流的共同作用形成了低空辐合线,辐合线附近形成的辐合区正好与高空急流辐散区垂直叠加,引发河谷内的上升运动增强。低层西风将水汽输送进河谷,并在河谷内迎风坡附近堆积,上升运动增强后导致河谷内堆积的水汽得以抬升。（2）WRF模拟结果分析显示,散度分布、垂直风切变、水汽及热力层结分布等对降水产生均有重要贡献。通过对湿位涡垂直及水平分量的分析得出热力层结影响的对流不稳定对前期降水的产生有影响,同时,垂直风切变影响的对称不稳定对降水增强维持有重要作用。位势散度分析进一步指示出整个降水区低层的对流不稳定主要是由于位势散度的垂直切变部分造成,而位势散度的散度部分能加强河谷内小地形背风坡处的对流不稳定,说明整个降水演变过程中,动热力因子的相互作用共同影响了降水强度和落区。     

南京地区2013年12月重霾污染事件成因分析

利用2013年12月在南京地区针对气溶胶化学成分及其前体物进行的一个月的强化观测资料,结果发现,期间观测到了两次严重的灰霾污染事件（事件1和事件2）,其PM_2.5的平均浓度分别达到267和150μg/m³。事件1过程中,气团主要起源于长三角及南京地区,天气系统稳定,混合层低矮,空气相对湿热,气溶胶多来自于前体物集聚后的二次转化;事件2过程中,来自华北地区的污染物长距离传输则有显著贡献。事件1中的化学转化机制较为复杂,白天的气相均相氧化以及夜间的非均相或液相转化均对硫酸盐和硝酸盐的二次形成有所贡献;而事件2中则主要为白天均相氧化机制,夜间的化学转化过程不明显。     

遥感陆地水循环的进展与展望

随着遥感技术的不断进步,许多陆地水循环的变量已经能够通过遥感定量估算。遥感方法能够提供大范围、长周期的水循环变量数据,这极大地推进了人们对陆地水循环过程的认识和理解。阐述了遥感观测陆地水循环重要变量的基本原理,回顾了陆地水循环遥感主要技术方法的重要进展和最新成果,指出下一步可能的发展方向。尽管目前遥感技术具备获取大范围水循环关键变量的能力,但是遥感估算的水循环分量还难以满足基本的水量平衡,表明当前遥感数据的水文一致性还待加强。未来遥感陆地水循环研究的发展一方面需要新型传感器和平台来提供更高精度且时空一致的观测数据,另一方面需要开展大型地面水循环同步全过程观测试验来对遥感产品进行深入评估,以促进遥感技术在陆地水循环研究中的应用。     

基于时空多图卷积网络的网约车乘客需求预测

随着智能手机的普及,网约车成为常用的出行替代方式。网约车运营平台因此成为智能交通系统的主要组成部分,在满足公众出行需求中发挥重要作用。乘客需求预测是网约车系统需要解决的核心问题,现有文献中提出的模型忽略了长期时间相关性及多种空间相关性,本文针对现有研究成果存在的局限性,在充分考虑网约车乘客出行需求时空相关独特性的基础上,提出一种融合全局特征的时空多图卷积网络(Spatio-Temporal Multi-Graph Convolutional Network Fused With Global Features,GST-MGCN)模型。该模型遵循临近性、周期性和趋势性(Closeness, Period and Trend,CPT)范式,利用时序信息拟合时间依赖关系;通过识别多种空间语义相关性构建对应的关系图结构、建立多图卷积模型;模型中的全局特征融合模块,使用门控融合和总和融合方法分别捕捉乘客需求的突变和渐变。以海口市数据集为样本的实验结果表明,本文提出的GSTMGCN模型MAE、RMSE和MAPE指标的值分别是2.269、3.917、21.447,优于其他同类主流模型。本研究证明提出...