表面粗糙对渤海海冰热红外辐射方向特征的影响研究

热红外遥感技术使大范围、快速地监测渤海海冰表面温度成为可能。然而,目前绝大多数遥感器都是小视场角的,只对海冰在某个方向上的辐射能量进行了测量。由于自然界的海冰大多数都是高低起伏的、不平坦的,如果近似地认为遥感像元尺度内各部分温度是相同的,有时会带来较大误差。在盛冰期的渤海辽东湾东岸固定冰区,分别用3D激光扫描仪、热红外成像仪和自计温度计测量了渤海海冰的表面形状、辐射亮温和真实温度。结果表明,由于海冰表面粗糙,会形成三维非同温像元。同时,也会导致传感器在粗糙海冰的各个部分的局部观测天顶角与整体观测天顶角有所不同,造成粗糙海冰与平整海冰的方向辐射特征有较大差异,平整海冰更接近理想平面,粗糙海冰更接近朗伯面。     

渤海海冰面积信息提取系统的建立及其应用研究

在回顾海冰监测研究进展及其存在问题的基础上,提出基于卫星遥感资料获取海冰面积的重要性,以第四代可视化计算机语言IDL和MapBasic语言为工具研制并开发了海冰面积信息提取监测系统.整个系统由解译系统和统计分析系统两部分组成.利用1996-2005年渤海NOAA/AVHRR数据和MODIS数据,在该系统的支持下进行了海冰面积信息的提取实例,得到渤海海冰面积解译图和面积数值统计表,结果表明:1996年至2005年,渤海海冰面积(相对最大面积)的变化范围为6 173.34～36 928.00 km2,其中1999年海冰面积最小,2001年海冰面积最大.该系统可为海冰资源的开发利用及海冰监测等工作提供帮助.     

基于Copula的近60a京津冀地区干旱灾害危险性评估

干旱灾害是京津冀地区主要气象灾害之一，严重影响社会经济和粮食安全。评估京津冀地区干旱灾害危险性，识别高危险区，旨在为灾害防范和应急调控提供参考。利用1958—2017年37个气象站降水日数据，计算标准化降水指数（SPI6），根据游程理论界定干旱历时和干旱强度。运用K-S检验法、AIC法分别确定指标的最优边缘分布函数和Copula函数，计算5 a、10 a、30 a及50 a一遇水平下干旱强度和干旱历时的重现期。结果表明：京津冀地区20世纪60年代中期至今SPI6呈下降趋势；指数分布和广义极值分布分别是干旱历时和干旱强度的最优边缘分布，Frank Copula在变量联合概率分布计算时拟合最好；就干旱历时和干旱强度重现期而言，30 a、50 a一遇水平下联合重现期为，北京市、沧州市、衡水市及承德市北部等地区的重现期长，危险性低，其余地区危险性较高；站点干旱灾害的联合重现期理论值与实际情况较符合，能够反映实际灾害情况。     

气候变化情景下泥石流危险性响应分析

通过中国1950—2010年降水日值0.5°×0.5°格点数据和CMIP5的6个气候模式数据,以2010年舟曲8·7特大山洪泥石流为例,估算此次灾害发生的降雨重现期,并估算未来同等重现期下的降雨量,基于HEC-HMS和FLO-2D模型模拟该降雨量下山洪泥石流堆积面积与泥沙冲出量,进而得到了气候变化背景下的泥石流危险性变化。结果表明：2010年舟曲8·7山洪泥石流灾害的降雨重现期为1500 a,未来相同重现期下降雨量为113.7 mm。设防水平不变条件下,舟曲县城泥石流堆积面积可达2010年灾害的173%,总泥沙量增加到148%,且泥石流堆积面积增加的区域主要位于2010年舟曲县城人口密集区。可见,灾后重建中舟曲县城一半以上居民的转移安置政策有利于弱化未来气候变化背景下泥石流危险性增加的不利影响,是一种有效的气候变化适应性举措。     

1951-2020年中国南方地区低温雨雪冰冻危险性评估

基于1951—2020年中国南方12个省（市、区）258个气象站的平均温度和降水量日数据,提取低温雨雪冰冻事件及其过程负积温、累积降水量及日最大降水量等指标,表征不同重现期下（5 a、10 a、30 a、50 a）的低温、雨雪、冰冻灾害危险性分布,再依据交通线路数据评估暴露风险。结果表明,发生次数较多地区集中在海拔较高的贵州、湖北、安徽、江苏等。平均持续时间的空间分布呈条带状,高值区边界较清晰,其中持续时间较长的区域在贵州和湖南。50 a一遇下的低温、雨雪、冰冻的负积温最低值为-78.2℃,累积降水量最大值为83.2 mm,日降水量最大值为38.9 mm。湖北、湖南、贵州、安徽及江西等地危险性较高,上述高危险区均存在高风险路段。     

毛乌素沙地沙障环境下的沙丘迎风坡植被及土壤养分变化

沙障在固定流沙、促进植被恢复和改良土壤等生态建设方面起着重要作用。对毛乌素沙地设置沙柳（Salix psammophila）沙障6、8、10、11、12年的沙丘迎风坡（裸露沙丘地作为对照）开展了植被调查和土壤养分测试分析。结果显示：设障8年后的沙丘迎风坡0—30 cm深度内的土壤有机质、全氮含量显著（P<0.05）高于流动沙丘,且设障10—11年沙丘迎风坡植被盖度、0—80 cm深度内土壤有机质和全氮含量达到最大,但全磷和全钾含量无明显的变化,所有样地间和3个深度层间的全磷、全钾含量均无显著性差异;植被总盖度、0—80 cm深度内土壤有机质含量及全氮含量相互之间存在极显著线性正相关关系（P<0.01）,而且土壤pH值随有机质含量增加而线性降低。沙柳沙障固沙地的植被盖度、土壤有机质和全氮相互之间存在趋同性,且布设10年的沙障土壤改良和植被恢复成效达到最大,之后表现出下降趋势。据此建议活体沙柳沙障在维持其固沙功效的前提下以10年为限需进行平茬处理。     

渤海平整海冰多角度反射光谱特征

近些年来,遥感技术在渤海海冰的监测中发挥了举足轻重的作用。海冰的反射特征是利用光学遥感监测海冰的基础。在晴空条件下,对盛冰期渤海辽东湾东部3种典型的平整海冰的半球-方向反射率因子(hemispherical directional reflectance factor,HDRF)进行了测量,并计算了相应的各向异性因子(anisotropy factor,ANIF),结果表明,只有在太阳光入射主平面内的前向反射方向附近,半球-方向反射率因子与各向异性因子才会迅速增加,而在其他方向上两者的变化不明显。平整海冰的厚度和内部结构等因素会影响HDRF和ANIF随波长变化的特征,在350~1 350 nm波段,厚度较小且表面光滑的平整海冰的HDRF值相对较小,而厚度较大的平整海冰的HDRF值相对较大。在350~950 nm波段,厚度较小且表面光滑的平整海冰ANIF相对较大,而厚度较大的平整海冰的ANIF值相对较小。以上结果充分说明海冰对太阳光入射辐射的反射是冰-气界面的反射与冰体内部的散射的综合结果。     

1951—2020年中国南方地区低温雨雪冰冻危险性评估

基于1951—2020年中国南方12个省（市、区）258个气象站的平均温度和降水量日数据,提取低温雨雪冰冻事件及其过程负积温、累积降水量及日最大降水量等指标,表征不同重现期下（5 a、10 a、30 a、50 a）的低温、雨雪、冰冻灾害危险性分布,再依据交通线路数据评估暴露风险。结果表明,发生次数较多地区集中在海拔较高的贵州、湖北、安徽、江苏等。平均持续时间的空间分布呈条带状,高值区边界较清晰,其中持续时间较长的区域在贵州和湖南。50 a一遇下的低温、雨雪、冰冻的负积温最低值为-78.2℃,累积降水量最大值为83.2 mm,日降水量最大值为38.9 mm。湖北、湖南、贵州、安徽及江西等地危险性较高,上述高危险区均存在高风险路段。     

应用Hyperion图像监测渤海海冰

对所获取的2008年冬季的辽东湾西岸海域含有海冰的Hyperion高光谱图像进行了大气校正,得到了反射率图像。用ISODATA(Iterative Self-Organizing Data Analysis Technique)聚类分析方法对反射率图像进行计算机自动分类,并结合实测的同时期的海冰反射率光谱确定了不同海冰类型的分布范围。根据不同类型海冰的厚度特征,得到了海冰厚度分级分布图和海冰厚度图。结果表明,Hyperion图像可以区分光谱有区别的冰型,无法区分浮冰和固定冰,可以更清晰地显示出海冰的光谱反射率,与实测光谱曲线更加相似,优于MODIS多光谱图像。同时,用主成分分析方法对海冰Hyperion图像进行了分析。海冰Hyperion图像中,各个波段之间的相关系数都较大,光谱维信息冗余度较大,其中30波段贡献率最高。     

渤海湾西部沿岸地区气温特征的观测研究

在渤海湾西岸沿着垂直于海岸的方向从海边向内陆设置了4个自动气象观测站,以10 min为时间间隔观测地面1.5 m处气温.结合邻近气象台站的温度观测,分析渤海湾沿岸气温的时空变化特征.结果表明:秋、冬季气温升降迅速,夏季气温升降缓慢;冬季和夏季气温日较差小,秋季气温日较差大;日平均气温与日最低气温从海边向内陆逐渐降低,日最高气温和气温日较差从海边向内陆逐渐升高;夏季海陆风日的气温时空变化显著,海边地区的气温日变幅小,内陆地区的气温日变幅大,海陆温差随着离岸距离的增加而加大;秋、冬季海陆风日的海边和内陆之间的气温日变幅小,海边和内陆之间的海陆温差变幅基本相当;海陆风环流影响海岸地区气温的时间范围主要是海陆风日,空间范围从海边伸向内陆10 km左右,最大范围从海边伸向内陆50～60 km左右.