基于多源空间信息的缺资料地区地表日均大气温度空间分布数据获取研究

地表大气温度是区域水循环研究与模型模拟中的关键因子,其日尺度的空间分布信息是众多生态、水文模型的重要输入。对于缺资料地区,尤其是在地形复杂地区,地表大气温度空间分布数据往往难以获得。基于多源空间信息,首先利用KLEMEN法反演得到研究区卫星过境时刻瞬时地表气温空间分布信息,然后通过建立的时间尺度转化方程实现研究区日均气温空间分布数据的获取。结果表明:研究中所提取的瞬时气温数据精度较高,RMSE为2.33℃,R2约为0.78;所建立的时间尺度转化方程可信度高,R2约为0.98,RMSE约为2℃;在不依赖于地面观测数据的条件下,研究所提取的日均气温数据总体精度R2为0.90,RMSE为4.63℃,且高温部分模拟精度高于低温部分。研究方法具有很好的可移植性,可应用于其他缺资料地区。     

全球气候变化大趋势与次级波动

联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）报告近百年升温约0.74℃,并将气候变化归因于人为排放的温室气体,然而该报告中的多处结论引起了国际社会对IPCC报告的广泛质疑.人为排放的温室气体对全球升温贡献有多大？人为过程与自然过程对全球变暖分别贡献多少？IPCC评估报告中过去百年0.74℃的变化是否为变冷总趋势中的次级波动？针对这些问题,本研究梳理了近年来全球气候变化的相关研究成果.结果显示,第四纪以来的地球气候波动主要受控于太阳辐射变化周期,各个时间尺度上的气候变化既表现出明显的周期性,也同时存在次一级的波动.在全新世晚期气候变冷的背景下,气候变化千年—百年尺度上同样存在一系列周期性和次级波动,且波动范围在0.5～6℃之间变化.IPCC报告中百年气候变暖的合理解释是全球变冷趋势下的次级波动.     

城市化对地面气温变化趋势影响研究综述

在综述城市化对地面气温资料序列影响研究进展的基础上,总结评估了不同空间尺度上地面气温序列中城市化影响的性质和强度.在城市台站和局地尺度上,多数研究均发现城市化对地面气温序列影响明显;区域尺度的研究主要集中在中国、美国和欧洲等少数地区,研究结果存在较大的差异,但采用严格遴选乡村站资料的分析都得到了城市化影响很明显的结论.在中国大陆地区,国家级气象台站年平均地面气温的上升趋势中,至少有27.3%可归因于城市化影响;对于全球或半球陆地平均气温序列而言,研究工作还很不充分,但一般认为城市化影响较小,可能不超过总增温的10%.现有研究还表明,城市化对地面气温序列的影响随时间和区域有不同的表现;城市化对包括中国在内的东亚地区近半个世纪长序列地面气温趋势的影响是非常显著的,但对欧洲地区的明显影响可能主要发生在20世纪早期甚至19世纪后期.目前的研究仍然存在一些问题和困难,其中包括研究覆盖的区域和时间段有限、乡村站遴选标准不统一、城市化影响偏差订正方法有待完善等.     

中国东北地区及不同典型下垫面的气温异常变化分析

利用6个代表站1905-2001年较长时期的月平均气温,对缺测年代的数据进行了插补,建立了东北地区近百年平均季、年气温序列。对所建温度序列与同一区域内26个代表站平均温度序列的近46年同期资料做了相关分析,检验了序列的代表性。在所建序列基础上,分析了东北百年气温的年代、年和季节等不同时间尺度变化特点和地域分布特征,采用谱分析方法探讨了序列的周期性变化特征,并采用Mann-Kendall和Yamamoto方法对经过滑动平均的气温序列进行了突变分析。结果表明,东北近百年年平均温度表现为明显的增暖趋势,但为起伏式增暖;冬季增温非常强烈,夏季在1995年以前不仅没有升温,反而有明显降温趋势,但1995年以后夏季气温明显升高,春秋季的升温趋势与冬季类似,但幅度小得多;在区域内,增温强度似乎并不随纬度增大,纬度较低的沈阳增温最强;三种典型下垫面中以山地的增温幅度最强;功率谱分析表明了百年气温变化的2.3年和4.2年的主周期,其中2.3年周期比较显著。     

纵向岭谷区山地温度垂直分布格局研究

为探讨纵向岭谷区不同山地温度垂直分布规律,选取不同纬度的西双版纳、哀牢山、高黎贡山为研究对象,利用山地气温垂直观测资料,对比分析了各山地的气温和地表温垂直分布特征.结果表明:同一山体,由于高差较大,温度随海拔的升高呈现出递减的趋势;其垂直递减率从季节上说,一般是雨季较高,年次之,干季最低;从坡向来说一般是东坡高于西坡.不同纬度的西双版纳、哀牢山和高黎贡山的气温垂直递减率是哀牢山最大,高黎贡山次之,西双版纳最小,且东坡大西坡小.     

中国全新世气温序列的集成重建

从文献中搜集整理1 397条古气温记录,建立全新世古气温记录数据集,该数据集多数时间段每百年的记录在10个以上。利用经剔除奇异值后的1 140条有效记录,采用单样本区域订正-多样本平均集成法,定量重建中国全新世百年分辨率气温集成序列。集成重建序列表明:全新世中国气温可以明显划分为三个阶段,早全新世(11.5~8.9 ka B.P.)为波动升温期;中全新世(8.9~4.0 ka B.P.)暖期的气温高出现代1℃上下,8~6.4 ka B.P.的暖期鼎盛期高出现代1.5℃左右;晚全新世(4.0 ka B.P.以来)为变冷期。     

基于全球模式对中国极端气温指数模拟的评估

对IPCC 所提供的7 个全球海气耦合模式输出信息(年霜冻日数、生物生长季、温度 年较差、暖夜指数、热浪指数), 利用同期(1961-2000 年) 中国地区极端气温观测资料检测并 评价模式的预估效能。结果表明, 这些模式对中国地区的极端气温都具有一定的模拟能力, 但同时各个模式的模拟场都有各自的系统误差; 综合评价, 在7 个模式中GFDL-CM2.0 和 MIROC3.2 (hires) 两个模式对中国区域极端气温的模拟效果均为最佳。模拟所得的最优指数 为霜冻日数, 其后依次为: 暖夜指数、热浪指数、气温年较差和生物生长季; 而就空间分布 结构来看, 除暖夜指数的模拟效果较差之外, 其余指数均能较好地模拟出其空间分布特征。     

从地质时期大气CO_2浓度与温度的对应关系分析现代气候变暖不确定性

气候变化问题是近年来国际社会所关注的热点,对于近代全球是否在变暖？以及驱动变暖的因素到底是什么？是自然过程还是人为作用？科学家们一直对此有着不同的见解.政府间气候变化专门委员会（IPCC）认为现在全球变暖是因为人类活动排放了大量CO2,其浓度增加而导致增温,但是很多科学家并不赞同.为了理清这一问题,本研究整合了近年来有关地质时期及现代大气CO2浓度与温度的关系数据,对其进行了梳理分析,结果显示不论是从地质年代的长尺度上来看,还是从近代的短尺度上来看,CO2浓度变化与全球气温变化之间都不存在一个足以令人信服的关系,因此,以此证明现在温度的增加是由于CO2浓度增加所引起的是不科学的.关于温度变化的驱动因子还存在很大的不确定性,也就不能明确地判断大气温度增加的主导因素是自然过程还是人为作用.     

从陆地和海洋生态系统角度辨析大气CO2浓度与全球变暖关系

根据古气候记录的温度与大气CO2浓度变化的关系,结合近百年尺度陆地和海洋生态系统碳库对全球变暖的响应模式,探讨大气CO2浓度升高与全球变暖的关系.结果发现,不论是古气候记录的大气CO2浓度升高的时间滞后于升温的时间,还是古气候与近百年来大气CO2浓度升高幅度相近条件下,两者升温幅度存在约10倍差异的事实,均不支持"大气CO2浓度升高驱动了全球变暖"的观点.近百年尺度陆地和海洋生态系统碳汇功能随升温降低从而增大了大气CO2来源,这有可能是"温度升高促进了大气CO2浓度增加"的原因.陆地生态系统碳汇功能降低的驱动机制可能是由于升温降低了陆地生态系统的净初级生产力,增大了异氧呼吸和有机碳分解速率所致;而海洋CO2吸收能力的降低则可能与升温导致CO2溶解度、海水盐度降低以及海洋温盐环流削弱或破坏等有关.     

基于Landsat数据的2种地表温度空间降尺度算法比较研究

以2003年5月29日福州市LandsmETM＋影像为数据源,对2种地表温度空间降尺度算法——EM算法和HUTS算法进行实验、比较与分析,EM算法是利用高空间分辨率的地表比辐射率对低空间分辨率的亮度温度影像进行调节,从而达到提高热红外影像空间分辨率的目的;HUTS算法则是引入了归一化差异植被指数NDVI和地表反照率d,通过在低空间分辨率拟合二者与地表温度LST之间的关系,然后根据其尺度不变性,将该关系应用到高空间分辨率的影像上,从而达到提高热红外影像空间分辨率的目的．研究结果表明：1）2种算法所得结果影像都能在有效提高空间分辨率的同时较好地保持了原始地表温度影像的空间分布特征,达到了较好的降尺度效果;2）以RMSE为定量评价指标,HUTS算法要略优于EM算法,其中,EM算法的RMSE为1．2494,而HUTS算法仅为0．9869．     

伊犁河谷2001-2014年地表温度时空分异特征

地表温度是地表能量平衡、区域和全球尺度地表物理过程的一个重要因子。为了辨析中国西北干旱区“天山湿岛”——伊犁河谷的地表温度时空分异,采用趋势分析法和空间数据统计法,探讨了2001-2014年不同土地利用/覆盖类型下地表温度时空变化规律,分析地表温度的时空分异特征及原因。结果表明：（1） MODIS LST产品的精度（平均R²=0.90）能够满足伊犁河谷地表温度时空变化分析的要求;（2）空间上,地表温度呈现出中部高四周低的变化趋势,高温区面积约占总面积的41%,低温区面积约占总面积的23%;时间上,伊犁河谷平均地表温度的年际波动较大,以2013年、2006年、2007年和2008年尤为突出;地表温度的年内变化呈现出单峰型分布,地表温度高值集中在3-8月,最高值出现在7月;（3）不同土地利用/覆盖类型下年均地表温度分布的总体特征为建设用地最高,稀疏草地、旱地等次之,冰川/积雪最低;（4）伊犁河谷地表温度变化趋势呈严重减少、基本不变和轻微增加区域面积分别占5%、37%和26%,以基本不变和轻微增加为主。伊犁河谷地表温度时空变化不仅受大尺度气候变化影响,还受土地类型差异影响,两者共同构成了不同地理区域及景观的温场格局,绿色植被对地表温度时空分布具有重要的调节作用。     

高时空分辨率FFCO2排放清单的构建方法及研究展望

化石能源（FF）CO₂排放是全球人为温室气体排放的主体,作为衔接国家排放清单和大气反演验证途径的关键环节,2019年联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）对《国家温室气体清单指南》进行修订,势必将推动高分辨率FFCO₂排放清单的进一步规范发展。本文结合修订版指南中对于高分辨率排放清单的具体要求,从全球尺度、国家及以下尺度两个层面对高时空分辨率FFCO₂排放清单的构建方法进行梳理和归纳,并对其研究趋势进行展望。① IPCC方法学的进一步修订与完善,将有助于进一步提高FFCO₂排放清单的时空分辨率和精度;而构建包含间接排放的高分辨率FFCO₂排放清单正在兴起。② 作为大气反演模型的先验数据,采用自下而上的部门方法,直接获取排放统计数据,是编制高分辨率FFCO₂排放清单的首要途径;而通过替代变量及建模途径进行排放总量的时空分配,也是编制高分辨率FFCO₂排放清单的必要手段。③ 清单的不确定性分析中,需要考虑时空分配所带来的不确定性信息;基于大气观测的反演验证途径将作为独立于排放清单的一种客观核算手段,将在清单的质量保证/质量控制与验证中发挥重要作用。     

全球平均气温未来情景的降尺度分析

如何提高全球气候模拟数据的分辨率,以满足全球、区域乃至局地陆地生态系统全球变化响应的定量分析,是当今全球气候变化研究的核心内容之一。在全球尺度上,本文利用全球气象观测站点的气候数据和DEM 数据,对全球年平均气温与纬度和海拔高程之间相关性进行回归分析,建立全球气候降尺度空间模拟的统计转移函数,并与高精度曲面建模(HASM)方法进行集成,从而实现IPCC GCM HadCM3 的模拟数据从3.75° × 2.5°到 0.125° × 0.125°的降尺度处理。研究结果表明,在3 种气候情景的T1-T4 时段内,格陵兰岛平均气温在0℃以下的区域和南极洲平均气温在-35℃以下的区域均呈逐渐缩减趋势,赤道至南北回归线之间的平均气温大于40℃以上的区域呈逐渐增加趋势。其中,A1Fi 情景的平均气温上升速度最快,A2 情景次之,B2 情景的平均气温上升速度最慢。构建降尺度方法有效地将IPCC GCMs的粗分辨率的气候情景数据降尺度转换成高分辨率的气候数据,并克服和弥补了目前IPCC GCMs的模拟数据因分辨率低而不能对区域乃至局地气候变化的细节及趋势进行刻画的缺陷。     

PATMOS-x、ISCCP云量产品及地面观测在中国区域的对比分析

利用1986~2006年PATMOS-x 、ISCCP总云量和低云量产品与中国区域地面台站观测的总云量、低云量资料进行对比分析,对比不同来源、不同观测方法造成的云量数据在时间、空间上的差异,为资料使用者提供参考。结果表明,与台站观测资料相比,无论PATMOS-x还是ISCCP其总云量数据的空间分布、与站点观测数据的格点相关性均好于低云量数据;PATMOS-x总云量、低云量多年平均的空间分布较ISCCP更接近站点观测;中国区域平均低云量的线性趋势PATMOS-x与站点观测一致,表现为显著的上升趋势,而ISCCP低云量数据则呈现微弱的下降趋势。     

1980~2013年新疆高空大气温度变化特征

基于1980~2013年新疆地区8个探空站逐日观测资料,利用Mann-Kendall非参数检验法,分析新疆30多年来高空大气温度时间序列的变化趋势、突变时间及二者的显著性,探讨其与地面温度变化关系。结果表明：近30多年来,新疆对流层上层至平流层中下层表现为降温趋势,对流层中下层呈升温趋势,对流层上层和平流层中下层降温幅度大于对流层中下层的增温幅度;新疆高空温度的变化存在明显的季节差异;新疆高空各层温度在20世纪90年代初发生显著性突变,晚于北半球地面温度突变年份,早于相对应的地面温度突变时间;新疆对流层中下层温度在不同时段和不同季节与地面温度的变化不同,1980~2013年二者均呈显著的增温趋势,而1998~2013年二者的变暖趋势均减缓,甚至还表现为微弱的下降趋势。     

近50 a新疆气温精细化时空变化分析

利用新疆93个气象站1961-2010年的逐月平均气温资料,使用线性趋势分析、Mann-Kendall检测以及基于ArcGIS的混合插值法对春、夏、秋、冬四季和年平均气温的变化趋势、突变特征以及各气温要素多年平均值和突变前后变化量的空间分布进行了分析。结果表明：（1）新疆春、夏、秋、冬四季和年平均气温的空间分布总体呈现“南疆高,北疆低;平原和盆地高,山区低”的格局。（2）在全球变暖背景下,1961-2010年新疆春、夏、秋、冬四季和年平均气温分别以0.24 ℃/10 a、0.21 ℃/10 a、0.39 ℃/10 a、0.49 ℃/10 a和0.33℃/10 a的倾向率呈显著的上升趋势,并分别于2004年、1997年、1995年、1985年和1994年发生了突变性的上升,突变后较突变前,各季和年平均气温分别升高了1.5 ℃、0.8 ℃、1.2 ℃、1.6 ℃和1.0 ℃,但气温上升幅度具有明显的区域性差异,其空间分布总体呈现“北疆大,南疆小”的格局。     

厄尔尼诺与全球趋暖灾害骤增对农业持续发展的影响

根据近 1 2 0年来全球大气温度的记录 ,进行了每 1 0年平均气温的分析 ,可以明显地划分为 3个时期即温度偏低期 (1 880～ 1 91 9年 ,至少 40年 ) ,过渡期 (温度变化起伏不大 ,1 92 0～ 1 979年 ,约 60年 )和升温期。再参照有关小冰期 (1 4 50或 1 4 90年开始至 1 850或 1 880年止 ,约 40 0年 )的文献资料 ,小冰期的气温比 1 880～ 1 91 9年时期更低些 ,因此推论温度偏低期持续了约 450年。由此可见 ,近 450年全球大气温度的变化 ,大体上是一个单向渐变过程。根据本世纪厄尔尼诺出现的情况 ,也可划分为三个明显不同的时期 :从1 90 0年有记录开始至 1 940年为厄尔尼诺偶见期 ,在此时期尚未看出全球变暖 ;1 940～1 980年为厄尔尼诺中等发生期 ,全球出现微弱或中等程度的升温 ;1 980～ 1 998年为厄尔尼诺频繁出现期 ,此时全球明显升温。由此认为 1 0 0年来厄尔尼诺的出现情况 ,类似上述全球大气升温的单向渐变过程。本文考虑到海洋的热惯性 ,提出应关注温室效应和厄尔尼诺的叠加效应的新观点 ,提出今后几十年或更长时间内 ,厄尔尼诺仍将频繁出现 ,全球温度将保持偏暖状态。与此伴同发生的是各类自然灾害如洪涝、干旱、生物灾害等的频繁出现并加剧。应做好防灾减灾工作 ,维护农业持续生产力。     

中国西南地区纵向岭谷地形对区域生态地理格局的作用(英文)

China’s southwestern special terrain pattern as parallel arrangement between longitudinal towering mountains and deep valleys has significant effects on the differentiation of local natural environment and eco-geographical pattern in this region.The 1:50,000 Digital Elevation Model(DEM) data of Longitudinal Range-Gorge Region(LRGR),meteorological observation data from the station establishment to 2010,hydrological observation data,Normalized Difference Vegetation Index(NDVI) and Net Primary Productivity(NPP) products of MOD13 and MOD17 as well as 1:1,000,000 vegetation type data were used.Moisture indices including surface atmospheric vapor content,precipitation,aridity/humidity index,surface runoff,and temperature indices including average temperature,annual accumulated temperature,total solar radiation were selected.Based on ANUSPLIN spline function,GIS spatial analysis,wavelet analysis and landscape pattern analysis,regional differentiation characteristics and main-control factors of hydrothermal pattern,ecosystem structure and function in this region were analyzed to reveal the effects of terrain pattern on regional differentiation of eco-geographical elements.The results show that:influenced by terrain pattern,moisture,temperature and heat in LRGR have shown significant distribution characteristics as intermittent weft differences and continuous warp extension.Longitudinal mountains and valleys not only have a north-south corridor function and diffusion effect on the transfer of major surface materials and energy,but also have east-west barrier function and blocking effect.Special topographic pattern has important influences on vegetation landscape diversity and spatial pattern of ecosystem structure and function,which is the main-control factor on vegetation landscape diversity and spatial distribution of ecosystem.Wavelet variance analysis reflects the spatial anisotropy of environmental factors,NDVI and NPP,while wavelet consistency analysis reveals the control factors on spatial distribution of NDVI and NPP as well as the quantitative relationship with control degree.Special terrain pattern in LRGR is the major influencing factor on eco-geographical regional differentiation in this region.Under the combined effect of zonality and non-zonality laws with "corridor-barrier" function as the main characteristic,special spatial characteristics of eco-geographical regional system in LRGR is formed.     

基于陆面模式NCAR/CLM3.5的东北区域生长季地表干湿状况时空分布特征模拟研究

利用东北地区地面102站56 a(1951~2006年)逐日气象观测资料,驱动NCAR陆面模式CLM 3.5,模拟东北地区生长季地表水分盈余量(Surface Water Surplus,SWS),探讨和分析了东北地区生长季1951~2006年地表干湿状况的时空变化规律。结果表明:1971~2000年平均东北地区生长季SWS反映的地表干湿状况具有较大的地域差异,全区SWS为100~800 mm;中、西部为SWS低值区,属半干旱、半湿润区;东、南、北部为相对高值区,属湿润、半湿润区。生长季地表干湿状况存在显著的年际、年代际变化;56 a来,东北地区生长季SWS呈线性减少趋势,即地表变干,SWS空间分布的年代际变化,同样表现为变干趋势,尤其2000~2006年是地表变干最为显著的时期,表明在全球变暖背景下东北地区地表干旱化趋势增强。分析表明地表干湿状况是下垫面与气候变化共同作用的结果,研究地表干湿状况需要综合考虑水分收支项。