基于多年卫星遥感的江苏省夏季城市热岛特征分析

利用2003—2020年的MODIS土地覆盖类型和地表温度等数据,从地表温度、气温和城市化的角度分析了江苏省夏季城市热岛强度和面积的时空分布和变化趋势。结果表明：近20 a快速的城市化导致了江苏省夏季热岛强度(0.07℃·a^-1)和热岛面积(529 km²·a^-1)整体均呈增加趋势;其中热岛强度前期受城区升温影响,呈明显增强(0.18℃·a^-1),后期受郊区升温影响,呈明显减弱(-0.14℃·a^-1);热岛面积变化主要由弱热岛面积(297 km²·a^-1)和较强热岛面积(192 km²·a^-1)的增长趋势主导,强热岛面积呈前期增长(133 km²·a^-1)和后期减少(185 km²·a^-1)的变化趋势;高温对整个城区的热岛效应影响有限,但对城市核心区的热岛效应影响明显,对应的强热岛面积增加和热岛强度增强。     

1981—2019年全球陆地生态系统碳通量变化特征及其驱动因子

陆地生态系统碳汇显著降低大气CO₂浓度上升和全球变暖的速率,受人类活动和气候变化的影响,陆地生态系统碳通量具有强烈的时空变化,其估算结果仍存在较大的不确定性,不同因子的贡献尚不清晰。为此,利用遥感驱动的陆地生态系统过程模型BEPS模拟分析了1981—2019年全球陆地生态系统碳通量的时空变化特征,评价了大气CO₂浓度、叶面积指数(Leaf Area Index, LAI)、氮沉降、气候变化对全球陆地生态系统碳收支变化的贡献。1981—2019年全球陆地生态系统总初级生产力(Gross Primary Productivity, GPP)、净初级生产力(Net Primary Productivity, NPP)和净生态系统生产力(Net Ecosystem Productivity, NEP)的平均值分别为115.3、51.3和2.7 Pg·a^-1(以碳质量计,下同),上升速率分别为0.47、0.21和0.06 Pg·a^-1。全球大部分区域GPP和NPP显著增加,NEP显著上升(p<0.05)...     

基于高分数据的边境示范村建设和生态环境监测——以玉麦乡为例

选取高分1号和2号卫星数据,利用ENVI和ArcGIS软件对西藏山南市隆子县玉麦乡的建设规模和生态环境进行研究,结果表明：2015～2019年,玉麦乡建筑物面积和道路长度增加了0.25km²和1.18km;冬季积雪覆盖面积减少80.17km2和1.18km;冬季积雪覆盖面积减少80.17km²;2019年相较于2015年,东部地区植被相对较好,中、高覆盖度植被面积分别增加了79.00km2;2019年相较于2015年,东部地区植被相对较好,中、高覆盖度植被面积分别增加了79.00km²和147.52km2和147.52km²。     

辽宁省净初级生产力时空演变及其对地形因子的响应

植被净初级生产力（NPP）是评估生态环境质量的重要指标之一,为了探明辽宁省生态环境变化,利用MODIS-NDVI数据及CASA模型,对辽宁省2000—2018年NPP进行估算,并在此基础上分析了近19 a辽宁省NPP时空变化特征及其对地形因子的响应。结果表明：2000—2018年辽宁省植被NPP呈波动上升趋势,空间分布特征为东部高西部低;NPP变化趋势率为2.89 gC·m^-2·a^-1,其中,87.4%的地区呈增加趋势,且辽西北地区波动变化最为显著;高程和坡度对NPP变化的影响明显高于坡向;随着高程增加,NPP表现为先增加后平稳的趋势,高程500 m左右出现NPP最大值;随着坡度增加,NPP表现为先增加后略有减小的趋势,坡度35°左右出现NPP最大值;在高程为500 m以上、坡度为15°—35°范围内,NPP值最大。     

1961—2010年中国气候生产潜力时空格局变化及其潜在可承载人口分析

以气温、降水格点数据为基础,采用Thornthwaite Memorial模型计算了中国气候生产潜力(CPP),并从气候的角度估算了耕地上气候资源潜在可承载的人口数,以便增强了解气候变化的影响及气候资源最大人口支撑能力。结果表明:1961—2010年中国CPP总体呈突变性增加趋势,1987年为突变点,年最低、最高及平均值分别为689. 18、814. 56和744. 05 g·m^-2·a^-1。空间上呈现出从西北向东南逐渐递增的带状分布,其中高值区主要分布在华南大部,最高值达2103. 56 g·m^-2·a^-1;低值区主要分布在西、北部地区,最低值为39. 28 g·m^-2·a^-1。2001—2010年中国大部分地区CPP年平均值相对于1961—2010年多年平均值变化幅度不大,变化比例高的地区基本上分布于中国西、北部,其中增加的区域达82%,主要分布在华东地区、新疆西部、西藏北部及青海大部,远大于缩减的区域(17%)。1995—2010年,基于公里网格的耕地气候潜在可承载人口为46—2180人·km^-2,全国平均值最低的年份为1130人·km^-2,对应的实际人口为0—49729人·km^-2,全国平均值均不高于137人·km^-2;全国实际总人口为11. 43—13. 04亿,耕地气候潜在可承载总人口为19. 72—20. 22亿,前后比值为58%—65%。这表明,中国耕地生产力未达到气候生产潜力,尚有一定的开发潜力;实际人口在中国大部分地区均没有超出气候资源潜在可承载的最大人口,然而在少数省市(如生态环境脆弱的青海省以及经济发达的大城市及沿海地区)已超出。     

全球升温1.5℃时北半球多年冻土及雪水当量的响应及其变化

本文基于耦合模式比较计划第5阶段（CMIP5）的17个全球气候模式,确定了1.5℃温升（相对于1861-1880年）的发生时间,预估了全球升温1.5℃时,北半球冻土和积雪的变化,并对预估结果的不确定性进行了讨论。结果表明,全球平均地表温度在3种排放情景下（RCP2.6,RCP4.5,RCP8.5）分别于2027、2026、2023年达到1.5℃阈值。当全球升温1.5℃,北半球多年冻土南界北移1°～3.5°,冻土退化主要发生在中西伯利亚南部。多年冻土面积在全球升温1.5℃时,在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5排放情景下较1986-2005年分别减少约3.43×10⁶ km²（21.12%)、3.91×10⁶ km²（24.10%）和4.15×10⁶ km²（25.55%);北半球超过一半以上的区域雪水当量减少,只在中西伯利亚地区略微增加;北美洲中部、欧洲西部以及俄罗斯西北部减少较显著,减少约40%以上。青藏高原多年冻土面积在RCP2.6、RCP4.5以及RCP8.5排放情景下分别减少0.15×10⁶ km²（7.28%)、0.18×10⁶ km²（8.74%）和0.17×10⁶ km²（8.25%)。青藏高原冬、春季雪水当量分别减少约14.9%和13.8%。     

1961—2020年郑州主城区大气自净能力变化特征分析

利用郑州市主城区1961—2020年气象观测资料和2014—2018年空气质量监测数据,分析了郑州主城区大气自净能力指数的长期变化趋势与影响因子以及2014—2018年主城区大气自净能力与PM_2.5的关系。结果表明：郑州主城区大气自净能力指数30 a气候均值为4.42 t·(d·km²)^-1,春季大气自净能力最强,为5.20 t·(d·km²)^-1;秋季大气自净能力最弱,为3.88 t·(d·km²)^-1,不利于对大气污染物的清除。1961—2020年郑州主城区大气自净能力呈显著的减弱趋势,其中1969年最强为6.85 t·(d·km²)^-1,2020年最弱为3.06 t·(d·km²)^-1。影响因子中,1961—1980年混合层厚度与大气自净能力指数呈正相关;日平均风速≥2.5 m·s^-1的日数和小风日数与大气自净能力分别呈...     

陆面模式中氮循环过程的引入Ⅰ:模式介绍及站点验证（英文）

陆地生态系统氮循环对碳循环过程及其对气候变化的反馈具有重要的影响,但当前陆面模式多数都没有考虑氮循环过程对碳循环过程的限制。本研究基于氮在土壤-植被-大气中的传输交换过程,将氮循环过程引入到陆面模式AVIM(Atmosphere-Vegetation Interaction Model)中,发展形成包含碳氮耦合过程的新版模式AVIM-CN。与2004-05年当雄生态系统定位站通量观测数据相对比,模式中引入氮循环过程后,高寒草甸的总初级生产力模拟值从1.1403 gC m^-2d^-1降到了0.7073 gC m^-2d^-1,前者更接近通量站的观测值0.5407 gC m^-2d^-1。生态系统呼吸的模拟值也从1.7695 gC m^-2d^-1降到了1.0572 gC m^-2d^-1,更接近对应的通量观测值0.8034 gC m^-2d^-1。整体而言,在模式中考虑氮的限制作用后,当雄站的热量通量和碳通量的模拟值更接近实测值。不考虑氮过程对碳过程的限制,模式高估了约40%的陆地生态系统碳通量。     

贵州乌江流域植被NPP的时空分布及其对气候变化的响应

基于MODIS/NDVI数据和贵州省地面气象观测资料,估算了2000—2020年贵州乌江流域的植被净初级生产力(NPP),采用相关分析、多元线性回归等方法,对流域植被NPP的时空分布特征及其对气候变化的响应关系进行研究,结果表明：(1)近21 a贵州乌江流域植被NPP呈显著增加的趋势,平均每10 a增长率为74 g·C·m^-2。流域内植被NPP的空间分布不均匀,大部分地区在780 g·C·m^-2以上。(2)植被NPP与气温、日照时数具有显著的相关性。在NPP与气温的相关系数空间分布中,流域大部分地区以正相关为主,显著正相关区占到流域面积的69.98%。NPP与日照时数的相关性中,空间分布以正相关为主,其中显著正相关分布较为零散,主要集中在流域中南部和下游中部地区,西部和下游的南北部为负相关。NPP与降水的相关系数空间分布上仍然以正相关为主,显著正相关主要出现在西部边缘、中部和下游南北部地区,而负相关分布在流域的西南部、下游中北部地区。(3)植被NPP与不同气候因子的响应关系中,人类活动的影响作用显著并且具有差异性。此外,该文基于气候因子尝试建...     

2013～2020年北京市城区PM2.5及其化学组分正增长机制研究

2013年以来，北京市城区细颗粒物(PM_2.5)质量浓度年均值呈逐年降低趋势，但PM_2.5重污染事件仍旧频发，污染出现快速甚至爆发增长的成因和理化机制仍存在诸多不确定性。基于北京市城区2013～2020年常规气象要素、PM_2.5及其化学组分观测资料，分析了PM_2.5在缓慢、快速和爆发三种增长机制下的颗粒物浓度和组分的阈值及其与气象条件的相关关系。结果表明，2013～2020年，北京市城区PM_2.5在增长时段(1～24 h间隔)中平均累积速率呈逐年放缓的趋势，大气污染累积阶段中缓慢增长的比重逐年升高。在判别标准逐渐严苛的前提下，爆发增长的比重逐年变化不大(4%～7%)。2013～2016年爆发增长的PM_2.5浓度阈值为62μg m^-3,2017年后，该阈值严苛至45μg m^-3。82μg m^-3为2018年以来极易出现PM_2.5爆发增长的界限值，高于此值后爆发增长的概率将...     

基于不同土地利用产品的华东地区夏季陆气相互作用模拟研究

土地利用和土地覆盖变化(Land Use and Land Cover Chang,LUCC)通过影响局地陆面过程及陆气相互作用进而影响局地天气和气候。为探究LUCC产品对陆气相互作用的影响,本文采用了三套LUCC产品,包括USGS、Landsat和MODIS,模拟研究不同LUCC产品对华东地区土壤和近地面温度、湿度的影响。结果表明,不同LUCC产品的土地利用类型差异主要在城市、农田和以草地、森林为主的自然植被。与USGS产品相比,Landsat和MODIS产品的城市和森林面积分别增加了2%和15%以上,农田面积则减少了17%左右。模拟结果表明,Landsat和MODIS产品的城市面积增加导致该区域的土壤温度和湿度增加,感热通量分别增加了28.1 W·m^-2、68.3 W·m^-2,潜热通量分别减少了28.3 W·m^-2、81 W·m^-2,这使得2 m气温增加了1.5℃左右,相对湿度减小了约9%。USGS产品中的农田和草地在Landsat和MODIS中改变为森林也使得土壤温度、湿度和近地面能量通量、温...     

近30年甘肃省主要湖泊面积变化及其影响因素分析

内陆湖泊是气候变化敏感的指示器，开展湖泊变化时空演变及成因分析，不仅对水资源利用与管理具有重要的科学价值，而且对于揭示区域气候变化，反映人类活动影响也具有十分重要的意义。本研究采用基于对象影像分析(Object-Based Image Analysis,OBIA)的种子增长法，提取了甘肃省7个典型湖泊从1986-2017年的面积变化，尾闾型湖泊中，大苏干湖面积最大，1986-2017年面积均在60 km²以上；青土湖面积最大达到20 km²以上；小苏干湖面积维持在11～12 km²，变化相对稳定，干海子面积在2 km²以下，波动较大。河源型湖泊中尕海面积在2.9～12.56 km²，面积波动较大，德勒诺尔和天池面积均在2 km²以下，其中德勒诺尔面积波动较大，天池面积波动相对较小。依据湖泊面积的变化特征，通过聚类分析方法将甘肃省7个典型湖泊分成两类，第一类包括尕海、青土湖和大苏干湖，湖泊面积整体呈增加的趋势；第二类包括德勒诺尔、小苏干湖、天池和干海子，湖泊...     

基于MODIS的我国北方农牧交错带植被生长特征

基于2000—2006年 (2004年缺)6年MODIS每8 d的总生产力资料以及我国农业气象观测站点牧草的物候观测资料, 定量分析了我国北方农牧交错带植被以及牧草生长特征。结果表明:我国北方农牧交错带植被的年均GPP (Gross Primary Productivity, 总初级生产力) 从2000—2006年呈现出波动性的变化特征, 年平均值为234.45 g C · m-2。对该地区植被的GPP与同期气候要素的分析显示, 气温是影响该地区植被生长的主要气候因素, 降水其次。对牧草物候期的GPP分析表明, 不同地区牧草的物候期对应的GPP值不同; 牧草在开花期时GPP最大, 在出苗期和黄枯期时GPP相对较小, 但是同一地区牧草的出苗期和黄枯期GPP值相差不大。     

沈阳城市绿地土壤呼吸时空变化特征

以沈阳市4类植被配置方式24块城市绿地为研究对象,探究城市绿地土壤呼吸速率的时空动态变化规律及其影响因素。结果表明：土壤呼吸速率具有显著的夏季高、冬季低的季节动态规律性,偏相关分析显示,土壤温度与土壤呼吸时间动态变化显著相关。此外,植被配置方式对绿地土壤呼吸速率的影响存在差异：稀乔（5.68 μmol·m^-2·s^-1）>乔草（5.66 μmol·m^-2·s^-1）>乔灌（4.75 μmol·m^-2·s^-1）>乔灌草（3.84 μmol·m^-2·s^-1）,稀乔和乔草土壤呼吸显著高于乔灌草配置。空间异质性分析显示,由疏透度导致的地表土壤温度差异,加之土壤有机质等养分条件差异可能是不同植被配置城市绿地土壤呼吸速率出现差异的主要因素。冬季和夏季拟合结果对比显示土壤温度是影响城市绿地碳排放空间异质性的主要因素,因此,如何通过合理的植被配置减少直达地表光照辐射、降低土壤温度是实现城市绿地减排的重要选项。     

中国东北地区重污染事件气溶胶浓度变化与天气形势分析

近年来中国东北地区污染事件频发,为揭示该地区重污染天气分布特征,利用2014—2017年中国东北地区40个城市空气质量数据及对应的高低空天气形势资料,统计分析得到中国东北地区大气污染状况的变化特征以及区域重污染事件的天气学特征。结果表明：2015—2017年中国东北地区PM_2.5和PM₁₀年平均质量浓度呈下降趋势,其中PM_2.5年平均质量浓度下降的更快,PM_2.5最大值出现在辽宁和吉林中部地区约为90—100 μg·m^-3,SO₂年平均质量浓度较高值分布在辽宁西部地区约为50 μg·m^-3,而NO₂最大值出现在沈阳—长春—哈尔滨一带,约为45 μg·m^-3,CO质量浓度最大值分布在东北沿海地区约为1.6 mg·m^-3,相反中国东北地区O₃年平均质量浓度呈上升趋势,最大值出现在沿海的大连及营口等地,约为100 μg·m^-3。污染物浓度变化具有鲜明的季节变化特征,不同地区PM_2.5和PM₁₀与AQI最大值均出现在冬季,SO₂冬季质量浓度最大值出现在沈阳（180 μg·m^-3）,NO₂与CO冬季最大值出现在哈尔滨（80 μg·m^-3,1.8 mg·m^-3）。相反,O₃最大值出现在夏季沈阳地区约为140—150 μg·m^-3。重度污染级别（200 μg·m^-3≤PM_2.5 < 300 μg·m^-3）和严重污染级别（PM_2.5>300 μg·m^-3）的空气质量表现出以哈尔滨为中心,向周围迅速减少,辽宁中部又略有增加的特征;中度污染（150 μg·m^-3≤PM_2.5 < 200 μg·m^-3）的天数沈阳>哈尔滨>长春,轻度污染（100 μg·m^-3≤PM_2.5 < 150 μg·m^-3）的天数是沈阳>长春>哈尔滨。引发中国东北地区重污染的天气形势大致可分为高压型,低压型和北高南低型3种,出现比例分别为62%、27%和11%;高压型850 hPa高压脊东移经过中国东北地区,地面处于高压南部或弱高压中心,有时在黑龙江北部或辽宁西南部连续有弱小的低压生成并快速东移过境;低压型850 hPa低压系统发展并东移经过中国东北地区,地面处于低压后弱高压中;北高南低型850 hPa和地面中国东北地区受北面高压和南面低压的共同影响。     

围栏封育下藏北高寒湿地和高寒草原水热通量特征研究

围栏封育作为直接有效的退化草地恢复治理模式,广泛应用于青藏高原退化草地恢复。围栏封育显著提升植被覆盖并改变地表与大气之间的水热交换,然而当前对其如何影响高寒生态系统水热通量的定量研究不足,缺乏对影响机制的认识。本研究以藏北腹地典型高寒湿地和高寒草原为研究对象,采用涡度相关技术开展禁牧-放牧配对观测,并基于围栏内外2019年7月至2021年6月连续两年的观测数据,探究围栏封育后的地表水热平衡变化,以提升对围栏封育改变地表水热通量机制的认知。结果显示：高寒草原和高寒湿地生态系统水热通量均表现出明显的单峰型日变化特征,且分别以感热作用(波文比为1.60)、潜热作用(波文比为0.31)为主导向大气传输能量。围栏封育降低了高寒草原地表通量值,感热通量减小5.99 W·m^-2,潜热通量减小4.84 W·m^-2;围栏封育提升了高寒湿地的地表通量值,感热通量增加3.04 W·m^-2,潜热通量增加30.95 W·m^-2,围栏封育后高寒草原感热通量和潜热通量日均值均下降,高寒湿地则增加。围栏封育对地表能量通量影响强度集...     

近50年桂西北地区农业气候生产力时空变化特征——以河池为例

以河池市为例,利用 1971—2020 年该市平均气温、降水量等气象观测资料,使用 Thornthwaite Memorial 模型等方法研究了河池市农业气候生产力时空变化特征。 结果表明,近 50a 河池市平均气温整体呈一定的上升趋势,升温速率平均为 0.153℃·(10a)^-1;年总降水量呈微弱增加趋势 ,变化速率为 17.01mm·(10a)^-1;农业气候生产力总体呈上升趋势,其变化速率为 10.401(kg)·(m²·a)^-1·(10a)^-1,且距平波动较大,正距平年份多于负距平年份,空间分布为西低东高,倾向率呈自西向东逐渐增加的特征。     

2015年华北地区上甸子大气本底站PM2.5化学组分特征及来源分析

根据2015年上甸子区域大气本底站PM_2.5样品采集数据,分析PM_2.5质量浓度及其化学组分变化特征,应用质量闭合、后向轨迹、潜在源等方法分析其来源。结果表明：2015年上甸子站PM_2.5质量浓度年平均值为44.9μg·m^-3,春季、夏季、秋季、冬季均值分别为58.1、30.9、39.7、51.3μg·m^-3,与2009—2010年相比分别降低了33%、56%、46%、9%。SO₄^2-、NO^-₃和NH⁺₄质量浓度年平均值分别为8.5±9.2、6.4±8.3、3.9±4.7μg·m^-3,有机碳、元素碳浓度年平均值分别为8.9±6.3μg·m^-3、1.6±1.2μg·m^-3。NO^-₃与SO₄^2-浓度日...     

基于光学遥感和微波遥感的土壤水分反演模型研究

选用2020年5月17日Sentinel-1和Landsat 8影像数据,结合田间人工测墒数据,以辽宁省朝阳市为例,分别利用植被温度指数法和光学协同微波遥感反演算法反演土壤水分,构建高精度土壤水分预报模型。结果表明：基于光学遥感的植被温度指数(TVDI)不能较好反演农田土壤水分;微波反射能够较好反馈土壤水分的空间变化,Sentinel-1雷达数据VV极化对土壤水分的拟合精度(R²=0.71)优于VH极化(R²=0.27);基于全球植被水分指数(GVMI)改进的水云模型效果最优(R²=0.80)。利用微波和光学遥感协同反演,能够反演得到高空间分辨率、高精度的农田土壤水分数据,有助于农业干旱的监测。     

黑龙江省龙凤山区域大气本底站气溶胶光学特征分析

利用2010—2020年黑龙江省龙凤山区域大气本底站气溶胶光学特性长期观测资料, 分析并探讨了背景地区气溶胶光学厚度、波长指数、单次散射反照率、粒子体积谱分布以及气溶胶直接辐射强迫效应的变化特征。结果表明: 龙凤山区域气溶胶光学厚度最高值出现在7月, 平均值为0.67;最小值出现在12月、1月和2月, 平均值分别为0.17、0.02和0.18;气溶胶光学厚度在17时达到最高值为0.39。气溶胶波长指数在4—5月最低, 平均值分别为1.20和1.21;12月最高, 平均值为1.74;波长指数在12时达到峰值, 为1.44。单次散射反照率最低值分别出现在4月、8月和10月, 平均值分别为0.84、0.82和0.84;气溶胶单次散射反照率在12时出现峰值, 为0.95。龙凤山区域春季气溶胶粗粒子体积分数最高值出现在5月, 为0.04 μm³·μm^-2, 有效半径为3.85 μm; 夏季气溶胶细粒子体积分数最高值出现在7月, 为0.06 μm³·μm^-2, 有效半径为0.19 μm; 秋冬季龙凤山背景地区气溶胶细粒子和粗粒子体积分数均进一步减小。龙凤山区域地面和大气层顶气溶胶直接辐射强迫最高值均出现在7月, 分别为-94.44 W·m^-2和-22.33 W·m^-2。