全球降水观测计划多卫星联合反演降水产品的极端降水监测潜力研究

基于全国自动站与CMORPH融合降水数据集,综合评估全球降水计划（GPM）下的IMERG与GSMaP的4套纯卫星降水数据,从极端降水指标、极端降水事件探测能力、对于不同历时的极端降水事件精度评估3个方面研究纯卫星降水产品监测极端降水的能力。依据极端降水的阈值将研究区分为3个区域进行研究,结果表明：（1）在RX1指标中,IMERG、GSMaP数据均在受季风影响的复杂地形区域呈现出明显的高估状态,在其余地区存在不同程度的低估现象;在R95pTOT指标中,卫星数据均表现较好,与地面参考数据具有较高的相关性。（2）在极端降水事件探测方面,4套纯卫星产品在东北地区的表现均优于其他区域;GSMaP表现优于IMERG数据,具有较低的误报率,但对极端降水的反演精度较低。（3）在不同历时的极端降水事件精度评估中,IMERG、GSMaP卫星降水产品在历时较长的极端降水事件中的表现较好,具有更高的精度;对于极端日降水事件,卫星降水产品在高雨强下的误差显著性十分明显,远远高于复杂地形对卫星降水反演精度的影响,导致卫星降水在复杂地形区域（Ⅲ区）的表现优于其他区域。总体上,IMERG产品在研究区对极端降水的监测能力优于GSMaP产品,其中又以IMERG_Late表现最佳;4套卫星降水产品均能表现出研究区的极端降水区域特征,但在研究区大部分区域呈现出低估状态,卫星降水产品对于雨强的误差订正仍是未来极端降水反演的重点与难点之一。     

长江中下游地区自然灾害社会脆弱性及其影响因素研究

面对日益严峻的气候变化形势,开展区域社会脆弱性的研究有利于更好地应对极端气候事件及相关灾害。为研究长江中下游地区社会脆弱性的空间分布及其社会经济文化驱动因素,参考So VI模型的指标体系选取36个指标对我国长江中下游的65个研究单元进行评价,采用因子分析法得到社会脆弱性的7个主要影响因子,据此得到最终的社会脆弱性指数及其分布。结果表明:长江中下游各地社会脆弱性差异明显,总体上呈现西高东低的态势。     

三峡工程的蓄水对长江中下游河床安徽段的影响研究及对策

长江三峡工程蓄水后,水流和输沙的改变会引起长江中下游河床的变化。本文采用了长江安徽段5个测次的1∶10000长程水道地形图和大通水文站历年的流量、泥沙资料,通过对比分析可以看出：三峡建成后,上游来沙减少,清水下泄导致了长江中下游安徽段河道发生了异常的冲刷和淤积,引起局部河势发生了较大变化。基于成因,对长江中下游干流河道安徽段存在的主要问题进行了阐述和分析,并对中下游干流河道的治理对策与措施进行了探讨。     

黑龙江省1959—2016年极端气温时空变化特征

为了掌握黑龙江省极端气温的变化规律,本文遴选黑龙江省27个气象观测站1959年1月—2016年12月逐月平均气温、极端最高(低)气温资料,运用趋势拟合、Mann-Kendall方法和GIS平台的空间插值方法,开展近58年黑龙江省极端气温时空变化规律研究.结果表明:1959—2016年,黑龙江省平均气温、极端高/低温整体表现出明显增温趋势,平均增温率分别为0.322℃·(10 a)-1、0.631℃·(10 a)-1、0.201℃·(10 a)-1.黑龙江省平均气温整体表现为随纬度增加而降低的空间分布特征,极端最高气温整体表现为由西南向东北方向随着纬度、经度增加而降低的空间分布特征,极端最低气温整体表现为由东南向西北随着纬度增加而降低的空间特征.通过平均气温变化率和极端气温变化率的对比分析,发现极端最低气温对气温变化贡献较大.     

青藏高原极端气温指数时空格局及可持续性分析

青藏高原是典型的气候变化敏感区域,研究高原极端气温情况是探索区域气候变化情况的重要内容。本文利用青藏高原地区1960—2012年98个气象观测站点的气温实测记录,计算了昼夜极端温度指数、年均温度最值等极端气温指数,以线性趋势分析和Hurst指数为基础,对高原气温变化的时空趋势及可持续性进行统计性推断和预测。结果表明:1)青藏高原冷、暖指数对应温度值均显著增加。冷昼指数下降速度最快的是高原的中南部及北部区域;暖昼指数在高原东北部稳定增加;高原北部和南部分别是冷夜、暖夜指数变化最显著的区域。2)除东北和中南部分区域略有反持续性现象,青藏高原典型极端气温指数Hurst指数均表现为较强或强持续性,集中分布于中东部及东南部区域,且在各站点具有相近的空间分布特征。年均最值Hurst指数普遍较高和未来趋势持续性较强。     

基于GIS的金沙江流域(云南段)地形差异对降水空间分布影响研究

金沙江流域水资源丰富,流域径流补给以降水和雪山冰雪融水为主,降水量的多少直接影响区域水量的大小。本文以金沙江流域(云南段)为研究区域,利用气象观测站降水资料、2014—2018年月平均降水量数据,运用ArcGIS获得研究区年平均降水估算量,利用金沙江流域站点降水数据、DEM数据分析地形对降水量分布的影响和时空特征。研究表明：春季研究区降水分布呈现出西高东低的分布特征,受到地形影响,降水主要集中在流域上段区域,经纬度对降雨有促进作用。夏季研究区降雨显著增加,降雨量受季风影响较大,流域降水量整段都有上升趋势,经纬度和坡度对降雨量的影响较大。秋季研究区降雨量呈下降趋势,降雨量分布特征为西低东高。冬季研究区降雨有所减少。     

全国极端气温事件的空间关联模式挖掘研究

根据全国739个气象台站1961年1月至2005年12月的逐日气象数据记录建立时空序列数据集,提取极端高温事件和极端低温事件。结合传统关联规则挖掘技术和地理空间数据分析方法,对极端气温事件数据集进行了空间关联模式的分析。实验结果显示,所得空间关联模式中涉及的区域在空间上具有明显的聚集性;在东北、华中两个局部地区的台站中,极端气温事件的发生存在较强的关联规则（支持度阈值6%,置信度阈值95%）,而在其他区域的台站中,极端气温事件不存在类似的关联规则,且极端高温事件的关联规则数量要明显高于极端低温事件。对存在关联规则的台站进行空间分析发现,同一关联规则内的各台站具有空间邻近性,其邻近范围约为200 km。以上空间关联模式的挖掘分析,可以为我国极端气温事件的预警和防控提供有价值的参考。     

典型遥感降水产品的水文模拟性能评估

遥感降水具备大尺度、近实时、高精度等优点,现已被广泛应用于流域水资源评估和生态环境保护的研究。但遥感降水产品众多,性能差异较大,不同产品在特定流域的适用性需要进行综合评估。本研究以渭河流域的4个子流域为研究区,以国家气象局（CMA）逐日降水格点数据集为标准,借助ABCD水文模型,评估了5种典型的遥感降水产品（CHIRPS v2.0,CMORPH v1.0,PERSIANN-CDR,TRMM,MSWEP v2.0）对降水等级和水文过程模拟的性能。（1）在捕捉降水的时空变化格局方面,TRMM产品表现出较好的性能;（2）在基本统计指标和分类统计指标方面,多源集成产品MSWEP明显优于其他4种产品;但各遥感产品对中雨和大雨,尤其是大雨的预测效果欠佳;（3）在径流模拟方面,以TRMM降水作为输入时,ABCD模型模拟径流的效果明显优于其他遥感产品,其NSE在渭河上游、泾河上游、马莲河和北洛河分别达到了0.66、0.46、0.56和0.55。TRMM产品在捕捉降水空间格局和径流模拟方面优越,而MSWEP的统计性能较为优越。本文的研究结果,可为半干旱半湿润区域水文和气象等应用研究,在遥感降水数据源的选...     

澜沧江流域2000-2017年植被NDVI时空特征及其对气候因子的响应

基于MODIS-NDVI数据分析澜沧江流域生长季植被NDVI时空特征和变化趋势,结合地形数据、气象站点数据和植被类型数据,利用趋势分析和相关性分析法研究植被NDVI变化对气候因子的响应。结果表明:1)2000-2017年澜沧江流域生长季植被NDVI均值为0.592,整体呈现出由西北向东南波动增加趋势,增长速率为0.09%/10年;2) 2000-2017年澜沧江流域气温呈上升趋势,降水呈下降趋势,植被NDVII总体与平均气温的相关性高于累积降水量;3)澜沧江流域生长季植被NDVI驱动因子分析表明,气候驱动中以气温降水联合驱动为主,流域植被NDVI变化整体为非气候驱动。     

2001—2019年长江中下游农业干旱遥感监测及植被敏感性分析

长江中下游地区是中国最重要的粮食产区之一,近年来,由于极端天气影响,长江中下游地区的农业生产时常受到干旱灾害威胁。利用植被条件指数(vegetation condition index, VCI)、温度条件指数(temperature condition index, TCI)及植被健康指数(vegetation health index, VHI)对2001—2019年长江中下游地区农业干旱的时空演变情况进行监测,探究长江中下游地区VCI、TCI在VHI指数中的最优权重比例,挖掘不同植被对干旱的敏感性差异,同时基于气候变化背景分析长江中下游六省一市的干旱趋势。结果表明,VCI和TCI指数能够分别反映地区植被生长异常和热量异常;当VCI和TCI的权重分配比为7∶3时,VHI指数能够结合两种指数的特点,在长江中下游地区农业干旱监测上更有优势;不同植被对干旱的敏感性不同,在长江中下游地区,农作物对干旱的敏感性最高,森林最低,草地介于二者之间;在气候变化背景下,近20年来,长江中下游地区呈现逐渐湿润的趋势,干旱风险逐步降低,其中湖北、湖南、安徽、江西和浙江等地湿润趋势明显,而江苏和上海地区湿润趋势较弱,在极端气候下仍存在一定的干旱风险。相关结果能够为长江中下游地区各省市旱情预警及抗旱措施制定、区域农业生产管理提供参考。     

基于极端随机树的闪电河流域土壤水分反演

土壤水分在地表动植物生存、大气—地表间的能量和物质循环中承担着重要的角色,对水循环、气候变化、农业监测、生态环境、地质灾害等应用指标的大面积监测具有重要意义.但由于土壤类型、土壤结构条件、地形特征、植被环境以及人类活动等因素的影响,土壤含水量的分布存在空间异质性特点,对较大区域(例如流域尺度)的土壤水分分布进行监测仍然...     

辽宁省气候变化与厄尔尼诺相关性分析

为了探讨近50年来辽宁省气候变化特征及其与厄尔尼诺的关系,文章根据1965—2013年辽宁省23个气象站点的降水、年均气温数据与表征厄尔尼诺南方涛动(ENSO)事件的热带太平洋海表温度距平和南方涛动指数资料,利用气候倾向率、M-K突变检验以及反距离权重插值等方法进行分析研究,结果表明:1965—2013年辽宁省降水量由东南向西北逐渐减少,在多个时间段内发生突变现象;气温有显著的上升趋势,并在空间上呈现由东北向西南逐渐增加的趋势;降水变化与ENSO事件强度存在着一定的负相关性,而气温变化与ENSO事件强度没有显著的相关性。     

利用卫星观测数据评估GLDAS与WGHM水文模型的适用性

利用2002—2012年的GLDAS和WGHM模型模拟水文产品,以及重力恢复与气候试验卫星（Gravity Recovery and Climate Experiment,GRACE）观测数据,计算了全球范围内30个主要流域的水储量变化时间序列,从模拟数据与观测数据的年周期振幅、长期趋势项及时空分布一致性等几个方面,对GLDAS和WGHM进行了评估。结果表明,GLDAS的4个子模型都表现出了明显的季节性变化,CLM年周期振幅输出最小,MOSAIC和VIC最大,NOAH居中,且最接近4个子模型的平均值。与GRACE结果相比,约80%流域的GLDAS与WGHM模型年周期振幅输出呈明显低估现象,且GLDAS的低估程度大于WGHM,但靠近北极高纬度地区的流域有相反的情况出现。在长期趋势项方面,三者结果差异较大,尤其是对于面积较小且人类活动影响较大的流域,GLDAS与WGHM模型不能充分反映人类活动的影响,模型输出表现较差,GRACE结果更接近实际情况。此外,还研究了流域水储量长期变化趋势与灌溉率的关系,发现呈现明显下降趋势的流域主要集中在高灌溉率（>10%）地区,而灌溉率是影响流域水储量变化的重要因素之一。     

中国人口生育率的时空演变与空间差异研究

将探索性空间数据分析应用于低生育水平下的全国生育率区域差异研究,分析了1990～2000年省级总和生育率的时空演变趋势。研究表明,省级生育水平表现为显著正的空间自相关,且呈上升趋势,其中西藏、贵州两个潜在的极高值区域对空间自相关模式有很大的影响;全国仍呈现明显的东西差异,高值聚集模式由西部、中部向西部边缘收缩,西北、西南地区呈现显著性的高值聚集模式,空间差异较小,但四川比邻近地区的生育水平低;低值聚集模式从北部、沿海向中部扩张集中,空间差异较大,仅吉林、北京-天津、江苏表现显著。     

火星Evros Vallis与塔里木盆地开都河流域河网形态和水文特征比较

从比较行星学的角度,开展火星典型河网和地球类比区河网对比研究,对深入理解火星表面河网产生、发展和消亡的时空演变过程,甚至对探索火星古老生命遗迹均具有重要意义。分别基于MOLA和ASTER GDEM高程数据,提取了火星Evros Vallis和新疆塔里木盆地开都河流域的河网水系,定量计算并比较了各级河流平均长度、各级河流平均弯曲系数、河网密度、河道密度、河道比降、河网分维数等河网形态与水文特征参数。结果显示:(1)Evros Vallis流域各级河流平均长度是开都河流域长度的1.4—2.5倍,说明Evros Vallis流域河流的规模普遍较大;(2)Evros Vallis流域各级河流平均弯曲系数为1.19,为平直河流;开都河流域各级河流平均弯曲系数均值为1.35,为弯曲河流;(3)Evros Vallis和开都河流域的河网分维数分别是1.63和1.70,表明这两个流域的地貌发育均处于幼年期刚刚结束,壮年期才开始的阶段,但前者的河网密度和河道密度均远小于后者,说明其整体发育程度小于后者;(4)Evros Vallis干流纵剖面整体呈现下凹趋势,河道相对平缓,比降为1.63‰;整个开都河干流的河道比降为3.74‰,其纵剖面整体形态可划分为两部分,河源这一段为下凹型,河道较平缓,比降为2.54‰,河口这一段为上凸型,河道较陡峭,比降为5.18‰。Evros Vallis的流域形态与水文参数与地球上自然形成的流域的形态与水文特征参数非常相似,并且其干流河道内还能观察到心滩等典型河流地貌、河流干涸过程中形成的泥裂以及表明水/冰曾存在的壁垒撞击坑,这些特征强烈显示该流域是长期水流冲刷侵蚀形成。     

近40年(1982年—2018年)中国草原区干湿变化趋势分析EI北大核心CSCD

在全球变暖影响下,由降水、气温等气象要素所主导的干湿条件在全球或区域上均发生了明显变化,中国草原区对气候变化敏感、具有明显的生态脆弱性特征,因此研究中国草原区的干湿变化趋势非常重要。本研究基于干旱指数分析了1982年—2018年中国草原区的干湿程度时空变化趋势。结果表明,1982年—2018年中国草原区的干旱指数呈不显著上升趋势。2005年前后两个时期中国草原区表现出显著的趋势差异,1982年—2005年中国草原区干旱指数呈下降趋势,即干旱程度增加,而2006年—2018年呈增加趋势,该时段湿润化明显。2006年之后的中国草原区湿润化趋势源于该地区降水持续增多,而增温停滞导致潜在蒸散发不再升高。分区域来看,1982年—2005年内蒙古草原区干旱指数呈下降趋势,2006年—2018年呈上升趋势;西北草原区在1982年—2005年和2006年—2018年两个时间段干旱指数均呈上升趋势;青藏草原区在1982年—1994年干旱指数呈下降趋势,1995年—2018年呈上升趋势。     

河流自动选取中的分级优化

水系是具有高度结构化特征的复杂空间数据,在不同水文条件和地形环境下发育的水系形态可以表现为多种模式,如格状河系、羽毛状河系、平行状河系等,使得水系选取具有较大难度。探讨了河流分级(汇流区域特征)、河网结构层次化(河流分布的地理特征)与水系选取之间的关系,提出了基于流域的河流自动选取,从河流的局部重要性出发,考虑河流的分级主要基于两点:一是确定选取单元为流域;二是对流域内河流通过等级关系选取高等级河流,同等级间河流根据长度、密度、河流间距离等综合指标进行选取。     

卫星动态观测数据揭示中国地表色调分布及时序变化特征

本文对2001年—2010年的MODIS光谱反射率数据进行时空聚类,得到2001年—2010年8天合成的色调信息,并初步分析了中国地表色调的时空分布格局及变化趋势,得出以下主要结论:(1)中国地表主色调主要由代表植被的绿色、裸土的褐色、裸土与植被混合的黄色、水体的蓝色以及冰雪的白色这5种颜色组成。分布在西北地区的褐色在一年中4个季节都为主色调。NDVI值较低的绿色光谱簇在春秋冬3个季节都为主色调,分布在南方的热带、亚热带针叶林以及灌木区。NDVI值较高的绿色光谱簇只在夏季一个季节为主色调,分布在长江中下游、华南、西南以及东北部分地区。永久白色主要分布在西藏、青海、四川等多年积雪地区。(2)黄淮海平原农业区色调在一年中呈现褐色—绿色—褐色—绿色—褐色的变化,与第一轮生长—间歇—第二轮生长物候历一致。长江中下游以及华南水稻播种和插秧时节有独特的光谱簇,呈现出植被与水体混合的特征。从华南地区、长江中下游地区到河北、陕西、甘肃、宁夏再到黑龙江,从南到北呈现出作物播种时间推迟、收割时间提早、生长期变短的现象。(3)甘肃北部、四川北部、山西北部、河北北部是年际主色调在绿色和黄色之间变化最为频繁的区域。这些年际主色调变化频繁区域也是中国绿度变化最显著的区域,也是在LUCC分类中易产生错误的地区。     

基于时序InSAR的成都地铁沿线形变时空特征分析

采用PS-InSAR技术,基于Sentinel-1A卫星数据对覆盖开通运营3年时间内成都地铁3、4、7号线周边500 m范围的区域进行形变监测,并分析相对典型的形变区域的时空特征以及影响因素,最后利用Holt指数平滑模型对区域的形变进行预测。研究表明,成都市主城区的形变趋势表现为沉降情况较稳定西北方向抬升,东南方向沉降;形变速率在-15～15 mm/a内,且局部地区的沉降相对较明显,根据Holt指数平滑模型的预测值显示,几个典型沉降区域仍具有持续沉降的趋势,最后分析地铁沿线形变的主要原因为浦江-新津断裂带的活动以及城市建设等。     

河西地区NDVI变化及其对气温和降水的响应

针对不同地区植被变化对气温和降水的响应不一致的现象,该研究基于MODIS-NDVI遥感影像及同期33个气象站点数据,采用斜率分析和相关分析等方法,探究了河西地区2000-2017年生长季植被覆盖的年际和年内变化及其与气候因子的关系.结果表明:河西地区生长季NDVI的总体水平偏低,空间上由东南向西北逐步递减;近18年,河西地区NDVI的趋势变化为整体增加,增加速率为0.022/(10 a).年尺度上,河西地区NDVI变化与气温相关性较小,主要受降水影响,86.80％的区域与降水呈正相关.月尺度上,植被覆盖随温度升高而逐渐增加,20℃时趋于最大;月降水量在0～60 mm之间时,NDVI随降水量增大而快速增加;超过60 mm后,则稳定在0.16左右.河西地区植被对降水的响应存在2个月滞后性,而与气温则无明显时滞性.