基于ANUSPLIN的京津冀区域逐日气温格点数据集建立方法研究

为建立一个高精度、高空间分辨率的逐日气温格点数据集,满足公共气象服务对于精确信息及实时信息的需要,利用2018年6—8月京津冀区域以及临近省区共3 974个国家级及区域气象观测站质控后的逐日气温资料,采用ANUSPLIN软件对逐日气温数据进行空间内插,得到了京津冀区域逐日气温格点数据集（0.01°×0.01°）,并分别利用反距离权重插值法、普通克里金插值法、样条函数法对逐日气温数据进行空间插值,采用相关系数（Corr）、平均绝对误差（MAE）、平均相对误差（MRE）等作为评估指标来检验插值精度。结果表明：1）ANUSPLIN软件满足了空间插值对精度及曲面平滑度的要求,能直观体现京津冀区域气温由北向南递增的空间分布特征;2）4种插值方法中,基于ANUSPLIN软件的插值结果最优,相关系数平均达0.97,其样本误差在1 ℃之内占比为90.59%,MAE为0.46 ℃,MRE为1.81%;3）插值误差较大的区域位于冀北高原、燕山丘陵及太行山脉一带,高海拔、低站点密度等是造成插值误差的主要原因。基于ANUSPLIN插值方法建立的逐日气温格点数据集具有分辨率高、空间插值误差小的优势,ANUSPLIN对气温的空间分布具有较好的预测能力。     

青海省逐日地面气温数据不同插值方法的对比

为了探索适合地形复杂区青海省的逐日地区气温数据空间插值方法,利用2008年7月青海省48个地面气象观测站获取的逐日气温数据进行插值试验,首先通过对逐日气温值与对应的测站高程进行回归分析,将回归分析得到的气温垂直递减率与数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）该站的高度相乘,并与回归直线截距...     

区域干旱预警标准研究Ⅱ:区域旱涝强度等级划分及其在干旱预警中的应用研究

基于区域气象干旱指数的基本概念和构建方法,计算了中国11个一级气象地理区划的逐日标准化区域气象旱涝强度指数(Regional meteorological Drought Intensity Index,RDI)及标准化区域气象旱涝空间分布差异指数(Regional meteorological Drought variance Index,RDVI),并给出各区域的逐日标准化RDI的旱涝等级划分规则,进一步将区域逐日的RDI和RDVI指数综合使用,对区域气象干旱过程进行较好的分析和判断。通过分析区域RDI和RDVI指数逐日演变,将干旱预警分为三个等级,即红色预警(一级)、黄色预警(二级)和橙色预警(三级),对应于当前时刻的区域RDI指数达到"特别干"、"严重干"和"中等干"等级且未来一周气象干旱等级不会下降,给出了相应的RDVI指数的识别依据,研究了各级区域干旱预警标准,从气象干旱角度进行研究得到的气象干旱预警标准可以为干旱的监测、预警提供科学依据。     

基于ANUSPLIN软件的逐日气象要素插值方法应用与评估

气象要素是资源、环境、灾害以及全球变化等领域研究的数据基础,格点化数据在未来研究应用中显得日益重要。本文基于中国境内667个基本和基准地面气象观测站点的基本气象资料,使用ANUSPLIN专用气候插值软件对1961-2006年逐日气温、降水进行插值,并利用未参与插值的全国1667个加密站点对插值结果的准确性进行检验,同时与反向距离权重法和普通克吕格法等插值方法的结果进行对比。结果表明,利用667个站点使用ANUSPLIN软件进行逐日平均气温插值有92.0%的误差在2.0℃以内,75.0%的误差在1.0℃以内,0.9%的误差在5.0℃以上,平均绝对误差为0.8℃;对逐日降水进行插值,75.0%的误差小于5.0mm,85%的误差小于10.0mm,平均绝对误差为6.4mm,误差大小与降水量呈现出正相关性,对局地强降水的插值效果不好,这可能与参与局部拟合插值的样本数太少有关;同时,夏季的温度插值误差小于冬季,而冬季的降水误差小于夏季。将ANUSPLIN的局部薄盘样条插值结果分别与反向距离权重法和普通克吕格法的插值结果进行对比,显示ANUSPLIN软件的插值误差最小。结果同样表明,适当增加站点数量和提高DEM精度可进一步提高ANUSPLIN软件的插值精度。     

NEX-GDDP和CMIP5对青藏高原地区近地面气象场历史和未来模拟的评估与偏差校正

青藏高原是全球变化研究的热点区域,气候模式模拟是研究该区域气候变化的重要数据来源.本文使用基于中国地面台站的插值格点数据集(CN05.1),对国际气候耦合模式第5次比较计划(CMIP5)及其高分辨率统计降尺度数据集(NEX-GDDP)中15个模式1966-2005年间的逐日最高/最低气温、降水和平均风速在青藏高原区域的...     

基于国家气象观测站逐日降水格点数据的交叉检验误差分析

利用2006-2008年2 403个国家气象观测站地面雨量计的逐日降水量资料,采用与网格点最近的观测站有、无降水确定该网格点有、无降水和Barnes插值方案确定网格点降水大小的混合插值方案,得到全国空间分辨率为0.1°×0.1°（约10km×10km）的逐日降水量格点数据,在此基础上通过交叉检验方法统计格点数据的误差,...     

基于矩阵补全的气象数据推测

传统的气象数据推测大多基于插值方法,而此方法需要近邻台站的完整观测数据,这在很大程度上限制了插值方法的应用。为此,本文提出了一种基于矩阵补全的气象数据推测方法,该方法根据气象数据的近似低秩性来推测缺失数据。首先,选取我国662个气象台站2004—2013年的逐日平均温度和日照时数两种气象要素作为研究对象,通过矩阵奇异值的累积贡献率来检验数据集的近似低秩性。然后设计了两组试验,第1组试验考虑了不同采样概率下各年份的数据推测,第2组试验随机选取某些台站,考虑所选台站数据连续缺测时的推测。最后,使用矩阵补全方法推测缺失数据,采用10a的平均误差作为评价指标。试验结果表明:矩阵补全方法能很好地推测缺失数据,且具有一定的鲁棒性。     

中国地面气温和降水网格化数据精度比较

采用2013年国家气象信息中心逐日的839个中国基准、基本气象站,2419个国家级地面气象站,3万个逐小时中国地面站气温和降水数据,利用ANUSPLIN、SHERPAD和OI插值方法进行网格化,比较了日尺度上不同方法插值不同站网密度站点数据的精度。结果表明:台站点数量多的插值结果,对降水或气温描述的准确性高,相关性随站点密度增加而增大,均方根误差随站点密度增加而减少。不同方法得出的相关性、均方根误差随季节变化明显,且差异较大,并具有月尺度变化特征。夏季站点数量相同的不同插值结果,降水场的相关系数、RMSE等评分指标均优于年平均,气温的相关系数则低于年平均。降水场的评估指标时间序列不确定性更大,波动范围大于气温。国家气象信息中心制作的基于气候背景场OI插值的2419站降水场和考虑高程ANUSPLIN插值的2419站气温的综合评价较好。     

基于气象要素的逐日玉米产量气象影响指数

利用1981—2020年5—9月气象数据与玉米产量数据,通过改进逐日降水适宜度并构建逐日气候适宜度模型,建立基于相似年逐日气象要素的作物生育期气候适宜度序列,利用气象产量与气候适宜指数建立模型,设计逐日作物产量气象影响指数以表征气象条件对作物的影响程度,基于该指数构建东北地区玉米逐日产量预报模型并分析其逐日预报准确率,用以表明该指数的准确性。结果表明:利用3个相似年预报结果加权集成综合相似年逐日作物产量气象影响指数可提高逐日预报准确率,黑龙江年尺度逐日预报准确率年际间波动小于东北其他地区。综合相似年月尺度下,随着玉米发育期的推进和实时气象数据的引入,月尺度平均预报准确率逐渐提高。东北地区玉米产量8月31日的日尺度预报准确率普遍高于7月31日;辽宁日尺度预报差异较大,但随着玉米发育期推进逐日预报产量和实际产量接近,准确率也提高。基于气象要素构建的逐日作物产量影响指数和同期气象影响指数可以定量评估不同时段气象条件对作物产量的影响程度,在一定程度上可提高农业气象业务定量化评价水平。     

引入Himawari-8卫星数据协变量的能见度样条插值方法

在ANUSPLIN薄盘光滑样条插值中,高相关协变量的选取决定了插值结果的精确性。本文选取2017—2019年大雾和霾能见度较差的天气过程,利用183个能见度观测站点对能见度进行插值,引入Himawari-8卫星的通道数据和DEM数据作为协变量对能见度的插值结果进行改进,并对能见度插值结果进行对比分析。研究表明,引入Himawari-8数据和DEM数据作为协变量的能见度插值结果在精度上有显著提高,尤其对雾区和霾区的边界范围和纹理的反演更为准确,基于Himawari-8卫星数据和气象监测站点的观测数据,使用协变量的方法进行能见度插值可以做为能见度监测网格化的一种有效途径。     

我国北方地区苹果干旱时空分布特征

以我国北方苹果主产省为研究区域,基于研究区域内1981—2016年144个气象站点逐日气象数据,结合苹果生育期数据,以干旱指数作为苹果农业干旱指标,明确了研究区域内苹果干旱的空间分布特征及时间变化趋势,结合小波分析方法,揭示了北方苹果干旱发生的周期性规律。结果表明:苹果各生育阶段降水量整体呈由西北向东南增加的趋势,干旱指数空间分布特征呈由西北向东南降低的趋势,苹果花芽萌动-盛花生育阶段干旱程度最大。干旱指数近36年果树萌动-花芽萌动生育阶段呈上升趋势,平均为3.90/（10 a）,花芽萌动-盛花、盛花-成熟以及成熟-落叶生育阶段均呈下降趋势,平均值分别为-3.14/（10 a）,-0.01/（10 a）和-1.65/（10 a）。苹果不同生育阶段干旱存在3种不同尺度的变化周期,其中花芽萌动-盛花生育阶段发生干旱的周期最短,最小周期为2年。     

基于GIS的三门峡市苹果种植气候适宜性区划

为了探明三门峡市苹果气候适应性及种植规模扩展空间,利用三门峡、灵宝、卢氏、渑池4个县级气象站点和苹果种植区及周边19个区域多要素气象站点资料,依据海拔高度将苹果种植区划分为塬区、浅山区和中山区3种区域,运用模糊隶属度评价各区气候因子,筛选出年均气温、年降水量、6—8月平均气温作为区划指标,针对不同气候要素采用克立格或反距离权重的GIS方法进行小网格插值,最终形成精细化的三门峡市苹果种植气候适宜性区划图。区划结果表明:最适宜区多位于三门峡市中部和中南部,适宜区多位于东部和北部,不适宜区为北部边缘地带。当前三门峡市苹果种植主要分布于灵宝中部、南部和陕县西南部,是苹果的主产区和优质区;其他未开展苹果种植的卢氏县北部、陕县东南部处于最适宜区域,渑池县大部分处于适宜区,是未来苹果种植面积扩展的首选地区,但尚需综合考虑土壤、地形、气候等因素对苹果品质的影响。     

2021—2050年河南省夏玉米净灌溉需水量对气候变化的响应

基于河南省17个气象站点观测资料和25个CMIP5模式预估数据,采用BCC/RCG-WG 3.0天气发生器构建区域气候变化情景,集合评估了RCP4.5情景下2021—2050年夏玉米净灌溉需水量较1961—2000年的变化及其空间分布。结果表明：全生育期内气温升高1.8℃,降水增加3.6%,引起作物需水量和有效降水量分别增加5.1%和1.5%,净灌溉需水量增加5.6%。受气温升高和降水减少的双重影响,播种－拔节期净灌溉需水量增幅较大,达到21.3%;拔节－乳熟期尽管有效降水量增加3.0%,但这并不足以抵消气温升高引起的作物需水量增加5.1%的影响,净灌溉需水量仍然增加3.4%;乳熟－成熟期,由于有效降水量增加8.2%,超过了作物需水量增加7.4%的影响,净灌溉需水量减少1.4%。豫西三门峡、孟津和豫西南栾川、西峡等4站在各生育期内净灌溉需水量均有不同程度的增加。     

广东种植青枣气候适宜度评价

为科学指导广东青枣种植及其精细化管理, 以青枣生长发育对光、温、水的需求指标为依据, 结合广东实际生产气候条件, 构建了青枣种植的光、温、水和气候适宜度模型, 定量评价1961-2019年广东青枣各生育期和全生育期的气候适宜度。(1)除清远和韶关北部山区因地势高易受极端低温影响外, 广东大部地区气候条件适宜种植青枣。(2)广东种植青枣历年气候适宜度介于0.49~0.66, 各气候因子气候适宜度以温度最高, 日照次之, 降水最低。(3)青枣各生育期以花期和抽梢期气候适宜度最高, 发芽期次之, 果实生长期和果实成熟期最低; 温度和日照适宜度由高到低的顺序为:花期>抽梢期>果实生长期>发芽期>果实成熟期; 降水适宜度由高到低的顺序为:抽梢期>花期>发芽期>果实成熟期>果实生长期。(4)降水是广东种植青枣的主要限制因子, 对果实生长期和果实成熟期的影响更显著, 未来青枣种植要十分注意秋冬季节的水分调控。      

旺苍县核桃种植气候适宜性区划研究

利用旺苍县50个地面气象站的逐日观测资料,结合旺苍县核桃种植气候适宜性需求,选取年降水量、年平均气温、年日照时数和年≥10℃积温作为气候适宜性区划指标,建立气候因子空间模型,运用GIS技术开展旺苍县核桃种植气候适宜性区划研究。结果表明：旺苍县核桃种植气候适宜性可划分为3类,即最适宜区、适宜区和不适宜区;最适宜区主要分布在旺苍县北部低海拔的高山河谷区,气象条件完全满足核桃种植所需,最适宜核桃种植;适宜区主要分布在旺苍县海拔较高区域,此区域水分条件与日照适宜核桃生长,但热量条件不适宜核桃种植;不适宜区主要集中在旺苍县中部一线及北部高海拔地区,这些区域水分条件和日照同样适宜核桃生长,但热量条件完全不利于核桃种植。     

中国富士苹果种植的气候适宜性研究

基于中国1981-2010年2084个气象台站资料和203个富士苹果种植区分布的地理数据,利用最大熵(MaxEnt)模型和ArcGIS平台,从物种分布机理与品质两方面研究了影响富士苹果在中国分布的主导气候因子及适宜范围,并对其气候适宜性进行区域划分和评价。结果表明,影响富士苹果在中国分布的主导气候因子有8个,富士苹果地理分布的气候适宜范围分别为年日照时数2000-2500 h、年平均气温7-14℃、≥10℃积温3000-4800℃·d、最冷月平均气温-7-0℃、夏季气温平均日较差8-12℃、年降水量400-800 mm、夏季平均气温20-26℃、夏季平均空气相对湿度60%-78%。中国富士苹果的气候适宜区主要分布在黄土高原、环渤海湾和黄河古道,其中,黄土高原区的陕西、山西和甘肃气候适宜度最高,而山东和河北两省富士苹果规模化种植还有较大发展空间。      

冬小麦气候适宜诊断指标确定方法探讨

在考虑土壤水分和降水对冬小麦各生长发育阶段影响不同的基础上,构建了冬小麦水分适宜度计算方法,结合冬小麦温度适宜度和日照适宜度计算模型,建立了冬小麦气候适宜度计算模型.利用不同时段的气候适宜度与冬小麦气象产量的关系,采用加权平均构建了冬小麦播种至某一发育阶段的气候适宜指数.利用历史气候适宜指数最大值、平均值、最小值和冬小麦观测试验资料,建立了冬小麦播种至某一发育阶段的气候适宜程度诊断阈值;并利用该阈值,建立了冀、鲁、豫地区冬小麦播种至某一发育阶段的气候适宜、基本适宜和不太适宜诊断指标,对提升农业气象定量评价服务具有十分重要的意义.     

安徽淮北平原冬小麦气候适宜度分析及作物年景评估

选取安徽省淮北平原37个气象站1960-2016年逐日气象资料,构建气温、降水、日照及气候适宜度模型,分析气候变暖背景下冬小麦气候适宜度时空演变特征,揭示冬小麦生育期气候风险,评判农业气候年景。结果表明：淮北平原冬小麦不同生育期对气候因子适宜程度不同,单要素各生育期适宜度均为灌浆-乳熟期较高,返青-拔节期较低,其中降水适宜度分蘖期最低;全生育期温度适宜度最高、日照适宜度次之、降水适宜度最低,水分是冬小麦生长的限制因子。气候综合适宜度灌浆-乳熟期最高,分蘖期降水适宜度最低,并且其序列变异系数大,常遭遇秋冬连旱,引起产量波动;全生育期气候适宜度呈东高西低分布,淮北中东部较高,而淮北西部及沿淮地区较低,冬小麦生产风险相对较高。1961-2016年全生育期温度适宜度线性增大趋势显著,降水适宜度线性趋势不明显,而日照适宜度呈显著的线性减小趋势;综合来看,全生育期气候适宜度无明显线性增减趋势,空间上淮北东部略有增大,而西部及沿淮地区略有减小,气候风险增加。淮北平原多数年份气候适宜度适中,适宜性偏差年发生概率高于偏好年。基于气候适宜度评判冬小麦气候年景等级,评估结果与实际产量增减情况基本相符,表明农业气候年景模型评估精度能满足业务服务需求,具有推广应用价值。     

河南省夏玉米气候适宜度评价

为定量评价气象条件对作物生长及产量形成的影响,本文依据夏玉米不同发育阶段上限温度、最适温度、下限温度、需水量、需光性等生物学指标,构建了河南省夏玉米气候适宜度评价模型。通过对13个代表站30 a全生育期气候适宜度和相对气象产量进行相关分析,表明该模型能较好地反映河南省夏玉米的气候适宜水平及其动态变化。利用检验后的模型计算了河南省67个站1981-2011年夏玉米生长季单因子及综合气候适宜度,结果表明河南省夏玉米大部分生育期光热资源较适宜,能满足玉米生长所需,仅在灌浆后期略显不足,降水是影响夏玉米产量形成的主要限制因子,且降水适宜度年际变化幅度大于日照和温度。综合气候适宜度年际波动表现为抽雄—乳熟期〉出苗—抽雄期〉全生育期。空间分布上气候适宜度呈自西北向东南方向的递增趋势,适宜度高值区分布在南阳东部及驻马店部分地区。     

基于决策树的香蕉气候适宜性区划

香蕉是华南重要出口水果,开展香蕉气候适宜性区划可为合理利用资源和优化香蕉布局提供科学依据。针对传统气候区划方法过于依赖知识经验、不具学习能力的不足,尝试使用ID3决策树方法进行广西香蕉气候适宜性区划。根据香蕉生长气候需求,选择年平均气温、年降雨量、≥10℃活动积温、年极端最低气温、日平均气温≤8℃连续天数和年平均日照时数等6个气候因子,利用广西90个气象站1971—2000年观测资料,结合台站空间信息建立栅格推算模型,把各个因子推算为l km×l km栅格数据,并根据香蕉区划指标对各个因子进行离散化运算。通过实地考察并结合离散化后的因子栅格数据,获取香蕉气候适宜性样本点,并使用ID3算法建立决策树,结果总体精度达到92.5%。区划结果表明,ID3决策树算法适用于香蕉气候区划。