基于随机森林的湖北雪密度预测模型及其在雪压分析中的应用

雪密度、雪压等积雪参数资料的缺乏是南方地区雪灾精细化防御研究的难点之一,通过历史地面积雪气象观测资料来反演测站及周边的雪密度,是对现有积雪监测资料的有益补充。本文利用湖北省76站的逐日气象观测资料,分析并选取了积雪期的积雪日数、积雪深度、气温、日照等8个影响雪密度的自变量因子,构建了雪密度的随机森林回归(RF)模型,并通过RF模型反演数据,分析了湖北省雪密度和雪压分布情况。结果表明：①雪密度RF模型预测的均方根误差为0.04 g/cm3左右,可以用于湖北省雪密度资料反演。②湖北省平均雪密度在0.14～0.20 g/cm3之间,从中部以0.17 g/cm3为〖JP2〗界分为东西两个区,东部区雪密度较大。③湖北省近60年来最大雪压值在1.3～6.7 g/cm2之间,不同重现期最大雪压分布存在鄂西北和鄂东两个高值区,且鄂东区的中北部基本雪压值更大。〖JP〗     

影响和田冬季设施农业的气候变化特征分析

利用和田地区1961—2006年4个代表站的气候资料,对设施农业主要生产阶段冬季(12月—次年2月)的平均最低气温、浮尘日数、降雪日数、日照时数等气候因子的变化特点进行分析,结果表明:平均最低气温上升,日照时数增加,浮尘日数下降,上述变化对设施农业生产是有利的;但是降雪日数增加,对设施农业生产不利。针对和田地区气候特征,在加大设施农业发展力度,建立南疆特色瓜果蔬菜基地的同时,需要加强雪灾、冷害防御措施。     

基于GIS的雪灾风险区划

依据巴彦淖尔地区冬春季节降水少、年变率大的气候特点和易形成雪灾的量级指标进行雪灾风险区划。选取1971—2010年11月到次年3月,日降雪量大于等于3mm,并出现积雪和结冰现象为研究对象,分析了降雪量大于等于3mm的降雪日数和积雪深度大于等于5cm的积雪日数年代际变化,结合民政部门历史灾情记载、实地调查、农牧业现状以及各种基础资料数据与GIS技术,从致灾因子、脆弱性评估分析方面,在NOAA卫星遥感雪覆盖监测图像上,利用加权综合与层次分析法,构建雪灾判别模型,得出巴彦淖尔地区雪灾风险区划:雪灾最严重的地区为五原县大部、乌前旗南部和东北部部分区域、乌中旗东南和西南两区域、乌后旗的海力素附近大片区域。     

新疆阿勒泰地区积雪变化分析

采用阿勒泰地区7个测站1961～2008年逐月最大积雪深度、积雪和降雪日数及其初终日以及冬季(11至次年3月)平均气温、平均最高、最低气温及降水量资料,运用线性趋势、Mann-Kendall突变检验及R/S分析法对阿勒泰地区积雪变化进行了分析研究。结果表明:该地区冬季平均气温呈明显的上升趋势,最低气温的上升更为显著;降水量呈显著增多趋势。该地区大部地方积雪、降雪最早出现在9、10月,最迟在次年4、5月。历年平均最大积雪深度和积雪日数的年变化呈单峰型,降雪日数分布则较复杂;在空间分布上,积雪深度最大值在阿勒泰站,最小值在福海站;积雪日数福海站最少,吉木乃站最多;降雪日数自西向东逐渐减小。最大积雪深度呈显著的增加趋势、积雪和降雪日数趋势变化不显著,但在空间分布上有差异;受积雪和降雪初日推后的影响,积雪期和降雪期均呈显著的减少趋势。突变检测表明,就全区平均来说最大积雪深度在1983年前后发生了显著的突变,与冬季降水量的变化一致;平均积雪和降雪日数则比较稳定,没有发生显著的突变,各区域变化与全区不完全同步。R/S分析表明,最大积雪深度、积雪和降雪日数在未来具有反持续性;平均降雪日数、福海站最大积雪深度、吉木乃站积雪日数、布尔津站降雪日数的反持续性相对最强。     

近50年果洛地区积雪的气候特征分析

利用果洛6县自建站至2011年近50年的地面积雪日数、积雪深度等资料,对果洛积雪的气候特征进行了较为全面的分析。通过气候倾向率的分析发现:近50年来,果洛地区玛沁、达日、班玛、久治的积雪日数呈增加趋势,玛多变化不大,甘德每十年减少1.2天。从最长积雪日数、积雪深度的资料分析看:玛多、甘德、达日、久治是最易发生雪灾的地区,其中玛多、甘德、达日是特大雪灾的易发地;玛沁、班玛是出现雪灾最少的地方。从积雪增量的变化看近50年来果洛积雪增量经历了一次由多到少的转变过程,积雪增量的这种变化与积雪日数的年变化相一致。     

气候变暖背景下西藏高原雪灾变化及其与大气环流的关系

利用西藏高原高海拔牧区1979年10月至2013年4月19个气象站逐日积雪资料、月降水量和月平均温度资料,依据积雪深度和积雪持续日数组合的雪灾指标,分析了不同等级雪灾的气候变化特征及温度和降雪对雪灾变化的影响。结果表明,11月至翌年2月是西藏高原雪灾多发期且灾害程度重,全年发生中度以上雪灾的概率大,占总站次的54%;1979年以来雪灾变化总体呈现减少趋势,但存在着年代际变化,即1980 1997年代表现为波动性上升,1998 2007年呈显著减少趋势,此后略有回升,突变点在1999年和2008年;温度与雪灾相关性比降雪更高,温度具有显著增暖而降雪变化不明显,温度对雪灾气候变化起着决定性作用。分析了大气环流系统与雪灾变化关系得出:西风带南支槽活跃和东半球极涡偏强、东亚大槽和副热带高压偏西时雪灾易发生,反之则然;西风带南支槽和东半球极涡的变化趋势及突变点与西藏高原雪灾的变化趋势和突变点非常一致,是西藏高原雪灾变化的一个可能原因。     

基于逐日积雪深度预报的藏北草原雪灾等级评估

选取西藏高原北部牧区的13个气象站冬半年(11月—次年4月)的1980—2007年逐日积雪深度和最高、最低、平均气温资料,对藏北牧区草场的融雪量与气温关系进行了分析。利用线性回归模型建立融雪率和最高、最低气温的方程,给出了藏北草场的融雪日数、逐日积雪深度的计算方法,得出草场雪灾等级评估产品,实现在一场降雪后根据日常天气预报业务制作草场逐日积雪深度的预报产品,并实时评估雪灾的严重程度,为草原雪灾气象服务提供定量化参考产品。对2008—2009、2009—2010和2010—2011年的三个冬半年进行了预报效果评估,1~15d的逐日积雪深度的平均绝对误差不超过2cm;积雪日数误差不超过9d,误差在1d以内的占78.5%;雪灾等级的准确率约为84%;该方法具有较好的预报效果,能为藏北雪灾评估提供参考。该方法的缺陷在于,由于没有准确的定量降雪预报产品,故没有考虑后续降雪量的新增积雪影响。     

丹东地区沿海和山区降雪气候特征

利用丹东地区4个观测站1955—2010年逐年10月至翌年4月逐日降水量、天气现象、雪深等资料,对丹东地区南部沿海和北部山区降雪气候特征进行了分析,结果表明:丹东地区沿海和山区降雪初日、终日及初终日间隔日数、年降雪日数、年降雪量、降水相态、日最大降雪量、日最大积雪深度等平均特征不同。与山区相比,沿海降雪初期较晚,终期较早,初、终日间日数较短,年降雪日数和年降雪量相对较少。在丹东地区1955—2010年降雪时段平均气温升高趋势显著背景下,丹东地区降雪初期推迟、终期提前、初终日间隔日数缩短;降雪日数减少,其中雨夹雪日数所占百分比显著增多;降雪量减少,其中主要是纯雪量减少;日最大降雪量和积雪深度呈减小趋势;沿海和山区变化幅度不同。     

紫金县暴雨的时空分布特征

以紫金县18个乡镇区域站近7年逐日降水实测资料为基础,结合紫金县"马鞍形"地形特点,将紫金县分为中部、西北部、西南部、东南部、东北部共5大区域,利用统计学方法,对紫金县5大区域暴雨实测降水数据和暴雨日数进行时间和空间分布规律研究。结果表明:紫金县南高北低、四面环山盘型的地形特点对暴雨产生的局地性和差异性有重要的作用,海拔高的山地比海拔低的凹丘更容易产生较大暴雨降水;暴雨日数年际变化较大,全年12个月都有可能发生暴雨;紫金暴雨集中在3—9月,其中5和8月是高峰期;紫金暴雨的最大降雨量和暴雨集中点都在东南部山区,是紫金县暴雨空间分布的一个特点。     

临清市近40年降雪天气特征分析

通过对1970—2010年临清市降雪及积雪观测资料的统计分析表明：聊城年降雪日数和积雪日数总体呈现波动下降的趋势,但降雪的极端天气出现的概率逐步增大;临清市降雪和积雪主要出现在10月到次年4月之间,12月—次年2月是降雪和积雪多发季节,12月—次年2月降雪日和积雪日分别占全年的75%,82%,其中1月降雪日和积雪日最多,分别占全年的28%,36%。     

青海南部冬季积雪和雪灾变化的特征

利用1961-2005年青海南部牧区气象台站观测的气温、降水、积雪资料,用气候诊断方法分析了该地区积雪等气候要素的年代际演变特征以及雪灾变化的成因。结果表明：20世纪60-90年代冬季青海南部牧区中雪和大雪出现的站次以及雪灾出现的站次有逐步增多的趋势,降雪量和地表平均积雪量每10 a分别增加1. 253 mm和8.246 cm,单站积雪量在海拔4100 m左右的高度上增加比较明显,其变化是由气候的年代际波动引起的。     

我国中北亚热带优质烤烟烟区气候相似性分析

利用1991—2020年我国中北亚热带不同烤烟烟区180个国家级气象站气候因子数据,根据影响优质烟叶生长发育的气候条件,分析气候差异性,探究烟叶生长发育的气象规律,应用主成分分析计算各气候因子的权重,依据气候相似原理,对湖北省两大烟区与周边烟区采用改进的欧氏距离作为相似度量指标,并与系统聚类结果进行相似性对比。结果表明:鄂西南、鄂西北、豫西、豫南、豫中、湘西、湘中烟区基本具备了生产优质烟叶的气候条件,除降水量外,其余各气候因子在不同发育期的差值伸根期最大,旺长期次之,成熟期最小。鄂西北和陕南烟区的气候因子最为接近,鄂西南和湘西、川东南烟区的气候因子具有高度相似性,从而为不同区域间借鉴生产经验、优化烤烟种植布局和开发特色优质烟叶提供理论依据。     

云南省细网格气候区划及气候代表站选取

利用1961—2008年云南省124站气温观测资料,经过地形订正后,形成1km×1km的细网格点数据。在此基础上,开展了云南省细网格气候区划及气候代表站选取的研究。结果表明,云南可划分为高原气候带、温带、北亚热带、中亚热带、南亚热带和北热带等6个气候带,所占面积分别为3.32×104、3.65×104、15.65×104、6.82×104、8.66×104和1.31×104km2;高原气候带分布在滇西北3000m以上高海拔地区,温带主要分布在滇东北和滇西北海拔高度为2200～3000m的地区,北亚热带主要分布在滇中、滇西、滇南高海拔地区和滇北低海拔地区,中亚热带主要分布在滇中、滇东南和滇西南海拔较高的地区,南亚热带主要分布在滇南和河谷地区,北热带主要分布在滇南和海拔较低的河谷地区;各气候带分布与地形和纬度相关联,地形因素比行政区域更能体现气候特征;通过站点序列与气候带序列趋势变化一致性和偏离程度的统计分析,所选气候代表站与相应气候带序列变化非常一致,能够较好地代表云南各气候带变化特征     

1971—2020年呼伦贝尔市积雪气候特征和未来趋势预估

利用1971—2020年呼伦贝尔市16个国家气象站最长积雪日数和最大积雪深度资料，采用经验正交函数（EOF）分析、重标极差分析（R/S）和非周期循环分析，统计最长积雪日数和最大积雪深度时间序列的Hurst指数、分维数和非周期循环的平均循环长度，分析最长积雪日数和最大积雪深度变化趋势和记忆周期；同时采用MOD10A2积雪产品，研究2001—2018年呼伦贝尔市积雪覆盖率变化。结果表明：（1）近50年呼伦贝尔市最长积雪日数呈递减趋势，最大积雪深度呈递增趋势；（2）积雪深度>20、30cm的年平均积雪日数主要出现在1996—2014年，其中积雪深度>30cm年平均积雪日数>1d;(3)呼伦贝尔市积雪初日出现在10月中旬至11月上旬，积雪终日在4月结束，积雪初日出现最早时间和积雪终日结束最晚时间都在呼伦贝尔市的北部地区；（4）R/S分析和非周期循环研究表明，呼伦贝尔市最长积雪日数和最大积雪深度H指数分别为0.589 9和0.889，即最长积雪日数未来减少和最大积雪深度未来增多趋势持续，持续时间分别为8和12 a;(5)呼伦贝尔市年平均积雪覆盖率为98.87%，呈波动增加趋势，...     

气候变暖背景下西藏地区工程施工气象条件分析

利用降水、气温、积雪、风和相对湿度等影响工程施工建设的气象要素综合定义了工程施工气象指数,根据其对工程施工影响程度分为5级;采用1980—2013年西藏地区38个气象站资料分析了西藏地区工程施工的气候条件特征,以及气候变化背景下西藏地区工程施工气象等级变化,结果表明：气温和降水是影响西藏工程建设气象等级的主要因素,6—9月是西藏地区适宜工程建设期;适宜施工日数自东南向西北减少,适宜施工期开始日自东南向西北推进,适宜施工期结束日自西北向东南推进,海拔越低,适宜施工日数越多、适宜施工期开始越早、适宜施工期结束越晚;随着气候变暖,西藏地区适宜施工日数增加,表现为适宜施工期开始日提前和适宜施工期结束日推迟。     

江淮气旋影响下的山东降雪过程相态特征

利用常规的地面观测资料、高空探测资料、自动气象站1 h间隔观测资料、NCEP/NCAR再分析资料（1°×1°,6 h）和ERA5再分析资料（0.25°×0.25°,1 h）,针对1999—2013年山东省12例江淮气旋降雪过程,总结了降水形态类型及时空分布、相态转换等特征并讨论了降水相态“逆转”现象的物理机制。结果表明：1）江淮气旋降雪过程的降水形态种类多样,可出现雨、雪、雨夹雪、冰雹、冰粒、霰、米雪和雨凇,降水相态转换过程中,除了雨夹雪,冰粒也是一种过渡形态;2）冰雹、冰粒、霰、米雪和雨凇5种特殊降水形态最易出现在2月和3月,“雷打雪”现象亦多发于2月和3月;3）鲁东南和半岛南部地区以降雨为主,鲁西北地区多出现降雪,雷暴集中出现在鲁中的中西部和鲁南地区,尤其是鲁东南地区;4）江淮气旋降雪过程相态转换的基本形式为雨转雪,以有无明显雨雪分界线为依据,可分为“典型雨转雪”和“无明显雨雪转换”两类,二者的影响系统特点显著不同;5）范围较大的相态逆转现象易发区域在地面雨雪分界线附近,位于地面倒槽后部,走向与地面倒槽槽线走向一致。气旋生成前低层暖温度平流增强引起低层增温以及气温日变化导致的中午前后近地层浅薄增温均可引起相态逆转,上述两个因素均与地面倒槽的发展态势关系密切。     

近50年云南省降雪的气候变化特征

利用云南省1961-2008年120个测站逐日降雪资料,分析了云南省降雪频次和范围的时空特征和气候变化.结果表明:近50年云南省的年降雪频次和范围总体呈减少趋势,平均每年频次约减少4.5频次.各月的降雪频次和范围都呈负趋势.12月降雪频次减少趋势最显著,4月降雪范围减少趋势最显著.降雪频次长期趋势变化有明显的空间变化.对于年降雪频次西北部比东北部和东部减少得多,滇西北降雪频次每年约减少0.44频次.进一步对云南省年降雪量和积雪深度的长期趋势变化进行分析.云南省近50年,降雪范围逐步减少,年降雪量和平均最大积雪深度呈增加的趋势.说明近年来在云南气候趋于暖湿背景下,年降雪频次和范围呈逐渐减少趋势,但强降雪的频次却增加了.     

山东省农业干旱脆弱性区划研究

选取山东省17个地级市为研究对象,根据影响山东农业旱灾的自然环境、经济环境、社会环境3方面因素确定了指标体系,构建了山东省农业干旱脆弱性区划层次分析模型,建立了判断矩阵,对山东省农业干旱脆弱性情况作了评估研究,并绘制出山东省17地市农业干旱脆弱性区划图。结果表明:在2000—2013年的14年间,山东省农业干旱脆弱性评价为不脆弱的城市有5个,轻微脆弱的城市有4个,脆弱的城市有4个,强脆弱的城市有3个,极端脆弱的城市有1个。山东省农业干旱脆弱性空间分布格局,全省大致是东南与西北方向低,中部与西南方向高,脆弱性区划的结果反映出山东省农业干旱风险程度的地域性差异,脆弱性较高的地市应作为农业干旱灾害防御的重点区域。