物候模型在气候定量重建中的应用

利用历史物候记录重建的气候变化过程为人类更准确地认识过去的气候变化特征, 识别气候变化阶段提供了帮助。本文系统总结了现有用于气候定量重建的植物物候模型, 包括统计模型和过程模型两类。统计模型不考虑植物生理生态过程, 主要是利用物候期与气象因子之间的统计关系建立回归方程; 过程模型是一种半机理性模型, 通过植物每日发育进度与环境因子的关系, 利用数学模型模拟植物的生长过程, 主要包括春季积温 (spring warming, 简称SW)模型、温度变换日数(the number of days transformed to standard temperature, 简称DTS)模型和葡萄收获日期模型等。同时, 详细介绍了上述物候模型在国内外不同地区定量重建气候中的应用, 比较了重建的效果, 总结了重建过程的不确定性; 并提出了利用植物物候模型对气候定量重建中的关键问题, 即指出在未来研究中需要更多关注如何定量重建温度外的气候因子, 同时要加强对秋季物候的观测以及秋季物候生理机制的研究, 以便更清晰阐述秋季物候变化过程, 在历史气候变化定量重建中更充分利用有关秋季资料。     

基于CMA-MESO冰粒子含量的雨雪相态判据应用

利用中国气象局中尺度模式(CMA-MESO)云降水物理直接输出的水凝物混合比, 确定基于冰相水凝物占比的雨雪相态判据, 并应用于2023年1月14—15日我国大范围降水过程的雨雪相态判别。结果表明:该判据明显改善了基于温度和高度场的厚度判据对我国东部地区雨夹雪范围判别偏大、对分散性雨夹雪漏报的问题, 6~18 h时效雨夹雪预报TS评分较厚度判据提升75%~100%, 24 h时效降雪预报TS评分较厚度判据提升67%;对全国雨雪范围判别合理, 对小范围雨夹雪具有指示作用;对全国3~36 h时效降雨、降雪和雨夹雪预报TS评分为0.76~0.62, 0.69~0.63和0.11~0.08;对降雨和降雪存在一定空报和漏报, 对24 h时效雨夹雪空报明显;对相态转换过程有较好指示效果, 判别代表站相态转换开始时间误差为1~2 h, 对我国东部地区代表站的相态转换和雨夹雪持续时间判别优于厚度判据, 基于厚度判据雨夹雪预报持续时间偏长。研究结果可为雨雪相态业务预报提供客观预报产品参考。     

基于航测的珠三角气溶胶垂直分布及活化特性

2017年9月14—27日在珠江三角洲地区开展了6个架次飞机观测试验。利用飞行获取的气溶胶、云凝结核、云滴及常规气象探头观测资料,结合天气形势、气象条件及气团后向轨迹分析,研究了珠江三角洲地区深圳气溶胶数浓度及其谱的垂直分布特征,配合不同过饱和度条件下云凝结核浓度观测,分析了气溶胶活化特性。结果表明：在不同天气条件下,深圳低层气溶胶数浓度变化范围为500~9000 cm-3;边界层内气溶胶分布相对均匀,谱型随高度变化与气象条件相关。将6个架次气溶胶观测资料根据数浓度及谱型分为3种类型：类型Ⅰ为海洋型气溶胶,数浓度小,粒子尺度大,谱型呈双峰分布;类型Ⅲ为大陆型气溶胶,数浓度高,粒子尺度小,谱宽较宽且呈三峰分布;类型Ⅱ为海洋大陆影响型气溶胶,即受海洋和大陆共同影响,数浓度低于类型Ⅲ高于类型Ⅰ,谱型为双峰分布。拟合了包含海洋型及大陆型气溶胶的3个架次近地面云凝结核活化谱,计算了气溶胶在不同过饱和度条件下的活化效率。     

我国华东与西南县域主要气象敏感性疾病变化特征及其医疗费用研究

摘要：针对目前医疗费用不断上涨的现实问题,基于安徽省阜南县和贵州省锦屏县相关医疗机构的全部住院数据和气象资料,首先分析两县疾病谱特征,然后从季节和24节气角度,分析两县主要气象敏感性疾病（因天气和气候异常变化而诱发或加重的相关疾病）住院人次和医疗费用的变化特征以及人体舒适度对当地主要气象敏感性疾病发病的影响。结果表明,阜南县和锦屏县人群中住院人数最多的疾病分别是循环和呼吸系统两大类气象敏感性疾病,医疗费用最高的前六位疾病都包含循环、呼吸和消化系统疾病,其三者医疗费用总和分别占两县总医疗费用的44.9%和45.8%,因此,从降低医疗费用的角度来看加强这三类主要气象敏感性疾病的预防十分重要。此外,三种系统疾病医疗费用呈现出明显的季节变化特征：其中,循环系统疾病的医疗费用在季节转换期间明显高于各季节内,呼吸系统疾病冬春季的医疗费用远高于夏秋季节,消化系统疾病夏季医疗费用最高。两县9月的体感温度最接近人体最佳舒适温度,而此时上述三类疾病的住院人次及医疗费用也是相对低点。此研究结果可为当地相关疾病的适时防控、有效降低医疗费用提供科学依据。     

过去2000年全球典型暖期特征与机制的模拟研究

本文利用美国国家大气研究中心(NCAR)的通用地球系统模式(Co mmunity Earth System Model, 简称CESM)的低分辨率版本(CESM1.0.3, T31_g37)在国际国内率先进行了多组过去2000年瞬变积分模拟试验, 在与历史重建资料和观测资料进行对比验证的基础上, 对过去2000年中的典型暖期(中世纪暖期与现代暖期)的特征和成因机制进行了初步探讨, 结果表明: 中世纪暖期太阳辐射加强是导致其"暖化"的主要原因之一, 而温室气体浓度的激增是现代全球变暖的最主要原因; 在中世纪暖期, 自然因子(包括太阳辐射和火山活动)对降水量的影响之和比温室气体的影响高一个数量级; 而在现代暖期, 温室气体对降水量的影响比自然因子(包括太阳辐射和火山活动)对降水量的影响之和高一个数量级; 在不同外强迫条件下的海表温度变化在热带太平洋区域截然不同, 即自然因子影响下为类-拉尼娜态, 而温室气体影响下为类-厄尔尼诺态; 无论在中世纪暖期还是现代暖期, 相对于1000~1850年的平均情况, 沃克(Walker)环流均处于增强状态。     

花岗岩上发育的亚热带红土岩石磁学特征

本文对发育于花岗岩上的两个亚热带红土剖面进行了系统的岩石磁学研究,测试了磁化率、频率磁化率、等温剩磁、非磁滞剩磁、磁滞回线等常温磁学参数,选取代表性样品进行了高低温岩石磁学分析,拟探讨亚热带红土磁性矿物的特征及湿热环境下土壤中磁性矿物的转化规律。实验结果表明：亚热带红土的强磁性矿物为磁铁矿、磁赤铁矿;弱磁性矿物为赤铁矿和针铁矿,滞水土层中含有纤铁矿。花岗岩具有较强的磁性,在其上发育的红土也因此具有较强的磁性。花岗岩中的亚铁磁性矿物的磁畴以多畴占主导地位,随着风化强度的增强,逐渐形成较细粒的超顺磁与单畴磁性矿物。亚热带红土中的磁赤铁矿与位于半干旱区黄土高原成土作用形成的磁赤铁矿存在着磁学性质上的差异,表现为具有更高的居里点（约600℃和640℃）,可能说明亚热带红土中的磁赤铁矿粒径更粗。两个剖面在磁学性质上存在着明显的差异,泉州剖面磁性矿物以磁铁矿为主,磁化率最高可达1823×10-8m3/kg,平均值为1033.1×10-8m3/kg,具有较低的剩磁矫顽力;福州剖面磁性矿物以磁铁矿和部分热稳定磁赤铁矿为主,磁化率最高为385.73×10-8m3/kg,平均值为91.5×10-8m3/kg。基于磁学参数分析,认为母质与后期成土作用共同造成了两个剖面的磁学性质差异,但后者起主导作用。磁化率在两个剖面中,均随着深度减小而减小,与温带地区表层土磁化率增强有很大区别。湿热环境条件下,强磁性矿物溶解或转化为弱磁性矿物的程度主导剖面磁化率变化。     

中原地区古代居民的健康状况——以贾湖遗址和西坡墓地为例

对古代墓葬出土人骨的研究,可以了解古代人群的健康状况,并可以探讨不同生业模式对古代人群健康状况的影响。中原地区是中国古代文化最发达的地区,也是古代人骨出土最多和考古研究最充分的地区。本文对中原地区比较典型的河南舞阳贾湖遗址和河南灵宝西坡墓地出土人骨进行了全面的骨骼健康状况研究。贾湖遗址以渔猎采集为主要经济形态,距今9000~7800年;西坡墓地以农业为主,距今约5000年。骨骼研究显示,贾湖遗址和西坡墓地的两性身高呈逐渐降低的趋势;口腔疾病研究显示,在龋齿、牙周病、齿根脓疡、牙结石、釉质发育不全等疾病的发病率上,西坡墓地的发病率都明显高于贾湖遗址;身体骨骼研究显示,西坡墓地在退行性关节病、骨质疏松症和贫血等的发病率也明显高于贾湖遗址。这些可能暗示了,古代人群的健康状况在从渔猎采集经济向农业经济转变过程中呈逐渐恶化的趋势。但同时,作为健康指标的重要特征,西坡墓地较贾湖遗址的平均寿命有了明显的提高。结合考古学研究成果,我们认为农业经济虽然在一定程度上对古代人群的健康有一定的负面影响,但农业经济的发展,提供了更稳定的食物供应,养活了更多的人口,使得古代遗址规模不断扩大,社会复杂化逐渐深化,也创造了更多的社会财富,为向文明社会的转化奠定了物质基础。因此,农业经济的转变总体上促进了古代人群的健康状况的发展和文明的进步,农业经济对人类的进步做出了巨大贡献。     

北半球陆地生态系统碳交换通量的空间格局及其区域特征

陆地生态系统通过植被的光合作用吸收大气中的CO2,深入了解陆地生态系统碳吸收强度的空间变异及其区域特征对于准确地预测和评估全球碳收支以及制定高效的区域性生态系统管理政策具有重要的指导性意义。本文以China FLUX的长期联网观测数据为基础,整合了北半球区域已发表的涡度相关文献数据,对北半球区域碳交换通量,即总初级生产力（GPP）、生态系统呼吸（RE）和净生态系统生产力（NEP）的空间格局及其区域特征进行综合分析。我们获取了233个通量站点,732条站点年数据。观测站点分布于亚洲、欧洲和北美洲,纵跨纬度2.97°N到74.47°N,横跨经度148.88°W到161.34°E。气候类型涵盖了热带、亚热带、温带、北方林、极地与亚极地以及高山气候类型。生态系统类型包涵了森林（107个站点）、草地（65个站点）、农田（33个站点）和湿地（28个站点）四大生态系统。研究结果得出：北半球陆地生态系统GPP和RE呈现出显著的随着纬度升高而线性降低的趋势,纬度每升高1°N,GPP和RE在空间格局上约减少22.9gC/m2/a,而NEP的纬向变化规律不明显。森林和农田生态系统的GPP和NEP显著高于草地和湿地生态系统。RE则在森林生态系统最高,平均约为1185±641gC/m2/a,而在其余生态系统间无显著差异。在亚洲、欧洲和北美洲3个区域之间,森林、农田和湿地生态系统的GPP,RE和NEP均无显著差异。仅在草地生态系统中,欧洲草地生态系统的GPP和RE分别为1472±473gC/m2/a和1236±452gC/m2/a,显著高于亚洲和北美洲。GPP,RE和NEP呈现出从温暖性气候区向寒冷性气候区逐渐降低的趋势,同时受到水分状况的调节,表现出在相同的温度带里,相对湿润的气候区具有更高的NEP。这些结果表明北半球陆地生态系统碳交换通量存在着空间变异性,但没有显著的区域差异,然而在不同气候区和生态系统类型间差异显著,这意味着北半球陆地生态系统碳交换通量主要受到温度和水分环境条件以及人类活动的共同影响。     

孙水河流域地质灾害时空分布及链式规律研究

20世纪90年代至今,我国先后以行政区为单元对地质灾害开展了1：50万至1：5万的调查工作,为我国地质灾害防治规划和土地利用规划提供了科学依据。近年来随着城镇化建设加快,小流域内地质灾害严重制约着城镇建设和发展。本文结合孙水河小流域地质灾害调查研究,研究了流域内孕灾环境条件、灾害演变模式、成灾规律等工作。取得以下几点认识：（1）2012年8月31日,孙水河流域遭遇两百年一遇特大暴雨,日降雨量达149.2mm,诱发大量的地质灾害,呈现出数量多、规模大、密度高等特点。（2）在空间上呈线-带-片状特性发育分布,表现为：沿重要交通干线成昆铁路、县级公路、乡村公路呈线状密集分布; 沿河流两岸呈带状密集分布等特点。（3）时间分布规律受降雨作用控制明显; 地质灾害形成与降雨强度、降雨历时和过程降雨量等呈正相关性。暴雨是地质灾害形成的主要因素之一,而且其连锁效应常形成灾害链,构成群发性灾害。（4）灾害链发生模式主要有：暴雨滑坡堰塞坝堆积坝溃决洪水; 暴雨泥石流堰塞体堆积坝溃决洪水; 暴雨弃渣滑坡、泥石流; 暴雨洪水岸坡失稳淤埋、雍高河道。     

北京市南水北调工程水工隧洞初期支护方案研究

水工隧洞应用日趋广泛,如何确定水工隧洞初期支护方案是设计中的重点课题。以北京市南水北调配套工程南干渠工程为背景,通过现场试验确定水工隧洞支护施工配合比,然后对网喷混凝土支护及钢纤维喷射混凝土两种初期支护结构进行数值模拟研究,并结合现场监测及现场施工效果,进行浅埋水工隧洞支护方案研究。研究结果表明：采用钢纤维喷射混凝土支护与网喷混凝土支护相比,钢纤维喷射混凝土支护更能保证施工安全。研究成果对于类似隧洞设计及施工具有借鉴和参考价值。