基于HASM-SSOR模型的近60年来中国气温与降水变化趋势模拟

为了改善HASM模型计算速度慢及存储量大等问题,提出了一种快速有效算法(HASM-SSOR),并以高斯合成曲面为例验证了该方法的有效性。利用全国752站1951—2010年的气象观测资料,对近60年的平均气温、降水分别采用多元回归与HASM-SSOR相结合的方法及多项式回归与HASM-SSOR相结合的方法进行模拟与分析;近60年平均气温、降水拟合的复相关系数分别为0.9923、0.9987;并对1951-2010年各年代际的平均气温、降水的变化趋势进行拟合与分析,发现各年代际气温变化并不一致,全国平均气温呈上升趋势,平均上升率为0.35℃/10a,全国降水平均变化率为9.4mm/10a,无明显的变化趋势。     

中国太阳总辐射的多元逐步回归模拟

研究采用年日照时数、年均总云量、年均水汽压、维度等常规气象要素及地理要素为解析变量,建立起估算全国范围内太阳年辐射总量的多元逐步回归模拟模型;利用全国730多个地面站1951—2002年间的常规气象观测资料,通过所构建的模型对中国太阳年辐射总量进行模拟分析,模型模拟分辨率为1km×1km,规模为4173×4847格网。模型数值计算结果显示:中国太阳辐射资源最丰富的地区为西藏自治区、青海东北部及甘肃西部边境等,高达6700MJ·m-2·a-1以上(一类地区),总面积约130万km2;最低的为四川盆地、青藏高原南部的雅鲁藏布峡谷地区,低于4200MJ·m-2·a-1(五类地区),总面积约75万km2;中国陆地表面每年接受的总太阳辐射能约为52.4×1018kJ;单位面积上太阳年辐射总量约介于2780—7560MJ·m-2·a-1;分布具有明显的地域性,呈现西北、北部高,东南、东部及东北的部分地区低的特点,模拟值较好拟合实际的太阳年辐射总量。研究所构建模型实现了太阳年辐射总量空间分布的连续模拟,模型在保证足够的模拟精度条件下,提高了运算效率,简化了模拟过程,适于全国尺度下太阳年辐射总量的数值模拟计算。     

中国土地覆盖时空变化未来情景分析

在对HLZ (Holdridge life zone) 分类系统与土地覆盖类型分类系统之间的差异性进行对比分析的基础上,根据土地覆盖类型与HLZ生态系统类型的最大对应概率,构建了基于栅格的土地覆盖边际转换模型。采用基于HadCM3 A1FI、A2a、B2a等三种未来气候变化情景数据模拟获得的中国HLZ生态系统时空变化的系列栅格数据,运行模型后获得相应时段中国未来土地覆盖时空变化情景系列数据。引入土地覆盖类型景观指数及平均中心系列模型和构造平均中心偏移距离及偏移方向的计算模型,对中国未来土地覆盖的景观指数变化及其平均中心的偏移距离、偏移方向及偏移趋势进行综合分析。基于HadCM3 A1FI、A2a、B2a三种情景模拟结果分析表明：在2000~2099年间耕地、草地、湿地、水域、冰川雪被等土地覆盖类型面积逐渐减少,林地、建设用地、荒漠等土地覆盖类型面积逐渐增加,沙漠面积有所减少。其中,林地增加速度最快 (平均每10年增加2.34%),裸露岩石减少速度最快 (平均每10年减少2.38%)。     

基于模型流的资源环境模型复合语言与应用

资源环境领域的研究对象常被抽象为若干子模型复合而成的复杂模型,如何有效地集成这些子模型成为资源环境模型集成的主要内容。随着各种地学相关问题的日益复杂和多样化,传统的建模语言与友好易用的图形建模等集成建模方式已无法满足大规模高复杂的模型构建需求。本文在已有的相关理论基础上,针对复合模型构建的灵活性和复杂性之间的矛盾,将模型复合模式的本质抽象化,提出资源环境"模型流"的形式化语言描述,实现了模型流建模环境。应用实例表明,基于模型流的模型构建方式采用简洁的符号表示,避免了繁琐的图形构建环节,可快速灵活地构建高复杂度模型。模型流的提出为模型复合的调度性能优化和智能自动化集成等进一步的研究奠定了基础。     

自然和自然贡献情景模型研究综述

本文回顾了自然和自然贡献情景模型发展的背景、历史和内容,概括总结了自然和自然贡献情景模型的发展进程以及联合国生物多样性与生态系统服务政府间科学—政策平台(IPBES)情景模型的概念框架,讨论了自然和自然贡献情景模型存在的问题和发展方向。为了在全球层面解决现有综合集成模型存在的问题,根据地球表层建模基本定理和生态环境曲面建模基本定理,提出了具有中国原创特点的自然与自然贡献情景模型概念框架。     

中国降水未来情景的降尺度模拟

基于长时间序列(1964～2007年)的全国降水观测数据, 结合经纬度数据以及DEM、 坡向、坡度等系列地形特征数据, 利用空间统计方法, 在构建年平均降水降尺度模型的基础 上, 运用高精度曲面建模(HASM)方法对经过降尺度分析的HadCM3的A1Fi、A2a和B2a 三种情景T1～T4时段的全国未来平均降水进行高精度曲面模拟。模拟结果显示, 在T1～T4 时段内, A1Fi、A2a和B2a三种情景的全国平均降水均呈持续增加趋势。其中, 平均降水在 A1Fi情景中增加速度最快, B2a情景中增加速度最慢;A1Fi和A2a两种情景的平均降水均呈 加速增加趋势, 而B2a情景的平均降水则呈减速增加趋势。模拟结果表明, 本文构建的降尺 度模拟方法可以有效地实现IPCC GCM 的低分辨率的降水情景数据降尺度转换成高分辨率的 降水数据。     

中国Holdridge生命地带及其多样性的时空变化分析

在分析目前生态地理模型及其实现方法基础上,提出基于ARC/INFO与VC++综合集成的先插值再运行生命地带模型的方法和技术路线,克服了以前模型实现过程中所存在的局限性。利用中国1962～2002年735个站点逐日温度与降水量观测数据,通过对Holdridge生命地带模型和生态多样性模型进行模拟运算后获得中国Holdridge生命地带时空分布序列图及生命地带多样性序列数值。对模拟运算,结果分析发现:生命地带类型变化随着气候条件的变化与土地覆被变化存在很好的对应关系,生命地带多样性与年均生物温度、年降水量均呈现出震荡波动的变化模式。另外对中国Holdridge生命地带的多样性、连通性及斑块形状等景观指数进行计算分析,讨论了生命地带多样性与生态环境稳定性之间的相关关系。     

江西省食物供给时空格局

江西省是我国的粮食大省,对未来国家粮食安全具有重要意义.本文分析了江西省1980-2005年的各类食物产量变化趋势,并结合食物营养转化式和不同生活水平的食物营养需求标准,对江西省食物营养供给总量和供需平衡进行时空格局分析,得出:①稻谷产量约占江西粮食总产量的95%,并一直保持增长趋势,而油料、大豆、薯类和甘蔗产量199...     

利用三元组稀疏矩阵技术改进HASM算法——以全球平均气温模拟为例

 采用预处理共轭梯度法(PCG)进行求解的高精度曲面建模(HASM)算法的计算过程需要大量矩阵计算,采用稀疏矩阵方式可以压缩存储空间。三元组稀疏矩阵存储是较为传统的稀疏矩阵存储结构,这种存储结构的稀疏矩阵技术已被广泛使用。根据HASM-PCG的特点,本文通过改进三元组稀疏矩阵的部分计算方式,调整HASM-PCG算法中的部分计算顺序,从而舍弃部分不需要存储的非零元素,提高了计算效率。根据全球1998-2008年的近3000个气象观测台站的气温观测数据,以及全球DEM数据,对20世纪末至21世纪初的11年来5、6、7、8月份的全球平均气温进行数字模拟。数值结果表明,采用改进的三元组稀疏矩阵技术有效地提高了HASM方法的模拟效率。     

全球平均气温未来情景的降尺度分析

如何提高全球气候模拟数据的分辨率,以满足全球、区域乃至局地陆地生态系统全球变化响应的定量分析,是当今全球气候变化研究的核心内容之一。在全球尺度上,本文利用全球气象观测站点的气候数据和DEM 数据,对全球年平均气温与纬度和海拔高程之间相关性进行回归分析,建立全球气候降尺度空间模拟的统计转移函数,并与高精度曲面建模(HASM)方法进行集成,从而实现IPCC GCM HadCM3 的模拟数据从3.75° × 2.5°到 0.125° × 0.125°的降尺度处理。研究结果表明,在3 种气候情景的T1-T4 时段内,格陵兰岛平均气温在0℃以下的区域和南极洲平均气温在-35℃以下的区域均呈逐渐缩减趋势,赤道至南北回归线之间的平均气温大于40℃以上的区域呈逐渐增加趋势。其中,A1Fi 情景的平均气温上升速度最快,A2 情景次之,B2 情景的平均气温上升速度最慢。构建降尺度方法有效地将IPCC GCMs的粗分辨率的气候情景数据降尺度转换成高分辨率的气候数据,并克服和弥补了目前IPCC GCMs的模拟数据因分辨率低而不能对区域乃至局地气候变化的细节及趋势进行刻画的缺陷。