基于FloodArea模型的成都主城区内涝风险评估

本文以成都主城区为例,运用气象数据、地理信息数据、社会经济统计数据及内涝灾情资料,通过多种常用分布函数的对比,选出重现期降水估算的最优函数,采用Pilgrim&Cordery法推求研究区的小时雨型,然后结合改进的基于FloodArea内涝模型,开展了24 h历时20、30、50、100 a一遇降水情景内涝模拟,并利用修订的内涝公路风险等级标准和财产损失曲线,探讨100 a一遇降水情景下内涝交通风险等级和居民室内财产损失风险。结果表明:①GEV(Generalized Extreme Value Distribution)分布函数是成都主城区重现期降水估算的最优函数;主城区24 h历时小时雨型呈双峰型,且峰值出现在降水过程前部。②基于FloodArea模型,通过对输入数据或参数的改进,能够较好模拟城市内涝空间分布;各降水情景模拟结果显示高新南区、高新西区、青羊区内涝淹没范围占比相较其他地区偏高。③24 h历时100 a一遇降水情景内涝可造成成都主城区86.1%公路长度占比出行困难,其中一级风险公路长度占比为10.5%,二、三级风险公路长度占比分别为27.5%、28.4%,成华区内涝公路风险最高。④24 h历时100 a一遇降水情景内涝可造成居民室内财产潜在损失约占主城区GDP(Gross Domestic Product)的0.8%,其中武侯区财产损失风险最大,潜在损失占其GDP的1.6%。

汉中负氧离子浓度分布特征及预测

利用汉中市宁强千山和略阳象山2018—2021年的负氧离子观测资料和同期的地面气象观测资料,分析了两地的负氧离子浓度分布特征,采用机器学习方法建立了负氧离子浓度预测模型。结果表明:汉中宁强千山和略阳象山的负氧离子浓度逐年增高,两地负氧离子浓度的季节和月份变化趋势基本一致。夏季的负氧离子浓度最高,冬季最低;8月最高,1月最低;日变化呈单峰趋势。温度和相对湿度与负氧离子浓度变化有密切关系。利用2022年1—6月资料对预测模型进行验证,宁强千山、略阳象山空气清新度等级预测准确率达到76.2%、73.2%,预报效果较好,可应用于两地的空气清新度预报业务。

陆地高分辨率水文—生物地球化学过程CNMM-DNDC三维模型的研发及应用进展

CNMM-DNDC模型是本文作者团队研发的陆地高分辨率水文—生物地球化学过程三维模型。本文系统介绍了建模背景和理念、核心过程和模型特点、模拟功能和观测验证、多尺度区域或流域初步应用以及未来发展展望。自2018年刊发首个版本以来,该模型经过了多方面科学过程改进和模拟功能扩展,在元素化学反应、物质相变和机械迁移等基本物理、化学、生物过程层面,完成了对陆地表层系统碳氮磷水循环全耦合的精细刻画。迄今开展的观测验证表明,CNMM-DNDC模型基本普适于不同生物气候带(从热带到寒区多年冻土地带)的流域或区域长时间序列“三高”(时间、空间和过程高分辨率)综合模拟,实现对陆地生态系统的碳、氮、磷、水三维运移、水土流失、水力驱动溶解态和颗粒态碳氮磷横向迁移、碳氮温室气体和污染气体排放、生态系统生产力、水分蒸散发和水分能量平衡等众多可持续发展目标表征变量的预测。该模型广泛推广应用于多尺度区域或流域的复杂过程虚拟科学试验研究和服务于面向生态环境建设与减污降碳的优化调控决策,可望为协同落实联合国多个可持续发展目标提供先进的数值模拟技术支撑。

基于知识图谱的冬奥赛事气象服务文本生成方法研究

气象服务文本是为赛事顺利举行及赛事期间的各项活动提供必要的气象保障,是组委会、裁判、各代表队的工作人员获取气象信息开展相关工作的载体。现有气象文本生产需要人工编写审核,效率不高。相比之下,全自动文本生成更加依赖于模板和固定的形式。针对以上问题,结合自然语言处理技术提出基于知识图谱的冬奥赛事气象服务文本生成方法。重点从历史赛事气象服务文本中进行内容分析和特征提取,利用气象数据和历史赛事信息构建高山滑雪赛事知识图谱。该方法根据实时气象数据和文稿模板生成天气描述文本,然后基于知识图谱查询推理技术得到赛事影响结果并生成相应文本。实验结果表明:气象服务文本的自动生成结果具有较好的准确性和可读性,有助于冬奥赛事的顺利推进,该文本生成方法面向特定领域也具有较好的应用前景。

中国农业气象服务供需分析及效益评估研究

为进一步了解农业气象服务需求和效益,采用2021—2022年全国农业气象服务需求和效益评估调查数据,通过统计分析从农业气象服务用户需求和服务供给两大维度,对农业气象服务产品内容、产品时效、服务形式以及服务渠道等内容的供需情况进行了对比分析研究,在此基础上,对农业气象服务贡献率和经济效益进行了测算。研究表明:(1)气象为农服务具有很强的决策服务属性,政府/行政机关或事业单位是当前的服务主体。种植业、农业保险、农业管理是当前气象为农服务的主要服务领域,特别是种植业。(2)农业用户对气象服务需求旺盛,绝大多数的农业气象产品能满足用户需求,少数产品在内容、时效、服务方式和渠道等方面与用户需求仍存在一定差距。(3)农业气象服务效益显著。农业气象服务贡献率为4.84%,全国农业气象服务效益值为3472.6亿元。在此基础上提出建议,以期为气象部门优化农业气象服务供给提供参考和支撑。

冬奥气象图形产品可视化模型研究

高质量图形产品是冬奥气象服务信息的重要载体。基于冬奥气象数据高时空分辨率特征,研究了由多维气象信息向制图要素转换的冬奥气象图形产品可视化概念模型;设计了由基于数据引擎的结构映射、赛事服务的空间映射、组件应用的元素映射和派生思想的属性映射组成的冬奥气象图形产品可视化过程模型。针对差异化、准实时气象服务制图需求,设计了基于DVDL可视化描述语言的制图表达框架,对可视化模型进行业务组织,研发了冬奥气象图形产品加工系统,提供50余种基础产品样式和所见即所得的制图编辑功能,支持任意位置点长时间序列气象产品、山地赛场三维气象产品和多赛区综合服务气象产品的制图渲染。成果在2022年北京冬奥会气象服务中应用,生产了200余种不用服务主题气象图形产品,后续也可为其他冬季赛事和重大活动气象服务保障提供精细化产品制作解决方案。

气候变化背景下黑龙江省东南部水稻增产潜力评估分析

研究旨在评估黑龙江省东南部水稻气候生产潜力,并分析其增产空间,以便为该地区合理有效利用气候资源、提高水稻生产力提供科学依据。通过收集发育期观测数据,确定了水稻播种、移栽及成熟的临界温度指标,并采用联合国粮食和农业组织(FAO)推荐的逐步订正法计算了水稻的气候生产潜力。进而还分析了多年气候变化对水稻生产潜力的影响。研究结果显示,播种期、出苗期和成熟期的临界温度分别为5℃、12.5℃、10℃。在五常、宾县、宁安地区,无论是从播种到成熟期间,还是从移栽到成熟期间,水稻的气候生产潜力均呈现出增长趋势。特别是在气候变暖的情况下,宁安地区的水稻生产受到了积极影响。通过对1961-2020年的数据进行分析,发现黑龙江省东南部从播种到成熟期的水稻单产增产潜力呈现先下降后升高的趋势,该地区的水稻实际生产力逐渐提高,即实际单产有所增加。然而,与其气候生产潜力相比,仍存在较大的差距,表明该地区水稻的增产空间仍然巨大。本研究的结果不仅为水稻生产的合理布局提供了科学依据,还为充分有效利用气候资源提供了指导。

基于实际蒸散量修订标准化降水蒸散干旱指数研究

为改进SPEI在农业干旱监测中的效果,从水分平衡的角度提出了一种修订的标准化降水蒸散指数(MSPEI).该指数通过计算降水与实际蒸散量的差值,并基于最长连续干旱时间对差值进行自适应修正,采用目视检查概率拟合曲线与Kolmogorov-Smirnov检验2种方法选择适宜分布函数,最后进行标准化转换生成干旱指数.干旱指数有效性检验表明:MSPEI能够准确反映不同季节间干湿状态的差异,在湿润比例低于20%的春季,MSPEI均低于-0.5;在反映干旱趋势时,MSPEI与SPEI具有高度一致性;MSPEI与植被指数具有稳定且较高的相关性,在0.57~0.78之间;在典型干旱过程监测中,MSPEI对旱灾发生、发展和解除过程的描述更符合实际.MSPEI适应于不同气候背景,无需选择时间尺度,即可较准确地反映农业干旱演化过程.

土壤渍水胁迫对华北冬小麦籽粒灌浆及干物质分配的影响

利用少雨旱区华北冬麦主产区河北固城站的电动防雨棚,遮去自然降水,通过人工控制灌水形成土壤渍水、高湿、干旱和对照,冬小麦花后通过测定籽粒灌浆进程和地上生物量以及产量构成要素,解析不受阴雨和低温胁迫影响下土壤渍水对冬小麦籽粒灌浆速率及产量形成的胁迫效应。结果表明,随土壤水分的减少,冬小麦灌浆速率降低,灌浆持续日数缩短;灌浆期土壤高湿有增产效应,理论产量增产5.87%,土壤渍水出现减产,理论产量减产1.50%;高湿和渍水的收获指数比对照略有提高,并均高于0.5000;干旱胁迫下,收获指数比对照低0.1130~0.1633。北方旱区灌溉解除了气候干旱对作物需水胁迫,晴好天气光照充足,日较差大,作物产量提高,土壤水分是影响北方冬小麦挖掘光温生产潜力和提高单产的关键限制因素。研究结果为应对气候变化引起极端降水事件对农业生产的影响,尤其是科学评估旱、涝灾害对北方旱区农作物的影响有一定参考意义。

基于改进作物缺水指数的河南省冬小麦干旱监测

基于农业干旱遥感监测指标的干旱监测是简单且有效的手段,其中作物缺水指数CWSI通过反映植被供水状况在农业干旱监测中取得了良好的应用效果,但CWSI在反映植被水分实际状况时存在滞后性。在CWSI的基础上,通过增加LAI变化项表征作物形态受干旱影响的变化,构建一种改进的作物缺水指数CWSI_(IMP),以反映作物水分实际状况和作物受干旱影响的程度。计算结果表明,河南省冬小麦田的CWSI_(IMP)普遍低于CWSI,反映农业干旱程度较轻,与实际情况更为吻合。CWSI_(IMP)与20 cm土壤相对湿度的相关系数R^(2)为0.856,CWSI与20 cm土壤相对湿度的相关系数R 2为0.803,CWSI_(IMP)与20 cm土壤相对湿度的相关性显著优于CWSI。通过经验模型,将以20 cm土壤相对湿度为指标的干旱等级划分标准分别转换为以CWSI和CWSI_(IMP)为指标的干旱等级划分标准。典型区域分析表明,利用CWSI_(IMP)指标监测农业干旱等级较CWSI指标具有更高的可靠性和合理性,可为大面积农业干旱监测与评估、农田灌溉管理等提供科学依据。

省级避暑旅游目的地评价指标体系的构建研究

依据避暑旅游目的地内涵和特点,从避暑气候禀赋、气候不利条件、生态环境、旅游基础和发展潜力4个维度构建了省级避暑旅游目的地评价指标体系。利用1991—2020年夏季(6—8月)中国黄河下游以南地区气象观测站点资料,基于该指标体系评价了14个省(区、市)发展避暑旅游目的地的潜在优势地区。避暑气候禀赋优良是避暑旅游目的地的首要条件,避暑气候禀赋采用气温、风、湿度、降水、人体舒适度和度假气候指数等要素。气候不利条件影响低是避暑旅游顺利开展的保障。采用高温、强降水、大风和强对流等影响夏季避暑旅游的高影响天气反映气候不利条件。空气质量、水质和植被状况反映避暑旅游目的地生态环境,旅游资源丰富度、交通便利性、地方荣誉、未来规划等要素反映避暑旅游目的地的基础能力和发展潜力。结果表明:14个省(区、市)的避暑气候禀赋和气候不利条件的指标阈值受气候系统和地形等因素影响存在空间差异。潜在避暑旅游目的地站点数占总站数的比例为10.5%,主要分布在本省(区、市)海拔相对较高地区,而海拔高度普遍较低的江苏和山东,则主要分布在江苏东北部沿海地区和山东半岛东部。研究成果可为省(区、市)为单元开展避暑旅游目的地的客观评价以及发展策略提供科学参考。

基于数据传输特性的卫星广播通道参数优化方法与应用

中国气象局卫星广播系统(CMACast)是全球对地观测广播系统(GEONETCast)框架下三大对地广播系统之一,在世界气象组织信息系统(WIS)和综合卫星数据分发服务系统(IGDDS)框架下,承担亚太地区气象数据广播分发的职责。随着气象业务的发展,广播系统数据量由180 GB/天增长至460 GB/天,在广播带宽资源有限而广播数据种类和大小各异的情况下,系统管理员越来越难以通过经验对广播通道参数调整以保持广播系统播发效率,造成部分通道数据播发时效下降严重,不能满足业务时效要求。通过对不同气象数据传输特性的定量分析,获得各类数据的精细化数据传输样本,在此基础上对各类数据广播通道参数进行科学、定量的计算和优化,使数据播发时效明显提升,应用到实际广播业务中效果明显。

基于多源数据融合的农产品气候品质评价模型研究

以新疆麦盖提灰枣为例,在基于气象观测资料开展气候品质评价的基础上,将FY-4A卫星遥感数据、高分辨率多源融合实况格点产品(ART-1km、CLDAS-V2.0、Laps)应用于农产品气候品质评价,研制了点面结合的网格化农产品气候品质评价模型,阐述了基于多源数据融合的农产品气候品质评价方法。结果表明,该方法可明显提高农产品气候品质评价结论的可靠性和精细化程度,同时可解决无观测资料地区农产品气候品质评价问题。

三种遥感干旱监测指数在黄土高原东部的适用性研究

研究不同遥感干旱监测方法在黄土高原东部山西省的适用性,对于提高地形复杂区域农业气象服务水平和防灾减灾能力具有重要意义。本文利用风云气象卫星数据,结合气象站观测资料,通过本地化修正作物水分胁迫指数(Crop Water Stress Index,CWSI)中地形和天气参数,对比分析2022年5月6—12日降雨过程前后及整个作物生长期植被供水指数(Vegetation Supply Water Index,VSWI)、温度植被指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI)和CWSI 3种遥感干旱监测指数在山西省的监测效果。结果表明:一次降雨过程前后,CWSI、TVDI、VSWI均表现出与实测土壤墒情同样的变化趋势,但当旱情严重时,TVDI、VSWI易低估旱情等级,反之,则易高估旱情等级,而CWSI均接近于实测土壤墒情,并能够实时反映降雨对土壤墒情的影响;整个作物生长期,CWSI均与实测墒情相吻合,TVDI只在春季时与实测墒情接近,对于植被覆盖较好的夏、秋季则效果较差,VSWI则不适用于地形复杂区域干旱监测。此外,前期累积遥感干旱监测结果比当天监测结果更接近于地表浅层土壤墒情。总之,修正后CWSI能够有效反映山西省遥感干旱状况,为黄土高原复杂地形区遥感干旱监测提供了新的尝试。

基于概率回归和信息扩散理论的南充晚熟柑橘低温冻害指标体系研究

低温冻害是南充市晚熟柑橘的主要灾害,本研究旨在建立一套低温冻害指标体系,以减少南充市晚熟柑橘因低温冻害而造成的损失。通过分析农业部门提供的冻害实验数据和历史灾情记录,并结合国家气象监测站的小时气温数据,在满足特定气候条件(冬季天空无云或少云,日温差大于等于8℃,最低气温小于等于3℃)的基础上,运用概率回归和信息扩散理论方法对低温冻害指标阈值进行研究。结果发现,两个实验果园中气象温度与实测温度的线性回归关系显著,且通过统计检验。具体为当气象温度为西充1.7℃和嘉陵2.6℃时,相应果园的实测温度将至-2℃,开始出现冻害现象。根据目前精细化天气预测能力,研究构建了一个基于两周滑动时段的复合指标阈值体系,该体系包括低温冻害日最长持续时间、总持续时间和总天数3个指标。通过对4个冻害样本的检验,结果显示冻害指标评级与实际观测到的冻害等级高度一致,证明了该冻害指标体系具有较好的实际应用价值。

云南大理避暑旅游气候适宜性分析

基于大理国家气候观象台1991—2020年及其它监测数据,依据避暑旅游气候环境指标体系规则,对大理避暑旅游气候环境指标进行了计算和判识.结果表明:大理夏季温度凉爽宜人,避暑气候条件“优良率”为92.9%,气候禀赋好;大理夏季气候舒适性“优良率”达88.2%,人体舒适度、度假指数、旅游指数舒适日占比分别为99.9%、82.1%、82.5%,气候舒适性高;空气质量“优”级、臭氧超标日数为0,水环境优良率达100%,生态环境优良;夏季气候风险总体偏低,气候不利条件“中低影响率”为80%.大理强对流天气潜在风险高,重大气象灾害发生概率低;夏季气候是云南滇西北横断山区及中国西南高原山地区域山岳型避暑旅游目的地的典型代表和集中体现,避暑旅游气候条件极佳.

基于文本数据的灾害信息风险监测与预警集成方法研究

基于灾害信息的文本数据,该文提出一种风险监测与预警集成方法,以提高灾害信息风险监测效率及监测支持预警的针对性。首先,运用八爪鱼数据采集器采集和处理灾害信息的文本数据;其次,运用BTM主题模型构建灾害信息风险监测模型,得到主题热度趋势并确定具有高风险且亟待预警的话题;然后,提出灾害信息风险预警指标体系和预警等级判定方法,计算所确定话题的风险综合指标预警加权值,并结合预警区间判定预警等级;最后,以2021年“7·20”郑州特大暴雨灾害信息的风险监测和预警为例进行实验分析,验证所提方法的可行性。研究表明,该方法可将灾害信息的文本数据贯穿于风险监测与预警两个过程,有助于为监测结果更有针对性地支持预警工作提供参考。

基于湿度影响的大气透过率对红外探测系统测距影响评估

为研究不同湿度条件对红外探测系统探测目标距离的影响,更精准地评估红外探测系统探测距离受大气要素的影响,针对同一地区的不同季节、不同海拔以及不同气候类型3种情况,分析大气湿度变化对大气透过率的影响,从而进一步仿真分析其对红外探测系统探测距离产生的影响。采用MODTRAN软件进行仿真,基于美国标准大气模型(1976),计算不同季节、不同海拔、不同气候类型大气对0.94μm、1.10μm、1.38μm、3.20μm、9.40μm、12.00μm波长的大气透过率。仿真计算结果显示,对于大气透过率,夏季低于冬季,低海拔高度低于高海拔高度,海洋地区低于沙漠地区。这些因素对红外探测系统探测能力的影响也有同样的规律。

桂西喀斯特区植被覆盖度变化趋势及其地形效应

利用2000—2020年MODIS卫星遥感资料和数字高程模型(DEM),运用趋势分析和地形效应的方法,以桂西喀斯特区百色市为研究区,探讨桂西喀斯特地区植被变化的高程、坡度和坡向等因素的空间差异性。结果表明:(1)桂西喀斯特区百色市植被覆盖度总体状况良好。以中度植被覆盖度(59.19%)和中高度植被覆盖度(37.71%)为主,两者面积变化明显,前者区域面积减少33.2%,后者区域面积增加29.8%。中低度植被覆盖度仅为2.10%。(2)地形因子对桂西喀斯特区植被生态的影响明显。在地势低、坡度小的平坦区域和地势高、坡度大的陡峭区域,植被覆盖度以减少为主导,在地势较高,坡度2°~15°的区域,植被覆盖度变化以增加为主导。地形从阴坡过渡到阳坡,植被覆盖度的恢复趋势有所提升,但在幅度上表现得相对较为平缓。

气象因子相对危险度在电网用电负荷预测中的应用

[目的]准确高效的短期用电负荷预测是保证电力系统安全可靠运行的前提,也是电网合理安排发电计划的依据,因此研究气象与用电负荷的关系对负荷预测的工作具有重要意义。[方法]以石家庄为例,利用国网河北省某电力公司提供的2013年1月1日至2021年12月31日逐15 min用电负荷资料,以及对应的石家庄站气象观测资料,分析日用电负荷峰值的时间变化特征,重点分析了当日用电负荷峰值较前1日用电负荷峰值变幅超过10%的样本对应的气象条件。采用Spearman秩相关方法分析石家庄日用电负荷峰值与前1日气象要素的相关关系,得到相关性显著的气象要素。利用平滑曲线拟合法绘制各相关性显著的气象要素对次日用电负荷峰值的响应曲线,分析得出随着各气象要素的变化日用电负荷峰值变化趋势以及响应阈值。按不同阈值区间,基于泊松分布计算得出石家庄地区各气象要素对日用电负荷峰值变化的相对危险度,进而揭示石家庄地区各气象要素在不同阈值区间发生单位变化造成的日用电负荷峰值的变化幅度,即不同气象要素的变化对日用电负荷峰值变化的定量影响。[结果]以气温为例,当日平均气温、日最高气温、日最低气温高于阈值时,每上升1℃,次日用电负荷峰值的相对危险度分别增加2.25%、1.92%、2.07%;低于阈值时,每上升1℃,次日用电负荷峰值的相对危险度分别减少0.62%、0.57%、0.60%。[结论]基于不同气象要素对石家庄地区日用电负荷峰值的相对危险度提出1种次日用电负荷峰值的预测方法,利用2022年逐日用电负荷和气象资料进行检验,发现预测效果可以满足日常电力气象服务需求。