城市森林结构多样性预测冠下地面温度的潜力研究

城市森林冠层具有调控城市森林微气候的能力,但现有研究尚未阐明冠层结构对冠下地面温度的影响及其预测潜力。文章基于无人机机载激光雷达(UAV-LiDAR)提取哈尔滨林业示范基地的城市森林冠层结构多样性特征指标,探究单一结构多样性特征对冠下地面温度的影响,以及结构多样性多因子组合对温度的预测潜力。结果表明:1)城市森林结构多样性的8个特征因子与冠下地面温度呈显著相关关系(P<0.05),其中深间隙(DG)、深间隙分数(DGF)、覆盖分数(CF)、间隙分数分布(GFP)表征了结构多样性的覆盖/开放度特征;冠层高度标准差(H_(std))、冠层高度最大值(H_(max))、95%分位点高度(ZQ_(95))表征了高度特征;垂直复杂指数(VCI)表征了异质性特征。2)城市森林冠层结构多样性的覆盖/开放度特征对冠下地面温度的响应更强(R^(2)为0.15~0.5),强于高度指标(R^(2)为0.14~0.19)以及异质性指标(R^(2)=0.14)。3)结合高度指标、覆盖/开放度指标以及异质性指标的多因子预测模型2(R^(2)=0.61,RMSE=0.51,MSE=0.26,AIC=62.74),对于冠下地面温度的预测性能更优。研究明晰了城市森林结构多样性的多因子变量及其特征组合预测冠下地面温度的潜力,为城市森林冠层结构调控内部小气候环境研究提供了科学参考。

平流层NAM事件中阻塞高压发生及其调制地面温度异常型的统计特征

本文利用1979~2020年ERA5逐日再分析数据,分析了在平流层北半球环状模(NAM)正负事件中,阻塞高压(简称阻高)发生及其调制地面温度异常型的统计特征。结果表明,北半球的四个阻高系统分别趋于在NAM事件的不同阶段发生,其中格陵兰阻高(GB)和北太平洋阻高(NPB)更趋于出现在正NAM事件的发展阶段和负NAM事件的衰减阶段,乌拉尔山阻高(UB)多出现在正NAM事件的衰减阶段和负NAM事件的发展阶段,而大西洋–欧洲阻高(AEB)则多发生在正、负NAM事件的衰减阶段。尽管NAM事件过程中有阻高发生的天数远少于无阻高发生的天数,但阻高的存在对平流层NAM影响下的地面温度异常空间型有显著的调制作用,特别是在正NAM事件中,GB的出现可导致欧亚大陆从整体偏暖或北暖—南冷型变为北冷—南暖型,同时导致北美大陆从整体偏冷或北冷—南暖型变为北暖—南冷型;此外在负NAM事件衰减阶段出现的UB,不仅可导致欧亚大陆的北冷—南暖型反转为北暖—南冷型,亦可使北美大陆由北暖—南冷型转为南暖—北冷型。相比之下,AEB和NPB两阻高发生时地面温度异常型多由平流层NAM的影响所主导,即阻高的调制作用并不显著。在NAM影响以及各阻高的协同作用下,从正NAM事件峰值至负NAM事件发展阶段,整个中纬度地区欧亚大陆偏冷、北美偏暖;从负NAM事件衰减阶段至正NAM事件的初始阶段则相反;两大陆地区的温度异常多呈中—高纬南北反位相变化特征。本文进一步通过蒙特卡洛随机取样检验,证实了上述关于阻高调制地面温度异常型的结论。

地面温度与气温关系的统计分析

运用气象统计学和气候学的原理和方法 ,分析北京市海淀地面气象观测站 195 5～ 1999年的逐日平均气温资料和 1981～ 1999年逐日地面温度资料 ,建立了以气温为基础的地温预测模型 ,并探索地气温差的年变化规律。结果表明 :夏半年地面平均温度高于气温 ,冬半年相反 ;农作物生长季 (3～ 10月 )平均地气温差为 2 0℃ ,年平均地气温差 0 9℃ ;地气温差 6月中旬最大 ,为 4 9℃ ,12月下旬最小 ,为 - 2 7℃ ,与辐射的最大值及最小值出现时间基本一致。用地温预测模型估算 1999年作物生长季逐日地温 ,相对误差 <2 9%。

华南地区未来地面温度和降水变化的情景分析

利用英国Hadley气候预测和研究中心的区域气候模式系统PRECIS,模拟分析基于政府间气候变化专门委员会(IPCC)2000年发布的《排放情景特别报告》(SRES)中设计的B2情景下华南区域2071～2100年的温度和降水量的可能变化,结果显示:2071～2100年均地面温度相对于气候基准时段(1961～1990年)上升约2～4℃;华南区域未来夏季降水量在22°N以北区域较气候基准时段增加,而以南区域减少;冬季降水则表现为华南区域较气候基准时段减少。2071～2100年华南区域的温度气候趋势系数为正值,年均降水气候趋势系数为负值。2071～2100年的高温事件和强降水事件的发生频率均比气候基准时段明显增加。

植被指数-地面温度特征空间的生态学内涵及其应用

植被指数与地面温度是描述土地覆盖特征的重要参数 ,对两种数据的综合分析 ,可以衍生出更丰富、更清晰的地表信息 ,有助于更加准确、有效地认知土地覆盖 /土地利用的时空变化规律。本文探讨了植被指数与地面温度构成的二维向量空间的物理意义与生态学内涵 ,以基于 NOAA AVHRR的时间序列数据为本底 ,分析了不同土地覆盖类型在该特征空间上的时序变化规律 ,并以黄淮海地区主要农作物冬小麦为例 ,研究了植被指数-地面温度指标与干旱、半干旱地区农作物产量之间的响应关系。

复杂地形近地面温度谱

本文统计分析了复杂地形近地面大量温度脉动功率谱，结果表明，在复杂地形情况下，不一定总能用Kolmgorov的湍流谱来描述，相当多的时间温度谱的幂率偏陡，在-5/3至-3之间，有时还会在惯性区出现两段-5/3幂率，其中频率高的一段强度更强。本文还讨论了偏离Kolmogorov的条件和原因。

自动观测与人工观测地面温度的差异及其分析

使用我国在人工观测向自动观测转变时原基本(准)站的平行对比观测及2005年基准站平行观测的地面温度资料,进行了自动站观测与人工观测地面温度资料在日、月、年不同时间尺度上的差异分析。用最大似然率检验方法检验地面温度月值的均一性,对自动观测影响地面温度均一性的程度进行了初步研究。分析结果表明:全国自动观测地面温度日平均值比人工观测高0.54℃。地面温度、地面最高温度、地面最低温度年对比差值大于0.0℃以上的比例分别为80.3%,58.2%,92.2%,绝大多数站自动观测地面温度的年平均值比人工观测值高。自动与人工观测地面温度日差值从北到南逐渐减少,45°N以北的黑龙江及内蒙古北部、新疆大部地区是自动与人工观测地面温度日差值平均最大的地区。自动观测与人工观测地面温度的差异在日、月、年的时间尺度上均表现为冷时段比暖时段的差异大,北方冬季差异最为明显。其主要原因是在北方冬季有积雪时,自动观测的地面温度是雪下温度,比原人工观测的雪上温度明显偏高,如果无积雪影响,两种仪器观测的差异并不明显,差值来源于两种仪器和场地差异的共同结果。非均一性检验表明:在北方地区地面温度产生非均一性的主要原因是自动站观测的变化;而在南方地区,自动观测的改变对地面温度非均一性影响不大。北方有积雪时,观测的地面温度不能表现真实的地面温度,因此,在使用时要特别注意。

阔叶红松林林隙地面温度微环境变异特征

以小兴安岭阔叶红松林林隙为研究对象,采用地统计学方法对林隙地面温度的微环境变异特征进行分析。结果表明:1)各月份林隙平均地面温度呈单峰变化趋势,6月份林隙平均地面温度和最高温度较高,树木生长季初期和末期地面平均日温差较大,而树木生长旺季却相对较小;5月份林隙地面温度变异程度强,属于中等变异,其他月份均属于弱性变异。2)各月份林隙地面温度空间变异程度不同,且自相关部分的空间异质性在总空间异质性中占主要部分,并表现出较强变异趋势。3)各月份林隙地面温度空间分布复杂程度及斑块等级不同;地面温度高值区出现在林隙东侧和西北侧,呈不对称分布。

河北省石家庄地面温度变化特征

利用石家庄地区5个观测站1961～2010年逐日地面温度观测数据,分析讨论了该地区地面温度平均值、最高值、最低值和日较差的变化特征以及地面温度的气候突变和变化周期。结果表明:从年代际变化情况看,平均地面温度振动幅度最小,地面温度日较差振动幅度最大,平均地面温度和最低地面温度呈显著增加趋势,最高地面温度呈显著降低趋势,地面温度日较差呈现显著减小趋势;从年和季节变化情况看,地面温度日较差年和各季节变率最大,平均地面温度冬季增温趋势显著,夏季呈降温趋势,最高地面温度年和各季节呈降温趋势,夏、秋季降温趋势显著,最低地面温度年和各季节呈显著增温趋势,冬季增温趋势最为显著,地面温度日较差年和各季节均呈显著减小趋势,冬季减小趋势最为显著;平均地面温度和最低地面温度没有发生突变现象,最高地面温度2000年代初期明显降温为一突变现象,东南部平原平均地面温度1990年代初期明显升温为一突变现象,其他各地没有发生突变现象;平均地面温度存在准20 a和6～8 a周期,最高地面温度存在准16 a和准6 a周期,最低地面温度存在准24 a和10～15 a周期。

1960-2013年云南地面温度时空变化特征

利用云南省1960—2013年逐日0cm地面温度观测资料,运用Mann-Kendall趋势和突变检验法、小波分析法等分析了云南地面温度的空间分布、变化趋势及突变特征、周期变化及可能的影响因素。结果表明:年平均地温、年平均最低地温整体上呈现"南高北低"的分布特点,年平均最高地温呈现出"西北、东北低,中部、南部高;深切河谷高,高原面较低,高耸山地更低"的分布特点;同时,也表现出明显的区域性差异;年平均地温、年平均最高(低)地温高值中心主要分布在元江河谷(元江站),金沙江河谷(元谋站),滇南澜沧江及其支流河谷(景洪站、勐腊站);平均地温、平均最高(低)地温季节分布特点与年际分布大致相似。平均地温、平均最高(低)地温年际、季节及不同气候带均呈增温趋势;年平均地温、年平均最高(低)地温均以冬季增温幅度最大;年平均地温、年平均最低地温以高原气候带增温幅度最大,年平均最高地温以北热带增温幅度最大。年平均地温、年平均最高(低)地温及不同气候带地温均发生显著突变;其中,年平均地温、年平均最高(低)地温显著突变点分别为2000年、2004年、1997年;年平均地温、年平均最高(低)和不同气候带地温均以长周期变化为主周期;其中,年平均地温、年平均最高(低)地温主周期分别为28a,26a,26a。年平均地温、年平均最高(低)地温与纬度和海拔呈极其显著的负相关;1960—2013年亚洲区极涡面积(强度),西太平洋副高西伸脊点指数显著减弱,西太平洋副高面积(强度、脊线)、印缅槽、西藏高原、印度副高面积指数呈显著增加可能是引起云南地温变化的原因之一。

5个全球气候模式对中国东北地区地面温度的模拟与预估

利用5个全球气候模式和中国东北地区162个站点地面温度实测资料,评估全球气候模式和多模式集合平均对中国东北地面温度的模拟能力,并对SRES B1、A1B和A2排放情景下中国东北地区未来地面温度变化进行预估。结果表明:全球气候模式较好地再现了中国东北地面温度的年变化和空间分布特征,但存在系统性冷偏差,模式对夏季地面温度模拟偏低1.16℃,优于冬季。预估结果表明,3种排放情景下21世纪中期和末期中国东北地区地面温度均将升高,末期增幅高于中期,冬季增幅高于其他季节,SRES A2排放情景下增幅最大,B1排放情景下增幅最小;增温幅度自南至北逐渐增大,增温最显著地区位于黑龙江省小兴安岭;21世纪末期3种情景下中国东北年平均地面温度将分别升高2.39℃(SRES B1)、3.62℃(SRES A1B)和4.43℃(SRES A2)。

基于RS和GIS的地面温度和土地利用/覆被关系研究进展

对地面温度和土地利用/覆被关系的研究,不仅能够深入理解土地利用/覆被变化下城市热环境变化的空间特征和动态变化,而且可为防暑降温、市政建设及土地合理规划和利用提供重要的科学依据。本文从遥感数据的获取、地面温度的反演、GIS技术的运用以及定量研究等方面详细论述了国内外此领域的研究进展。最后文章提出此研究领域存在的一些问题和今后工作所要继续努力的方向,如实现地面温度的精确反演,获取多时段的地面温度数据,加强RS和GIS技术的结合,进一步深入两者关系的定量研究。

南海季风区地面温度变化特征及其与季风爆发的联系

分析 1 979年 1月至 1 995年 1 2月 1 7a南海季风区候平均地面温度资料的时空变化特征发现 ,中南半岛西北部和印度半岛分别为地面候平均温度标准差的大值区 ,其位置和强度在南海季风爆发前后月份具有显著差异。从候平均温度纬圈偏差的时间演变来看 ,中南半岛地区纬圈温度偏差由正转负的时间早于印度半岛地区 ,并分别与南海夏季风和印度夏季风爆发的时间基本对应。在夏季风爆发之前 ,印度半岛和中南半岛地区的地面温度是逐候增加的 ,季风爆发以后地面温度迅速降低 ,而海洋上的表面温度增温幅度明显小于与其相邻的陆地。此外 ,从南海季风爆发早晚年中南半岛与南海地区表面温度距平差和各自温度距平的时间演变看 。

苏州古城区地面温度分析及在城市规划中的作用

利用ASTER热红外遥感数据,定量分析了苏州市古城区地面温度分布特征,研究显示:2005年春古城区白天地面温度差异在15℃以上,按影像像元值的空间聚集情况,城内地面温度可分为高、中、低3个等级区。结合实地调查与QuickBird影像判读,分析了城区地面温度空间变化与下垫面植被、水体及建筑物分布的对应关系,发现城内地面极端高温位于露天体育场,极端低温位于护城河道最宽部位。在此基础上分析了古城区热岛效应对居民生活环境及古城文化遗存的影响。降低古城区人口密度、清理民宅外围临时搭建、进行气流廊道的研究与建设、进行自行车专用道路建设以及合理绿化是缓解古城区热岛效应的有效措施。

植被覆盖对中国东部地面温度变化的影响

基于站点观测资料、NCEP/NCAR再分析资料及归一化植被指数（NDVI）资料,利用观测地面温度减去再分析资料地面温度（OMR）的方法,分析了1979～2008年我国110°E以东区域地面温度的变化及植被覆盖状况对地表温度变化的影响,得到以下结论：研究区域地面温度升高趋势显著,平均为0.47℃/10a;在植被覆盖的影响下,OMR变化趋势平均为0.06℃/10a,占地面温度变化总量的12.77％;OMR变化趋势与NDVI之间具有负相关关系,相关系数为-0.51,其中北部区域的负相关性最强,相关系数为-0.57;在NDVI处于0.45～0.55区间站点处的OMR变化趋势最小,平均为-0.01℃/10a,当NDVI由0.25～0.35增加至0.35～0.45时,由植被覆盖导致的地面温度升高的幅度显著降低,降低幅度达0.16℃/10a;在我国的东北、东南等植被茂盛区域,各站点OMR变化趋势以降低为主,在华北北部、内蒙古中西部及长江三角洲区域,各站点OMR变化趋势以升高为主.

近50年石家庄地面温度变化特征与气候因子的关系分析

利用石家庄地区5个观测站1961—2010年逐日地面温度、气温、风速、日照时数和总云量观测数据,分析讨论了该地区地面温度最高值和最低值的变化特征以及气温、降水、风速、日照时数和总云量对地面温度变化的影响。结果表明:地面最高温度波动幅度较大,其中冬季波动幅度明显偏大;地面最低温度波动幅度较小,其中夏季波动幅度明显偏大;地面最高温度夏、秋季降温趋势显著;地面最低温度各季节增温趋势显著;地面最高温度与最高气温、日照时数和风速互为正相关,与总云量互为负相关;地面最低温度与最低气温和总云量互为正相关,与风速、日照时数互为负相关;最高气温对地面最高温度的正相关性最强,风速最弱;总云量对地面最高温度的负相关性在夏、冬季较强;最低气温对地面最低温度的正相关性最强,总云量最弱;风速对地面最低温度的负相关性在春、秋季较强,日照时数在秋、冬季较强。

地面温度的遥感反演:理论、推导及应用

从热红外遥感资料反演地表温度场 ,是一项复杂而又极富挑战性的工作。回顾了多年来该领域的研究进展 ,对基于地表温度的计算过程进行了详细的推导 ,得出两种目前常用的基于气象卫星 NOAA AVHRR数据的计算公式 ,在此基础上 ,给出了1

自动站地面温度记录异常的处理

通过质量控制地面(A)文件,发现自动站地面浅(深)层温度记录,在采集数据时存在各种异常。本文根据实例分析了各种异常记录出现的原因。结合有关规定和问题解答,给出异常记录的处理方法,同时为有关部门全面了解自动站采集器性能提供帮助。

区域气候模式对中国地区1982-2001年地面温度和降水模拟能力的检验

本文利用NCEP/NCAR再分析资料驱动MM5V3区域气候模式,对东亚地区的气候进行了20年(1982-2001)的长期模拟,分析了模式对中国地区地面温度和降水的模拟能力.分析结果表明:模式对中国地区地面温度和降水的空间分布形态具有较好的模拟能力,但在中国大部分地区对地面温度的模拟偏冷,对降水的模拟偏多;模式对地面温度年际变化的模拟好于对降水年际变化的模拟;模式能较好地模拟地面温度和降水的季节变化特征,其中地面温度在夏半年的模拟结果优于冬半年的,降水则相反;模式对于一些极端气候要素,如日最高、最低地面温度,强降水等也具有一定的模拟能力.

双套自动站地面温度观测数据差异分析

通过对陕西省7个国家气象站2014年新、旧双套自动站逐小时地面温度对比差值进行分析,发现利用现有观测方法和观测设备,地面温度观测值误差较大,数据一致率仅有93.67%,而超差率高达35.70%,且白天误差更为明显。通过对可能影响地面温度观测值的因素进行深入分析,并结合试验结果,得出太阳辐射强度对地面温度观测差值的影响不大,而观测场土质、观测方法、传感器维护以及设备型号与其有密切关系。建议采用采样面积更大的观测设备或观测方法替代现有单支铂电阻直埋观测法。