中国陆地生态信息空间化技术研究(Ⅲ)——温度、降水等气候要素

利用国家气象局722个气象台站1971～2000年的气象资料,采用三维二次趋势面分析与空间插值相结合等方法,在ArcGIS平台上对气温、降水、空气湿度等气候要素进行空间化,生成国家尺度的1km×1km栅格各种要素气候图180多幅。经检验,平均绝对误差,平均气温和平均最高、最低气温为0.5℃左右,极端最高气温为1℃左右,极端最低气温为1.5℃左右,平均风速为0.4m·min-1;而平均相对误差,≥0℃、5℃、10℃、15℃的积温和平均相对湿度多在5%以下,降水量和饱和差在10%左右;其空间化的精度基本上达到了实用要求。为生态学、地学、资源与环境等学科的发展提供了重要的基础数据与研究平台。研究表明,空间化误差的时空分布与测点密度、气候要素本身特性等因素有关。一般规律是:西部地区大于东部地区,冬季大于夏季,离散的气候要素大于连续的气候要素,极端值大于平均值。

春茶萌芽期复杂地形下冷池气温特征及易发区识别

以西湖龙井主要产区为研究区域,利用2021年研究区内29个自动气象站春茶萌芽期的气温和雷达探空逆温数据,分析典型冷池易发区的冷池气温特征,探索基于DEM自动识别复杂地形下的冷池易发区方法。结果表明:2021年2月20日-3月31日,西湖龙井产区典型冷池易发区的冷池日发生频率为45%。冷池日发生频率和强度与天气类型有关,晴天和多云天气条件下极易出现冷池日,寡照天气下较少发生,强冷池日多出现于晴天条件。冷池增加了逆温频率和强度,与平地相比,逆温频率增加了23%,平均最大逆温强度增加了1.26℃·100m^(-1)。一次典型的强冷池过程包含了形成加强、维持和消弱消散3个阶段,消弱消散阶段谷底的最大小时升温幅度达到11.3℃,比形成加强阶段最大小时降温幅度(7.2℃)高4.1℃。由DEM数据中的坡度、相对高度百分率、地形曲率3个地形因子构建判别指标识别冷池易发区,识别效果较好,对冷池易发区和非易发区站点的识别准确率分别为80%和78%。研究区内茶园有约26%面积分布在冷池易发区内,因极端低温和剧烈升温过程影响,更易在春茶萌芽期导致春茶受霜冻危害。

东北地区辐射资源栅格化信息系统的建立

借助GIS平台和DEM数据 ,生成东北地区 1km× 1km经度、纬度、海拔高度、坡度、坡向数据库。利用 1960年～ 1990年累年月平均气候资料 ,采用气候学方法计算了东北地区 189个气象台站总辐射、直接辐射、PAR和地表有效辐射的月值和年值 ;并用极轨气象卫星资料处理软件和VB6 0语言处理了 1992年辽宁省 5月～ 8月的NOAAAVHRR数据 ,得到了辽宁省 5月～ 8月月均 1km× 1km网格的地面反射率数据。在此基础上 ,分省建立了各种辐射值与宏观地理因子 (经度、纬度、海拔高度 )的三维二次空间分布模式。半理论半经验地定量分析了坡度坡向对总辐射和PAR的影响 ,最终建立了东北地区辐射资源栅格化信息系统。

杭州冬季塑料大棚内气温变化特征及日最低气温预报模型

利用2010-2012年冬季塑料大棚内外气象资料,分析晴天、多云、寡照3种天气类型下的单、双层棚内气温变化特征,采用逐步回归方法构建适于杭州地区的棚内日最低气温预报模型,并对模型进行拟合和预报试验。结果表明:单、双层棚内气温变化趋势基本一致,晴天、多云条件下日变化剧烈,阴雨寡照下较平缓。棚内日最低气温在晴天、多云条件下比寡照时低,易出现低温危害。棚内外日最低气温温差单层棚平均为2.0℃,双层棚平均3.0℃。日最低气温预报模型拟合结果表明,单、双层棚内日最低气温拟合值与实际值的均方根误差(RMSE)分别小于1.0℃和0.5℃,晴天、多云和寡照3种天气类型下,单层棚分别为0.5℃、1.3℃和0.7℃,双层棚分别为0.4℃、0.3℃和0.5℃;实际预报检验表明,模型具有较高的模拟精度和较强的实用性。

利用温度植被干旱指数(TVDI)方法反演杭州伏旱期土壤水分

利用MOD IS资料构建了杭州地表温度(Ts)-增强植被指数(EVI)的特征空间,拟合了特征空间中的干、湿边方程,计算了温度植被干旱指数(TVD I),并推导出利用TVD I和干、湿边土壤水分计算土壤含水量的方程。在计算TVD I的过程中,为了减少高程的影响,利用数字高程模型(DEM)对Ts进行了订正;利用同期野外实测土壤湿度数据计算了干边上的土壤水分值,从而反演杭州2006年伏旱期8月份每隔16d的平均土壤含水量。结果表明:①TVD I方法能反演杭州伏旱期土壤表层水分,实测值与预测值之间平均绝对误差在15个百分点左右。②高程校正后的TVD I能更好的反映土壤水分,与校正前相比,平均绝对误差减少5个百分点,基本满足业务需要。

MODIS卫星植被指数产品在干旱监测中的应用

利用2002年和2003年8月下旬同期的MODIS卫星资料,在水体判识和云检测的基础上,分别计算了归一化植被指数。对2003夏季杭州地区伏旱情况进行了植被指数的差值分析,并于同期降水监测站的资料进行对比。结果表明,植被指数的差异可以定性的反映出年际间旱情的差异和受旱的范围,是一种简单易行的旱情监测方法。

辽宁省太阳辐射的计算方法及其分布特征

利用东北地区 9个辐射台站 1 96 1年～ 1 980年的辐射资料 ,检验、比较了国内常用的总辐射和光合有效辐射计算方法的误差和精度。结果表明 :采用多因子综合法计算总辐射的通用公式 ,其月值和年值的平均相对误差分别为 4 0 %和 3 7% ,复相关系数为 0 990和 0 787,分别达到 0 0 1和 0 0 5显著水准 ,明显优于其他方法。可用于东北各地的总辐射计算 ;周允华等人建立的总辐射PAR系数经验公式 ,较好地反映了该系数的季节变化及其影响因素 ,与国内外的研究结果极为接近。选择上述适合于辽宁省的辐射计算方法 ,利用 1 96 1年～ 1 990年有关气候资料 ,计算了辽宁省各地的总辐射和光合有效辐射资源 ,并分析其时空分布特征。

东北地区热量资源栅格化信息系统的建立和应用

利用东北地区 172个气象台站 3 0a(1961年～ 1990年 )的整编温度资料和东北地区 5 0 0m× 5 0 0mDEM数据 ,建立了东北地区温度要素的空间分布模型。结果表明 ,温度要素的宏观本底值的模拟以三维二次幂级数展开法效果较好 ,其误差气温多在 0 2℃～ 0 4℃ ,≥ 10℃初日、终日为 1 1d～ 2 0d ,≥ 10℃初终间隔日数为 2 2d～ 2 9d ,≥ 10℃积温为 5 6℃·d～ 89℃·d。 3省各温度要素的小地形影响程度不同 ,文中对小地形影响显著的要素进行了模型修正。利用建立的温度要素空间分布模型 。

东北地区降水与湿度气候资料的栅格化技术

应用地理信息系统和数据库等计算机技术 ,以东北地区DEM为基础 ,生成坡度、坡向及遮蔽度等小地形因子数据库和经度、纬度及海拔高度等大地形因子数据库。利用东北地区 1960年～ 1990年 3 0a平均的降水与湿度资料 ,采用趋势面分析、逐步回归、宏观地理因子模拟与小地形订正等方法 ,分区构筑了东北 3省降水和湿度空间分布的数学模型。进而利用GIS平台建立分辨率为 1km2 的东北地区 4月～ 10月份和全年降水与湿度的GRID格式专题地图 ,所得结果与东北地区实际降水和湿度分布较为吻合 。

西湖龙井茶开采期影响因子及预报模型

基于西湖龙井茶主栽品种(龙井43和龙井群体种)开采期及气象资料,应用积温和逐步回归方法,分别构建西湖龙井茶的积温预报模型和逐步回归预报模型,并利用多元线性回归方法,对两个模型的预报结果进行集成,构建集合预报模型。结果表明:积温预报模型、逐步回归预报模型、集成预报模型均通过0.01水平的显著性检验;龙井43和龙井群体种的积温预报模型回代检验平均绝对误差(MAE)分别为3.6d和2.8d,2a试预报MAE分别为2.5d和1.0d;逐步回归预报模型的回代检验MAE分别为0.9d和1.4d,2a试预报MAE分别为1.6d和0.8d;集成预报模型的回代检验MAE分别为0.7d和1.1d,2a试预报MAE分别为1.3d和0.8d。3种预报模型对西湖龙井茶开采期预报均具有应用价值,集成预报模型较积温预报模型和逐步回归预报模型的预报效果更理想,具有实际生产指导作用。

杭州单体钢架大棚风灾时空特征

基于杭州国家基准气候站1951—2018年大风逐日资料和经过质控后的373个自动气象站2014—2018年小时极大风速资料,采用MK方法和平均值法,分析杭州建站以来的大风年际变化规律和近5年不同风力等级风的空间分布特征,结合单体钢架大棚风灾等级指标和设施大棚第3次农业普查的乡镇级数据,提出农业发展建议。研究结果表明:造成单体钢架大棚重度受损的大风天数年际变化为波动中下降,2001年出现突变,下降趋势显著,各季变化类似;造成单体钢架大棚轻、中、重3个等级的各级风发生天数和时次数的多发地均为临安西北部山区、富阳安顶山和杭州湾等区域,其中杭州湾区域也是杭州设施农业主要发展地,需进行重点防御,适当提高建设标准;杭州中心区域为大风低值区,可进一步发展设施农业。一年四季中,造成单体钢架大棚中到重度风灾的风出现天数和时次数均为夏季最高、春季其次、秋季最少,持续时间以冬季最长、秋季次之、春季最短。

基于手机APP的蔬菜观测数据收集方法研究

为实现高频次、多品种、多站点农情信息的及时获取,建立蔬菜气象观测基础大数据信息。按照"互联网+"理念,以智能手机为载体,设计基于手机APP的蔬菜观测数据收集新方法。在B/S结构基础上,采用JAVA和Objective-C语言,研制蔬菜观测信息收集APP。各蔬菜基地人员通过该软件每天定时上传种植方式、生育期、生长状况、产量和气象灾害等内容,农业气象人员可实时查看、审核上传数据,掌握一线农情。相比传统农业气象观测方法,提高了农情信息收集效率和便捷性,后期可为分析蔬菜气象条件利弊、开展灾害指标研究等提供可靠的数据支撑。

杭州市农村综合信息服务平台的建设思路和主要框架

农村信息化是推进社会主义新农村建设的重要手段。加快农村信息化建设对于提高农业科技水平,转变农业增长方式,丰富农民生活具有重要的意义。总结杭州市农村综合信息服务平台建设的主要思路和框架。

杭州气象与低碳城市研究

一、杭州城市高温和热岛效应研究 对杭州1951—2008年58年的温度变化特征，特别对杭州的高温指标进行了分析，分别从年平均气温、年极端最高气温、热积温3个温度指标着手。

西湖龙井茶园卫星遥感识别研究

文章基于吉林一号高分辨率卫星以及中低分辨率卫星资料,利用实例分割法和改进的HRNetV2模型,对西湖龙井茶园进行初步自动提取,在此基础上结合人工解译,进一步获取精细空间分布和面积统计。通过新HRNetV2模型识别出的茶园边界与居住区以及山上林木边界清晰,纹理细腻丰富,茶园面积识别准确率接近92%。研究对西湖龙井品牌保护、数字化管理、精细化气象服务,以及茶树生长环境小气候研究具有重要意义。

物候模型支持下的杭州市春茶霜冻害时空变化及风险区划

开展春茶霜冻害风险区划对名优茶优化布局具有科学指导意义。基于杭州2015—2020年龙井43品种春茶物候观测资料、1951—2020年杭州国家基准气候站和2010—2020年263个区域自动气象站逐日气象资料,应用有效积温物候模型估算历史缺失年份春茶萌发初日数据,分析春茶生产霜冻害的时空分布特征,构建春茶霜冻害灾损率的加权平均模型,研制春茶霜冻害风险空间分布图。结果表明:过去70年来,春茶萌发初日提前的速度不及终霜日;春茶霜冻害年份减少,轻度霜冻害年份减少,中度霜冻害年份变化趋势不明显且年代际间波动大,重度以上霜冻害年份增加;各等级年霜冻害日数和霜冻害年份的变化趋势基本一致;春茶霜冻害年份轻度、中度、重度和特重出现频率分别为31.4%、18.6%、4.3%和1.4%,年灾损率无明显趋势变化;海拔每上升100 m,春茶萌发初日、终霜日分别推迟约1.3和2.6 d,春茶霜冻灾损率增加约1%,海拔越高,春霜冻害风险越高;杭州春茶生产霜冻害分布地域特征明显,春茶霜冻害基本无风险区(灾损率小于10%)约占杭州市总面积的25.2%,主要分布在杭州南部千岛湖、北部西湖产区、钱塘江河谷和较大水体周边,是发展春茶生产可优先考虑的区域;中度以上风险仅占杭州市总面积的6.3%。杭州市春茶生产霜冻害危害区域小,且灾害等级偏轻,适宜优质名优茶生产。

近40年山西省初终霜日的变化特征

利用山西省境内分布较为均匀的52个地面气象站1970-2009年的霜日观测资料,采用线性倾向估计法、累积滤波器法结合非参数统计检验方法分析了初终霜日的基本特征及其变化趋势;利用M-K法分析了霜日的突变特征。结果表明:初霜日、终霜日的出现以及无霜期的长短与地理因素密切相关,随着纬度逐渐偏北、海拔逐渐升高,初霜日提前、终霜日推后、无霜期缩短。从全省平均情况看,初霜日呈现显著的推后趋势,无霜期呈现显著的延长趋势,而终霜日的变化则以波动为主,线性变化趋势不显著。从突变检测情况看,初霜日、终霜日和无霜期在40年间均存在一次明显突变,初霜日的突变点出现在2000年,终霜日和无霜期的突变点出现在1997年。从变化趋势的空间分布看,初霜日显著推后的区域大片集中在晋中东部、吕梁北部和忻州西部,以及分散在运城南部、临汾西北部和大同南部。终霜日显著提前的区域位于晋中东部山区、吕梁山东部和忻州西部。无霜期显著延长的区域位于西北部黄河沿岸、省境中东部和运城南段。变化趋势为初霜日提前、终霜日推后和无霜期缩短的区域未通过显著性检验。