2001—2015年间广西壮族自治区防城港市热岛效应时空变化研究

为研究广西壮族自治区防城港市2001—2015年间热岛效应的时空变化规律,利用遥感监测防城港市15 a来城市热岛效应的演变特征。选用2001年、2008年和2015年获取的3期陆地卫星(Landsat5 TM和Landsat8 OLI)遥感数据,反演防城港市地表温度(land surface temperature,LST);设置热岛强度及热岛比例指数2个评价指标,从热岛强度的时空分布和面积变化、城市热岛比例指数发展特征以及城市下垫面特性对热岛效应的影响3个方面分析防城港市热岛效应15 a间的演变特征。研究结果表明:(1)防城港市各区市县建成区面积均呈迅速扩张的趋势;(2)城市热岛强度逐年增强,港口区强热岛区增幅最快,年均增长率达到26.72%;(3)城市热岛比例指数逐年递增,东兴市最高,达到0.62;(4)城市绿地和水体对城市热岛效应具有明显的降温作用,水体的作用距离和降温幅度均大于绿地,但防城港市建成区植被和水体的比例明显偏低。上述研究成果可为防城港市创建全国园林城市提供科学合理的建议。

广西暴雨集中度智能气候预测方法研究

利用1961—2023年广西79个气象观测站逐日降水和国家气候中心大气环流、海温指数资料,构建广西暴雨集中度计算方法,基于逐步回归方法、粒子群-神经网络、随机森林算法,建立暴雨集中度气候预测模型。结果表明,广西存在以桂林和柳州两市北部为中心的桂东北地区、以“东兰、巴马、凤山”为中心的桂西山区和沿海地区三个暴雨集中度高值区,暴雨集中度异常大小基本反映发生洪涝和干旱灾害的严重程度。经过2020—2023年气候预测试验,粒子群-神经网络算法预测效果最好,其次为随机森林算法,第三是逐步回归方法。

“20·6”广西持续性暴雨过程异常气候特征分析

利用广西91个地面气象观测站逐日降水资料以及NECP/NCAR高度场的再分析资料,对“20·6”广西持续性暴雨过程异常特征进行分析。结果表明:(1)欧亚中高纬呈“两槽一脊”环流形势,东亚大槽加深,冷空气南下活跃,有利于广西东北部强降水发生和维持。(2)南海夏季风爆发偏早,南海夏季风活跃,打通来自印度洋和南海水汽通道。(3)副热带高压位置偏北、西脊点位置偏西,来自副热带高压南侧的东风气流与孟加拉湾西南暖湿气流汇合,有利于强降水发生和维持。(4)此次过程前期热带大气低频振荡对流抑制带有明显向东移动,并稳定维持在西太平洋,热带大气低频振荡对流带活跃于印度洋,为广西暴雨发生带来丰富的水汽。以上条件有利于广西持续性暴雨过程的发展和维持。

1971—2023年广西冰雹日数和范围的气候特征分析

利用广西88个国家气象观测站1971—2023年逐日冰雹观测资料,采用线性趋势、低通滤波、小波分析等方法,分析广西冰雹日数和范围的变化特征,定义广西冰雹过程及综合指数,综合评价冰雹过程的持续时间和影响范围。结果表明:(1)1971—2023年,广西年冰雹日数和冰雹站数均呈显著减少趋势,春、冬季冰雹日数和冰雹站数呈减少趋势,夏、秋季呈增加趋势。(2)广西年冰雹日数和冰雹站数阶段性变化特征明显,在20世纪70年代先降后升,20世纪80年代至21世纪00年代波动下降,21世纪10年代后有所回升。年代际尺度上,冰雹日数存在12~16 a的变化周期,冰雹站数存在10~16 a和16~20 a的变化周期。(3)广西冰雹过程综合指数排在前十位的过程有6次发生在20世纪70年代至80年代,20世纪90年代有1次,其余3次发生在21世纪10年代后。

广西北部湾沿海城市群气候承载力分析与评价

利用气候自然影响因子和社会经济发展因子构建城市气候承载力定量评价体系,定量评价2000—2019年广西北部湾沿海城市群——北海、防城港、钦州的气候承载力变化。结果表明,研究期内三市气候天然容量波动增大,北海和防城港增长趋势显著,反映了城市化对气候的影响;极端气候事件压力波动剧烈,总体增长不显著;各地城市气候压力和城市协调发展力在城市发展进程中均呈上升趋势,但城市协调发展力的增长仍不足以平衡自然影响因子和城市经济发展造成的负面影响。北部湾城市群气候承载力整体呈显著波动下降趋势,反映气候环境对沿海城市建设发展制约越来越明显;三市气候承载力对气候天然容量、极端气候事件压力指标的变化响应敏感,极端低温、大风、干旱(持续无降雨)和暴雨事件是沿海城市群气候系统稳定性的主要威胁因子。在今后北部湾沿海城市群发展规划中,提升气候承载力需要提高科技环保和防御自然灾害的能力,走低能耗绿色发展道路,以应对气候变化带来的压力。

2022年广西最强“龙舟水”气候成因分析

基于广西91个国家地面气象观测站降水数据和ERA5逐日再分析资料,分析2022年5月21日至6月21日广西“龙舟水”过程的天气气候成因。结果表明:(1)“龙舟水”期间冷空气南下活跃,西太平洋副热带高压位置偏西,南支槽伸至孟加拉湾,水汽条件充沛,冷暖空气交汇导致锋面降水频繁。(2)南海夏季风提前爆发,前期偏强后期减弱,利于雨带滞留广西。(3)200hPa西风急流偏强位置偏南,利于上升运动的维持和加强。(4)基于结构化自组织神经网络聚类的延伸期降水过程预测模型,较好预测出“龙舟水”期间暴雨过程的空间类型和出现时段。

近60年广西日照时空变化规律和特征分析

为了更好地掌握广西光照资源状况,笔者利用1961—2020年广西91个国家气象观测站日照观测资料,采用线性倾向估计、M-K检验等统计分析方法,开展近60年广西日照时数、日照百分率的时空变化规律和特征研究。结果表明:广西年日照时数呈波动下降变化趋势,20世纪60—80年代和21世纪00年代日照时数属于偏多期,20世纪90年代和21世纪10年代属于偏少期;广西年均日照时数、日照百分率分别在1981年、1974—1976年间出现突变;日照空间分布呈现南部多北部少,河谷平原多、丘陵山区少的特点;日照存在明显的季节差异,日照时数以夏季最多,冬季最少,大部分地区秋季多于春季;日照百分率全区大部分地区以秋季最高,夏季次高,冬春季最少。研究成果可为广西光照资源的开发利用提供基础数据和依据。

2023年6月一次北部湾低压极端暴雨过程天气气候特征

利用逐日再分析资料,对2023年6月7-10日北部湾低压持续性极端暴雨过程的天气气候特征进行研究。结果表明,(1)持续性极端暴雨前期和期间,副热带高压异常偏北偏西,位置稳定。孟加拉湾-南海-菲律宾一带热带辐合带活跃,南海西部有低压系统生成,并移入北部湾。(2)季节内振荡(MJO)处在第2、3位相,受其东传影响,中高纬度环流形成的槽脊位置有利冷空气南下影响广西。中层500 hPa我国东北地区附近有东北低涡维持,低涡后部强盛偏北风引导冷空气南下,受偏北偏西的副高阻挡,有小股冷空气渗透南下影响广西。(3)低层850 hPa印度洋越赤道气流和西南季风强盛但活动偏南,印度洋-中南半岛-南海的西南风急流受台风“古超”阻挡转向成南风,使气流在北部湾形成气旋性弯曲。广西西北部有弱东北风,增强北部湾周边气流的气旋性辐合。(4)广西南部和北部湾一带位于200 hPa东亚副热带高空急流右侧与850 hPa西南风低空急流左侧,高空辐散和低层辐合,1000~300 hPa水汽通量辐合区水汽条件充沛。中、低纬度天气系统的协同作用,为这次持续性极端暴雨提供有利的稳定大尺度环流背景,以及充分的热力、动力条件。

城市气候变化风险研究新进展

城市是气候变化影响的关键脆弱区,是应对气候变化行动的实施主体,城市气候变化风险和应对策略研究有重要意义。本文综述气候变化风险定义、城市气候变化风险评估、气候风险管理和应对策略及未来研究方向的最新进展。城市化和城市气候变化相互影响,基于致灾危险性-暴露度-脆弱性三维迭加的风险评价是主要研究方向,适应型城市的气候管理需要切实提高应对极端天气气候事件的能力。当前为实现“双碳”目标,城市气候系统的减缓作用要加大,以城市温室气体排放监测和估算为基础的气候变化风险研究也将得到重视。城市气候变化风险研究未来将向多领域、多角度综合方向以及行业领域精细化、定量化方向发展。

气温变化对广西城乡居民电力消费的影响

利用2009—2023年广西91个国家级气象观测站的气温资料和广西社会用电量资料,运用Spearman相关分析法,研究近15a来广西气温和城乡居民用电量的变化趋势特征,以及运用度日数法探讨气温变化对城乡居民电力消费的影响。结果表明,广西气温整体呈上升趋势,各个季节的气温指标变化趋势不一;城乡居民电力消费增加,气象电量与气温要素的变化趋势基本一致。气温变化对广西城乡居民用电量的影响较大,以夏、秋季的影响最为明显;夏季增温导致居民电力消费需求明显增大,冬季低温过程增强也导致居民电力消费需求增加,秋季气温上升、低温过程强度减弱,居民电力消费需求有增有减;春季增暖则居民电力消费需求减少。

广西太阳能资源评估指标体系研究与应用

采用太阳能资源丰富程度、稳定度、直射比三个指标对太阳能资源进行等级划分,建立一套适用于广西太阳能资源分布特点的精细化评估指标体系。结合广西太阳总辐射年辐照量实际分布状况,将太阳能资源丰富程度指标进行分级细化,将覆盖广西大范围的C等级细化为C1、C2、C3三个级别。结果表明,广西太阳能资源丰富程度划分为B、C1、C2、C3、D五个等级,其中B级资源很丰富区主要分布在广西沿海东部区域,C1一级丰富区在22.5°N附近以南地区和右江河谷一带,C2二级丰富区在桂中大部分地区,C3三级丰富区集中分布在桂北大部。太阳能资源稳定度划分为B、C两个等级,其中B级较稳定区集中分布在桂西北、桂东南部分地区以及上思县等地。全区各地直射比均为C级(中等级),以散射辐射较多。

广西典型沙生红树林总初级生产力变化特征及其对气象因子的响应

红树林是海岸带生态系统中单位面积总初级生产力最高的植被生态系统。广西红树林总面积位居全国第二位,研究红树林GPP变化特征,深入探究其对气象因子的敏感性,以期为全面了解红树林碳循环动态和制定相应气候变化适应策略提供科学依据,为红树林的保育管理和生态修复提供参考。目前,尚未见有基于涡度相关技术开展广西红树林GPP研究的相关成果。以广西北海市沙生红树林为研究对象,研究区同时也是红树林生态修复区,采用涡度相关技术结合冠层实景观测技术,系统分析红树林GPP的月平均日变化特征、季平均日变化特征、月累积变化特征及年累积变化特征,并利用单因子相关分析和多因子通径分析,研究光合有效辐射、气温、地表5 cm温度、饱和水汽压差和降雨量在日、月尺度与GPP的响应模型。结果表明,GPP的平均日变化曲线在月和季尺度上呈倒“U”型分布,月累积年内呈现“双峰一谷”的变化趋势,春季和秋季为波峰,夏季为波谷;红树林冠层植被指数的分析表明,夏季波谷是由于虫害爆发导致GPP下降。2019-2022年GPP年累积分别为1.28×10^(3)、1.29×10^(3)、1.36×10^(3)、1.38×10^(3)g∙m^(-2)∙a^(-1)(以C计,下同),年累积量均值为1.33×10^(3)g∙m^(-2)∙a^(-1),GPP呈缓慢增加的趋势,但GPP显著小于东南沿海观测站点,这与研究区的土壤类型、群落结构以及观测站区域外部扰动有关。对红树林GPP产生直接影响最大的气象因子为光合有效辐射和气温,产生间接影响最大的因子为地表5 cm温度。综上,北海沙生红树林GPP与东南沿海相比较弱,随着生态修复工作的实施,GPP缓慢递增,但病虫害对红树林GPP影响较大,应及时开展病虫害防治工作,有利于红树林碳汇功能的提升。

基于年际增量法的广西6月月降水量预测

利用广西87个气象站6月月平均降水量及NCEP/NCAR再分析资料,通过普查1960—2021年广西6月月降水量年际增量与前期500 hPa位势高度场的相关性,选取影响广西6月降水异常相关性较高的前期预测因子,研究其主要影响机制,并采用模糊神经网络与熵度量相结合的方法构建月降水年际增量的集合预报模型,对预测模型进行1960—2013年的拟合检验和2014—2021年的独立样本预报检验。结果发现,该模型的预测准确率较高,独立样本的回报年份同号率为87.5%,拟合平均绝对误差为26.64 mm,拟合平均相对误差为9.06%,预报效果优于利用逐步回归方法构建的预测模型,而且模型性能比较稳定,具有较好的业务应用前景。

广西台风灾害的暴露度和脆弱性特征

利用2001—2020年广西台风灾害灾情和人口、社会经济数据,统计分析广西台风灾害农作物、人口和经济的暴露度和脆弱性特征。结果表明:(1)2011—2020年,广西年均台风灾害受灾人口、农作物受灾面积、直接经济损失分别比上一个10 a平均减少57.3%、6.7%、1.7%,但极端灾害时有发生。(2)2011—2020年,广西台风灾害暴露度地域差异性较大。年均农作物暴露度高值区主要分布在桂中,桂西北最低。年均人口暴露度高值区主要分布在南宁、柳州、桂林和北海等人口密集的城市中心及桂东南地区,桂西北较低。经济暴露度分布特征与人口暴露度相似。(3)2011—2020年广西台风灾害的多年平均农作物、人口和经济脆弱性分别为4.4%、5.19%和0.21%。农作物和经济脆弱性较高的地区分布在沿海地区和崇左市,人口脆弱性较高的区域分布在桂南地区。2016—2020年与2011—2015年相比,整体均在减小。沿海地区和崇左市需重点防范台风灾害,提高防灾减灾能力,降低灾害风险。

百色市冬季农业气候资源变化特征及未来趋势预估

为了应对气候变化对农业气候资源的影响,本研究围绕百色市冬季农业气候资源的合理开发利用展开。基于1970年12月-2023年2月期间,百色市12个国家气象观测站的逐日平均气温、降水量、日照时数数据,以及高分辨率区域气候模式RegCM4.4预估数据,采用线性趋势分析、Mann-Kendall突变检验、小波分析等方法,深入探讨了百色市冬季农业气候资源的分布特性、历史演变规律及未来变化趋势。研究发现,(1)百色市冬季热量资源较丰富,平均气温、≥10℃积温以右江河谷最高,北部山区最低;降水量具有南部多、北部少的特点;日照时数右江河谷北部和中部普遍高于其他地区。(2)1971-2023年百色市冬季气候呈暖湿化的趋势,冬季平均气温、≥10℃积温总体上均呈显著上升趋势,变化速率分别为0.18℃/10a、27.30℃·d/10a,均在1991年左右出现增高突变;降水量总体呈显著增加趋势,变化速率为5.27 mm/10a,在2010年出现增多突变;冬季日照时数呈显著减少趋势,变化速率为-10.36 h/10a。研究时段内4个要素均存在10~16 a的年代际尺度变化周期。(3)未来变化预估结果显示,在RCP4.5和RCP8.5情景下,2024-2080年百色市冬季平均气温和≥10℃积温均呈显著上升趋势,降水量变化趋势不显著;日照时数在RCP4.5情景下呈显著增加趋势。气候变暖给百色市冬季农业生产带来更好的热量条件,但降水量、日照时数波动变化较大,可能增加农业生产的不稳定性。

基于通量塔的广西白骨壤群落虫害影响固碳监测

虫害是影响红树林生长的重要生物因子。为深入了解虫害对红树林固碳的影响,以广西北海市典型白骨壤(Avicen⁃nia marina)群落为研究对象,采用涡度相关技术,分析虫害对白骨壤群落净生态系统碳交换量(NEE)的影响。结果表明,受虫害影响,研究区白骨壤群落全年物候曲线呈“双峰一谷”变化特征,夏季为NEE累积最低时段。4—8月为白骨壤群落虫害爆发主要时段;受虫害影响后,白骨壤群落的生态恢复仅需1~2个月,说明白骨壤群落对虫害的自我修复和调整能力较强。2019—2022年,白骨壤群落NEE年累积量分别为-3.92×10^(2)、-4.03×10^(2)、-4.02×10^(2)和-4.61×10^(2) gC/m2,NEE呈缓慢上升趋势;受虫害影响,白骨壤群落NEE年累积损失率均值为22.08%。虫害对白骨壤群落NEE具有明显影响,应加大虫害防治力度,有效降低虫害带来的负面影响,更好地发挥红树林的固碳功能。

基于小时梯度观测数据的广西元宝山降水特征分析

利用广西元宝山山地梯度气象观测系统21个区域自动气象站2021—2022年逐时降水量数据,分析了元宝山及其周边地区的降水时空分布特征。结果表明:元宝山年平均降水量接近2700 mm,呈东高西低分布,降水大值区集中在迎风坡,迎风坡年降水量比背风坡多近900 mm;降水日数随海拔升高而增加;月降水量呈单峰特征,5—7月为降水集中期,在山南、迎风坡和背风坡6月降水量最大,占全年降水28%以上,山北则是5月最大;日降水峰值主要发生在凌晨04—05时,白天降水不活跃,16—17时达到谷值。元宝山上年暴雨日数为9.5~18.5 d,主要出现在5—7月,4个区域暴雨日数最大值均出现在6月;高海拔区域暴雨日数多于低海拔区域;迎风坡和山南暴雨强度明显大于其他区域。元宝山上出现短时强降水次数每年为10~32次;山上和山下各区域短时强降水的开始、结束月份和持续时间均有较大差异;短时强降水集中发生在凌晨,且随海拔高度升高而略有推迟,发生最多的区域是迎风坡;各区域的短时强降水强度相差不大,均为30 mm·h^(-1)左右。

2023年7月广西持续性高温天气成因及前兆信号分析

利用广西91个国家气象观测站最高气温逐日资料和NCEP/NCAR再分析资料、NOAA向外长波辐射资料,国家气候中心130项气候系统监测指数资料,分析2023年7月广西持续性高温天气的成因,探寻其前兆信号。结果表明,7月9-16日和22-29日,广西出现2次大范围高温天气过程,全区平均高温日数12 d,为1951年以来同期第3多。两个高温天气过程中,广西受台风西侧外围下沉气流控制,副热带高压强度偏强,位置偏北偏西、南亚高压异常东扩。深厚高压系统控制下的异常下沉增温作用导致广西2023年7月高温天气的发生发展。前期3-4月热带西太平洋暖池海温特征量与当年7月广西高温日数呈显著正相关,此因子可作为7月广西高温天气一个可靠的前兆信号。

“双碳”目标下广西新能源气象服务发展思考

为了探索“双碳”目标下广西新能源气象服务发展的思路,笔者通过分析广西风能太阳能气象服务的现状,找出当前广西风能太阳能气象服务存在的问题,并从资源监测站点的建设、监测评估预报业务体系的建立和技术水平的提升、服务团队的打造和多部门的融合发展等方面提出提升广西风能太阳能气象服务的对策和建议。

冬季热带中东太平洋海温变化对广西大雾日数的影响

利用1979—2020年广西80站逐日大雾资料、Hadley中心海表面温度资料以及NCEP/NCAR再分析资料,结合相关分析、合成分析以及信息流因果理论,分析了冬季热带中东太平洋海温变化对广西大雾日数的影响。结果表明:冬季热带中东太平洋海温是广西雾日数的显著影响源,海温偏高(偏低)一定程度上导致了广西冬季大雾天气多发(少发)。冬季热带中东太平洋海温偏暖,引起上空上升运动异常,减弱了沃克环流,导致热带西太平洋出现下沉异常。热带西太平洋下沉异常导致局地负的加热异常,从而在热带西太平洋北侧菲律宾一带对流层低层激发出反气旋异常。广西在菲律宾异常反气旋西北侧的西南风影响下,一方面动力上使得近地面层偏北冬季风风速减小,有利于大雾形成和维持;另一方面使得南海至西北太平洋一带维持显著的异常反气旋水汽环流,有利于南海水汽向华南输送,使得广西上空整层水汽通量辐合增强,对流层低层绝对湿度增大,水汽逐渐饱和,近地面层结稳定度增强,为大雾形成提供有利条件,最终导致雾日增多。冬季热带中东太平洋海温偏冷时则形势大致相反,广西大雾少发。