2001-2021年黑龙江省森林植被生态质量变化分析

通过统计分析及空间插值等方法,使用气象和遥感数据,分析2001—2021年黑龙江省林区主要植被生长季的气候条件及植被生态质量变化特征。结果表明:2001—2021年黑龙江省林区生长季降水量、平均气温和日照时数分别呈增加、增加和减少趋势。在水分、热量整体逐步增加的背景下,气候条件有利于改善植被生态质量。2021年生长季大部分林区植被生态质量为优和良等级;与多年平均比较,85%以上的林区呈偏好趋势,尤其是中部、东南部部分林区呈很好趋势。植被生态质量指数平均每10 a增大4.3,99%以上的林区呈提高趋势,特别是北部、东南部及中部部分林区改善明显。

2024年黑龙江省农业气象年景分析

基于黑龙江省2024年气候趋势预测结果,结合土壤旱涝预测模型、“十四五”国家重点研发计划项目建立的低温对主要作物生长影响评价模型、黑龙江省气候中心气象灾害风险预估模型,对2024年农业气象年景、作物生长季天气气候趋势进行综合分析,对可能出现的农业气象灾害进行初步预测,并提出相应建议,以期为政府部门统筹布局全省农业生产、农民合理安排农事生产活动提供科学参考。分析认为,2024年年景属平丰年(与近5年比较),影响2024年粮食生产的主要农业气象灾害为春播期东部局地内涝和西南部干旱,出苗期西部干旱和东部局地内涝,春季和夏季阶段性低温,夏季局地大风、冰雹、暴雨、内涝和阶段性干旱等灾害,其中暴雨洪涝和低温冷害发生风险较高。

黑龙江省大豆生长季适宜气象指标的研究

为研究气候变化背景下黑龙江省大豆生产指标体系,利用黑龙江省26个农业气象站1981-2016年的大豆生育期观测资料和同期逐日气象资料,通过统计方法,设定概率分布<80%为适宜指标界限,确定大豆适宜气象指标,包括根据气候特点和农业气象服务需求划分的5个区域和全省大豆关键生育期月适宜气象指标,采用分期播种试验设计,探讨大豆发育期气象适宜指标对大豆品种农艺性状和产量的影响。结果表明:月适宜气温和需水指标月变化趋势相似,7月最高,5月和9月最低,适宜日照时数指标5月最高,9月最低;北部地区月适宜气温指标最低,西部地区月需水指标最高,而东部地区月日照指标普遍低于其它地区;比较大豆各发育阶段适宜指标,适宜气温指标在结荚期最高,开花期和鼓粒期次之,出苗期和成熟期最低;适宜需水指标在开花期最高,鼓粒期次之,出苗期最低;适宜日照指标在成熟期最高,开花期次之,结荚期最低;分期播种试验表明,最满足适宜气象指标的播期,大豆产量最高。

中国生态保护修复进程下的黑龙江省NPP时空演变及突变模式

【目的】研究黑龙江省生态保护修复关键实施期(2000—2020年)植被净初级生产力(NPP)的时空演变和突变模式,以期为中国未来生态环境管理和政策制定以及“碳达峰、碳中和”目标实现提供科学参考。【方法】基于已验证的TEC模型和中国GlobeLand30地表覆盖数据集(2000、2010和2020年),采用Sen趋势度估计法、M-K和滑动t-检验法,分析2000—2020年NPP变化趋势和突变模式。利用空间叠加分析输出土地覆盖类型转移矩阵,探讨2000—2020年生态保护修复工程对黑龙江省NPP的影响。【结果】1)2000—2020年黑龙江省NPP年均值极显著增加,2010年后增长率明显上升,并在2020年达到新高。2)NPP突变时间分布较广,呈阶段性变化,在2010年出现峰值。突变高发期和峰值时间与中国生态保护修复重大工程关键节点高度吻合。ZZ模式(突变前后均为增加趋势)是黑龙江省最明显的NPP突变模式。FZ模式(突变前为减少趋势,后为增加趋势)森林面积比例最高,表明生态修复成果显著。2010年之后正向突变(ZZ和FZ模式)面积占突变总面积的百分比趋于平稳,占比每年均达96.9%以上。3)森林、农田和草地是2000—2020年黑龙江省年平均NPP总量的前三名。农田年NPP总量增加较快,在全省中占比极显著增大。4)2000—2010和2010—2020年生态保护修复对修复区域NPP增长的直接贡献率分别为56.8%和33.2%。【结论】2000—2020年黑龙江省在拥有强大碳储量的基础上,仍表现出持续增强的植被固碳能力。未来可加强对农业碳汇潜力和固碳方式的关注。生态保护修复工程已经对植被NPP产生重要影响。在东北森林带生态重大工程建设和全球气候变暖的背景下,黑龙江省将具有更大的植被固碳能力,并在全球和区域碳平衡中发挥重要作用。

黑龙江省粮食主产区雪水当量变化对土壤墒情的影响

土壤季节性冻融现象普遍存在于我国北方寒冷地区,是土壤水分时空分布剧烈变化的关键影响因素。雪水当量对积雪及冻土融化后土壤含水量有明显指示作用,对土壤墒情监测、预估和备春耕生产有指导作用。掌握季节性冻融过程中雪水当量、土壤水分状况和变化规律具有重要意义。利用全球环境变化观测卫星(GCOM-W1),分析并监测黑龙江省大豆、玉米、水稻产区的雪水当量和土壤含水量,空间分辨率为1 km。结果表明:2022年3月中下旬雪水当量高于历史平均,积雪积累丰富;4月初积雪迅速消融,雪水当量迅速减小,黑龙江省西北、东北和南部农区雪水当量在3月下旬和4月上旬高于历史同期,后逐渐与历史持平。2022年3—4月上旬,土壤含水量增高,变化趋势与雪水当量相反;3月下旬西部农区土壤含水率高于历史同期;4月上旬西部和东部大部分农区高于历史同期,4月中旬松嫩平原西部和三江平原中西部农区大风增温,失墒明显,部分农区土壤含水率低于2021年,但与近9a平均比仍持平或偏高。主要粮食产区雪水当量与土壤含水量呈显著负相关,即随着积雪融化,土壤含水量数值迅速增加;三种主要作物中,大豆产区随雪水当量减小,对土壤含水量影响最为显著。

2000-2022年黑龙江省森林植被生长季内生态状况分析

为研究2000-2022年黑龙江省森林生长季(5-10月)生态状况的变化特征,利用卫星遥感、气象及地理信息等资料进行分析,结果表明:2000-2022年生长季,黑龙江省森林植被覆盖度整体呈增加趋势,2012年以来,全省森林平均植被覆盖度均处于较高水平。森林生态状况整体向好,植被生态状况偏好区域面积占全省面积的比例呈显著增加趋势,且自2012年以后,偏好区域面积增加尤为明显。2022年生长季,黑龙江省大部分林区植被覆盖度高于75%。其中,黑龙江省中部、南部、东部林区及大兴安岭地区中部部分林区的植被覆盖度较高;森林生态状况整体中等偏好,偏好区域主要位于小兴安岭、长白山、完达山等林区。

黑龙江省玉米播种下限温度指标阈值研究

利用1981—2005年黑龙江省13个玉米观测站资料,采用聚类分析及典型年分析法,研究玉米播种下限温度指标,并用2006—2018年观测数据及大田分期播种试验数据对指标进行验证。研究表明,地温是玉米大田播种的主要影响因子,日10 cm平均地温可以作为最低温度界限指标的指示值。日10 cm平均地温6.0℃为玉米不能播种的最低界限指标;日10 cm平均地温6.0~8.0℃为玉米可以播种的最低界限指标,少数玉米遭受低温灾害;日10 cm平均地温8.0℃为玉米安全播种的最低界限指标。

黑龙江省玉米春播期10cm地温预测

玉米是黑龙江省第一大作物,因热量资源的限制,抢前抓早播种是玉米高产的重要措施,而研究玉米地温预测方法,进而预测玉米适宜播种期,可以指导大田玉米科学早播,为玉米安全生产提供保障。利用2007—2017年黑龙江省80个气象观测站气温、地温、风速预报资料,采用多元回归分析方法,构建玉米春播期10 cm地温逐日预测模型,并开发了玉米春播期日平均10 cm地温预报系统。利用2007—2012年观测数据及预报数据开展回代检验,利用2018—2020年观测数据及预报数据开展大田应用检验。结果表明:该系统预测的当日地温、未来1日地温、未来2日地温预报效果较好,虽然未来3日预报效果略差,但是预报升降温趋势准确。根据预测模型开发的地温预报系统,操作简单,预报结果以图形和表格2种方式存储,应用直观方便,能够满足业务服务需求。

1971-2016年黑龙江省作物生长季降水量时空演变特征

利用黑龙江省78个气象站1971-2016年作物生长季内(5-9月)逐日降水资料,采用数理统计方法,分析了黑龙江省作物生长季各月降水量的时空演变特征。结果表明:1971-2016年间,研究区作物生长季5月降水量呈显著增加趋势(P<0.05),6月、7月降水量呈上升变化(P>0.05),8月、9月降水量呈减少趋势(P>0.05);研究期内,生长季各月降水量的空间分布总体存在中部多的态势,但略有差异,6月、8月为东西少、中部多,5月西部少、中东部多,7月西多东少,而9月呈由西南向东北逐渐增多的趋势;生长季各月降水量的离散程度不同,总体表现为7月>8月>6月>9月>5月,盛夏7月降水量离散程度最大,春季5月最小。

黑龙江省玉米生长期冷害与干旱混合发生对产量的影响

基于1981-2016年黑龙江省玉米农业气象观测站资料,利用国家气象行业标准中≥10℃积温距平、水分亏缺指数(KCWDI)指标分别判识玉米出苗-抽雄期冷害、干旱,规定同一站点同一年份内冷害、干旱均有发生为2种灾害混合发生,分析其时空分布特征,以逐步回归方法构建积温距平、KCWDI与玉米单产的关系,并探讨2种灾害混发逆境对玉米产量的影响。结果表明:1981-2016年间,研究区玉米出苗-抽雄期≥10℃积温距平对气候变暖具有明显响应,呈显著增加趋势(P<0.01),空间上呈北低南高特征;KCWDI随时间呈波动式下降变化(P>0.05),空间上表征为西多东少趋势,较好反映研究区水分资源配置特征;在分析期内,各站玉米出苗-抽雄期冷害、干旱混合发生年数为2~12年,研究区累计发生94年,两种灾害混合发生随时间呈减少趋势,1990年代中期以前密集发生,之后发生频率下降,空间上,两种灾害混合发生表现为由西至东减少趋势,松嫩平原西部为频发区;玉米出苗-抽雄期≥10℃积温距平、KCWDI与玉米单产存在显著或极显著的相关关系(P<0.05或P<0.01),≥10℃积温距平下降、KCWDI增大,玉米产量呈下降趋势;玉米出苗-抽雄期冷害与干旱混发逆境对玉米产量以负效应影响为主。

基于FY-3D_TVDI的黑龙江省生长季干旱监测评估

基于FY-3D气象卫星数据构建Ts-NDVI特征空间,计算温度植被干旱指数(TVDI),分析2020年生长季内黑龙江省主要农区干旱时空分布变化,并结合高程、坡度以及气象数据,分析TVDI变化影响因子。结果表明,2020年生长季黑龙江省农区TVDI空间分布具有较强的区域性差异,呈现北部、东部较湿润,西部、中部、南部较干旱趋势;东部农区TVDI主要分布于0.2~0.6属于正常或偏涝,其他农区有2次典型干旱事件的发生,干旱峰值位于5月中旬和9月上旬。以400 m高程为分界点,小于400 m高程区域的TVDI与高程呈正相关关系,大于400 m高程区域的TVDI与高程呈负相关关系;坡度分界点为3.5°,小于3.5°区域TVDI随坡度的增加逐渐增大,大于3.5°区域TVDI随坡度的增加缓慢下降。旬平均气温对TVDI的影响大于旬累计降水量,且平均气温对TVDI存在持续性的影响,持续时间可达1~2旬。

2000~2020年黑龙江省陆地植被NPP驱动因子分析

净初级生产力(NPP)是陆地生态系统生产力重要指标之一,用于表征植被生长抵消人为碳排放量潜力,对维持全球碳平衡、减缓气候变化并完成我国双碳战略目标具有重要意义。文章基于已验证TEC模型计算植被NPP,采用Sen趋势度估计、土地利用动态度等方法,研究黑龙江省生态保护修复关键实施期(2000~2020年)植被NPP及其影响因子时空变化特征,利用地理探测器和相关分析法开展NPP驱动因子定量化分析。结果表明,2000~2020年黑龙江省气候总体呈现暖湿化趋势,热量条件和水分条件均得到明显改善。21年间黑龙江省植树造林成效显著,城镇化进程逐渐推进,2010年后城镇化速度明显加快。2000~2020年黑龙江省NPP平均值为602.7 gC·m^(-2),呈极显著增加趋势。自然因子中降水量是影响NPP增加的主导因子。土地覆盖类型对NPP也具有重要影响,表明我国未来可继续实施适合的生态修复政策增加NPP,提高陆地生态系统固碳潜力。研究可为生态环境管理、政策制定以及“碳达峰、碳中和”目标实现提供科学参考。

2008—2019年黑龙江省酸雨特征分析

采用统计分析与空间插值等方法对黑龙江省16个酸雨监测站2008—2019年的酸雨观测数据统计计算,分析该省酸雨变化特征和影响因素。结果表明:12 a间黑龙江省秋冬季在pH值<5.60条件下酸雨频率均值达到15.6%,维持在较高水平;相关性分析显示,在pH值<5.00条件下年均降水pH值与酸雨频率的相关系数为-0.83,呈强负相关性;虽然有效降水量是酸雨产生的前提条件,但年有效降水量与pH值相关性不明显,平均电导率与年均有效降水量的相关系数达到-0.80,降水量对电导率有较强的抑制作用;空间分布显示,在pH值<5.60和<5.00条件下的酸雨频率分别为20%~55%和10%~35%,酸雨频率高值区与pH低值区分布趋于一致。

基于高分三号卫星数据对台风“杜苏芮”期间黑龙江水体信息提取与洪涝灾害监测

本文采用高分三号(SAR)卫星数据,通过对雷达卫星双极化方式数据进行预处理,对2023年8月台风“杜苏芮”过境期间,黑龙江省五常市洪涝灾害区域进行监测研究,采用经验阈值分割法及人机交互修正误提图斑,提取洪涝发生区域水域信息,并通过叠加分析方法对水体识别结果进行泛滥水体区域分析计算。结果显示:对于多极化方式的数据,基于双极化后向散射系数及水体的指数,介于直方图双峰之间的阈值可以明显区分水体和非水体,使用经验阈值分割和人机交互修正可以从SAR图像上提取水体信息,进行洪涝灾害期间水体面积监测,通过叠加分析法进行泛滥水体区域分析与面积计算,实现雷达卫星数据在云遮挡情况下的精细化水体识别与分析。

基于TVDI的黑龙江省2021年夏季干旱时空分布研究

在气候变暖背景下,动态监测干旱发生、发展过程,有利于干旱灾害的风险性管理,对农业生产具有指导意义。本研究基于FY3D气象卫星数据构建TS-NDVI特征空间,计算温度植被干旱指数(TVDI),分析2021年黑龙江省6-8月干旱时空分布情况,并与去年同期进行对比分析,研究结果表明:2021年6-8月黑龙江省TVDI平均值为0.53,全省大部分地区水分供应情况良好,干旱分布存在区域性、阶段性特点,6月,干旱区域位于齐齐哈尔、绥化部分地区;7月,佳木斯、双鸭山、牡丹江以及大庆部分地区TVDI值升高;8月,全省旱情缓解。与去年同期相比,6月TVDI平均值比去年同期减小0.04,7-8月TVDI值均较去年同期增加,其中增加区域主要集中于黑龙江省东南部的三江平原。

基于风云四号卫星LMI数据的黑龙江省闪电活动特征研究

FY-4A闪电成像仪(LMI)为亚太地区首次研制发射的同类载荷,可以实现对闪电活动的实时、连续监测和跟踪。利用2018—2021年6—9月LMI的闪电事件(Event)观测数据,分析了黑龙江省闪电密度和辐亮度变化特征,结果表明:黑龙江省闪电密度和平均辐亮度空间分布不均匀,闪电密度高值区主要分布在黑龙江省北部、中南部和西部;平均辐亮度高值区主要分布在黑龙江省北部、中部和东南部部分地区。黑龙江省东部和西部地区闪电密度和辐亮度呈反相关,西部闪电密度高但辐亮度较低,东部闪电密度低但辐亮度较高。闪电次数高发月份是6—7月,约占闪电事件总数的78.6%,闪电次数日变化呈现“双峰”,凌晨3时和傍晚16时为峰值时刻。闪电平均辐亮度随月份呈线性降低,且辐亮度月分布呈右偏态,日变化呈现“单峰”,峰值为中午12时左右。2018—2021年闪电事件辐亮度分布为偏态单峰型,0~20μJ/m^(2)/ster范围是高频率区间。

基于LMI数据的黑龙江省一次闪电活动过程特征分析

风云四静止卫星闪电成像仪通过光学成像探测来实现闪电的定位,能够对闪电活动进行长时间连续监测,为强对流天气预警和区域闪电活动特征研究提供观测数据。本文主要利用静止气象卫星风云四号A星搭载的闪电成像仪(LMI)闪电探测资料,对黑龙江省某雷暴日(2021年7月21日)的闪电活动进行监测分析,结果显示:该监测时段内在黑龙江省共监测到发生闪电事件1480次,主要分布在黑龙江省东部和中部地区,其中鸡西市发生闪电事件次数最多,多达332次,伊春闪电事件次数最少;大部分闪电事件辐射值相对强度低于300 uJ/m^(2)/ster,最高辐射值相对强度发生在双鸭山市,高达318.69 uJ/m^(2)/ster;闪电事件逐小时发生次数峰值时段出现在00:00-01:00时,1 h闪电Event个数达275,闪电辐射值相对强度的均值在日间时段明显低于夜间时段。

2019年2月黑龙江省火点数量异常分析

基于2015-2019年2月FY3系列极轨卫星火点监测数据,在数据提取、清洗等的基础上,构建火点数据集,并结合降水量、温度、积雪覆盖等数据进行2019年2月黑龙江省火点异常情况分析,结果表明:(1)2019年2月,黑龙江省共监测到火点1786个,火点数量比2018年增多446.5倍,其中耕地火点1478个,林地火点175个,草地火点133个。(2)2019年冬季降水极少,为1961年以来历史第2位;气温较高,为1961年以来历史第2位。(3)2019年2月,黑龙江省积雪覆盖大面积减少,除大小兴安岭、鹤岗及佳木斯部分地区外,西部和东部大部分地区基本无积雪覆盖。此项研究可为卫星遥感火点监测、预测及灾损评估业务提供技术参考。

2021年黑龙江省汛期卫星遥感水情精细化监测服务

2021年黑龙江省汛情来势凶猛,黑龙江、嫩江等多流域出现超警戒水位,部分地区发生洪涝灾害,给人民生产生活带来较为严重影响。单一卫星遥感监测手段难以满足灾害监测的需求,黑龙江省生态气象中心升级传统水情监测模式,利用风云卫星、高分卫星和雷达卫星等多星组网,跨部门数据融合,并加入本地化应用卫星遥感定量产品分析,采用标准化、序列化监测方式,点面结合,动态监测境内外流域水体变化,大幅提高水情监测能力和服务效率,为防汛减灾、科学决策提供技术支撑。本文就监测过程中所采用的多种方式进行总结分析,以期为后续卫星遥感水情监测及地方推广应用提供参考借鉴。

随机森林在气象网络入侵检测中的应用

随着气象业务信息化程度的加深,气象网络在数据传输、处理和共享方面的作用越来越重要。然而,这也使得气象系统网络面临更多的安全威胁。近些年机器学习和人工智能技术迅猛发展,为气象信息系统网络安全提供了新的解决方案。为此提出基于随机森林算法的气象网络的入侵检测模型,并借助仿真实验验证模型的有效性。在仿真实验中讨论数据的预处理方法包括类别特征的独热编码,归一化以及样本不平衡的重采样技术。仿真实验表明随机森林在网络入侵检测准确率和效率都要高于K近邻算法和决策树算法,为气象平台网络安全防护提供一种新思路和新模式。