基于组件GIS的贵州农业气候资源决策支持系统

随着农业气候资源科学的发展,越来越多的与地理学相关的农业气候资源模型被建立。为了实现将专业模型与通用地理信息系统功能相结合,实现业务应用与决策支持,本文基于组件GIS二次开发技术与数据库技术建立了贵州农业气候资源决策支持系统。该系统主要实现了地理信息数据与气候属性数据的管理,通用GIS功能与专业气候资源分布式模型的集成应用。并具体应用在贵州农业气候资源分布式模拟研究以及可行性论证中。

贵阳旱涝气候变化特征及其趋势分析

利用贵阳近500年（1470~2008年）旱涝等级资料,对贵阳旱涝展开气候变化特征及趋势分析。结果表明：近58年,贵阳出现极端旱、偏旱的频次明显高于过去近500年的平均状况;汛期出现偏旱和旱的次数明显增多,旱重于涝的趋势非常明显。从年代际和百年际尺度看,210年周期是贵阳旱涝振荡的主周期,而50年周期是次周期,且20世纪80年代的干旱程度高于历史上任何一个年代;从年际和年代际尺度上,24年周期是贵阳旱涝振荡的主周期,而7年周期是次周期。借助IPCC AR4最新的模式预估数据集,预估贵阳2011~2020年夏季降水处于旱涝交替频发期,且从本世纪20年代初至40年代中期将处于少雨阶段,可能会出现较长时期的干旱期。

1961—2010年贵州冬季路面持续凝冰时间时空分布变化特征

利用1961--2010年贵州冬季的日最低地表温度以及日降水资料分析了近50a路面持续凝冰时间的统计特征．结果表明：位于贵州26．5～27．5°N纬度带西部的地区高频发生持续凝冰，每年平均发生6～9次轻级凝冰（持续凝冰1～3d）、3～6次中级凝冰（4～6d）、2～4次重级凝冰（7～11d）和1～2次特重级凝冰（12d以上）．总体来看，在全省范围内各级凝冰发生频次都有不同程度的下降趋势．极端持续凝冰事件集中发生在1月以及2月上半月，且贵州中西部以及西北部阈值在10d以上，受凝冻影响大．

贵州气候变化的科学事实

介绍了中国气候变化及贵州气候变化的主要特征,提出了贵州气候变化的科学事实及贵州应对气候变化需要关注的5个问题。

夏季西太平洋副高特征及对湖泊水量变化的影响

采用NCEP/NCAR再分析资料、热带气旋频数和洪泽湖自然入湖水量等资料,借助EOF展开、相关分析等技术手段,对西太平洋副热带高压(WPSH,West Pacific Subtropical high)月、季、年变化特征以及对水文过程的影响等进行分析。结果表明:WPSH形态的显著特征表现为在暖季的北进和冷季的南退;随着WPSH脊线指数在暖季明显地呈现北进趋势,热带气旋源地发生频数也存在明显的增加趋势,并同步地在8月达到最大值;洪泽湖自然入湖水量也同步地伴随着WP-SH脊线指数的北进(南退)而增(减),并在7—8月间达到最大值;夏季西伸脊点与夏季距平高度场第一个特征向量的时间系数之间呈较好的反位相关系;夏季WPSH脊线与第二特征向量的时间系数之间呈较好的同位相关系;副高的面积和强度变化与西伸脊点位置之间呈较好的反位相关系。

贵州高寒地区气象划分指标的探讨

本文利用贵州省1981~2010年气象观测资料,分析了冬季具有地方特色的＂凝冻＂灾害的气候特征和＂湿冷＂的气候特点,从适应人体舒适的供暖需求出发,建立适宜贵州地区的集中供暖气象标准-湿冷地区集中供暖气候指标,并探讨符合贵州冬季湿冷实际的＂高寒地区＂的气象划分指标和范围。结果表明：地处贵州西北部的毕节、大方、威宁、水城4站符合＂高寒地区＂范畴,同时相对海拔较高、凝冻灾害较重的开阳、习水、万山在供暖需求方面也应充分考虑。

近20年气候变化对西南地区植被净初级生产力的影响

论文利用大气-植被相互作用模型(AVIM2)模拟了西南地区植被净初级生产力的空间分布格局和多年变化,分析了1981—2000年西南地区气候变化对森林、灌丛和草地净初级生产力的影响。研究表明,西南地区植被净初级生产力的空间分布与降水量呈显著正相关,与海拔高度呈负相关。从年际变化来看,西南地区总植被净初级生产力近20年略有上升。近一步分析表明,由于近20年西南地区自然植被分布区域降水量变化具有明显差异,从而使得不同类型植被对气候变化有不同响应特征。在森林分布广泛的地区,气温升高速率为0.037℃/年,降水量变化趋势不明显,模拟的森林植被净初级生产力没有明显变化趋势。灌丛和草地集中区域气温升高速率分别为0.040℃/年和0.034℃/年,年降水量有明显增加趋势,植被净初级生产力有上升趋势。

复杂山地近地层强风特性分析

利用在贵州省西南部复杂山地上获取的近地层梯度风观测资料和三维超声测风仪观测资料,从中筛选出具有该地气候特征的强风样本,利用数量统计和谱分析等方法,计算分析了由于复杂地形影响而导致的局地低层强风的平均和脉动特征。平均风场主要表现在受当地主要特征地形(西北—东南走向的深切峡谷)影响,其全年的主导风向和最大风速出现的方向几乎完全转为沿峡谷走向,即使在符合中性大气层结条件下,风的垂直廓线也完全不满足幂指数分布,风攻角远远大于规范推荐的值,并且不同风向的强风攻角因地形影响其差异可达20°;强风条件下脉动风场的主要特征是:不同风向强风的湍流强度有所不同,在纵、横和垂直方向的湍流强度比值与现行设计规范给出的三维湍流强度比值有明显差异,其中垂直方向的湍流强度显著偏大是突出特征;湍流积分尺度偏大,其中纵向值偏大20%—60%,横向值在某些风向上可偏大3倍以上,垂直方向则普遍较平坦地形偏大一个量级左右;在桥梁结构较为敏感的频域范围内,各风向的湍流谱密度值有显著差异,其中不同风向在纵向上最大差值可达8倍,横向和垂直向可相差6倍,但无论哪个方向的湍流谱密度值均比台风中心要小1—2个量级。

贵州冬季冻雨的大尺度环流特征及海温异常的影响

利用1981-2013年贵州冬季冻雨资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA海温资料等,分析了影响贵州冬季冻雨日数的大尺度环流系统,讨论了海温异常对冬季冻雨日数的可能影响。基于赤道中东太平洋海温异常建立冬季冻雨日数的预测模型,并检验了模型的预测能力。研究表明:贵州冬季冻雨日数偏多(少)年,大气环流异常呈现出西伯利亚高压偏强(弱)、东亚地区海陆气压差偏大(小)的强(弱)东亚冬季风环流特征,同期印缅槽偏强(弱)、东亚副热带急流偏强(弱)。贵州冬季冻雨日数多寡与ENSO事件存在密切联系,秋、冬季赤道中东太平洋冷(暖)海温发展有利于冬季冻雨日数偏多(少)。前期秋季赤道太平洋Ni?o区海温异常是显著影响贵州冬季冻雨日数的年际预报信号,对贵州冬季冻雨日数的多寡具有较好的预测指示意义。

贵阳市两次空气污染过程的气象条件分析

利用环境空气质量指数(AQI)、降水量及大气环流场资料对2013年贵阳市2次空气污染过程进行分析,从天气形势和空气污染演变角度分析气象因子在其中的作用。结果表明,2次污染过程中动力和热力气象因子均为其维持和发展提供有利条件,但存在异同。相同之处在于:2次污染过程中贵阳市均处在地面静止锋后,地面风速较小,不利于近地面空气污染物向区域外的水平输送;2次污染过程中贵阳上空均处在高空脊前的异常下沉气流区,配合对流层中低层的异常水平风速垂直梯度减小,均利于减小大气的斜压性、减弱天气尺度扰动的发展,同时异常逆温层的存在使大气近地层更加稳定,均不利于空气污染物的垂直混合、向高空扩散,加强了污染物在近地面集聚。不同之处在于:2次污染期间贵阳市上空分别存在不同程度的低层单层逆温和中、低层双层逆温,逆温增强时段与污染最重时段相对应,逆温层的存在大大增强了大气层结稳定度,为污染过程的维持和发展提供有利的气象条件;2次污染过程中风场的三维特征对演变过程中逆温层的影响各异,第1次过程中对流层中层偏南风利于将南方的暖湿气流输送到贵阳市上空,利于逆温层的增温、增湿和发展、维持,而第2次过程中高、低空一致的偏北风,在近地层易形成冷垫、抬升暖空气,加强逆温层的维持和发展。

基于MODIS近红外数据的贵州高原大气水汽反演研究

根据MODIS卫星第18和19波段的波段特征,首先从理论上证明从这两个波段表观反射率的比值反演大气可降水量的可行性,其次利用MODTRAN模型按照中纬度冬季和夏季两种大气模式对该比值与大气水汽的关系进行模拟,并建立了反演大气水汽的公式。利用贵州地区高空探测数据对反演公式进行验证,并与EOS发布的MODIS近红外水汽反演结果进行比较,发现该公式的反演结果更接近实际探测的结果。由于在反演过程中不必考虑地表覆盖和反射率的差异,摆脱了传统的根据查找表反演水汽的方式,并且直接由18、19波段表观反射率的比值计算大气可降水量,相对于传统算法更易于业务化运行。

RCPs情景下贵州省气候变化预估分析

使用国际耦合模式比较计划第五阶段CMIP5的模式结果,在不同RCP情景下对贵州省未来气温、降水进行了预估。通过对气温、降水的模拟值和实测值的标准化均方根误差的评估得知,模式对贵州省气温的模拟能力较强,对降水的模拟能力相对较差。预估结果表明:未来在RCP8.5、RCP4.5和RCP2.6情景下贵州省气温均是明显的上升趋势,降水小幅度增加,增温(增湿)速率分别为0.5℃/10a(1.0%/10a)、0.2℃/10a(0.9%/10a)和0.1℃/10a(0.6%/10a),到了21世纪末期相对于基准期气温(降水)分别增加4.5℃(5.2%)、2.3℃(5.4%)和1.3℃(4.2%)。空间分布总体上增温幅度从西南向东北逐渐变大,而降水相对于基准期变化的区域性差异较大。总体来说,21世纪温室气体浓度越高,增温增湿速率越快。

中国雨日数的气候特征及趋势变化

使用国家气象信息中心整编的全国2 425个观测站1961年1月—2013年2月的52 a逐日降水观测资料,美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)资料。通过计算气候场、雨日概率、倾向值、M-K突变检验等现代统计诊断方法,研究了中国各等级雨日数的年、季节的时空分布特征和不同等级雨日数的趋势变化特征以及相关的背景环流。得到以下结论:(1)中国年总雨日数高值区在四川东部、贵州、江南及云南西南部,以小雨日数占比最高;中雨、大雨日数高值区在江南东部和云南西南部;50 mm以上雨日数中心分别在华南沿海和闽—浙—赣交界,前者强后者弱;(2)年内总雨日概率分布表现为3类:平缓型、单峰型、双峰型,南方地区除云南外均为平缓型;西藏东部、川西、陕甘宁3省南部、青海东部为双峰型;全国其余地区为单峰型;(3)中国季风区小雨日数在1970s末—1980s初发生突变,呈趋势性显著减少,除东北外,四季均减少,以秋冬季云南、上海等地减少最显著,而干旱半干旱区小雨日数呈增加趋势;(4)西南地区东部的年中雨日数在2000年后显著减少,秋季减少最明显,而京、沪、粤3大城市群年中雨日数呈增加趋势;西南地区东部秋季、云南夏季大雨以上日数在2003年后显著减少,而夏冬两季长江中下游中雨以上等级的雨日数明显增加;(5)川东、贵州、江南中部的雨日高值区与青藏高原东部低层回流冷空气形成的静止锋或辐合带相联系。

贵阳市降水对PM_(2.5)污染物湿清除作用

利用贵阳市环境监测站提供的贵阳市9个环境监测站点2013—2014年1—12月PM2.5浓度逐时资料,对2013—2014年贵阳市其PM2.5浓度分布及变化情况进行描述,结合同时段贵阳市逐时降水资料进行对比统计分析探讨降水对PM2.5浓度的影响。研究表明：贵阳市PM2.5年均浓度约为33~55μg/m3,秋冬季及初春逐月污染浓度高,夏季低,PM2.5浓度日变化呈典型的双峰值结构,早晚高峰期污染浓度都较高;有降水时的年均浓度比无降水时低近2成,雨日PM2.5浓度均低于非雨日,在有降水日,尤其在夜间及上午时段的PM2.5浓度降低较明显,与贵阳市多夜雨的降水特征相关联;与不足1mm的轻微降水相比,大于1mm的较强降水对PM2.5的清除和抑制效果显著。

贵州省太阳总辐射计算及其分布规律

利用贵州省仅有的3个辐射观测站资料,比较了用日照百分率拟合与全国通用公式两种方法计算的总辐射的误差,结果表明：用日照百分率的计算方法,其月值和年值的平均相对误差的绝对值都小于10%,其效果明显优于用全国通用公式。在贵州省,太阳总辐射是随着海拔高度的增加而增加,故选择日照百分率按照海拔高度来分别拟合月总辐射的方法,利用1971-2000年的有关资料,计算了贵州省各地的总辐射,并分析了其空间分布特征。

贵州夏旱对水稻、玉米产量影响评估方法研究

提出了作物夏旱度的计算公式和作物历史灾损量的估算方法,建立了夏旱对水稻、玉米产量影响评估模型。研究指出:(1)夏旱对贵州水稻、玉米的影响区域主要集中在中部以东地区;(2)伏旱的影响区域大于初夏旱;(3)干旱对水稻的影响区域大于玉米。

西北太平洋热带气旋强度与环境气流切变关系的气候分析

采用NCEP/NCAR再分析资料和JTWC(美国关岛联合台风警报中心)资料,对1974~2004年5~10月西北太平洋热带气旋(TC)强度和环境风垂直切变进行了趋势特征、振荡周期和空间结构分析。结果表明:西北太平洋热带风暴强度以上TC的最大风速和环境风垂直切变在时间上有相反的变化趋势,弱的环境风垂直切变有利于TC强度的增大;前12 h的环境风垂直切变对TC强度的发展影响最大。环境风垂直切变在西北太平洋TC最强的年份表现为环境风切变值小,TC发生密集;最弱的年份表现为环境风切变值大,TC发生稀疏。

贵州主汛期季节内振荡特征

利用NCEP提供的OLR逐日再分析资料与贵州省气象局提供的85站逐日降水资料通过小波分析、序列相关、带通滤波、合成分析等方法,分析了1979—2012年大气季节内振荡与贵州主汛期降水的相关性和影响区域.分析得到:大气季节内振荡的对流活动对贵州主汛期降水占主要贡献,且大值区分布在贵州省中东部.通过将1979—2012年中大气季节内振荡活跃与不活跃的年份进行挑选,对其波动特征、影响区域以及传播路径进行对比分析.结果表明,ISO活跃年时,ISO波动强度大周期较明显,6—7月上旬从副热带西太平洋向西传播到孟加拉湾北部,7月下旬—8月从副热带西太平洋向西传播到孟加拉湾西北部;ISO不活跃年时,ISO波动强度小周期不明显,6—7月下旬和7月中旬—8月底从阿拉伯海北部向东传播到副热带西太平洋.

DERF产品在贵州降水主分量逐步回归预报模型中的释用

从短期气候预测业务面临的实际问题出发,针对月尺度气候预测,通过多元逐步回归统计方法对1981~2010年贵州省降水主分量与NCEP/NCAR再分析资料的500 h Pa高度场建立预报模型,进而将该预报模型分别应用到2007~2013年5月16日、21日、26日起报的DERF产品500 h Pa高度场中,以检验不同起报时间DERF产品的预报能力。结果表明：贵州83站6月降水量EOF前5个模态的方差累积贡献率均达到了65%以上,PC1与同期6月降水量标准化序列的相关系数达0.955。贵州6月降水量与副热带高压位置以及中高纬度大气环流密切相关。释用DERF产品发现,该产品对贵州6月降水主分量具有一定的可预报性,其中5月26日起报的预报效果较好,其与同期NCEP/NCAR拟合值和实况值的相关系数分别为0.76和0.53。对2007~2013年5月26日起报6月的DERF产品释用预报结果进行Acc和Ps评分检验,发现除2008年预报评分较低外,其余6 a预报评分较好,Acc平均为0.45,Ps平均为82.0,尤其是2007年和2009年DERF产品释用的预报Ps评分分别达83.9和83.5,表明DERF产品在贵州降水主分量逐步回归预报模型中的释用具有较好的预报能力。

CMIP5全球气候模式对贵州省极端气温的预估

利用泰勒图客观地评估了贵州省在参照时段1986—2005年8个CMIP5模式试验结果对气温的模拟能力,并采用在等权重系数条件下的集合平均结果计算了贵州省21世纪不同阶段不同情景下未来极端气温指数.研究表明:8个模式的集合平均的模拟效果能较好地模拟用于计算极端气温指数的基础数据,包括日平均气温、日最低气温和日最高气温.根据集合平均的结果,不同RCPs排放情景下21世纪贵州省相对于基准期大于25℃的高温日数(SU)、最低气温的最低值(TNN)和生长季长度(GSL)均表现为增加的趋势,而小于0℃的霜冻日数(FD)则呈现减少的趋势,排放越高,增加或减少的趋势越明显.RCP8.5、RCP4.5和RCP2.6情景下2006—2099年贵州省极端气温指数相对于1986—2005年SU、TNN、FD和GSL的变化速率分别为8.06~1.30 d/(10 a)、0.49~0.07℃/(10 a)、-4.99^-0.97 d/(10 a)和3.33~0.04 d/(10 a).