基于DEM的黄土高原沟谷节点分形特征研究

以ASTER GDEM为主要数据源,在黄河中游多沙粗沙区提取22个小流域的沟谷节点(channel junctions,CJs),采用计盒、关联维2种方法对比研究CJs分形特征,并讨论其分形的内涵与影响因素;基于CJs分形特征的聚类分析,探讨样区的侵蚀程度差异。结果表明:(1)黄土高原CJs分形特征明显,不同分形方法度量的几何维数变化相同,盒维数大的样区关联维数也大;(2)CJs分形特征与黄土地貌的发育相关,不同地貌类型呈现出不同的分形维数;但2种分形方法度量出的分维值差异均能与地貌类型保持对应,分形维数排序为:黄土梁峁状丘陵沟壑>黄土破碎塬>黄土梁状丘陵沟壑>黄土塬>黄土山地>黄土峁梁状丘陵沟壑>黄土风蚀沙丘;(3)依据CJs盒维数、关联维数对样区进行聚类分析,结果表明22个样区划分为4种类型,大致对应剧烈侵蚀区、强烈侵蚀区、中度侵蚀区、轻度侵蚀区。研究表明分形方法能较好的刻画黄土高原不同地貌沟谷节点特征,并能在一定程度上反映沟谷侵蚀状况。

黄土高原植被恢复引发区域气温下降

黄土高原退耕还林(草)等生态恢复工程促进了地表植被覆盖增加,进而通过影响地表-大气之间热量交换影响区域气候过程。基于黄土高原1998—2000年和2008—2010年SPOT卫星反演的植被覆盖资料、54个地面气象站气温资料及EIN-Interim地表热通量数据,采用空间分析交叉验证及地表热量平衡分析的方法,从站点尺度探讨了退耕还林(草)工程初期和10年后黄土高原植被变化与气温和地表热通量变化之间的关系。研究表明,退耕还林(草)工程开展10年后,黄土高原气温最小值、最大值与平均值均有下降,植被覆盖增加与气温变量降低在空间上呈正相关。同时,植被覆盖增加与潜热通量增加、感热通量与大气下行长波辐射下降在空间上也呈正相关关系。这些结果表明,植被恢复可通过增加地表蒸散发作用对区域气候产生降温效应,会减缓气温升高对黄土高原生态系统的影响。

黄土高原地区土地覆盖变化对气候的反馈作用数值模拟

区域尺度土地覆盖变化是自然变化和人类活动共同驱动的结果,同时又对区域气候环境产生反馈。利用欧洲中值数值预报中心(ECMWF)ERA-Interim再分析资料,驱动RegCM4.5区域气候模式,进行了两个时间段(1980-2014、2005-2014)的数值模拟试验。以1∶250 000土地利用图为基础,结合植被图、土壤图制作具有高精度、极强现势性的土地覆盖资料,区域模式中陆面过程模式采用BATS,模拟了现实的土地覆盖改变对气候要素的影响,分析了黄土高原地区土地覆盖变化对气候的反馈作用。结果表明:(1)RegCM4.5不但能够较好描述黄土高原气温、降水的时间空间分布特征,也能够模拟土地覆盖变化对黄土高原局地气候变化的反馈。(2)不同土地覆盖变化特征对气候反馈作用不同,荒漠化会引起局部地区气温升高和降水减少,并通过正反馈机制,致使自然植被生长发育受阻;水域旱化会导致夏季气温升高和降水增加,从而加剧干旱洪涝灾害风险;草地覆盖增加会导致春夏季降水量与气温的降低,秋冬季降水量与气温升高。(3)土地覆盖变化对气温与降水的影响在夏季较强。该研究可促进对黄土高原生态治理环境效应的理解,也能深化对土地利用-气候变化之间互馈作用的过程认识,并为区域生态建设对策选择提供参考。

基于NDVI的近30年植被覆被变化及垂直分异研究——以峨眉山自然风景区为例

以峨眉山自然保护区为例,基于Landsat数据,提取1980年、1994年、2002年和2010年归一化植被指数(NDVI),并结合GIS空间分析技术,分析了近30年植被覆被的NDVI变化及高程特征。结果表明,区域内植被覆盖以1994年为分界,呈现显著的先增后减趋势;植被垂直分带为低山分布的常绿阔叶林优势显著,占全区面积的41.44%,低中山分布的常绿与落叶阔叶混交林和中山海拔分布的针阔叶混交林的NDVI集中分布在0.2-0.5区间,而高中山海拔分布的亚高山针叶林的NDVI较稳定,NDVI<0.2的区域极少。

城市化对长沙市两气象站气温记录的影响

为深入认识城市对其附近气象站气温的影响,采用位于长沙市区东部和西部两个气象观测站的2007—2009年的逐日气温、风向和风速资料,结合地表覆盖特征数据,对比分析了两站气象记录差异,并通过改进的城市影响指数模型估算了气温资料中的城市影响偏差。分析显示:(1)2007—2009年东、西气象站逐月平均气温(T_(mean))、最高气温(T_(max))和最低气温(T_(min))差异很大,最大差异分别可达0.90℃、0.83℃和1.34℃;(2)受城市及风向的影响,两气象站的逐月城市影响指数(K)差异较大,东、西站平均K值分别为2.01和1.50,年内同一台站的K值存在季节变化规律;(3)两站逐月ΔK与ΔT(之间存在极显著正相关关系;(4)东、西两站2007年T_(mean)中的城市增温最大,分别达0.63℃和0.45℃。城市附近气象站气温记录受城市规模、风向和风速等因素影响明显,在分析长历时气候变化特征和利用站点记录数据进行空间分析时,有必要对气温数据进行订正。

化学必修1元素及其化合物教学策略论析

元素及其化合物是中学化学中的重要部分。通过对目前教师教学过程中和学生学习过程中出现的问题进行简要分析,对其知识的特点进行了归纳总结。最后结合教学经验,对元素及其化合物教学策略进行分析总结,旨在能为教师在进行这部分内容教学时提供参考。

数字高程模型提取山顶点及空间格局差异

为有效过滤常规山顶点提取方法中的伪点,并探讨不同地貌区山顶点空间分布格局的差异特征,设计了由数字高程模型(DEM)导出等高线的山顶点提取方法。研究以ASTER GDEM为数据源,遴选秦岭中高山区、大巴中山区、低山丘陵区和黄土梁区作为典型地貌样区,采用封闭等高线套合法提取区域山顶点,采用最邻近指数及点间平面距离分析关联格局特征。研究结果表明:秦岭中高山区山顶点最邻近指数为0.76,聚集程度最高;低山丘陵区和大巴中山区分别为0.80、0.82,呈相对聚集;黄土梁区为1.01,接近随机分布,与现实地貌特征相符。研究探索了基于封闭等高线套合法提取山顶的不确定性,突出了山顶点格局特征,对数字地形特征研究有参考意义。

地形起伏度与行政区划相关性初探——以四川省为例

以ASTER GDEM为数据源,运用GIS空间分析法提取四川地形起伏度(RDLS),并采用相关性分析方法,定量计算了各市州地形起伏度值与行政区划面积相关性。研究结果表明,四川省地形起伏度呈从西向东、从盆周向成都平原降低的空间格局;四川省各市州行政区划调整时空分布格局变化明显,调整模式多样;各市州地形起伏度与行政面积在0.01相关性水平下呈显著正相关,即随着地形起伏度的增大,行政区划面积相应增大。研究展示了四川省行政区划变更历史及现状,定量说明了其与自然要素-地形起伏度的相互关系,可为相关部门进行区域性资源配置提供参考。

基于GIS的嘉陵区乡村聚落空间演变特征分析

以南充市嘉陵区为例,基于1:1万DEM数据,提取坡度、高程、道路、水系等信息;并与1:1万土地利用现状数据库进行空间叠加分析,运用GIS空间分析功能,具体分析了嘉陵区2001—2011年乡村居住空间的演变特征。研究表明:10年间,居民点有从高海拔地区向低海拔地区迁移的趋势,趋水系分布和沿道路分布表现尤为突出,且研究区居民点面积逐年减少。南充市嘉陵区乡村居住空间演变特征明显,向交通便利、水源充沛、地势平坦地区聚集。

大尺度水文模型参数不确定性分析的挑战与综合研究框架

水文模型是对自然界复杂水文现象与过程的一种综合近似描述,在水旱灾害防治、水资源管理与开发利用等方面应用广泛。本文分析了大尺度水文模型应用的难点,总结了参数不确定性研究的主要进展,介绍了参数不确定性分析框架“敏感性分析—参数优化—参数区域化”(SOR)的基本概念、重要性与应用情况。论文基于已有认识,建议在水文建模优化过程中引入更全面的参数不确定性分析SOR框架,并加强新一代分布式水文模型与更加成熟的水文气象数据观测系统的开发,以减少来自模型结构与模型驱动数据的不确定性,提高全球变化背景下大尺度水文模型水循环过程模拟和预测的准确性。

中国人为热变化及其对地表能量平衡的影响

利用人口统计、分布数据及能源消费统计资料,对中国1980～2015年人为热通量(Q_a)的时空变化进行了研究,并将其与地表净太阳辐射(R_n)进行了对比分析,以探讨人为热对不同尺度地表能量平衡的影响.结果表明,在研究时段内,全国平均Q_a呈显著升高趋势(0.11W/m^2/10a,P<0.001),从1980年的0.07W/m^2上升到2015年的0.45W/m^2,已经约相当于全球工业革命以来CO_2排放引起辐射强迫(1.68W/m^2)的27%;其中Q_a高值区(≥1.00W/m^2)已由1990年的点状分布变为2015年的面状分布,占到全国面积的10%;全国平均R_n的趋势率(0.18W/m^2/10a)略大于Q_a,但未通过显著性检验(P=0.381).对于参与计算的31个省会城市,2015年市区Q_a平均值在1～32W/m^2之间,平均达17W/m^2,相当于R_n平均值(147W/m^2)的12%;在栅格尺度上(0.5min×0.5min),除拉萨外,其余城市的Q_a像元最大值均超过了120W/m^2,已经导致局地的热平衡发生了本质变化.研究认为,人为热释放因素不但需要在城市气候模拟研究中给予更多考虑,而且在全球和区域气候模拟与评价中以及制定气候变化应对策略时也有必要给予充分考虑,以促进全面认识并减缓气温升高.

1973—2015年年楚河上游流域径流变化趋势及驱动因素分析

青藏高原是对全球气候变化响应敏感且不确定性最大的地区.本文选取青藏高原雅鲁藏布江年楚河上游流域为研究区,基于流域两气象站(江孜和帕里站)1973-2015年逐日气温、降水数据,以及江孜水文站月流量数据,采用Mann Kendall检验、线性趋势法等多种趋势分析方法,分析了气温、降水、径流的年际和年内变化特征,并探讨了影响径流变化的主要因素.结果表明:1)年楚河上游流域气温呈显著上升趋势,增加速率为0.02℃·a-1,降水呈不显著下降趋势,减少速率为0.39mm·a-1;2)流域径流量年内分配极不均匀,主要集中在5-10月,年均径流量整体呈减少趋势,但在1973-2000年表现为增加趋势,2000年之后呈减少趋势;3)流域内冰川和积雪面积在2006年后呈明显减小趋势,但降水变化仍是流域径流量变化的主要驱动因素.全球变暖引起年楚河上游流域气温升高,降水减少,径流出现先增加后减少的趋势,这将进一步加剧流域水资源短缺,影响流域水资源开发利用、合理配置和区域可持续发展.

影响黄土高原集水面积阈值的地形因子主成分分析

以ASTER GDEM为信息源、22个典型小流域为样区,分析黄土高原集水面积阈值与沟谷密度的关系,利用均值变点法确定最佳阈值,探讨了影响阈值的数字高程模型(digital elevation model,DEM)地形因子主成分。结果表明,集水面积阈值由北向南、自东向西逐步增大,宏观上受黄土高原地貌类型制约,地形因子对其的影响成分归纳为坡面、起伏及高程变异因子。坡面因子的最大值与阈值正相关,坡度>粗糙度>地形曲率>平面曲率>剖面曲率。起伏因子的均值与阈值正相关,起伏度>切割深度。高程变异因子与阈值负相关。三者的主成分贡献率依次为58.754%、18.915%、11.388%,权重为0.527、0.229、-0.569。研究表明,坡面特征是影响黄土沟谷发育的重要因子。

国际耦合模式比较计划及其模拟能力研究进展

国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project,CMIP)自20世纪90年代中期创建以来迅速发展,为全球气候变化的模拟和未来预估提供了不可替代的数据支持。论文系统回顾了CMIP1到CMIP6的发展历程,包含理论框架、未来情景构建、国际参与情况等方面。在此基础上,论文全面总结了CMIP模式对全球及中国区域气温、降水及其他变量的模拟能力,并重点比较了CMIP3、CMIP5和CMIP6模式的历史试验模拟结果。随CMIP的不断发展,模式在物理参数化方案、空间分辨率等方面有了一定的提高,其模拟能力也随之不断改善。但模式对区域尺度气候特征的模拟能力仍然有限,尤其是对于中小尺度降水变化特征的模拟,并且不同模式的模拟能力存在很大差异。最后,论文针对以上问题展望了CMIP模式的可能发展方向。

水文模型参数敏感性分析——优化——区域化方法研究进展

水文模型是认识水文科学规律、分析水文过程及研究水文循环机理的重要科学工具。水文模型模拟结果的不确定分析是提高模型可靠性、进行有效水情预报的一个重要研究内容。参数不确定性是影响水文模型模拟结果不确定性的关键因素之一,开展模型参数不确定性及其影响因素分析对水文预报具有重要现实意义。目前的参数不确定性分析方法大致可分为3类:参数敏感性分析、参数优化以及考虑无资料流域参数值估计的参数区域化方法。论文归纳总结了近年来国内外水文模型参数不确定性分析工作的主要研究进展,分析了不同方法的优点与不足,提出了未来水文模型不确定性分析方法研究的潜在发展方向。借助多学科理论和技术方法,加强水文模型不确定性分析系统性方法的研究,是水文学科当前的迫切需求及发展趋势。

中国高质量天然径流量估算

国家社会经济的可持续发展与可用淡水资源量关系密切.我国人口众多,水资源供需矛盾较突出.现有的天然河川径流资料缺失率较高,参考站点密度不足,在年际和季节变化尺度上存在较大偏差,难以客观揭示大尺度河川径流变化的自然规律.本研究基于VIC(The Variable Infiltration Capacity)分布式水文模型,结合参数不确定分析、流向校正和统计后处理方法,建立了一套长时序、多站点、高质量的天然河川径流资料.全国330个水文站分别约有83%和56%水文站的NSE值、KGE值大于0.70,该天然径流数据集可以为变化环境下水文过程模拟与水资源综合管理提供重要基础数据与科学服务.