不同温升情景下中国旱灾风险变化评估

干旱是致灾最为严重的极端气候事件之一,研究未来气候变暖背景下旱灾风险的变化有利于科学推进防灾减灾工作部署。利用第六次国际耦合模式比较计划的20个气候模式数据计算了标准化降水蒸散指数,提取了基准期及全球2℃、3℃、4℃温升情景下中国的干旱特征变量并计算干旱危险性指数,基于承灾体预估数据计算干旱暴露度指数和干旱脆弱性指数,综合计算旱灾风险指数,从而分析中国旱灾风险分布格局并基于地理探测器对未来旱灾风险变化进行空间归因分析。结果表明:干旱危险性指数、干旱暴露度指数和干旱脆弱性指数的空间分布分别表现为西北和东南相对较高、东高西低、西高东低;旱灾风险指数具有东高西低的分布特点,呈现以高值集聚和低值集聚为主的空间正相关;随着温升水平的升高,未来旱灾风险以增加为主,东部沿海地区增加最为明显;人口数量变化、GDP变化和耕地占比变化是影响旱灾风险变化的主导因素。

中国不同气候区的暴雨危险性分析

暴雨的危险性评价是暴雨风险评价的重要环节,研究暴雨的危险性分布对于我国的暴雨洪涝灾害预测及制定合理的防灾减灾策略等具有重要意义。基于全国1961-2019年2 512个气象站点的日降水数据,计算每年的暴雨日数、雨量及雨强,使用核密度函数得到5、10、20、50 a这4个重现期下的各暴雨要素取值,进而通过ISODATA聚类将全国暴雨分为4个危险性等级。结果表明:随着重现期的增长,3个年暴雨要素不断增加。空间上年暴雨日数和雨量均呈现出由东南沿海向西部内陆减少的趋势,而年暴雨强度呈现出东部大、西部小,且东北部大于东南部的特征。8个气候区在3个重现期(10、20、50 a一遇)的年暴雨日数和雨量均值排序一致,均为华南地区最大,华中地区次之,西部干旱(半干旱)区最小;而8个气候区的年暴雨强度均值在不同重现期下的差异较大。ISODATA聚类分析结果显示华中、华南地区暴雨危险性最高,西部干旱(半干旱)区和青藏高原暴雨危险性最低。

中国不同气候区的高温危险性分析

高温危险性评价是高温灾害风险评价的重要组成部分和基础工作。基于过去60年(1961—2020年)的日最高温度数据,选择高温日数、最高温度、高温强度三个指标,逐站点使用核密度函数估算三个高温指标的概率密度函数,计算了四个重现期(即五年一遇、十年一遇、二十年一遇和五十年一遇)下的三个指标的取值,进而通过K-means非监督聚类得到各指标下的高温危险性等级分布图,然后将各指标叠加,对我国不同气候区的综合高温危险性进行了评估。研究表明:(1)从高温日数来看,发生高温可能性最大的地区位于我国西北干旱(半干旱)区和华中、华南地区的交界部分;(2)从最高温度来看,发生高温可能性最大的区域是西北干旱(半干旱)区和华北地区,华中地区的最高温度在不同重现期下的增强最显著;(3)从高温强度来看,发生高温可能性最大的区域是西北干旱(半干旱)区,西南地区和青藏高原地区内不同区域的高温强度差异较大,需局部防范高温灾害;(4)随着重现期年限的增长,不同高温指标值均明显增长,高值区域面积逐渐增加。全国高温综合高危险性等级地区主要位于西北干旱(半干旱)地区、华北地区南部、华中地区、华南地区和西南地区北部,其余气候区少量分布。较高危险性等级地区则主要分布在华北地区北部、东部地区局部、西北干旱(半干旱)地区局部和西南地区的少部分区域。中危险性等级地区则主要分布在东部地区西部。这些地区需加强防范高温灾害。

2℃温升情景下中国气象干旱特征变化

全球变暖造成区域降水模式与蒸散量的改变,从而导致干旱特征变化,分析未来气象干旱对气候变暖的响应特点可以为全球变暖背景下干旱的预防和应对提供决策依据。利用第六次国际耦合模式比较计划的18个气候模式数据计算了标准化降水蒸散指数,基于游程理论识别干旱事件并提取了历史基准期及全球2℃温升情景下中国的4个干旱特征指标(干旱频次、平均干旱历时、平均干旱强度和平均干旱峰值),进而分析了2℃温升情景下中国及其7个自然地区的气象干旱特征变化情况。结果表明:干旱频次在东部季风区呈南高北低的特点,平均干旱历时、平均干旱强度和平均干旱峰值呈西北高、东南低的特点。在2℃温升情景下,干旱频次、平均干旱历时、平均干旱强度和平均干旱峰值的全国均值分别为1.72次·a^(-1)、2.46个月、1.37和1.70,相比历史基准期分别增加了0.17次·a^(-1)、0.27个月、0.14和0.25。干旱频次、平均干旱强度和平均干旱峰值的均值在各地区均增加,平均干旱历时的均值仅在东北湿润半湿润温带地区表现为减小,4个干旱特征指标增加值最大的地区均为西北荒漠地区。

ERA5再分析地面气温数据在中国区域的适用性分析

再分析资料被广泛用于气候科学及相关研究,但同一再分析数据产品在全球不同区域的适用性存在差别,应用前需要进行评价。欧洲中期天气预报中心推出的第五代再分析产品ERA5,自发布起就受到了广泛的关注,但其在我国的评估都集中在局部区域,且没有关注到对极端气候的模拟能力。以全国728个气象站点温度数据为参考,使用平均绝对误差、均方根误差和Pearson相关系数对比分析了ERA5再分析温度数据在不同时间尺度(月、季)、不同气候区、不同海拔梯度上的精度以及对极端温度事件(包括热浪和寒潮)的刻画能力。结果显示:ERA5数据的日均温的精度最高,日最低温精度最差;ERA5数据春秋两季较冬夏两季的精度高,低海拔区域较高海拔区域精度高,在高原气候区精度最低,在北亚热带精度最高;ERA5对于极端温度事件的刻画能力不足,在进行极端气候的相关研究时需要谨慎使用。

阈值选择对高温时空变化特征的影响

在全球变暖的大环境下,极端高温事件的发生频率正在不断增加。尽管国内外已经有许多关于高温发生频率与时空分布特征的研究,但目前学界对于高温仍没有一个统一的定义。为了分析不同阈值检测出的高温事件的差异,基于中国国家级地面气象站均一化气温日值数据集(V1.0)中的1979―2019年的日最高温和日最低温数据,使用绝对阈值和相对阈值2种方法来定义高温,在此基础上计算绝对阈值高温日数、绝对阈值高温积温和相对阈值高温日数3个高温指标,使用Mann-Kendall检验、Sen's slope、Hurst指数和经验正交函数(EOF),对比分析不同阈值条件下计算的高温指标的变化趋势和时空分布的差异。结果显示:①全国大部分地区的高温呈现增加的趋势,但使用不同阈值的高温指标变化趋势以及持续性存在不同程度的差异。相对阈值法得到的高温日数呈显著增加的站点相比绝对阈值法的更多。绝对阈值法显示高温日数在新疆、华南地区和黄淮海地区的持续性较强,而相对阈值法显示高温日数在东南沿海和西南地区持续性较高。②不同阈值的高温指标的EOF反映的高温指标的时空分布模式同样存在明显不同,绝对阈值高温指标的第二模态反映的是华东地区南部和华南大部分地区与其他地区的反向分布模式,相对阈值高温指标的第二模态反应的是南北地区的反向分布模式。研究者需根据自己的研究目的和研究问题选择合适的高温阈值。

PAN/PAAc复合纤维膜的吸附动力学研究

以聚丙烯腈(PAN)为结构框架,制备了PAN/聚丙烯酸(PAAc)复合纤维膜,研究了其吸附动力学。结果表明:当N,N-二甲基甲酰胺、PAN、丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮的质量分数分别为87.30%,9.70%,1.47%,1.47%,0.06%时,PAN/PAAc复合纤维膜对镍离子的吸附效率高达75.39%,且该吸附行为较符合准二级吸附动力学模型,其中,外扩散占主导作用。

CNT对树脂基和金属基材料的力学增强性能对比

碳纳米管(CNT)不仅具有质量轻、强度高等优异的力学性能,而且化学性质稳定、耐酸碱腐蚀,因此被广泛应用于复合材料中.为探究不同基体中CNT力学增强差异的原因,对CNT增强树脂基和铝合金基两种复合材料进行了准静态拉伸、三点弯和动态冲击实验,进一步揭示了CNT在不同基体中的增强机制.研究结果表明:CNT可以有效提高树脂材料拉伸强度和冲击吸能,并且发现当CNT质量分数为0.7%时增强效果最佳;而对于铝合金,添加CNT会降低材料强度,并且CNT质量分数越高,材料拉伸强度越低.金属基和树脂基加入CNT后力学增强效果不同的本质在于CNT与基体的界面结合性不同,树脂基初始状态为液体,固化后CNT可以填充在基体网络缝隙中,进而增强材料力学性能;而铝合金基为粉体,机械力分散使CNT产生损伤且CNT的存在导致粉体间缝隙变大,进而削弱材料力学性能.研究成果可为CNT复合材料的制备与优化提供参考.

中国生态系统GPP变化热点区域检测与归因分析

结合趋势分析与热点分析检测中国GPP变化的热点区域,从热点区和像元2个尺度探讨了自然和人类活动对热点区域GPP变化的影响.结果表明:1982−2017年中国GPP总体呈增加趋势,变化均值为1.92 g·m^(−2)·a^(−1);GPP正向变化的热点区域位于川西高原、黄土高原、华北平原及云贵高原;GPP负向变化的热点区域位于藏南、长江三角洲和东南沿海地区;研究考虑的3个自然因子中,气温与GPP相关程度最高;以气温和人类活动为主导因素的像元比例最高,达43.86%.气温和人类活动在各热点区域的影响方向不同,总体上在GPP显著增加的4个热点区域都起到了促进作用,在GPP显著减少的3个热点区域都起到了负面影响.

黄河流域气象水文干旱时滞效应与影响因素分析

本文基于ERA5气候数据、GRACE重力卫星的Level 3水储量产品数据,计算了黄河流域的标准降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)和标准化陆地水储量指数SWSI(Standardized Water Storage Index,SWSI),采用Spearman秩相关法探究了SPEI和SWSI之间的时滞效应,并利用地理探测器模型分析了气象水文干旱时滞差异的主导影响因素以及各因素之间两两交互的影响作用。研究结果表明:2003—2019年黄河流域气象干旱与水文干旱间均存在明显的时滞效应,不同月份的SWSI和SPEI的滞后时间不一样,整个流域春冬两个季节的平均滞后时长为3个月,夏秋季节的平均滞后时长为4个月。土壤类型对时滞差异的影响最大,气象因子和人类活动对时滞差异的影响次之,气象因子中潜在蒸散的影响最大。不同因子间的交互影响均比单因子影响大。在双因子交互影响中土壤类型和潜在蒸散之间的协同作用最为显著,其次为土壤类型与温度以及土壤类型与土地利用的协同作用。

作物产量指数设计及在黑龙江省的应用

针对传统基于归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)的作物长势监测方法对于同一时期处于不同生育阶段的作物缺乏可比性,以及NDVI的高低不能直接代表产量的高低的问题,该研究设计了一种可以动态反映作物长势和产量变化的具有时空可比性的统计指数(作物产量指数)。以黑龙江省为例,基于单产数据、气象数据、遥感数据、作物分布数据,对3种作物分别进行估产分区,综合使用随机森林重要性评价方法和留一法为各估产分区筛选最优估产建模变量,构建动态估产模型和产量指数计算模型,并在2022年作物生长季(6—9月)进行了大豆、玉米、水稻的动态估产和产量指数预报和分析。结果显示:1)建模指标的重要性从高到低依次为趋势单产、遥感植被指数、气候类指标。2)3种作物整体单产预测精度最高的为水稻,其平均绝对相对精度(mean absolute relative precision,MARP)为95.20%,其次是玉米(MARP为93.81%),最后是大豆(MARP为92.73%)。3)以历史5 a为基期计算的3种作物的6—9月的产量指数的对比结果显示,大部分区县3种作物各月的产量指数差异处于“平”状态。4)生长季产量指数的月环比结果显示大部分区县产量指数的月环比值处于-0.01~0.01之间。该研究设计的作物产量指数可用于比较某一统计单元(如县、市或省)在特定评估时间点相对于其历史平均单产的增减状况,也可以环比相邻两个评估时间点的产量变化情况;在空间维上可以比较同处于某个特定评估时间点的不同统计单元的单产指数的高低情况,在长势监测、产量预报等中具有很好的应用前景。

基于GRACE卫星数据的中国陆地水储量变化和影响因素分析

掌握陆地水储量变化的空间分布特点和变化情况,了解其变化的原因有助于水资源的可持续性综合管理。以中国陆地为研究区域,基于重力恢复和气候实验(GRACE)卫星反演得到的陆地水储量变化数据,使用曼-肯德尔法(Mann-Kendall,M-K)趋势检验和经验正交函数(EOF)分析了陆地水储量变化的趋势以及时空变化特征,并选择了包括气象、下垫面和社会经济3个方面的10个影响因子,即气温、降水、标准化降水蒸散发指数(SPEI)、不透水层占比、水体占比、归一化植被指数(NDVI)、高程、坡度、国内生产总值和人口,利用地理探测器、皮尔逊(Pearson)相关分析和随机森林3种方法综合分析其与陆地水储量变化的关系。结果表明:松花江、嫩江和松嫩平原附近以及柴达木盆地-长江-东南沿海条带上陆地水储量变化显著增加,中国西南以及新疆-黄土高原-华北平原条带上陆地水储量变化显著减少,从高纬度到低纬度呈现出“高-低-高-低”的变化特点。整体而言,气象因素对陆地水储量变化的解释力最强,其次是社会经济因素和下垫面因素,其中降水量是引起陆地水储量变化的主要因素。月陆地水储量变化对降水量、温度、SPEI和NDVI响应存在滞后性,且陆地水储量变化对降水量和SPEI以1个月滞后为主,对温度和NDVI的响应以无滞后(即0个月滞后)为主。

胃复春片治疗胃癌前病变作用机制的网络药理学研究

目的探讨胃复春片治疗胃癌前病变的作用机制。方法利用中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP)、Swiss Target Predic‑tion数据库,结合相关文献,收集胃复春片的活性成分和作用靶点,通过检索Genecards,OMIM,DisGeNET和Drugbank数据库收集胃癌前病变相关疾病靶点,取交集后利用Cytoscape软件构建“成分-靶点-疾病”网络,并进行蛋白-蛋白相互作用(PPI)网络构建与分析,筛选得到核心靶点;利用Metascape平台进行基因本体论(GO)功能和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析,使用Auto Dock Tools和PyMOL软件对核心靶点与中药小分子配体行分子对接。结果共筛选出活性成分50个,潜在靶点512个,活性成分-疾病靶点208个;成功建立一、二、三级及核心靶点PPI网络,核心靶点为NPM1,HSPA5,HNRNPK,YWHAZ,MCM2,HNRNPA1,PABPC1,ILF3,EEF1A1;GO功能富集分析涉及643个条目,KEGG通路富集分析主要涉及剪接体、乙醇成瘾、细胞周期、前列腺癌、PI3K-Akt信号通路、泛素介导的蛋白水解等相关通路。分子对接结果显示,活性成分与多个核心靶点蛋白结合活性良好。结论胃复春片可通过chrysosplenol D、hesperetin等活性成分,以NPM1,HSPA5,HNRNPK,YWHAZ,MCM2,HNRNPA1,PABPC1,ILF3,EEF1A1为关键靶点,主要通过剪接体、乙醇成瘾、细胞周期、前列腺癌、PI3K-Akt信号通路、泛素介导的蛋白水解等通路发挥治疗胃癌前病变的作用。

基于无人机遥感影像的覆膜农田面积及分布提取方法

针对基于无人机遥感的覆膜农田识别研究甚少的现状,该文以云南省昭通市鲁甸县为研究区,获取了研究区中地表类型复杂程度不同的2幅航空影像(复杂区影像和简单区影像)作为试验数据,利用灰度共生矩阵对原始航片影像进行纹理特征提取并选择纹理特征最佳提取参数;然后基于随机森林算法进行纹理特征重要性评价,优选纹理特征,结合原始数据进行最大似然初步分类;运用众数分析进行分类后处理;最后结合图像形态学算法与面积阈值分割法提取出了最终的覆膜农田面积及分布。通过试验结果发现,依据该文提出的方法,复杂区和简单区覆膜农田识别的总体精度、Kappa系数、产品精度、用户精度和面积误差分别达到了94.84%、0.89、92.48%、93.39%、0.38%和96.74%、0.93、97.39%、94.63%、1.95%。该文提出的融合监督分类和图像形态学算法的覆膜农田提取方法可以简单、快速的将地膜连成块,形成覆膜农田对象,进而通过面积阈值分割法获取高精度的覆膜农田分布信息。该方法可以为精准覆膜农田识别算法的发展提供参考。

塑料液压油箱总成结构优化及模具设计

提出了自卸车塑料液压油箱总成的结构优化方案,运用Solidworks软件对成型工艺进行模拟分析,设计了吹塑塑料油箱模具,并通过优化回油嵌件、固定嵌件和出油嵌件3种注塑模具,保障了优化方案的严密性。该液压油箱总成已成功应用于东风汽车公司某自卸车型。

塞来昔布对幽门螺杆菌感染的胃癌细胞凋亡及炎症反应的影响

目的探讨塞来昔布对幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,H.pylori)感染的胃癌细胞凋亡及炎症反应的影响及机制。方法以终浓度为50、75、100μmol/L的塞来昔布作用于H.pylori感染的人胃癌SGC-7901细胞,MTT法检测作用24、48和72 h的细胞增殖;作用48 h,流式细胞术检测细胞凋亡率,Western blotting检测PCNA、Bcl-2、Bax和p-AKT3蛋白表达,qRT-PCR检测IL-6、IL-8和miR-145表达。双荧光素酶报告基因实验检测miR-145和AKT3的靶向关系。结果不同浓度塞来昔布均可明显抑制SGC-7901细胞增殖,且呈剂量、时间依赖性(P<0.05)。不同浓度塞来昔布均可明显促进细胞凋亡,下调PCNA、Bcl-2、p-AKT3、IL-6和IL-8表达,上调Bax和miR-145表达,呈剂量依赖性(P<0.05)。双荧光素酶报告基因实验结果显示,miR-145和AKT3存在靶向关系。结论塞来昔布可抑制H.pylori感染的胃癌细胞增殖,促进细胞凋亡,降低炎症因子IL-6和IL-8表达,机制可能与塞来昔布引起miR-145表达改变进而调控其靶基因AKT3表达有关。

土壤水分反演特征变量研究综述

土壤水分是水、能量和生物地球化学循环中不可忽略的组成部分,土壤水分信息对水资源管理、农业生产以及气候变化等相关研究有着重要意义。基于遥感数据的土壤水分反演算法是获取土壤水分信息的重要手段,通过对影响土壤水分反演的因素进行梳理,将影响因素抽象为包括土壤特征,植被特征,以及气象特征在内的特征变量,并以此为主线对土壤水分的反演研究进行回顾与梳理。分析了利用不同特征变量反演土壤水分时存在的问题和发展趋势,指出土壤水分反演过程中存在特征变量理论研究不足、综合应用不深的问题,强调耦合使用各类特征变量以提高水分反演精度是未来的研究热点。

气候变化下干旱对中国玉米产量的影响

了解干旱的时空变化特征及其对农业生产的影响对于维护农业可持续发展具有重要意义。该研究以中国五大主要玉米种植区中241个地级行政单元作为研究对象,采用AquaCrop作物模型分别对rcp2.6、rcp4.5、rcp8.5,3种代表性浓度路径情景中玉米在不同灌溉条件下的受到的水分胁迫及相应产量进行模拟,在此基础上通过建立回归模型评估干旱强度对玉米产量损失的影响。结果表明,1)未来中国的干旱强度分布及玉米产量损失在空间上均呈现由西北至东南递减的趋势;2)未来时期全国大部分地区干旱水平相比于历史时期有所上升;3)玉米干旱损失率随干旱指数的变化特征符合Logistic曲线,回归结果的R2为0.96。4)未来北方春播玉米区和黄淮海夏播玉米区的玉米产量对干旱强度反应最敏感,应当引起格外重视。

地表太阳辐射经验值对参考作物需水量计算的影响

针对中国太阳辐射站点观测数据较少的客观条件,以联合国粮农组织(FAO)建议的通过Angstrom公式及其参数计算的地表太阳辐射(Rs-c)对中国九大农业区基于Penman-Monteith(PM)公式计算的参考作物需水量(ET0-PM)的影响为目标,利用中国地面气候资料月值数据集和中国辐射月值数据集中的112个站点1957年1月—2017年3月的气象要素逐月有效观测日均值数据,通过对比分析和相关分析,讨论了站点Rs-c与观测的地表太阳辐射(Rs-o)的时空差异,以及二者分别输入PM公式获得的ET0-c和ET0-o的时空差异。结果表明:基于年内时空尺度的各农业区Rs-c和Rs-o存在显著且不稳定的差异,Rs-c直接替代Rs-o参与计算ET0-c可能出现较大的误差。基于Rs-c和Rs-o分别计算的ET0-c和ET0-o,无论是在全国,还是各个农业区,均存在显著的线性相关性,R2超过0.67,ET0-c平均值只有0.06~0.26 mm/d的误差。考虑中国的农业地域类型,应对北方地区的“春旱”灌溉需求,可以直接以Rs-c计算获得ET0-c,而在全国范围内的夏季“伏旱”期,输入Rs-c计算的ET0-c比输入Rs-o计算的ET0-o偏大。在高精度的节水农业应用中,建议研究相应的校正模型对夏季ET0-c进行校准。

基于趋势单产和干旱指数的河南省冬小麦单产估算

为了探究相关气象因子对小麦生产的影响,获取极端气候条件下满足精度需求的作物估产模型,以河南省为研究区,对研究区的历史小麦单产数据进行时间序列分解,得到趋势单产,再结合不同时间尺度干旱指数作为输入变量,以实际单产作为输出变量,建立随机森林回归单产估计模型。选择典型干旱年份(2011年)与非干旱年份(2015年)进行小麦单产模型的精度验证,并对输入变量的重要性进行了分析。结果显示,随机森林回归单产估计模型拟合精度整体较高,各市模型的决定系数平均为0.87,平均绝对值误差的均值为17.69 kg·hm^(-2),平均绝对相对误差的均值为0.07。面积加权和简单平均估计得到的各市小麦估产的精度平均值在2011年分别为96.16%和95.12%,在2015年分别为92.99%和92.26%。干旱年份估产精度整体上高于非干旱年份估产精度,面积加权后的小麦单产估计精度略高于简单平均的小麦单产估计精度。对建模贡献最大的输入变量是趋势单产。就干旱指数来说,1个月时间尺度的干旱指数重要性整体高于2和3个月时间尺度的干旱指数;4月份的干旱指数重要性整体高于生长季其他月份的干旱指数。该模型能够准确及时地获取极端气候下小麦产量信息以及变量对小麦产量的影响,可以为研究气候变化对小麦产量的影响和提高极端气候条件下的估产精度提供方法参考。