On the long-term memory characteristic in land surface air temperatures:How well do CMIP6 models perform?

利用去趋势涨落分析(DFA)方法计算序列的长程记忆性(LTM),以CRUTEM5数据集的结果作为观测参照,评估了60个参与第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的气候模式对地表气温LTM的再现能力.结果表明:大部分模式可以再现全球平均地表气温序列的LTM特征,其中AWI-ESM-1-1-LR和E3SM-1-0的模拟效果最好;60个模式均能模拟LTM随纬度带的变化;综合来说,全球水平上CNRM-CM6-1和HadGEM3-GC31-LL对地表气温LTM的模拟性能最好;多模式平均相比单一模式模拟性能更好;多模式平均与观测结果的偏差以及模式之间的模拟差异显著体现在赤道和沿海区域,这种偏差可能源于模式对海气耦合过程的模拟差异.

Land-Air Interaction over Arid/Semi-arid Areas in China and Its Impact on the East Asian Summer Monsoon. Part I:Calibration of the Land Surface Model (BATS)Using Multicriteria Methods

To improve the land surface simulation in the arid and semi-arid areas of northern China, the observational data from two field experiments in Dunhuang and Tongyu are used to optimize the parameters in the land surface model, BATS, through calibration with the multicriteria method. Sensitivity analysis to the parameters in Dunhuang and Tongyu indicates that different parameters need to be calibrated in two sites with different environmental and climate regimes. Comparison of observed sensible heat flux, latent heat flux, and ground surface temperature with the simulated ones shows the simulations with the optimized parameters have been substantially improved. Especially, the holistic simulations with the calibration of the parameter values are much closer to the observations in the arid region （Dunhuang）, and the energy partition with the calibrated parameters can also be simulated well in the semi-arid region （Tongyu）. Whole results demonstrate that the parameter calibration of the land surface model is important when the model is to be used to investigate the land-air interaction.

Analysis of Urban Land Use and Its Effects on Air Environment in Chengdu, Western China from 1992 to 2008

Large-scale development of urban land use has led to change of a variety of natural processes and ecological processes, resulting in complex eco-environmental consequences. The objective of this study was to analyze the urban land use and its impact on air environment effect in Chengdu, western China from 1992 to 2008 following the RS (Remote Sensing) and GIS technique. The environmental effects data of urban land use was extracted and analyzed by overlaying layers of urban land use and the density of nitrogen dioxide and total suspended particulate matter in sampling points data concerning to the air quality of the environment in Chengdu based on GIS spatial analysis method. The results show that the main feature of urban land use change was substantial reduction of cultivated land and construction land and forest land increased significantly within the study area from1992 to 2008. The temporal-spatial change was notable in study period time. Land use has a significant impact on urban air environment, the chroma change of nitrogen dioxide derived from forest land was obvious, the area occupied by different nitrogen dioxide chroma was the largest. The urban land use impact on the highest class chroma of total suspended particulate matter was notable and its area was the greatest. The results show also the spatial distribution of nitrogen dioxide chroma and total suspended particulate matter chroma in study area is reduced following from Qingbaijiang District-Xindu District-downtown to both sides. The spatial distribution of industry, mining and traffic land is basically the same chroma spatial distribution. Therefore, the results of this study provide a scientific basis for improvement air environment quality, the urban sustainable development and a scientific response for decisions from the municipal governments.

HRCLDAS与ERA5-Land气温日统计数据在山东地区的对比评估

基于山东省2021年3月—2022年2月1519个气象观测站2 m气温观测数据,对中国气象局高分辨率陆面数据同化系统(High Resolution China Meteorological Administration Land Data Assimilation System,HRCLDAS)和欧洲中期天气预报中心第五代陆面再分析数据集(ERA5-Land)逐小时2 m气温分析的日统计数据(平均气温、最高气温、最低气温)进行对比评估。结果显示:(1)HRCLDAS/ERA5-Land日统计平均气温、最高气温、最低气温的均方根误差分别为0.1/1.2℃、0.6/1.9℃、0.4/1.7℃,表明HRCLDAS具有更高的精度,且在不同地理区域、不同海拔高度的表现均优于ERA5-Land,大部地区的偏差(-0.5~0.5℃)远低于ERA5-Land(-2.0~2.0℃)。(2)两套数据对高温及寒潮过程的监测能力对比评估表明,HRCLDAS能够捕捉到大部分的高温以及寒潮过程,其与观测的高温日数及寒潮日数空间分布较为相似,但对影响范围存在一定的低估;ERA5-Land则只能监测到部分高温及寒潮过程,并对高温日数与寒潮日数存在严重的低估。

EAWM-Related Air-Sea-Land Interaction and the Asian Summer Monsoon Circulation

Based on the data analysis, this study further explores the characteristics of East Asian winter monsoon (hereafter, EAWM, for brevity) as well as the related air-sea-land system, and illustrates how and to what degree anomalous signals of the subsequent Asian summer monsoon are rooted in the preceding EAWM activity. We identified an important air-sea coupled mode, i.e., the EAWM mode illustrated in Section 3. In cold seasons, strong EAWM-related air-sea two-way interaction is responsible for the development and persistence of the SSTA pattern of EAWM mode. As a consequence, the key regions, i.e., the western Pacific and South China Sea (hereafter, SCS, for brevity), are dominated by such an SSTA pattern from the winter to the following summer. In the strong EAWM years, the deficient snow cover dominates eastern Tibetan Plateau in winter, and in spring, this anomaly pattern is further strengthened and extended to the northwestern side of Tibetan Plateau. Thus, the combined effect of strong EAWM-related SSTA and Tibetan snow cover constitutes an important factor in modulating the Asian monsoon circulation. The active role of the EAWM activity as well as the related air-sea-land interaction would, in the subsequent seasons, lead to: 1) the enhancement of SCS monsoon and related stronger rainfall; 2) the northward displacement of subtropical high during Meiyu period and the related deficient rainfall over Meiyu rainband; 3) above-normal precipitation over the regions from northern Japan to northeastern China in summer; 4) more rainfall over the Arabian Sea and Northeast India, while less rainfall over southwest India and the Bay of Bengal. The strong EAWM-related air-sea interaction shows, to some degree, precursory signals to the following Asian summer monsoon. However, the mechanism for the variability of Indian summer monsoon subsequent to the strong EAWM years remains uncertain.

基于迁移学习的陆空通话语义校验方法研究

陆空通话语义校验对于飞行安全意义重大,为解决判断飞行员复诵指令是否与管制员下达指令一致的问题,构建了一种陆空通话语义校验模型——Ernie-Gram-BiGRU-Attention。首先利用Ernie-Gram模块对文本对信息进行编码;使用BiGRU模块对编码后的文本对信息进行进一步的特征抽取得到压缩后句向量;由于陆空通话中关键词信息至关重要,采用注意力机制来实现对关键词特征的信息抽取,采用全连接层将注意力向量与句向量进行特征融合。最后,将融合后的向量与Ernie-Gram模块输出的分类词向量拼接,送入全连接层实现文本对的语义校验。构建的模型在陆空通话文本对数据集上取得了97.1%的准确率,相较于Ernie-Gram基准模型准确率提升了2%,相较于其他基于Bert改进的模型,在精确率、召回率、F1值以及准确率方面均有提高。

Assessing the Impact of Land Use and Land Cover Change on Air Quality in East Baton Rouge—Louisiana Using Earth Observation Techniques

There has been significant research in recent decades on Land use Land cover (LULC) changes and their influence on biodiversity but little to no research on its impact on air quality. This research seeks to demonstrate how geospatial technologies such as geographic information system (GIS) and remote sensing can be used to assess the effects of LULC changes on particulate matter emissions and their impact on air quality in the East Baton Rouge area. In pursuit of these objectives, this study uses LANDSAT imageries from the past 30 years specifically Landsat Thematic Mapper (TM C2L2) and Landsat 8 Operational Land Imager/Thermal Infrared (OLI/TIRS C2L2) covering 1991, 2001, 2011 and 2021 were collected, processed, and analyzed for the LULC change analysis using QGIS software. Additionally, Sentinel 5P and the Air quality index from the U.S. Environmental Protection Agency (EPA) were used to assess the air quality trend over the years to establish the correlation between LULC and air quality. Results showed an increasing trend in air quality over the past 3 decades with concentrations of CO, NO2, and PM2.5 abruptly falling however, urbanization and the population expanded throughout the time. The paper concludes by outlining a policy recommendation in the form of encouraging Louisiana residents to use alternative renewable energies rather than the over-dependence on coal-fired electric generating plants that have an impact on the environment.

中国极端天气气候研究——“地球系统与全球变化”重点专项项目简介及最新进展

全球变暖背景下,极端天气气候事件频发,并表现出群发性、持续性、复合性等特点,不可预测性增加;持续性强降水、极端低温、复合型极端高温干旱、群发性热浪和台风等极端天气气候事件对我国经济社会和可持续发展影响巨大。然而,上述极端天气气候事件的新特征、关键过程和机理尚不完全清楚,重大极端事件的预报预测水平亟待提升。文章首先简要介绍“地球系统与全球变化”重点专项项目“中国极端天气气候事件的形成机理及其预测和归因”的基本情况。项目拟在分析全球变化背景下对我国造成重大影响的极端天气气候事件新特征的基础上,深入研究多尺度海-陆-气耦合过程影响极端天气气候事件的机理,挖掘极端天气气候事件次季节-季节预测的前兆信号;发展动力与物理统计相结合的极端事件预测新方法,研制针对中国极端事件的新一代高分辨率数值预报与检测归因系统。文章重点总结了自2022年12月项目立项至今取得的最新研究成果和进展。

论中国式现代化陆海空间全域同一化发展

时空演化规律显示,陆地是人类生活的山水家园,海洋是孕育生命的摇篮,人类生存与发展始终是和海洋连在一起的。在现代世界经济发展中,中国既是拥有辽阔地域空间的陆地大国,又是拥有广阔空间的海洋大国,海洋对国家安全和经济发展具有极其重要的战略地位。在历史发展长河中,中华民族从未中断过陆海空间全域同一化的历史文化经济发展进程。党的二十大后,在习近平新时代中国特色社会主义思想指引下,中国置身于伟大历史转折与第五次改革开放浪潮相互交融的、深入实施“双循环”国家大战略的更新历史性发展阶段。中国共产党领导中国人民在中国式现代化发展的新征程中,加快推进陆地国土空间与海洋(蓝色)经济发展,不断创新以“一带一路”倡议为显著标志的、陆海空间全域同一化发展的新形态新模式新方法,始终如一把握好“魂脉”与“根脉”融为一体的新理念,亦使之成为陆海空间全域同一化发展的“魂与根”。

基于模糊PID的球形两栖机器人的设计及控制

为了解决移动机器人对工作环境要求严格的问题,设计了一种适用于多变、狭窄环境的轻小型球形陆空两栖机器人,具有地面滚动和空中飞行两种运动模式,可以自主完成运动模式的切换。首先,设计了机器人的结构,包括滚动部分、飞行部分和模式切换部分。基于拉格朗日方法,建立了不同运动模式下的动力学模型,建立了基于欧拉方程的运动学模型。最后,根据机器人的运动模型,设计了飞行模式和地面滚动模式下的姿态控制器,并对控制器进行了仿真对比实验。在实机上进行了测试,实验结果表明,该机器人能够实现自主模式切换,在不同运动模式下运动稳定、姿态可控,在纯地面模式下具有一定的越障能力。在结构、控制方法及控制策略切换方法上对陆空两栖可变形机器人具有一定借鉴作用。

基于陆气耦合模型的浙江省区域干旱过程预报分析

干旱及其准确预报一直是水文气象领域研究的重难点问题。为探索准确可行的干旱预报方法,基于VIC模型与欧洲中期数值天气预报中心(ECMWF)预报气象数据建立的陆气耦合干旱预报模型,计算监测与预报土壤含水量,分析土壤含水量距平指数(SMAPI)的时空分布特征,在此基础上评估耦合模型对浙江省干旱的预报能力。结果表明:①从预见期来看,0~11 d预见期的SMAPI预报值与监测值在绝对误差、RMSE和R值上表现较好,即模型在旬尺度上预报效果最佳;②该模型的旬尺度预报可以在时间变化过程上准确把握未来干旱的发展趋势,在空间预报上与监测的SMAPI值网格分布一致性可达90%以上;③模型对浙江省西北少雨平原区预报性能更佳,且对土壤含水量变化较剧烈地区的旱情预报趋势描述更好。研究成果可为浙江省干旱灾害防范预警提供科技支撑。

城市空气质量的经济价值评估——基于土地市场的视角

结合微观土地交易和城市PM2.5地表年均浓度等数据,研究空气污染对土地价格的影响及传导机制,并通过“两步法”评估中国城市空气质量的经济价值。基准结果显示,城市空气质量改善显著提高了土地价格,并估计出中国城市空气质量的经济价值约为27.369元/m2。通过剔除冬季集中供暖地区样本、改变模型设定形式,以及将核心解释变量滞后一期、两期处理后,基准回归的结论依然稳健。采用城市的空气流通系数和逆温天数作为空气污染的工具变量,内生性处理结果表明空气污染与城市中心地价之间存在负向的因果关系,进一步支持了基准结论。考虑到所处区域和城市层级等方面存在的差异,研究发现中国城市清洁空气的经济价值呈现出异质性。具体而言,东部地区城市空气质量的经济价值明显高于中西部地区,不同层级城市空气质量的经济价值也存在一定的梯度,其中一线城市最高,四线城市最低。机制检验结果表明,城市人口规模是土地价格反映空气质量经济价值的关键渠道。

基于多目标规划的机队运力优化配置研究

为提高航空公司的收益,减小其运行成本,以航空公司空中运营成本和地面运营成本最小作为目标函数,以航班连续、飞机飞行时长、航线上旅客需求量、特殊机场条件、飞机最大航程等作为约束条件建立机队运营成本控制模型。通过仿真计算确定机队运力配置方案,并将优化后各运行成本与航空公司原始成本进行对比,结果发现成本大大优化,由此可以验证所提出模型的有效性。

面向预期功能安全的eVTOL智能避障系统运行时保证方法

为保障电动垂直起降飞行器(eVTOL)在城市空中交通(UAM)场景下的预期功能安全(SOTIF),降低人工智能算法的验证难度,建立基于运行时保证(RTA)方法的避障模型。首先,使用人工势场法改进的柔性动作评价(SAC)算法作为eVTOL智能避障系统的复杂功能;然后,使用动态反应规划(DRP)作为智能航电系统的备用功能,以减缓SOTIF危险,同时,使用监视和决策模块采集环境状态,搭建RTA架构;最后,分别仿真仅使用复杂功能和具有RTA架构的避障系统,对比避障效果。结果表明:2种方法均可实现避障,但仅使用复杂功能的传统避障系统会带来SOTIF危险;经过RTA架构设计,可使eVTOL的安全飞行时长占比由78.4%提高到98.15%,总航路长度仅增加0.95%,在保障效率的同时,降低了在运行场景中的风险。

落地红枣气吹集条装置参数试验研究

落地红枣在捡拾前进行集条可提高红枣收获机的捡拾效率。为探究气吹集条作业时最好的工作参数,设计了一种落地红枣气吹集条试验装置,主要由机架、风力调节机构、吹嘴调整机构及脚轮组成。以集条率为考察指标,以作业前进速度、吹嘴出口风速、吹嘴距地高度和吹嘴旋转角度为影响因素,通过单因素试验探究各因素对集条率的影响规律和合适的水平范围,并设计正交试验通过极差分析、方差分析和试验验证确定气吹集条的最优参数组合。单因素试验结果表明:吹嘴出口风速与集条率成正相关,吹嘴旋转角度、作业前进速度与集条率成负相关,吹嘴距地高度与集条率呈现波动关系,在10cm时集条率最高。正交试验结果表明:4个影响因素均为显著因素,各个因素影响集条率的主次顺序为吹嘴出口风速>吹嘴旋转角度>作业前进速度>吹嘴距地高度。同时,确定落地红枣集条的最佳参数组合为作业前进速度1.5km/h、吹嘴出口风速80m/s、吹嘴旋转角度为15°、吹嘴距地高度为15cm,该组合集条率为98.84%。

海陆风对秦皇岛空气质量和颗粒物组分的影响

为研究海陆风对秦皇岛市大气污染影响,基于气象和大气污染物观测数据,利用后向轨迹和气溶胶激光雷达研究了海陆风和非海陆风天气条件下颗粒物在水平传输和垂直输送方面的差异。研究结果发现,高浓度的PM_(2.5)和O_(3)主要对应西南风向。海陆风天气条件下,PM_(2.5)浓度高于非海陆风天,各组分的浓度明显升高,秋季海陆风日O_(3)浓度明显高于非海陆风日。秦皇岛市海陆风是否能够清除污染物取决于气团的路径。气团若经过秦皇岛以南污染排放区域,能够传输污染物,二次转化生成增强,导致颗粒物浓度升高。为应对秦皇岛市大气污染问题,需要加强对来自南部方向污染传输的预报和预警工作。

国内外可载人陆空两栖平台发展趋势研究

调研了国内外可载人陆空两栖平台产品现状,对现有可载人陆空平台的技术特点、结构原理、性能参数进行了说明.提炼了可载人陆空平台的关键技术特征,并做了分类对比,分析结果表明小吨位(0.5 t)、多旋翼、电动化是目前两栖平台的主要发展趋势;总结了陆空平台关键技术,包含两栖功能快速转换技术、飞行器总体设计技术、轻量化技术、飞行控制技术、动力与能源技术.

喀斯特区与非喀斯特区的地表温度与近地表气温差异分析

地表温度与近地表气温的关系是识别下垫面与近地表大气相互作用的重要依据,对维持能量良好循环与改善气候环境具有重要意义。喀斯特区的自然背景与非喀斯特区有明显差异,陆地-大气间能量传输的规律在两类地区具有差异。基于近邻成对像元选择,获取贵州西南紫云、望谟两县2000—2018年的地表温度和近地表气温,并对比分析它们在喀斯特区与非喀斯特区的差异。结果表明:①就年平均状况而言,喀斯特区地表温度与近地表气温的差异及其波动性比非喀斯特区大,陆地-大气之间能量传输的稳定性为非喀斯特区大于喀斯特区。②从季节状况看,地表温度与近地表气温的差异在春、夏、秋三季为喀斯特区比非喀斯特区明显,冬季无明显差异;地表温度与近地表气温差异的波动性在冬季为喀斯特区大于非喀斯特区;喀斯特区陆地-大气之间能量传输的稳定性在4个季节均大于非喀斯特区。③从各月看,喀斯特区地表温度与近地表气温差异在各月均比非喀斯特区明显,差异波动性在4月份大于非喀斯特区,其余月份基本一致;除去3月份和4月份,其余各月的非喀斯特区陆地-大气之间能量传输均比喀斯特区稳定。结果可为研究气候变化、解析地表环境模式和保护生态环境等方面提供参考。

“陆海空天”一体化水上交通运输安全保障体系“陆基”建设应用于基层海事“最后一公里”

通过分析“陆海空天”一体化水上交通运输安全保障体系“陆基”建设在基层“最后一公里”存在的堵点问题,以北仑海事处为例,结合宁波舟山港北仑港区作为典型核心港区的特点及辖区破解问题的实现路径,同时介绍了基层海事“最后一公里”工作模式的具体做法和探索。

兰西城市群大气污染时空分布特征及其对土地利用的响应

【目的】研究兰西城市群大气污染物时空变化,探讨土地利用方式对大气污染物的影响。【方法】以兰西城市群大气污染数据和土地利用数据为基础,运用反距离权重法、泰森多边形法分析兰西城市群土地利用与大气污染物的时空变化特征,通过Pearson相关系数分析土地利用与大气污染间的相关关系。【结果】2015~2020年兰西城市群土地利用变化速度相对较快,耕地、林地、草地和未利用土地面积减少,建设用地和水域面积增加;大气污染物除O3浓度先降后升,其它浓度总体呈现下降趋势;6种大气污染物有显著的季节性、月度差异性和空间异质性;土地利用变化与大气污染之间存在响应关系,建设用地和耕地面积比例与CO、NO_(2)、PM2.5、PM10的污染程度呈正比,水域和未利用地面积比例与CO、NO_(2)、PM2.5、PM10浓度呈负相关,林地面积比例与SO_(2)浓度呈负相关。【结论】兰西城市群大气污染的时空分布对土地利用变化给予了积极的响应,不同的土地利用类型与大气污染物之间的相应关系不同。