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多源土地利用数据下景观格局对径流-泥沙影响的不确定性--以鄱阳湖区虎山流域为例
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作者 魏冲 董晓华 +3 位作者 马耀明 彭涛 喻丹 冷梦辉 《生态学报》 北大核心 2025年第3期1102-1115,共14页
景观格局是表征土地利用(LUCC)空间分布特征的重要指标,人类活动导致的景观格局变化是改变流域径流-泥沙过程的重要因素之一。现有研究仅采用单一来源的LUCC产品探究景观格局对径流-泥沙过程的影响,忽略了不同LUCC产品给研究带来的不确... 景观格局是表征土地利用(LUCC)空间分布特征的重要指标,人类活动导致的景观格局变化是改变流域径流-泥沙过程的重要因素之一。现有研究仅采用单一来源的LUCC产品探究景观格局对径流-泥沙过程的影响,忽略了不同LUCC产品给研究带来的不确定性。以鄱阳湖区饶河上游虎山流域为研究对象,基于1963-2022年气象水文数据和3种同分辨率的1990-2020年七期LUCC产品,分析流域降雨、径流、输沙和土地利用的变化特征,并结合相关分析和偏最小二乘回归法(PLSR)探究景观格局变化对径流-泥沙特征的影响及其不确定性。研究发现,1963-2022年,虎山流域年输沙模数(STM)和含沙量(SSC)呈显著增长趋势(P<0.001),径流深(RD)呈不显著增长趋势。流域内主要的LUCC为林地和耕地,约占流域面积的(79.57±6.03)%和(15.72±2.36)%。1990-2020年,城镇扩张主要侵占林地和耕地,且存在较多林地-耕地之间的相互转化。不同LUCC产品得到的景观格局指数存在显著的差异(P<0.05),主要由其对灌木和草地的识别差异所导致的。总体来说,研究区景观的最大斑块面积有所减小,景观破碎度有轻微增长,景观多样性有一定的增加。不同LUCC产品下得到的景观格局对径流-泥沙的影响存在差异,所有产品一致的结论是:斑块密度(PD)和蔓延度指数(CONTAG)与RD、STM和SSC呈负相关关系,边缘密度(ED)、Shannon多样性指数(SHDI)和Shannon均匀度指数(SHEI)与STM和SSC呈正相关关系;PLSR模型显示最大斑块占景观面积比例、斑块结合度、景观分割度、SHDI和修正的Simpson均匀度指数(MSIEI)对RD、STM和SSC的变化具有重要意义。选用ED表征面积-边缘特征、选用PD和CONTAG表示聚散度特征以及选用SHDI和SHEI表征多样性特征可以相对减少LUCC产品对研究结果带来的不确定性。通过增加流域内林地与耕地之间的连通性,减少零散分布的耕地,尽可能避免两种景观类型之间的相互转换,可以减少景观破碎化程度,缓解流域土壤侵蚀。研究成果可为鄱阳湖区水土流失防治及生态文明建设提供参考。 展开更多
关键词 景观格局 多源土地利用数据 土壤侵蚀 偏最小二乘回归 鄱阳湖区
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基于时空融合算法的水体叶绿素a反演研究
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作者 陈玲 董晓华 +2 位作者 马耀明 章程焱 薄会娟 《水文》 CSCD 北大核心 2024年第2期26-33,共8页
为了准确反演水体中叶绿素a浓度,以黄柏河东支流域为例,采用STNLFFM时空融合算法,对2017年GF-4和Sentinel-2反射率数据进行融合,以重构Sentinel-2影像的时间序列数据,并对应用算法前后获取的水质参数-光谱特征响应关系建立多元线性回归... 为了准确反演水体中叶绿素a浓度,以黄柏河东支流域为例,采用STNLFFM时空融合算法,对2017年GF-4和Sentinel-2反射率数据进行融合,以重构Sentinel-2影像的时间序列数据,并对应用算法前后获取的水质参数-光谱特征响应关系建立多元线性回归模型,比较模型对叶绿素a的预测效果以验证时空融合算法的可行性,利用重构后影像光谱特征与水质参数的响应关系建立人工神经网络模型,反演2017年黄柏河东支流域各水库水体叶绿素a浓度。结果表明:利用时空融合算法生成的影像接近真实影像,提高了多元线性回归模型预测叶绿素a的效果,R2从融合前0.659提高至融合后0.844,且基于时空融合算法获取的水质参数-光谱关系建立的人工神经网络模型模拟精度较好,R2和MRE达到0.925和9.461%,反演的叶绿素a浓度空间差异性明显。证明了时空融合算法在水质参数反演过程中具有较好的应用前景。 展开更多
关键词 STNLFFM时空融合算法 黄柏河 人工神经网络 水质反演 叶绿素A
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基于集成时变矩模型和动态蒙特卡洛方法的防洪风险分析 被引量:1
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作者 董立俊 董晓华 +3 位作者 马耀明 魏冲 喻丹 苏中波 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期1084-1097,共14页
与作为水利水电工程设计依据的历史水文情势相比,未来受到全球气候变化影响的水文情势将与之产生偏差,进而导致流域内各水电工程水文分析成果的改变。这些成果的改变又将对流域梯级水库群中长期的运行安全和防洪调度产生影响。本文以雅... 与作为水利水电工程设计依据的历史水文情势相比,未来受到全球气候变化影响的水文情势将与之产生偏差,进而导致流域内各水电工程水文分析成果的改变。这些成果的改变又将对流域梯级水库群中长期的运行安全和防洪调度产生影响。本文以雅砻江流域为研究区域,通过耦合SWAT水文模型和全球气候模式,定量识别未来气候变化条件下的流域气象水文要素变化情况,在此基础上提出能同时考虑非一致性和历史特大洪水的集成时变矩模型方法,最后选取流域内杨房沟水电站,基于动态蒙特卡洛方法进行未来气候变化条件下的调洪演算。主要结果如下:率定好的SWAT模型模拟精度较高,且在雅砻江流域有较好的空间适用性。在未来气候变化条件下,麦地龙站洪峰流量序列在SSP1-2.6情景下,从现在到2070年左右小幅上升,随后小幅下降;在SSP2-4.5情景下,从现在到2070年左右明显上升,然后趋于稳定;仅在SSP5-8.5情景下持续上升,且上升趋势非常明显。在未来气候变化条件下,除SSP1-2.6情景的超校核洪水位风险率外,其他情景下杨房沟水电站超设计洪水位、校核洪水位风险率较设计标准均明显增大。未来全球气候变化将对雅砻江流域水循环和陆气水分交换产生显著影响,导致水文极端事件更加突出,流域内基于稳定环境下水文情势及水文分析成果规划建设的水电站(水库)将面临更大的防洪风险。本文提出的融合集成时变矩和动态蒙特卡洛模型的防洪风险分析方法,在考虑未来全球气候变化导致的非一致性基础上同时融入了历史特大洪水信息,经验证适用性较好。研究成果可为相关运行管理部门应对相应风险和指导实际生产提供一定参考。 展开更多
关键词 气候变化 非一致性 集成时变矩模型 防洪风险
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长江中下游降雨侵蚀力时空变化及其与植被覆盖的关系
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作者 王雪雯 董晓华 +4 位作者 马耀明 龚成麒 魏冲 陈玲 安敏 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第20期9364-9378,共15页
充分掌握大尺度流域降雨侵蚀力的时空变化特征对流域水土保持、防洪减灾和生态环境保护至关重要。基于长江中下游的119个气象站点57a逐日降雨资料,通过Xie模型计算各站降雨侵蚀力,使用旋转经验正交函数(REOF)法对降雨侵蚀力进行区域划分... 充分掌握大尺度流域降雨侵蚀力的时空变化特征对流域水土保持、防洪减灾和生态环境保护至关重要。基于长江中下游的119个气象站点57a逐日降雨资料,通过Xie模型计算各站降雨侵蚀力,使用旋转经验正交函数(REOF)法对降雨侵蚀力进行区域划分;结合Mann-Kendal检验、重标极差(R/S)法和相关性分析方法分析长江中下游降雨侵蚀力的时空变化特征,并揭示其与植被覆盖度之间的关系。结果表明:(1)长江中下游降雨侵蚀力整体呈上升趋势,年均降雨侵蚀力为5643MJ mm hm^(-2)h^(-1)。(2)不同季节降雨侵蚀力空间分布存在差异。冷季降雨侵蚀力空间分布不均,高值区主要集中在流域的西部和东北部,而暖季降雨侵蚀力则表现为以江西省为中心沿西北方向递减的空间分布格局,最大值和最小值出现在鄱阳湖环湖区(III区)和长江干流武汉以下段及太湖水系(IV区)。(3)长江中下游相邻地理分区间降雨侵蚀力变化速率差异较大,降雨侵蚀力区域性差异显著。其中III区、湘江及赣江流域(I区)和IV区年均降雨侵蚀力呈显著增长趋势(P<0.05)且未来将保持该趋势,为水土保持重点关注区域。(4)研究所发现的长江中下游水土保持重点关注区域的降雨侵蚀力与植被覆盖度存在负相关。但值得注意的是I区在冷季呈现正相关,而且其中的湘江上游流域出现显著正相关。研究表明降雨侵蚀力是影响地表侵蚀过程的关键因素,侵蚀性降水会影响植被覆盖情况,进而影响地表的侵蚀过程。因此在重点关注高降雨侵蚀力地区的同时还需加强植被保护工作。研究结果可为长江中下游区域水土保持及生态环境保护工作提供科学依据。 展开更多
关键词 长江中下游流域 降雨侵蚀力 旋转经验正交函数 植被覆盖度
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四川凉山州孙水河流域耕地撂荒时空格局分析
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作者 秦小敏 熊东红 +3 位作者 赵冬梅 张宝军 张闻多 刘琳 《水土保持研究》 CSCD 北大核心 2024年第2期211-218,239,共9页
[目的]提取长期、精确的撂荒地空间分布信息,摸清流域耕地撂荒分布规律,进而为大凉山区域土地资源管理、乡村振兴战略规划等提供数据支撑。[方法]以凉山州孙水河流域为研究区域,应用CART决策树分类方法提取了研究区2009—2016年的撂荒... [目的]提取长期、精确的撂荒地空间分布信息,摸清流域耕地撂荒分布规律,进而为大凉山区域土地资源管理、乡村振兴战略规划等提供数据支撑。[方法]以凉山州孙水河流域为研究区域,应用CART决策树分类方法提取了研究区2009—2016年的撂荒地分布数据,分析了近10年来孙水河流域撂荒地时空格局、演变动态与影响因素。[结果](1)2009—2016年流域耕地撂荒情况呈现两个阶段:2009—2011年缓慢降低,2012—2016年快速增加。撂荒地多分布在中高山区域,并向河谷平原地区逐渐聚拢。多年平均撂荒面积为5357.88 hm^(2),2016年达到最大撂荒率(24.50%),年均撂荒面积:中游(2260.50 hm^(2))>上游(1716 hm^(2))>下游(1381.37 hm^(2)),年均撂荒率:上游(19.17%)>中游(15.46%)>下游(8.50%)。(2)撂荒地标准差椭圆分布呈现两个发展阶段,2009—2012年表现为“东南—西北”的方向分布,2013年后重心回移,撂荒更为聚集。(3)撂荒地多分布在海拔>2800 m,坡度15°~25°,距水系500 m内的地形单元。[结论]地形条件、生产水平、政治因素等均会导致区域撂荒时空格局变化,未来应加强辨析人类活动及自然条件对撂荒地影响机制的深入研究。 展开更多
关键词 撂荒地 时空格局 CART决策树 标准差椭圆 孙水河流域
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尼泊尔山区水资源可利用性与农户生计适应链框架研究——以柯西河流域为例 被引量:2
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作者 邓伟 孔博 +1 位作者 苏艺 宋雪茜 《山地学报》 CSCD 北大核心 2019年第4期564-574,共11页
尼泊尔山区农业用水以雨水和山泉水(地下水)为主,灌溉设施普遍匮乏。在全球气候变化影响下,极端天气过程不断呈现,长期干旱和短时暴雨对农业生产的影响日益严重,直接影响农户生计安全,特别是纯农型的农户,面临更多的生计适应性挑战。柯... 尼泊尔山区农业用水以雨水和山泉水(地下水)为主,灌溉设施普遍匮乏。在全球气候变化影响下,极端天气过程不断呈现,长期干旱和短时暴雨对农业生产的影响日益严重,直接影响农户生计安全,特别是纯农型的农户,面临更多的生计适应性挑战。柯西河(Koshi River)发源于中国西藏,流经尼泊尔进入印度,其流域的中上游至中下游是尼泊尔重要的农区,农业水资源的可利用性非常重要。通过统计分析法和生计适应链框架相结合,分析科西河流域水资源可用性,阐明科西河流域水资源变化特征,解决农户生产和生活用水问题,针对农户生计潜在水危机风险,提出农户生计适应性链框架及适应对策。 展开更多
关键词 水资源可利用性 生计适应链框架 气候变化 柯西河 尼泊尔
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西风和季风影响区冰川雪中细菌数量和群落组成与气候环境关系
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作者 刘晓波 邢婷婷 +4 位作者 刘勇勤 徐柏青 赵华标 王宁练 沈亮 《冰川冻土》 CSCD 北大核心 2019年第1期197-214,共18页
青藏高原冰川是全球变化研究的热点地区,但对高原冰雪细菌与气候环境之间的关系还缺乏研究。选取西风影响下的新疆慕士塔格冰川、木吉冰川和印度季风影响下的尼泊尔雅拉冰川进行冰雪细菌研究,以揭示西风和季风影响区冰川雪中细菌丰度和... 青藏高原冰川是全球变化研究的热点地区,但对高原冰雪细菌与气候环境之间的关系还缺乏研究。选取西风影响下的新疆慕士塔格冰川、木吉冰川和印度季风影响下的尼泊尔雅拉冰川进行冰雪细菌研究,以揭示西风和季风影响区冰川雪中细菌丰度和群落组成特征以及细菌与区域气候环境的关系。研究发现:受西风影响的慕士塔格冰川和木吉冰川的主要细菌类群为Bacteroidetes和Betaproteobacteria;受印度季风影响的雅拉冰川的细菌优势类群为Betaproteobacteria和Cyanobacteria。表明西风和季风影响区冰川雪中细菌具有不同的群落组成。此外,通过比对16S rRNA,发现三个冰川分离的细菌与分离自海洋、湖泊、土壤、沙漠等寒冷环境的细菌具有很高的相似度。位于西风带的慕士塔格和木吉冰川雪中细菌Shannon指数高于位于印度季风区的雅拉冰川。印度季风带的雅拉冰川细菌群落组成受季节的影响明显而西风带的慕士塔格冰川则受季节影响比较小。 展开更多
关键词 青藏高原 冰川 细菌 群落 多样性 气候环境
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淮河息县流域不同土地利用类型的水沙贡献率研究 被引量:5
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作者 夏志恺 董晓华 +4 位作者 马耀明 魏冲 欧阳习军 喻丹 薄会娟 《中国农村水利水电》 北大核心 2023年第12期128-138,共11页
深入研究不同土地利用方式对流域水沙过程的影响,对流域水土流失防治和生态环境管理具有重要意义。利用息县站1996-2003年实测月径流与月泥沙资料,建立息县流域SWAT模型,根据SWAT模型模拟结果,统计不同土地利用类型下产流产沙量对全流... 深入研究不同土地利用方式对流域水沙过程的影响,对流域水土流失防治和生态环境管理具有重要意义。利用息县站1996-2003年实测月径流与月泥沙资料,建立息县流域SWAT模型,根据SWAT模型模拟结果,统计不同土地利用类型下产流产沙量对全流域的贡献率;然后将SWAT模型的各子流域产流产沙模拟数据作为随机森林回归模型所需的输出变量,使用随机森林回归模型评估不同土地利用类型对径流和泥沙过程的重要度。结果表明:①SWAT模型精度较高,径流和泥沙率定期和验证期的决定性系数R2、纳什系数NSE均大于0.75,偏差百分比PBIAS为-1、-5.6和5.1、9.6,模型适用于息县流域径流与泥沙模拟;②流域内土地利用类型对产流过程与产沙过程的贡献率排序分别为林地>旱田>水田>草地,旱田>水田>草地>林地;③随机森林回归模型的各阶段的决定性系数R2基本大于0.5,拟合效果较好;随机森林回归模型得到的不同土地利用类型对流域水沙过程的重要度排序与SWAT模型模拟计算得到的不同土地利用类型对水沙过程的贡献率排序基本相同,说明了利用SWAT模型计算不同土地利用类型对水沙过程的贡献率的准确性较高。综上,耕地对息县流域的水沙贡献率最大,本研究的方法同样可应用于其他流域,以得到不同流域内不同土地利用类型的水沙贡献率,为流域内的高效水土保持治理提供参考。 展开更多
关键词 息县流域 SWAT模型 随机森林回归模型 水沙贡献率 重要度
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冰川表面冰尘洞内病毒研究进展 被引量:6
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作者 臧琳 刘勇勤 刘晓波 《冰川冻土》 CSCD 北大核心 2019年第6期1496-1504,共9页
病毒在驱动生态系统高生物多样性形成以及生态系统营养物和有机物的循环过程中均发挥着重要的作用。冰川洞作为冰冻圈微生物活动的热点,为病毒提供了特殊的生存环境,驱使病毒产生了生存与适应机制。通过综述国际上近些年来关于冰川表面... 病毒在驱动生态系统高生物多样性形成以及生态系统营养物和有机物的循环过程中均发挥着重要的作用。冰川洞作为冰冻圈微生物活动的热点,为病毒提供了特殊的生存环境,驱使病毒产生了生存与适应机制。通过综述国际上近些年来关于冰川表面冰尘洞内病毒的主要研究成果,内容涉及冰尘洞在冰川生态系统中的重要性,冰尘洞内病毒的丰度与生产力,冰尘洞内病毒的遗传多样性,病毒与宿主的相互作用关系,以及病毒对于冰尘洞碳循环和食物网的重要性。此外,还总结了当前冰尘洞内病毒研究存在的空白:形态多样性、降解率、分离培养、冰川表面散落冰尘内病毒,指出了未来研究需要重点关注的几个方面,为进一步研究病毒对于冰尘洞生态系统的重要影响提供科学参考,并且对青藏高原冰川表面冰尘洞内病毒未来的研究提出了展望。 展开更多
关键词 病毒 冰川 冰尘洞 营养物质循环 遗传多样性
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青藏高原唐古拉哈日钦冰芯表层和深层可培养细菌特征 被引量:2
10
作者 王凤 王宁练 +3 位作者 徐柏青 沈亮 顾政权 刘晓波 《冰川冻土》 CSCD 北大核心 2019年第4期968-976,共9页
对唐古拉哈日钦冰芯表层0.04~3.04m及深层127.44~130.36m中可培养细菌进行了对比研究。发现表层和深层可培养细菌数没有表现出显著差异性,表层冰芯中可培养细菌数为0~9.8×10^3CFU·mL^-1,略高于深层冰芯的0~8.4×10^3CFU&#... 对唐古拉哈日钦冰芯表层0.04~3.04m及深层127.44~130.36m中可培养细菌进行了对比研究。发现表层和深层可培养细菌数没有表现出显著差异性,表层冰芯中可培养细菌数为0~9.8×10^3CFU·mL^-1,略高于深层冰芯的0~8.4×10^3CFU·mL^-1。表层冰芯中微生物总数为10^3~10^6cells·mL^-1,深层冰芯中微生物总数为10^2~10^3cells·mL^-1。冰芯中可培养细菌属于Firmicutes(厚壁菌门)、Proteobacteria(变形菌门)、Actinobacteria(放线菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门)和Deinococcus-Thermus(异常球菌门)5大类。但表层和深层可培养细菌属于不同的优势门,表层为Proteobacteria(38%),深层为Firmicutes(42%)。表层和深层优势属均为Bacillus(芽孢杆菌属),占比分别为18%和29%。已有研究表明哈日钦冰芯98.8m达到了公元1000年的历史记录,因此对比千年尺度上可培养细菌数量及多样性的差异,能够为进一步发掘新基因,丰富微生物多样性,为了解可培养细菌的进化历史奠定基础。 展开更多
关键词 青藏高原 哈日钦冰芯 可培养细菌 表层 深层
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雅砻江流域1961-2018年极端气候时空演变研究 被引量:6
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作者 杨晨 董晓华 +3 位作者 董立俊 秦兴隔 王雅琳 马耀明 《中国农村水利水电》 北大核心 2023年第2期46-56,65,共12页
近年来我国极端气候事件频发,研究极端气候的变化规律,能够预防自然灾害对人类生活造成的伤害以及水资源分布的失衡。雅砻江拥有我国重要的水电能源,基于雅砻江流域1961-2018年日降雨、日气温数据计算得到26个极端气候指数,利用线性拟合... 近年来我国极端气候事件频发,研究极端气候的变化规律,能够预防自然灾害对人类生活造成的伤害以及水资源分布的失衡。雅砻江拥有我国重要的水电能源,基于雅砻江流域1961-2018年日降雨、日气温数据计算得到26个极端气候指数,利用线性拟合、Sen’s斜率估计、Mann-Kendall突变检验以及Pettitt检验法分析极端气候指数的趋势和突变;使用反距离权重空间插值法(IDW)进行空间插值,分析极端气候指数的空间分布特征。结果表明:雅砻江流域极端高温、低温以及平均温差指数在空间上都是南高北低;流域北部气温偏寒,结冰和霜冻日数偏长,而南部气温偏暖,夏天日数和生长期长度偏长。极端降水指数除持续干期,其他指数在空间上也是南高北低,且在东南部达到最大值。在全球气候变暖的趋势下最高和最低气温极值温度上升,高温增长速率小于低温增长速率,从而温差逐渐缩小;结冰和霜冻日数减少,夏天日数、生长期长度和暖日持续日数增加,使得流域冬季变短夏季变长,适合动植物生长的温度持续时间增长。极端降水指数除了持续干期,其余指数均呈现上升趋势,年降水量增加幅度最大,强降水量增加幅度次之。说明1961-2018年雅砻江流域极端气温趋于变暖,年内偏暖日数增多,极端降水整体增加,降水量和降水强度增大,降水持续时间加长,还需对雅砻江流域极端降水的增多加以防范。研究雅砻江流域极端气候的时空变化规律,为该流域水资源开发和管理以及灾害预警提供了科学依据。 展开更多
关键词 极端气候指数 变化趋势 时空分布 雅砻江流域
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青藏高原土壤湿度-气候相互影响研究进展 被引量:4
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作者 袁源 李璐含 +2 位作者 胡伟 左洪超 马耀明 《冰川冻土》 CSCD 北大核心 2023年第2期341-354,共14页
土壤湿度作为一个具有“记忆性”的重要气候变量,可以通过改变地表的能量和水分交换,进而影响局地乃至全球的大气环流,因此受到全球气候观测系统计划的重视。近年来青藏高原土壤湿度观测网(站)建设发展迅速,为局地陆气相互作用研究提供... 土壤湿度作为一个具有“记忆性”的重要气候变量,可以通过改变地表的能量和水分交换,进而影响局地乃至全球的大气环流,因此受到全球气候观测系统计划的重视。近年来青藏高原土壤湿度观测网(站)建设发展迅速,为局地陆气相互作用研究提供了可靠的数据支撑。本文从不同的土壤湿度资料在青藏高原的适用性、高原土壤湿度的时空变化特征及其对气候的影响综述了近年来的国内外研究进展。由于土壤湿度在时空上的高度变异性,现有相关研究大多使用再分析资料、陆面数据同化资料和卫星遥感数据来补充观测资料进行青藏高原土壤湿度与气候的相互影响研究。但模式选择、算法和实验方案的不同,导致青藏高原土壤湿度的补充资料适用性不同,使得前人对高原土壤湿度如何影响中国及全球气候得出不同结论,故相关问题需要进一步讨论,并提出了后期青藏高原土壤湿度研究需要解决的关键问题。 展开更多
关键词 青藏高原 土壤湿度 时空分布 气候 相互影响
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珠峰北坡高寒灌丛草原生长季碳、水通量特征分析 被引量:3
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作者 席振华 王玉阳 +1 位作者 马耀明 马伟强 《高原气象》 CSCD 北大核心 2023年第4期887-898,共12页
研究青藏高原高寒灌丛生态系统的碳水通量特征,对于阐明气候变化背景下高寒草地生态系统的碳收支和水循环具有重要意义。基于2017-2018年生长季连续观测的通量数据及微气象和土壤温湿度等数据,利用标准化的通量数据处理和插补方法以及... 研究青藏高原高寒灌丛生态系统的碳水通量特征,对于阐明气候变化背景下高寒草地生态系统的碳收支和水循环具有重要意义。基于2017-2018年生长季连续观测的通量数据及微气象和土壤温湿度等数据,利用标准化的通量数据处理和插补方法以及结构方程模型等数理统计方法系统分析了珠峰北坡高寒灌丛生态系统生长季的碳水通量特征及其环境控制因素。结果表明:(1)2017年和2018年生长季累计的总初级生产力(GPP)、生态系统呼吸(Re)和净生态系统碳交换(NEE)分别为248.0、112.2和-135.8 g·C·m^(-2)及254.0、113.5和-140.5 g·C·m^(-2)。这两年的呼吸比(Re/GPP)分别为45.2%和44.7%,较低的呼吸比促进了碳的封存,从而导致该高寒生态系统生长季较强的碳汇强度。此外,2017年生长季的累计蒸散发(ET)为194.9 mm,略高于2018年的167.9 mm。(2)光合有效辐射(PAR)在生长旺季白天与NEE之间存在着较好的直角双曲线关系,2017年和2018年的表观初始光量子效率(α)和光饱和时的最大光合作用效率(NEEmax)分别为-0.0105μmol·CO_(2)·μmol^(-1)·photos和-7.79μmol·CO_(2)·m^(-2)·s^(-1)以及-0.0138μmol·CO_(2)·μmol^(-1)·photos和-5.23μmol·CO_(2)·m^(-2)·s^(-1)。(3)PAR对生长季NEE变化起着关键作用,而土壤水分是影响高寒灌丛生长及Re和GPP变化的主要因素,表明该冷干的高寒生态系统碳通量受表层土壤水分调控。在生长季,表层土壤水分是限制高寒灌丛蒸散发的主要因素,说明该冷干的高寒生态系统蒸散发的水分供应受限。这些发现有助于进一步认识青藏高原珠峰北坡草地生态系统地-气间的CO_(2)和水分交换。 展开更多
关键词 青藏高原 高寒灌丛 碳水通量 珠峰北坡 生长季
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澜沧江流域卫星产品降尺度与融合方法 被引量:1
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作者 胡雪儿 董晓华 +3 位作者 马耀明 章程焱 薄会娟 郭东淏 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第20期140-147,共8页
卫星降水产品具有覆盖范围广、更适用于无资料区域的优势,但分辨率较低、精度不足,为获取高时空分辨率、高精度的降水数据,需对卫星产品进行降尺度,并与地面观测数据融合,以提高数据质量。以澜沧江流域为例,在综合考虑地形、地理和植被... 卫星降水产品具有覆盖范围广、更适用于无资料区域的优势,但分辨率较低、精度不足,为获取高时空分辨率、高精度的降水数据,需对卫星产品进行降尺度,并与地面观测数据融合,以提高数据质量。以澜沧江流域为例,在综合考虑地形、地理和植被等要素的基础上,建立地理加权回归(geographic weighted regression,GWR)模型对热带降雨测量卫星(tropical rainfall measurement mission,TRMM)和基于人工神经网络的遥感降水估计-气候数据记录(precipitation estimation from remotely sensed information using artificial neural networks-climate data record,PERSIANN-CDR)产品进行空间降尺度,再采用集合卡尔曼滤波算法,将地面气象站点经反距离加权插值法(inverse distance weighted,IDW)插值后的数据作为融合算法观测值,对降尺度后的TRMM、PERSIANN-CDR数据进行融合,以进一步提高降水数据精度。结果表明:1)相比TRMM卫星降水产品,PERSIANN-CDR降水产品对澜沧江流域降水的捕捉能力更弱,但降尺度后两者卫星产品数据精度都有较显著的提升;且两类产品在旱季(11月至次年4月)的精度评估效果相较于雨季(5月至10月)更为明显,表明GWR方法能显著提升这两类卫星降水产品对旱季降水的监测效果。2)对比其他学者的研究表明,对降尺度后的产品进一步使用集合卡尔曼滤波算法,最终得到的融合结果极好,并改善了卫星产品高估降水的现象。综上所述,该研究所使用的降尺度与融合方法,能够显著提升数据空间分辨率与精度,最终得到与地面观测降水数据相关性极高的高空间分辨率卫星产品结果。 展开更多
关键词 澜沧江流域 GWR降尺度模型 集合卡尔曼滤波算法 TRMM PERSIANN-CDR
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青藏高原典型下垫面通量印痕特征分析 被引量:1
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作者 王紫昕 仲雷 +1 位作者 马耀明 傅云飞 《高原气象》 CSCD 北大核心 2023年第5期1160-1171,共12页
下垫面的非均匀性影响地气通量观测的准确性和代表性,青藏高原复杂下垫面通量印痕分布的研究对地气相互作用的观测、模拟及其天气气候影响均具有重要意义。印痕分析是研究通量观测信息空间代表性的重要方法,通量印痕模型FFP(Flux Footpr... 下垫面的非均匀性影响地气通量观测的准确性和代表性,青藏高原复杂下垫面通量印痕分布的研究对地气相互作用的观测、模拟及其天气气候影响均具有重要意义。印痕分析是研究通量观测信息空间代表性的重要方法,通量印痕模型FFP(Flux Footprint Prediction)为计算通量印痕提供了一种行之有效的方法。基于西藏珠穆朗玛大气过程与环境变化国家野外科学观测研究站、阿里荒漠环境综合观测研究站、西藏纳木错高寒湖泊与环境国家野外科学观测研究站、慕士塔格西风带环境综合观测研究站和藏东南高山环境综合观测研究站5个台站2013年观测数据,利用FFP模型对通量印痕进行了模型参数敏感性分析,探讨了不同站点通量印痕分布的时空特点、具体影响因素,进而对观测台站架设提供指导。研究结果表明,通量印痕的主要影响因素为观测高度、风速、风向,下垫面类型为常绿针叶林的林芝站对观测高度、行星边界层高度较其他台站敏感。在青藏高原,使用三维超声风速仪观测数据得到的通量印痕的空间尺度为250~500 m。5个台站中珠峰站白天稳定层结时次最少,占白天数据点的15.69%,阿里站夜间不稳定层结时次最少,占夜间数据点的13.32%。在青藏高原5个台站夜间通量印痕比白天通量印痕范围更广、面积更大;夏季由于季风的影响,通量印痕轴线更趋向一致;纳木错站湖陆风是影响通量印痕的主要因素,珠峰站冰川风是影响通量印痕的主要因素,林芝站在5个站点中年平均风速最小,通量印痕最小,在5个站点中观测代表性最佳。为提高观测数据代表性,可考虑在珠峰站、纳木错站降低观测仪器高度。 展开更多
关键词 青藏高原 通量印痕 FFP模型
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中亚干旱地区降水异常及其影响机制研究 被引量:1
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作者 赵文清 马耀明 曹殿斌 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2023年第1期18-29,共12页
中亚地区位于欧亚大陆内部,地处西风控制关键区。在近年全球加速变暖的背景下,观测和模拟均展现出中亚地区的暖湿化趋势。北大西洋的海温异常激发大气的涡度异常,通过罗斯贝波列的方式传播影响中亚地区的大尺度环流和垂直运动的异常,从... 中亚地区位于欧亚大陆内部,地处西风控制关键区。在近年全球加速变暖的背景下,观测和模拟均展现出中亚地区的暖湿化趋势。北大西洋的海温异常激发大气的涡度异常,通过罗斯贝波列的方式传播影响中亚地区的大尺度环流和垂直运动的异常,从而导致中亚地区的降水异常。同时,赤道太平洋和北印度洋的海温异常,引起阿拉伯半岛向中亚地区的水汽输送异常,以及西风-季风协同作用、丝绸之路遥相关相位转换、地表类型和局地环流的变化等均不同程度地贡献和加速了中亚地区的暖湿化进程。本文意在总结近20年关于中亚地区降水异常的主要影响因子及其背后机理,并在现有研究基础上提出了未来的研究展望。 展开更多
关键词 全球变暖 中亚 暖湿化 涡度异常 水汽输送异常 西风-季风协同作用 遥相关
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亚洲三大高原感热变化及其对中国天气气候协同影响研究进展
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作者 姚楠 马耀明 《地球科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期580-593,共14页
青藏高原、伊朗高原和蒙古高原属于亚洲高海拔地区,3个高原热力作用对同期和后期中国天气气候有重要影响。首先,介绍了3个高原地表感热时空变化特征,结果表明在全球变暖的背景下,3个高原地表感热经历了明显的年际和年代际变化,基本都在2... 青藏高原、伊朗高原和蒙古高原属于亚洲高海拔地区,3个高原热力作用对同期和后期中国天气气候有重要影响。首先,介绍了3个高原地表感热时空变化特征,结果表明在全球变暖的背景下,3个高原地表感热经历了明显的年际和年代际变化,基本都在20世纪末到21世纪初出现年代际转折,之后探讨了它们之间地表感热可能存在的联系。其次,归纳总结了3个高原春季和夏季地表热力状况对中国天气气候的影响研究进展,结果显示:青藏高原感热对高原低涡的生成、发展和东移有重要作用,在适当的背景环流下会给中国东部地区带来暴雨天气;青藏高原和伊朗高原的“感热气泵”为亚洲季风区提供有利的大尺度上升背景场,而且这2个高原的热力协同作用对中国南方夏季降水的贡献要大于二者的线性叠加;青藏高原、伊朗高原和蒙古高原地表加热激发的次级环流下沉支与中国北方暖干化关系密切,且3个高原感热异常会引起其上空大气环流异常,通过大气遥相关调节中国北方天气气候。最后,在此基础上讨论了现有研究的不足,并对未来关于青藏高原、伊朗高原和蒙古高原感热的天气气候效应的研究进行了展望。 展开更多
关键词 地表感热 青藏高原 伊朗高原 蒙古高原 中国天气气候
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青藏高原大气边界层数值模拟研究进展
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作者 许菡颖 韩存博 +1 位作者 马耀明 张蕴帅 《地球科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期915-929,共15页
青藏高原大气边界层过程和结构特征受该区热力和动力作用的影响显著,利用现有观测资料难以全面系统地揭示青藏高原复杂边界层的形成、发展和演变机制。因此采用数值模拟的手段研究青藏高原大气边界层过程并解释其形成发展的内在机制,已... 青藏高原大气边界层过程和结构特征受该区热力和动力作用的影响显著,利用现有观测资料难以全面系统地揭示青藏高原复杂边界层的形成、发展和演变机制。因此采用数值模拟的手段研究青藏高原大气边界层过程并解释其形成发展的内在机制,已成为一种行之有效的方法。首先综述归纳了常用于大气边界层模拟的数值模式及各模式中广泛采用的边界层参数化方案;其次,介绍了近年来在青藏高原大气边界层数值模拟领域开展的各项工作和成果,包括青藏高原大气边界层高度时空分布特征的模拟研究、青藏高原典型地区(具有大地形和湖泊的地区)大气边界层结构特征及其影响机制的模拟研究、不同边界层参数化方案在青藏高原地区的对比评估以及模式分辨率对模拟效果的影响;最后,总结并提出目前青藏高原大气边界层过程模拟仍存在对大气边界层高度、近地面气象要素等有模拟偏差的问题,针对这些问题就边界层参数化方案的改进、模式分辨率的选取、驱动数据优化和验证数据的选取以及其他物理方案的选择4个方面做出初步展望,以期为未来青藏高原地区大气边界层结构和过程的模拟改进提供新的研究思路。 展开更多
关键词 青藏高原 边界层参数化 数值模式
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青藏高原大气边界层结构及其发展机制研究 被引量:4
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作者 王春晓 马耀明 韩存博 《地球科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期414-428,共15页
研究青藏高原大气边界层对于我们认识其地面的热量与水分收支状况,了解高原及其周边地区的天气和气候变化具有重要意义。然而,高原大气边界层观测资料的匮乏制约着青藏高原的天气与气候研究。首先,梳理了针对青藏高原大气边界层的大气... 研究青藏高原大气边界层对于我们认识其地面的热量与水分收支状况,了解高原及其周边地区的天气和气候变化具有重要意义。然而,高原大气边界层观测资料的匮乏制约着青藏高原的天气与气候研究。首先,梳理了针对青藏高原大气边界层的大气科学试验情况;其次,归纳了青藏高原大气边界层的高度与风场结构、温度与湿度场结构的研究进展,并从热力学和大气动力学角度介绍了大气边界层的发展机制,在此基础上,对目前研究中存在的不足进行了探讨,指出青藏高原大气边界层的研究还处于揭示现象阶段,对发展机制的研究不够深入,对整个高原面上不同区域同一时间的联动研究较少。针对上述不足之处对未来的研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 青藏高原 大气边界层结构 发展机制
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Satellite Image-based Monitoring of Urban Land Use Change and Assessing the Driving Factors in Pokhara and Bharatpur Metropolitan Cities, Gandaki Basin, Nepal 被引量:3
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作者 Raju RAI ZHANG Yili +2 位作者 Basanta PAUDEL Narendra Raj KHANAL Bipin Kumar ACHARYA 《Journal of Resources and Ecology》 CSCD 2020年第1期87-99,共13页
Urban growth is a key indicator of economic development.At the same time,haphazard urban growth creates serious socioeconomic,environmental and urban land management problems.In this context,understanding the process ... Urban growth is a key indicator of economic development.At the same time,haphazard urban growth creates serious socioeconomic,environmental and urban land management problems.In this context,understanding the process of urban landscape change is important for guiding the sustainable growth of urban areas.This study analyzes the urban land changes during 1990–2018 in two metropolitan cities of Gandaki basin:Pokhara and Bharatpur.Landsat satellite images were analyzed using supervised classification methods.The results revealed that the built-up area has increased significantly by 300%in Pokhara and by nearly 500%in the Bharatpur during the past 28 years.Population growth,migration from surrounding areas due to urban facilities and the easy lifestyle in cities were found to be major determinants of urban growth within the study area.In addition,the changing urban definition and expansion of municipal boundaries are key factors for rapid urban growth.Both cities are likely to grow in the future as they are both located in areas that encompass the high levels of commercial activity and modern service facilities.The haphazard urban growth should be minimized through planning and policies for sustainable urban development. 展开更多
关键词 urban land change driving factors Pokhara Bharatpur Gandaki River Basin
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