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基于SSA-BP神经网络模型的全球入海径流量未来变化趋势

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气候变化研究进展 2024年第2期20卷 182-192页

作者：赵鹏姜彤苏布达高妙妮南京信息工程大学地理科学学院/灾害风险管理研究院南京210044 南京信息工程大学气候与环境治理研究院南京210044

入海径流是水循环的重要环节,探究气候变化背景下全球入海径流量的时空变化特征,可为水资源合理利用提供依据。基于全球376条外流河逐月流量、ERA5-LAND再分析资料和10个全球气候模式,构建基于SSA-BP神经网络的降水径流关系模型,分析全... 详细信息

入海径流是水循环的重要环节,探究气候变化背景下全球入海径流量的时空变化特征,可为水资源合理利用提供依据。基于全球376条外流河逐月流量、ERA5-LAND再分析资料和10个全球气候模式,构建基于SSA-BP神经网络的降水径流关系模型,分析全球入海径流量在历史时期(1961—2020年)和未来(2021—2100年)3种情景(SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5)下的时空变化特征。研究发现:(1)全球尺度上,1961—2020年,多年平均入海年径流量为37423 km^(3)。2021—2100年,全球入海年径流量在未来3种情景下均呈增加趋势,SSP1-2.6情景下趋势显著。与基准期相比,21世纪末期增幅最大。(2)洲际尺度上,历史时期,非洲入海径流量呈显著减少趋势,北美洲呈显著增加趋势。2021—2100年,亚洲、北美洲在3种情景下呈增加趋势,大洋洲呈减少趋势,其余各大洲情景间差异明显。(3)纬向分布上,历史时期,南北半球低纬度变化趋势不显著;北半球中纬度呈弱减少趋势,南半球中纬度呈显著减少趋势;北半球高纬度呈显著增加趋势。2021—2100年,从低到高排放情景,入海径流在北半球低纬度的增加趋势和在南半球低纬度的减少趋势愈发显著;北半球中高纬由低排放情景的显著增加转变为中高排放情景的显著减少;南半球中纬度在低排放情景下呈显著增加趋势,在中高排放情景下趋势不显著。

关键词：入海径流量趋势预估 SSA-BP模型全球

粤港澳大湾区大气PM_(2.5)浓度的遥感估算模型

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环境科学 2024年第1期45卷 8-22页

作者：代园园龚绍琦张存杰闵爱莲王海君南京信息工程大学遥感与测绘工程学院南京210044 国家气候中心北京100081

PM_(2.5)对大气环境和人类健康危害极大,及时准确地掌握高时空分辨率的PM_(2.5)浓度对空气污染防治起着重要作用.基于粤港澳大湾区2015~2020年多角度大气校正算法(MAIAC)1 km AOD产品、ERA5气象资料和站点污染物浓度(CO、O_(3)、NO_(2)... 详细信息

PM_(2.5)对大气环境和人类健康危害极大,及时准确地掌握高时空分辨率的PM_(2.5)浓度对空气污染防治起着重要作用.基于粤港澳大湾区2015~2020年多角度大气校正算法(MAIAC)1 km AOD产品、ERA5气象资料和站点污染物浓度(CO、O_(3)、NO_(2)、SO_(2)、PM10和PM_(2.5)),分别建立了估算PM_(2.5)浓度的时空地理加权模型(GTWR)、BP神经网络模型(BPNN)、支持向量机回归模型(SVR)和随机森林模型(RF).结果表明,RF模型的估算能力优于BPNN、SVR和GTWR模型,BPNN、SVR、GTWR和RF模型的相关系数依次为0.922、0.920、0.934和0.981,均方根误差(RMSE)分别为7.192、7.101、6.385和3.670μg·m^(-3),平均绝对误差(MAE)分别为5.482、5.450、4.849和2.323μg·m^(-3);RF模型在季节PM_(2.5)的预测中以冬季效果最佳、夏季次之、春季和秋季再次,预测值与实测值的相关系数在0.976以上;RF模型可用于大湾区PM_(2.5)浓度的预测分析研究.在时间上,大湾区各市2021年逐日ρ(PM_(2.5))呈“先减后增”的变化趋势,最高值在65.550~112.780μg·m^(-3),最低值介于5.000~7.899μg·m^(-3);月均浓度变化呈“U”型分布,1月开始降低至6月达到谷值后逐渐升高;季节上表现为冬季浓度最高、夏季最低、春秋季节过渡的特点;大湾区年均ρ(PM_(2.5))为28.868μg·m^(-3),低于年均二级浓度限值.空间上,2021年PM_(2.5)呈“西北-东南”递减的特征,高污染区域聚集在大湾区的中部,以佛山为代表;低浓度区主要分布在惠州东部、港澳和珠海等沿海地区;不同季节PM_(2.5)浓度在空间分布上也表现出异质性和区域性.RF模型估算了高精度PM_(2.5)浓度,为大湾区PM_(2.5)污染相关的健康风险评估提供了科学依据.

关键词：粤港澳大湾区 MAIAC AOD PM_(2.5) 时空地理加权模型(GTWR) BP神经网络模型(BPNN) 支持向量机回归模型(SVR) 随机森林模型(RF)

“双碳”目标下的气候资源地方立法:现状省思与完善进路

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阅江学刊 2024年第2期16卷 80-91,173页

作者：宋晓丹槐杨南京信息工程大学法政学院南京信息工程大学气候变化与公共政策研究院中国气象局中国政法大学民商经济法学院

气候资源地方立法是中央立法的重要补充,是应对气候变化、实现“双碳”目标、加强气象法治建设的重要举措。梳理总结我国现有的气候资源地方立法,以20部省级地方立法为样本剖析发现,气候资源地方立法已取得一定成效,立法定位逐步清晰,... 详细信息

气候资源地方立法是中央立法的重要补充,是应对气候变化、实现“双碳”目标、加强气象法治建设的重要举措。梳理总结我国现有的气候资源地方立法,以20部省级地方立法为样本剖析发现,气候资源地方立法已取得一定成效,立法定位逐步清晰,制度框架逐渐形成,监管机制不断健全。同时,仍存在立法理念滞后、基础概念不清、同质化问题突出、重点制度有缺漏、可操作性不强等问题。应适时更新立法理念、构建统一的上位法依据、积极转变立法思路以及提升地方立法质效,有效增强我国气候资源地方立法的科学性与规范性,发挥其应有的制度功能,促进气候资源法律体系不断完善,为实现“双碳”目标和气象事业高质量发展提供制度保障。

关键词：气候资源气候资源立法地方立法 “双碳”目标能源结构转型

缺失时段对黑河流域夏季FY-4AAGRI地表温度时间维重建的影响分析

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地球信息科学学报 2024年第3期26卷 709-724页

作者：罗雨梅祝善友李悦丽张桂欣徐永明南京信息工程大学遥感与测绘工程学院南京210044 南京信息工程大学地理科学学院南京210044

静止气象卫星产品在天气监测和气候变化应用中发挥着重要作用。受天气状况影响,静止气象卫星地表温度经常存在缺失现象,严重影响着地表温度产品的深入应用。在地表温度缺失值的时间维重建过程中,现有研究大多是比较了不同时间维重建方... 详细信息

静止气象卫星产品在天气监测和气候变化应用中发挥着重要作用。受天气状况影响,静止气象卫星地表温度经常存在缺失现象,严重影响着地表温度产品的深入应用。在地表温度缺失值的时间维重建过程中,现有研究大多是比较了不同时间维重建方法的精度,而有关数据缺失时段对模型能否有效重建的影响研究较少。本文以黑河流域为例,基于INA08温度日循环模型,通过模拟实验分析夏季FY-4A(风云4号A星)AGRI(Advanced Geostationary orbit Radiation Imager,先进的静止轨道辐射成像仪)LST(Land Surface Temperature,陆地表面温度)数据缺失对重建结果精度的影响,提出了不同缺失时段的数值替换方案,并采用真实数据对理论实验分析结果进行验证。结果表明:(1)缺失第二时段(13—15时)对重建结果的影响可忽略不计,缺失第五时段(次日0—6时)对重建结果影响最大;(2)随着缺失时段的增多,参与INA08模型拟合的遥感反演原始值减少,精度也有所下降;(3)模拟实验总结的缺失时段数值替换方案对INA08模型重建FY-4AAGRI LST具有一定指导作用,缺失时段某个时刻被替换为其他时刻地表温度后,能够显著提高缺失数据重建精度。

关键词： FY-4A AGRI 地表温度时间维重建缺失时段日变化模型黑河流域

水稻高温热害强度时空变化特征与预报模型构建

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农业工程学报 2024年第10期40卷 97-106页

作者：徐敏徐经纬徐萌徐忆菲江苏省气候中心南京210019 南京信息工程大学大气科学学院南京210044 金坛国家气候观象台金坛213200

构建定量表征水稻高温热害强度的指数,揭示时空变化特征,并建立中长期预报模型,准确预报高温热害发生的强度趋势对提前部署抗高温工作至关重要。该研究充分考虑高温热害累积效应,结合致灾指标,构建了强度指数,并采用Fisher分割法对其进... 详细信息

构建定量表征水稻高温热害强度的指数,揭示时空变化特征,并建立中长期预报模型,准确预报高温热害发生的强度趋势对提前部署抗高温工作至关重要。该研究充分考虑高温热害累积效应,结合致灾指标,构建了强度指数,并采用Fisher分割法对其进行了客观化分级;根据中长期天气预报原理,基于海温和大气环流指数两类预报因子,利用二维寻优技术,分别构建了水稻高温热害强度指数预报模型,并进行了验证和比较。结果表明:1)2010年以来江苏省水稻高温热害年频次增加且强度明显增强,其中2013年、2022年高温热害强度均达最高等级4级,高温热害强度指数存在明显的年代际差异,从20世纪90年代开始江苏省水稻高温热害强度逐年代增强,空间上呈现出高温热害强度指数年代累加值不低于10的区域从南向北随年代逐步扩大,至21世纪10年代已扩展至淮北西部,其中淮河以南水稻高温热害强度增强明显,为历年代最强。2)构建的两类水稻高温热害强度指数预报模型可在7月初进行预报,预报提前量均为1~2个月,总体都能较好地模拟出强度指数的年际波动特征,但模拟值波动幅度与实际值存在不同程度的差异。3)通过拟合检验和试报检验,预报因子经过最优化相关技术处理后,能有效增加因变量和自变量的相关度,提高预报模型的模拟效果,其中海温因子经最优化处理后的高温热害强度指数预报模型效果最佳,可在农业气象业务服务中进行应用。研究结果对主动防御高温灾害和保障粮食安全具有重要科学意义和参考价值。

关键词：预报强度指数水稻高温热害二维寻优海温大气环流指数

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不确定信息下跨期动态的混合减排政策研究

系统工程理论与实践 2024年

作者：江民星贺一江朱帮助南京信息工程大学气候经济与低碳产业研究院广西大学工商管理学院

企业减排成本信息不确定性是总量控制（数量政策）或排污费（价格政策）等减排政策低效的重要原因. 为缓解这种单一政策低效性，本文考虑配额可储存和借贷的跨期动态情形，在总量控制交易框架引入单边上限价格约束、单边下限价格约束... 详细信息

企业减排成本信息不确定性是总量控制（数量政策）或排污费（价格政策）等减排政策低效的重要原因. 为缓解这种单一政策低效性，本文考虑配额可储存和借贷的跨期动态情形，在总量控制交易框架引入单边上限价格约束、单边下限价格约束、双边价格约束机制，分别设计三类数量-价格相结合的混合政策. 本文证明了三类混合政策的市场分散均衡均可实现排放权有效配置; 在减排成本信息不可更新条件下，三类混合政策效率严格优于数量或价格政策，且双边价格约束严格优于单边价格约束的混合政策; 成本信息可更新条件下，三类混合政策、数量政策和价格政策的效率等价，且可实现总成本有效. 针对中国碳市场的数值模拟分析表明，混合政策比现行总量控制交易制度可产生显著成本节约，且双边价格约束的混合政策碳价波动最小.

关键词：不确定信息减排成本混合政策数量和价格政策储存与借贷

昆明市PM_(2.5)中水溶性无机离子的化学特征及来源解析

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环境化学 2024年第6期43卷 2005-2016页

作者：朱若珲曹芳范美益南京信息工程大学应用气象学院南京210044 南京信息工程大学教育部气候与环境变化国际合作联合实验室大气环境中心南京210044

为探究昆明市大气中水溶性无机离子的化学组分、季节差异及主要来源,本研究于2019年12月至2020年11月在云南大学进行PM_(2.5)样品采集,利用离子色谱仪分析样品中水溶性无机离子的质量浓度,并结合离子相关性分析、后向轨迹分析和主成分... 详细信息

为探究昆明市大气中水溶性无机离子的化学组分、季节差异及主要来源,本研究于2019年12月至2020年11月在云南大学进行PM_(2.5)样品采集,利用离子色谱仪分析样品中水溶性无机离子的质量浓度,并结合离子相关性分析、后向轨迹分析和主成分分析等方法,阐明了昆明市大气中PM_(2.5)及其水溶性无机离子的季节污染特征及来源.结果表明,采样期间各季节总水溶性无机离子浓度均值排序为春季((5.6±2.2)μg·m^(−3))>冬季((5.5±2.6)μg·m^(−3))>秋季((4.3±2.8)μg·m^(−3))>夏季((3.6±2.2)μg·m^(−3)),水溶性无机离子年质量浓度的均值从大到小为SO^(2−)_(4)>Ca^(2+)>NO^(−)_(3)>NH^(+)_(4)>K^(+)>Cl^(−)>Na^(+)>Mg^(2+)>F^(−),其中SO^(2−)_(4)、Ca^(2+)、NO^(−)_(3)和NH+4是主要的水溶性无机离子.Ca^(2+)主要源于土壤粉尘,其他三者由前体物(SO_(2)、NO_(x)和NH_(3))二次转化生成,主要受化石燃料燃烧排放影响.SOR和NOR全年均值分别为0.20和0.02,表明在相同的环境里,SO_(2)二次转化为SO^(2−)_(4)的过程更易发生,且在秋季转化速率最大(SOR=0.23).SO^(2−)_(4)、NO^(−)_(3)和NH^(+)_(4)在秋季主要以NH_(4)NO_(3)和(NH_(4))_(2)SO_(4)的形式存在,其他三季则以NH_(4)HSO_(4)和NH_(4)NO_(3)的形式存在.昆明市大气PM_(2.5)中水溶性无机离子在冬、秋和春季一致,主要来自二次源和生物质燃烧源,其次是工业源和土壤尘,而夏季则主要来自机动车尾气、生物质燃烧源和土壤尘.除本地排放的影响外,冬季和夏季受到来自缅甸、老挝和贵州污染气团的影响,春季污染气团来自缅甸、云南本地和贵州,而秋季则受到云南东部和南部地区的气团输送影响.

关键词：水溶性无机离子 PM25 来源解析昆明后向轨迹分析

鄱阳湖流域气象干旱向水文干旱传递的时间特征研究

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水文 2024年

作者：邹睿尹义星王小军马燮铫南京信息工程大学水文与水资源工程学院水利部应对气候变化研究中心南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室

认识气象干旱向水文干旱动态传播过程，对制定水文干旱预警具有重要意义。由于传播的物理过程复杂，和时空传播方面的认识不足，本研究采用周尺度标准化降水指数、标准化降水蒸散指数和标准化径流指数，结合游程理论和贝叶斯网络分析干... 详细信息

认识气象干旱向水文干旱动态传播过程，对制定水文干旱预警具有重要意义。由于传播的物理过程复杂，和时空传播方面的认识不足，本研究采用周尺度标准化降水指数、标准化降水蒸散指数和标准化径流指数，结合游程理论和贝叶斯网络分析干旱指数的特征和时间变化，探索不同等级干旱事件特征，揭示气象干旱向水文干旱传播的时间规律。结果表明：（1）鄱阳湖流域水文干旱对气象干旱的响应一般在11～15周以内，且气象干旱与水文干旱的相关性在夏秋季高于春冬季。（2）气象干旱之后发生水文干旱所占比例高达80%以上。某一等级的气象干旱发生条件下，最大可能会紧接着发生与气象干旱同等级的水文干旱事件，其次是轻于该气象干旱一个等级的水文干旱事件。（3）气象干旱发展至越高等级的水文干旱，其时间间隔越长；很难发生轻等级气象干旱演变成严重水文干旱；春冬两季干旱传播时间间隔长于夏秋两季。

关键词：气象干旱水文干旱干旱传播贝叶斯网络

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西安市城市气溶胶污染岛长时间序列特征分析

生态与农村环境学报 2024年第4期40卷 490-498页

作者：李芮陈健陆嘉栋祝善友南京信息工程大学遥感与测绘工程学院江苏南京210044 南京信息工程大学电子与信息工程学院江苏南京210044

城市气溶胶污染岛(UAPI)对人体健康、城市热环境、城市气候、大气辐射传输等有重要影响。该研究利用西安市2016—2019年城郊多个站点的PM_(2.5)数据定量化计算UAPI强度,分析PM_(2.5)和UAPI强度的日变化和年变化规律,并使用经验模态分解... 详细信息

城市气溶胶污染岛(UAPI)对人体健康、城市热环境、城市气候、大气辐射传输等有重要影响。该研究利用西安市2016—2019年城郊多个站点的PM_(2.5)数据定量化计算UAPI强度,分析PM_(2.5)和UAPI强度的日变化和年变化规律,并使用经验模态分解方法(EMD)对UAPI强度的长时间序列多尺度特征进行分析。结果表明,西安市具有明显的城市气溶胶污染岛效应,UAPI强度大于10μg·m^(-3)的比例达87.63%。在日内变化上,UAPI强度呈现夜晚高、白天低的特点;在年内变化上,呈现冬春高、夏秋低的“U”型分布特征;在年际变化上,2016—2019年UAPI效应呈逐年减弱的变化特征。利用EMD分解可以很好地揭示UAPI强度的多尺度特征,如IMF2、IMF4、IMF6分别体现了UAPI强度以周、月、年为周期的变化特征。对比PM_(2.5)和UAPI强度的时间序列,该方法可以较好地排除跨区域传输污染和大区域二次污染等对UAPI强度的影响。

关键词： PM_(2.5) 城市气溶胶污染岛城乡差异经验模态分解