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西藏高寒草地物种多样性和生产力的环境驱动机制

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生态学报 2024年第14期44卷 6254-6264页

作者：匡苗苗周广胜周梦子郑州大学地球科学与技术学院郑州450001 中国气象科学研究院郑州大学生态气象联合实验室郑州450001 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

全球变暖影响物种多样性和生产力及其关系。关于全球和区域的物种多样性与生产力关系已有许多研究,但气候变暖背景下西藏高寒草地物种多样性与生产力的关系及其环境驱动机制研究仍然很少。基于西藏高寒草地实测的35个样点调查数据,利用... 详细信息

全球变暖影响物种多样性和生产力及其关系。关于全球和区域的物种多样性与生产力关系已有许多研究,但气候变暖背景下西藏高寒草地物种多样性与生产力的关系及其环境驱动机制研究仍然很少。基于西藏高寒草地实测的35个样点调查数据,利用回归分析、Pearson相关性分析、方差分解和结构方程模型等方法,探究了物种多样性和生产力的关系及其影响机制。研究发现:(1)高寒草地的物种丰富度指数和香农-威纳指数与地上植被净初级生产力(ANPP)呈显著正相关关系,且ANPP对物种丰富度指数的变化更为敏感;(2)物种丰富度指数与经度、土壤有效氮、土壤有效磷、年降水量呈显著正相关;Shannon-Wiener指数与海拔和纬度呈显著负相关,与年均温度呈显著正相关;ANPP与经度、土壤有效氮、年降水量和年均温度呈显著正相关,与海拔、纬度和土壤有效钾呈显著负相关;(3)地理因子、土壤养分和气候因子的交互作用对物种丰富度指数和ANPP的贡献率最大,分别为10.99%和32.91%,地理因子和气候因子的交互作用对Shannon-Wiener指数的贡献率最大,为13.61%;(4)地理因子通过调控土壤养分和气候因子间接影响物种多样性和ANPP,土壤养分和气候因子均直接影响物种多样性和ANPP。研究结果揭示了环境因子对物种多样性和生产力的综合调控机制,为西藏高寒草地生态系统科学应对气候变化提供了依据。

关键词：高寒草地生产力物种多样性地理因子土壤养分气候因子

青藏高原东坡地形对影响云南降水的高原涡的作用机理

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高原气象 2024年第1期43卷 42-58页

作者：何钰朱莉李国平谢家旭马文倩陶丽张万诚云南省气象台云南昆明650034 中国气象局横断山区(低纬高原)灾害性天气研究中心云南昆明650034 成都信息工程大学大气科学学院四川成都610225 武汉区域气候中心湖北武汉400070 四川省气象服务中心四川成都610225 云南省气象科学研究所云南昆明650034

利用常规观测资料、FNL分析资料及经质控后的自动站小时降水数据,诊断分析了青藏高原东坡地形在2017年7月2-3日高原涡影响云南降水过程中的作用,并利用数值模式WRFv4.0对此次过程进行了地形敏感性试验。结果表明:高原涡是此次云南强降... 详细信息

利用常规观测资料、FNL分析资料及经质控后的自动站小时降水数据,诊断分析了青藏高原东坡地形在2017年7月2-3日高原涡影响云南降水过程中的作用,并利用数值模式WRFv4.0对此次过程进行了地形敏感性试验。结果表明:高原涡是此次云南强降水的重要影响系统;低涡中心及附近区域中高层维持暖心结构,并呈现显著的上升、下沉运动交替的分布;过程累积雨量分布表现为两条明显的与山脉走向平行的西北-东南向雨带,且具有强弱交错的分布特征,强降水集中出现在午后至傍晚及前半夜两个时段内,中心均位于地形边坡,并随着低涡向下游传播;南亚高压、西北辐散气流、西太平洋副热带高压及滇缅高压为低涡的东移发展提供了有利的高空环流场,500 hPa正涡度及700 hPa水汽通量辐合中心对强降水落区具有较好指示意义;低涡降水期间存在β中尺度重力波,波动由青藏高原东坡地形激发,沿着300~200 hPa的气层传播,高空的非地转平衡运动及垂直风切变为重力波的发展及传播提供了有利条件,重力波先于低涡及降水向下游方向移动及发展,波脊处对应上升运动及辐散中心,波槽处对应下沉运动及辐合中心,强降水及波脊均位于低涡西南侧强辐合上升运动区;地形高度降低后,其机械阻挡抬升作用减弱,重力波和高原低涡消失,雨带强度及空间分布特征发生显著改变。高原东坡地形对高原涡的形成和发展,以及高原涡影响下的云南降水具有重要作用。

关键词：青藏高原东坡高原涡重力波地形敏感性试验

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积雪季森林冠层微波透过率半经验模型

遥感学报 2024年第4期28卷 981-994页

作者：杨建卫蒋玲梅武胜利栾英宏潘金梅施建成遥感科学国家重点实验室北京师范大学地理科学学部北京100875 国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081 上海航天电子技术研究所上海201109 中国科学院国家空间科学中心北京100190

星载被动微波遥感是获取宏观尺度雪深时空分布的重要手段。森林冠层不仅衰减了来自地表的微波辐射,同时自身也是一个热辐射源,因此森林冠层增加了被动微波遥感反演雪深的不确定性。本研究基于植被辐射传输tau-omega模型(τ-ω)提出了相... 详细信息

星载被动微波遥感是获取宏观尺度雪深时空分布的重要手段。森林冠层不仅衰减了来自地表的微波辐射,同时自身也是一个热辐射源,因此森林冠层增加了被动微波遥感反演雪深的不确定性。本研究基于植被辐射传输tau-omega模型(τ-ω)提出了相邻像元(森林和非森林)的冠层微波透过率提取方法,探索冠层微波透过率模型在卫星尺度的应用。该方法假设相邻的森林和非森林像元存在相同的积雪和环境参数,通过联立相邻像元的辐射传输方程从理论上推算冠层微波透过率,进而借助森林生物量建立森林透过率的半经验估算模型。通过对比微波辐射模型模拟亮温和AMSR2卫星观测亮温,发现未经过森林辐射校正的亮温(18.7 GHz和36.5 GHz)往往存在低估现象,而经过森林辐射校正后的模拟亮温更接近于卫星观测;通过留一法(Leave-One-Out Cross Validation)对发展的透过率半经验模型验证,发现反演的透过率与参考值相关性高于0.7,在18.7 GHz和36.5 GHz频段的均方根误差RMSE分别为0.0589和0.0787;通过分析高低频亮温差(Tb18.7V-Tb36.5V)与雪深的关系,发现相关系数由森林辐射校正前的0.26提高到校正后的0.46;最后利用传统的经验性雪深反演算法对森林辐射校正效果进行测试,发现雪深反演误差(unRMSE)由原来的8.9 cm降低到7.8 cm,相关系数由0.32提高到0.49。本研究发展的冠层微波透过率半经验模型可以实现卫星遥感尺度的应用,为提高林区的雪深反演精度提供了参考和支撑。

关键词：被动微波遥感森林冠层相邻像元法微波透过率雪深

基于MODIS遥感数据的福建植被生产力时空分布与干旱响应分析

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生态环境学报 2024年第6期33卷 841-852页

作者：李新妹吴作航王震山翁升恒孙朝锋关辉王宏福建省灾害天气重点实验室/中国气象局海峡灾害天气重点开放实验室福建福州350007 福建省福州市气象局福建福州350008 福建省气象科学研究所福建福州350007 民航西南空管局气象中心四川成都610202 福建省气象服务中心福建福州350007 民航福建空中交通管理分局福建福州350209 厦门市海峡气象开放重点实验室福建厦门361012

全球升温导致干旱发生的范围和强度增加,但干旱对生态系统碳循环的影响还不明确。基于MODIS遥感数据,采用Sen趋势分析及Mann-Kendall检验、Pearson相关性分析等方法,通过干旱对植被生产力标准化异常的影响等信号,分析了2001-2021年福建... 详细信息

全球升温导致干旱发生的范围和强度增加,但干旱对生态系统碳循环的影响还不明确。基于MODIS遥感数据,采用Sen趋势分析及Mann-Kendall检验、Pearson相关性分析等方法,通过干旱对植被生产力标准化异常的影响等信号,分析了2001-2021年福建省植被总初级生产力(Gross Primary Productivity,GPP)、净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)的时空变化特征与干旱对其的影响及累积/滞后效应。结果表明,1)空间上,福建省植被GPP、NPP多年平均空间分布均呈现“东南高,西北低”的特征,区域平均差异分别为37.4%、65.1%;近21年以来,有近80.8%的区域GPP呈现增长趋势,主要分布在福建省南部、东南部少部分地区,主要指被类型为农田,多为热带经济水果种植的集中区域;另外,超过59.7%的区域NPP呈现下降趋势,主要出现在福建省中部及内陆山区的常绿阔叶林地和稀树草原。2)时间上,植被GPP年际波动明显,总体呈现弱增长趋势[4.86 g∙m^(−2)∙a^(−2)(以C计,下同),p=0.130],空间上,6.7%的区域年增速显著超过15 g∙m^(−2)∙a^(−2);而NPP年际变化总体呈现弱下降趋势(−1.05 g∙m^(−2)∙a^(−2),p=0.396),4.9%的区域年降速显著超过6 g∙m^(−2)∙a^(−2)。3)研究时段内福建省出现的干旱过程主要以中等干旱为主(52.5%),其次是轻旱(34.0%)。植被GPP、NPP年标准化异常指数与干旱指数(SPEI)存在显著的负相关关系,相关系数分别为−0.624(p=0.002)、−0.531(p=0.013),说明旱情越严重的年份GPP、NPP越高,而旱情较轻或无旱的年份GPP、NPP较低。干旱对GPP最明显的影响主要发生在干旱当月,累积/滞后效应时间较短;干旱事件对GPP的影响是“先增-后缓-再减”,干旱发生初期GPP呈增加趋势,而随着干旱的持续发展,GPP的增加幅度明显减弱,甚至出现负效果。

关键词：植被生产力时空分布标准化异常指数累积/滞后效应福建省

基于阵列Fabry–Pérot干涉仪温室气体探测系统灵敏度分析

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光学学报 2024年

作者：余苗傅頔张强王素凤文镇清刘长海王云刚李静冯玉涛中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术重点实验室中国科学院大学中国人民解放军63768部队国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心)中国气象局空间天气重点开放实验室

阵列Fabry–Pérot (F-P)干涉仪结构紧凑、无运动部件，能兼顾光程差采样密度与范围，是实现高精度、低成本温室气体探测的有效技术方案。F-P干涉仪设计参数是影响温室气体探测能力的核心要素，因此构建以积分灵敏度为导向的干涉仪参数... 详细信息

阵列Fabry–Pérot (F-P)干涉仪结构紧凑、无运动部件，能兼顾光程差采样密度与范围，是实现高精度、低成本温室气体探测的有效技术方案。F-P干涉仪设计参数是影响温室气体探测能力的核心要素，因此构建以积分灵敏度为导向的干涉仪参数优化设计方法是开展面向温室气体探测的阵列F-P干涉技术研究的必要基础。本文基于阵列F-P干涉仪温室气体探测原理，建立了阵列F-P原始干涉数据仿真模型，分析了F-P间隔厚度、干涉腔反射率、F-P数目以及相邻F-P光程差采样间隔对系统探测灵敏度的影响。结果表明，二氧化碳探测系统和甲烷探测系统的干涉腔反射率分别为0.42和0.47时，系统归一化灵敏度取得极大值；系统积分灵敏度与F-P数目正相关；相邻F-P光程差采样间隔取四分之一波长时，既能保证较高的积分灵敏度又能实现较宽的光程差采样范围。

关键词：温室气体二氧化碳甲烷法布里-珀罗干涉仪探测灵敏度

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我国大气环境模式的研究进展和未来展望

中国环境科学 2024年

作者：王体健李蒙蒙韩志伟张华周春红谢旻李树庄炳亮吴昊曲雅微傅宗玫马丹阳李亚松南京大学大气科学学院中国科学院大气物理研究所东亚区域气候研究中心中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室中国气象科学研究院大气成分与环境气象研究所南京师范大学环境学院南京气象科技创新研究院中国气象局交通气象重点开放实验室金陵科技学院智能科学与控制工程学院南方科技大学环境科学与工程学院

大气环境模式是开展大气复合污染模拟、空气质量预报、大气污染来源解析、大气环境容量估算、大气污染防控、空气污染和气候变化等基础和应用研究的重要工具。本文对我国大气环境模式的发展历史、主要特点进行系统综述，并对大气环境模... 详细信息

大气环境模式是开展大气复合污染模拟、空气质量预报、大气污染来源解析、大气环境容量估算、大气污染防控、空气污染和气候变化等基础和应用研究的重要工具。本文对我国大气环境模式的发展历史、主要特点进行系统综述，并对大气环境模式的研究进行了展望，提出未来可能的发展方向。我国自20世纪60年代开始大气环境模式方面的研究，历经输送扩散模式、酸沉降模式、空气质量模式、气候-化学耦合模式、地球系统模式等不同阶段，自主发展了具有中国特色的大气环境模式，改进完善了国际先进的大气环境模式，在大气污染防治与管控、重大活动环境保障和气候变化应对等方面发挥了重要作用。未来需要进一步加强大气污染形成机理研究、排放清单的动态更新和动态源排放模式研发、多源观测资料与大气环境模式融合、集合预报技术研发、非结构网格系统研发、基于人工智能的预报技术研发，全面提升我国大气环境模式的整体性能，积极推进我国大气环境模式的开源化和国际化。

关键词：输送扩散模式酸沉降模式空气质量模式气候-化学耦合模式地球系统模式

泰山一次强雹暴微物理特征双偏振雷达和雨滴谱观测分析

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气象 2024年第9期50卷 1129-1141页

作者：夏凡吴举秀申高航潘佳文山东省气象防灾减灾重点实验室济南250031 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 山东省气象科学研究所济南250031 长岛国家气候观象台山东长岛265800 山东省气象工程技术中心济南250031 山东省临沂市气象局临沂276004 厦门市气象局厦门市海峡气象开放重点实验室厦门361012

为了研究雹暴的微物理特征,利用双偏振雷达和雨滴谱仪探测资料,结合粒子相态分类算法,对2020年6月1日发生在泰山的一次降雹天气进行了分析,获得了雹暴云影响泰山站时附近区域雷达参量、水凝物粒子、降水粒子谱分布特征。研究表明:雹暴... 详细信息

为了研究雹暴的微物理特征,利用双偏振雷达和雨滴谱仪探测资料,结合粒子相态分类算法,对2020年6月1日发生在泰山的一次降雹天气进行了分析,获得了雹暴云影响泰山站时附近区域雷达参量、水凝物粒子、降水粒子谱分布特征。研究表明:雹暴云前缘开始影响泰山站时,反射率因子(ZH)梯度大值区紧邻泰山站,与差分反射率(ZDR)弧位置大致重合,此处主要为大滴粒子,由上空霰粒子融化形成;雨滴谱为双峰结构,对降水贡献较大的为2~3 mm粒子。当雹暴云主体影响泰山站时,其前侧径向出现三体散射,上空出现悬垂回波,泰山站附近区域主要识别为雹粒子;泰山站南侧出现有界弱回波,该处辐合升运动增强,被ZDR大值半环绕,主要分布大滴与雹粒子,夹杂霰与湿雪粒子;归一化等高频率(CFAD)显示冰相过程增强;-10℃层以下雹粒子主要由-10~0℃层的霰粒子凇附上升气流携带的大滴与中小雨粒子形成,这些粒子无法下落碰并形成尺寸较大的降水粒子,雨滴谱变为单峰结构,对降水贡献最大的为14~16 mm粒子。雹暴云主体离开泰山站,CFAD显示冰相过程减弱,冰晶凇附过冷云滴转化成霰的效率降低,泰山站上空识别出大量的冰晶与干雪粒子,出现层状云降水特征;雨滴谱再次变为双峰结构,第二峰值为2~3 mm粒子,对降水贡献最大。

关键词：雹暴云双偏振雷达雨滴谱微物理特征

ECMWF模式对我国西南环横断山区冬季近地面2m温度的预报评估

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高原气象 2024年第1期43卷 88-98页

作者：吴诗梅唐娜梁雨琪欧旭阳李海杰陈昊明云南大学地球科学学院云南昆明650500 中国气象科学研究院北京100811 中国气象局横断山区(低纬高原)灾害性天气研究中心云南昆明650500

从冬季平均温度、温度日变化及日较差等方面入手,基于2021年CLDAS逐小时产品评估了ECMWF全球高分辨率确定性数值预报产品对我国西南环横断山区复杂地形区近地面2 m温度的预报能力,并通过区分高地形区(川西高原)和低地形区(四川盆地南部)... 详细信息

从冬季平均温度、温度日变化及日较差等方面入手,基于2021年CLDAS逐小时产品评估了ECMWF全球高分辨率确定性数值预报产品对我国西南环横断山区复杂地形区近地面2 m温度的预报能力,并通过区分高地形区(川西高原)和低地形区(四川盆地南部),对比了不同地形区近地面2 m温度预报的偏差特征。结果表明:(1)ECMWF模式可合理预报我国西南环横断山区冬季平均2 m温度的空间分布特征,但偏差分布与地形高度有关,随着地形高度的增加,预报偏差呈增大趋势。(2)ECMWF模式很好再现了西南环横断山区冬季温度的日变化特征,峰值时刻出现在14:00(北京时);各时刻温度的预报偏差在不同地形高度存在差异,川西高原和横断山区的最大负偏差出现在下午,四川盆地南部的最大负偏差出现在早晨。同时,高地形区各时刻的预报偏差均高于低地形区。(3)ECMWF模式对日内各时刻不同地形处2 m温度的空间分布均有合理预报,但偏差存在日变化特征。特别是在横断山区高地形区,其在各时刻有不同的冷暖偏差特征。(4)在环横断山区温度日较差预报偏差较大的区域(大致为昆明准静止锋线发生频次较高的区域),模式对于温度日较差较大的日数,其2 m温度的预报偏差要大于日较差较小的日数,且在该区域内,温度日较差的预报偏差相对不稳定。

关键词：模式预报偏差环横断山区近地面2 m温度日变化温度日较差

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植被覆盖率对内蒙古沙尘天气影响的模拟研究

大气科学 2024年第2期48卷 521-538页

作者：衣娜娜姜学恭董祝雷樊茹霞史金丽内蒙古自治区人工影响天气中心呼和浩特010000 内蒙古自治区气象科学研究所呼和浩特010000 内蒙古自治区气象台呼和浩特010000 内蒙古自治区气候中心呼和浩特010000

利用WRF-Chem模式及不同植被覆盖率的敏感试验,模拟了内蒙古地区一次典型沙尘过程,研究了植被覆盖率对沙尘天气强度演变及远距离传输的影响。结果表明:WRF-Chem模式能较好地再现实际沙尘输送过程。沙源地植被覆盖率增加5%,起沙总量削减5... 详细信息

利用WRF-Chem模式及不同植被覆盖率的敏感试验,模拟了内蒙古地区一次典型沙尘过程,研究了植被覆盖率对沙尘天气强度演变及远距离传输的影响。结果表明:WRF-Chem模式能较好地再现实际沙尘输送过程。沙源地植被覆盖率增加5%,起沙总量削减50%,下游地区地面沙尘浓度的削减>80%,PM10与PM2.5浓度的削减接近或超过80%,空气质量由严重污染降低到轻度污染,有效改善了大气环境;植被覆盖率增加≥15%,大粒径沙粒对起沙量的贡献率逐渐增加,沙尘输送过程中沉降速率增大,导致下游地区沙尘天气峰值浓度出现时间提前。初步得出结论:植被覆盖率增加,叶面积指数增大,植被对细粒子的捕获作用增强。所以,植树造林等荒漠化治理工作应该首先在细粒子为主的半荒漠化地区开展。

关键词：植被覆盖率 WRF-Chem 模式沙尘浓度时空分布 PM10 与PM2.5 沙尘粒径