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中国岛礁区热带气旋不同空间分辨率风场模拟比较研究

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热带地理 2024年第6期44卷 1001-1015页

作者：胡晓方伟华北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京100875 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部灾害风险科学研究院北京100875 应急管理部-教育部减灾与应急管理研究院北京100875

中国岛礁数量众多,地形复杂,受热带气旋灾害影响大。高空间分辨率热带气旋风场模拟有助于表达风速空间异质性,对面积相对较小的岛礁地区开展高分辨率模拟具有重要意义。文章利用热带气旋路径、岛礁分布、土地覆盖以及数字高程数据,按照1... 详细信息

中国岛礁数量众多,地形复杂,受热带气旋灾害影响大。高空间分辨率热带气旋风场模拟有助于表达风速空间异质性,对面积相对较小的岛礁地区开展高分辨率模拟具有重要意义。文章利用热带气旋路径、岛礁分布、土地覆盖以及数字高程数据,按照1000、90和30 m分辨率风场模型模拟了中国岛礁区历史热带气旋风速,分地形类型对比分析了各分辨率下岛礁模拟风速大小的差异性,并比较了不同空间分辨率热带气旋100 a一遇风速的差异。结果表明:1)30 m空间分辨率风速模拟准确率更高,模拟风速与8个站点实测风速的均方根误差为4.28 m/s,比90和1000 m模拟结果误差分别降低了0.08和1.04 m/s;2)不同空间分辨率模拟风速误差与地形类型相关,浙江省舟山市朱家尖岛90和1000 m模拟风速与30 m模拟风速的对比表明,平均风速模拟差异比例在山峰地形下分别为6.57%和7.61%,山谷地形下分别为21.28%和17.35%,峭壁地形下分别为22.85%和23.37%,且30 m模拟风速对于迎风坡与背风坡地形转换更敏感;3)对于100 a一遇热带气旋风速,30 m模拟风速会出现最大的风速值且空间差异更大。以浙江省舟山市朱家尖岛为例,1000、90、30 m分辨率下的模拟风速最大值分别为71.13、73.18和79.97 m/s,标准差分别为3.88、3.72和7.18 m/s。

关键词：热带气旋风场空间分辨率复杂地形岛礁区中国

基于机器学习算法的热带气旋灾害县级直接经济损失等级评估:以福建省为例

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热带地理 2024年第6期44卷 1064-1078页

作者：邵婧妍方伟华北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京100875 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部灾害风险科学研究院北京100875 应急管理部-教育部减灾与应急管理研究院北京100875

为了探索机器学习模型在热带气旋灾害损失评估中的作用,基于2009—2020年福建省县级热带气旋灾害损失数据,分别采用LightGBM(Light Gradient Boosting Machine,LightGBM)、随机森林(Random Forest,RF)、极限梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)、支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、BP神经网络(Back-Propagation Neural Network,BP)等5种算法,优化了直接经济损失等级评估模型参数,并用不同的热带气旋事件进行验证。结果表明:基于LightGBM算法性能最佳,其准确率、精确率、召回率和F1分数(精确率和召回率的调和平均值)均在79%以上,具有较好的泛化能力;最大小时降雨量、3 s极值风速是最重要的2个致灾指标,固定资本存量是比GDP更重要的指标;通过4种登陆点/路径和2种风雨强度的热带气旋事件的对比,发现评估结果与实际结果较为一致,模型具有较好的适用性。

关键词：热带气旋直接经济损失损失评估机器学习评估指标福建省

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热带气旋降水模拟研究进展及展望

水利水电技术(中英文) 2024年

作者：苏鹏徐伟陶凯翟广然廖新利孟晨娜北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京师范大学地理科学学部应急管理部-教育部减灾与应急管理研究院

【目的】热带气旋降水模拟评估是热带气旋预警和风险评估的基础。针对热带气旋降水模拟方法差异不清等问题，【方法】通过文献分析，从热带气旋数值天气预报模型、统计模型、物理模型和机器学习模型角度，系统综述了四类模型的特点、进... 详细信息

【目的】热带气旋降水模拟评估是热带气旋预警和风险评估的基础。针对热带气旋降水模拟方法差异不清等问题，【方法】通过文献分析，从热带气旋数值天气预报模型、统计模型、物理模型和机器学习模型角度，系统综述了四类模型的特点、进展、适用性以及代表模型，并进行对比分析，最后对四类模型的发展做出建议与展望。【结果】结果表明：数值天气预报模型模拟信度较高，适用于热带气旋降水的预报工作；统计模型能够构建大量仿真热带气旋，适用于热带气旋降水重现期的估计；物理模型能在简化计算的基础上，较好地解释热带气旋降水物理机制；机器学习模型灵活性强，能和其他模型组合使用，具有较高的发展潜力。【结论】未来除进一步完善相关模型外，还需加强降水与次生灾害之间的协同以及新技术在降水模拟上的应用，实现热带气旋降水的快速与精准预估，更好地为区域热带气旋预警和风险防范提供支撑。

关键词：热带气旋降水模型数值天气预报模型统计模型物理模型机器学习风险评估

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“台风灾害链综合评估”专刊序言

热带地理 2024年第6期44卷 I0001-I0002页

作者：方伟华北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京100875 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部灾害风险科学研究院北京100875 应急管理部-教育部减灾与应急管理研究院北京100875

中国深受西北太平洋热带气旋(台风)的影响,是世界上台风灾害损失最严重的国家之一。沿海地区各省经常遭受台风直接影响,内陆地区也可能因台风及其外围环流水汽的叠加而形成重大的洪涝及滑坡泥石流灾害。受全球气候变化的影响,未来的台... 详细信息

中国深受西北太平洋热带气旋(台风)的影响,是世界上台风灾害损失最严重的国家之一。沿海地区各省经常遭受台风直接影响,内陆地区也可能因台风及其外围环流水汽的叠加而形成重大的洪涝及滑坡泥石流灾害。受全球气候变化的影响,未来的台风灾害变化趋势存在很大的不确定性。受《热带地理》邀请,我们组织了以“台风灾害链综合评估”为主题的专刊,旨在深入推动台风灾害风险评估方面的理论研究与实践应用,为台风灾害的防灾减灾救灾提供新方法和新视角。

关键词：台风灾害气候变化的影响灾害风险评估综合评估变化趋势沿海地区滑坡泥石流灾害不确定性

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干旱区光伏电站运营对局地生态环境的影响

干旱区研究 2024年第8期41卷 1423-1433页

作者：王怡雯马瑶瑶史培军张钢锋北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京100875 应急管理部-教育部减灾与应急管理研究院北京100875 北京师范大学地理科学学部北京100875

光伏发电符合能源产业发展方向,我国光伏电站在西北干旱地区建设最为广泛,但西北干旱地区生态环境较为脆弱,目前,对于干旱区光伏电站运营过程中可能产生的环境影响尚不清楚。以青海省海南州共和塔拉滩光伏发电园为研究区,基于2023年3月... 详细信息

光伏发电符合能源产业发展方向,我国光伏电站在西北干旱地区建设最为广泛,但西北干旱地区生态环境较为脆弱,目前,对于干旱区光伏电站运营过程中可能产生的环境影响尚不清楚。以青海省海南州共和塔拉滩光伏发电园为研究区,基于2023年3月—2024年2月光伏电站内光伏区和自然空地区生态环境指标的观测数据,并结合2000—2020年研究区域的遥感监测数据,综合分析了光伏电站的运营对局地大气、土壤、植被等生态环境要素的影响。结果表明:光伏电站的运营对局部大气起到增湿、增大温度极端值、减缓风速的作用,平均增湿3.87%、减少风速0.25m·s^(-1),温度极端值变化1.72℃;对局部土壤起到增温、减湿、降低土壤CO_(2)含量的作用,平均升温1.83℃、湿度减少4.81%,土壤CO_(2)降低156.94ppm。光伏电站运营能够促进电站所在区域植被覆盖度增加和植被生长,对生态系统固碳能力起到正向促进作用,光伏电站及其周围区域NDVI均值增速比海南州地区快0.001kgC·m^(-2)·a^(-1)。光伏电站的运营可明显改善周边生态环境,起到空气增湿、土壤增温、防风固沙、促进植被生长的作用,促使局地生态环境不断向好。

关键词：干旱区光伏电站野外观测遥感监测生态环境

2022年长江上游流域严重干旱对三峡水电站水力发电的影响分析

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气候变化研究进展 2024年第1期20卷 37-47页

作者：刘喆王飞韩钦梅姜璐史培军北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京100875 北京师范大学应急管理部-教育部减灾与应急管理研究院北京100875 北京师范大学地理科学学部北京100875 兰州大学资源环境学院兰州730000 中国气象局国家气候中心北京100081 北京师范大学(珠海)文理学院珠海519085

利用三峡水电站精细化水文数据推算了高时间分辨率的发电量数据,量化了2022年长江上游流域严重干旱对三峡水电站水力发电的影响,并结合汇流区域气象站点降水量数据,分析了汇流区域气象干旱对三峡水电站水力发电的影响机理。结果表明:202... 详细信息

利用三峡水电站精细化水文数据推算了高时间分辨率的发电量数据,量化了2022年长江上游流域严重干旱对三峡水电站水力发电的影响,并结合汇流区域气象站点降水量数据,分析了汇流区域气象干旱对三峡水电站水力发电的影响机理。结果表明:2022年三峡水电站水力发电量的减少主要集中在7—11月,该时期总水力发电量较正常情况减少了241.10亿kW·h(44.75%);其中,9月水力发电量减少幅度最大,水力发电量较正常情况减少了68.43亿kW·h(61.05%)。2022年三峡水电站汇流区域7—8月的气象干旱快速传导为水文干旱;同时,6—11月三峡水电站对发电量的调节能力变弱,水文干旱对发电量影响较强;三峡水电站汇流区域7—8月发生的气象干旱与防汛库容的要求,对水力发电均产生了较强影响,其“蓄丰补枯”作用的发挥也受到了明显的不利影响。

关键词： 2022年严重干旱三峡水电站水力发电长江上游流域

1970−2021年阿尔金山国家级自然保护区湖泊面积变化研究

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北京师范大学学报（自然科学版） 2024年第4期60卷 541-550页

作者：杨岩岩张国明洪畅严平哈斯董苗王一娇周彦广中国林业科学研究院生态保护与修复研究所北京北京师范大学国家安全与应急管理学院北京北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京北京师范大学应急管理部/教育部减灾与应急管理研究院北京北京师范大学地理科学学部北京

以阿尔金山国家级自然保护区内湖泊为研究对象,通过对大比例尺地形图和中高分辨率遥感影像的配准和目视解译,并结合保护区周边4个气象站1970−2021年气温、降水、蒸散量数据,系统分析了区内面积>1 km2湖泊的面积变化及其对气候因子的响应... 详细信息

以阿尔金山国家级自然保护区内湖泊为研究对象,通过对大比例尺地形图和中高分辨率遥感影像的配准和目视解译,并结合保护区周边4个气象站1970−2021年气温、降水、蒸散量数据,系统分析了区内面积>1 km2湖泊的面积变化及其对气候因子的响应.结果表明:1)近51 a保护区的湖泊呈现扩张、稳定和萎缩3种变化趋势,但大部分湖泊处于扩张状态.其中:大型湖泊均呈扩张之势,并以20世纪90年代中期为节点,前期扩展缓慢,后期出现明显扩展增速;中型湖泊面积变化呈现扩张、稳定和萎缩3种趋势;小型湖泊面积变化呈现扩张和萎缩2种趋势;湖泊面积的变化趋势与湖泊自身的规模无关,只与其补给和支出平衡有关.2)沙子湖、小沙子湖是部分河段被沙埋的流经湖,多年湖面积变化较小,湖泊周围沙丘未出现大范围朝湖向移动.3)保护区湖泊的面积与气温和降水呈正相关,与蒸发量呈显著负相关,气温和降水对湖泊面积的影响大于蒸发.保护区内湖泊属降雨和冰川融水补给型湖泊,且冰川融水的补给量大于降水.研究结果有助于了解该地区气候变化控制下水资源演变过程,可作为进一步评估区域气候变化和湖泊变化的依据.

关键词：阿尔金山国家级自然保护区湖泊面积变化特征影响因素

三论青藏高原近地表大气氧含量影响因素及其贡献率

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中国科学：地球科学 2024年第2期54卷 517-528页

作者：史培军张颖陈彦强朱文泉胡小康杨合仪姜璐马永贵唐海萍北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京100875 青海省人民政府-北京师范大学高原科学与可持续发展研究院西宁810016 四川大学灾后重建与管理学院成都610065

全球变暖背景下,预计21世纪大气中的氧气浓度将继续下降.青藏高原地处高海拔地区,缺氧形势严峻,对影响其大气氧含量因素及其量化研究仍相对匮乏.本文对北京房山站的气象要素、青藏高原生态系统产氧、碳汇和近地表大气氧含量进行了联合观... 详细信息

全球变暖背景下,预计21世纪大气中的氧气浓度将继续下降.青藏高原地处高海拔地区,缺氧形势严峻,对影响其大气氧含量因素及其量化研究仍相对匮乏.本文对北京房山站的气象要素、青藏高原生态系统产氧、碳汇和近地表大气氧含量进行了联合观测.利用季节差异和统计方法,计算了植被对近地表大气氧含量变化的相对贡献率.研究结果表明,太阳辐射、大气湿度、生态系统耗氧和产氧对近地表大气氧含量有显著影响,且其影响呈现出时空差异.基于季相差异计算结果,植被对近地表大气氧含量影响显著,贡献率达到16.7%~24.5%,已有研究低估了植被的贡献率.研究结果为认识影响近地表大气氧含量的因素提供了重要依据,突出了植被的贡献率.为更好地了解青藏高原的氧气动态,未来需在青藏高原进行更多土壤呼吸和植被光合作用的实地观测,以厘清碳储、碳汇等对近地表大气氧含量的贡献.

关键词：青藏高原近地表大气氧含量贡献率气温植被

基于时空加权KNN算法的1988-2015年渤海海冰空间分布重建

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海洋环境科学 2024年第3期43卷 438-447页

作者：孙静琪李晨睿许映军颜钰邓磊北京师范大学国家安全与应急管理学院北京100875 北京师范大学教育部巨灾模拟与系统性风险应对国际合作联合实验室广东珠海519087 应急管理部−教育部减灾与应急管理研究院北京100875 首都师范大学资源环境与旅游学院北京100037 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 中国地质大学北京100083

利用AVHRR和MODIS遥感解译数据,结合与渤海海冰面积相关程度高的日平均温度、3 d-1.8℃积温、累积冻冰度日和累积融冰度日等气象因子数据,基于时空加权KNN算法构建了空间分辨率为1 km海冰空间补全模型,重建了1988-2015年渤海海冰空间分... 详细信息

利用AVHRR和MODIS遥感解译数据,结合与渤海海冰面积相关程度高的日平均温度、3 d-1.8℃积温、累积冻冰度日和累积融冰度日等气象因子数据,基于时空加权KNN算法构建了空间分辨率为1 km海冰空间补全模型,重建了1988-2015年渤海海冰空间分布连续日数据集。渤海海冰空间分布补全均方误差为0.03,分类正确率均为87%以上,28年平均正确率为91.87%,均方误差与海冰遥感影像数据缺失率呈中度正相关。结果表明,该模型均方误差较小,且分类正确率高,可以用于渤海海冰空间分布数据补全,空间分辨率高且补全速度快,在海洋环境安全管理领域,尤其对有冰海域海冰灾害风险管理方面有重要的价值。

关键词：渤海海冰加权KNN算法海冰空间分布海冰数据重建