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不同温升情景下中国旱灾风险变化评估

干旱区地理 2024年第3期47卷 369-379页

作者：卢冬燕朱秀芳唐明秀郭春华刘婷婷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 北京师范大学地理科学学部遥感科学与工程研究院北京100875 北京师范大学遥感科学国家重点实验室北京100875

干旱是致灾最为严重的极端气候事件之一,研究未来气候变暖背景下旱灾风险的变化有利于科学推进防灾减灾工作部署。利用第六次国际耦合模式比较计划的20个气候模式数据计算了标准化降水蒸散指数,提取了基准期及全球2℃、3℃、4℃温升情... 详细信息

干旱是致灾最为严重的极端气候事件之一,研究未来气候变暖背景下旱灾风险的变化有利于科学推进防灾减灾工作部署。利用第六次国际耦合模式比较计划的20个气候模式数据计算了标准化降水蒸散指数,提取了基准期及全球2℃、3℃、4℃温升情景下中国的干旱特征变量并计算干旱危险性指数,基于承灾体预估数据计算干旱暴露度指数和干旱脆弱性指数,综合计算旱灾风险指数,从而分析中国旱灾风险分布格局并基于地理探测器对未来旱灾风险变化进行空间归因分析。结果表明:干旱危险性指数、干旱暴露度指数和干旱脆弱性指数的空间分布分别表现为西北和东南相对较高、东高西低、西高东低;旱灾风险指数具有东高西低的分布特点,呈现以高值集聚和低值集聚为主的空间正相关;随着温升水平的升高,未来旱灾风险以增加为主,东部沿海地区增加最为明显;人口数量变化、GDP变化和耕地占比变化是影响旱灾风险变化的主导因素。

关键词：旱灾风险 CMIP6 温升情景空间自相关地理探测器

1979-2021年中国南海海表风速和大风事件的变化特征

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高原气象 2024年第3期43卷 696-710页

作者：李晨轩韦志刚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 北京师范大学地理科学学部北京100875

利用欧洲中期天气预报中心European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF)最新的第五代再分析资料ECMWF Reanalysis v5(ERA5),定义了大风事件,使用经验正交分解等方法分析了1979-2021年中国南海海表风速和大风事件的变化特... 详细信息

利用欧洲中期天气预报中心European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF)最新的第五代再分析资料ECMWF Reanalysis v5(ERA5),定义了大风事件,使用经验正交分解等方法分析了1979-2021年中国南海海表风速和大风事件的变化特征,并对是否受热带气旋的影响进行了区分。结果发现,南海风速分布呈现出十分明显的季节特征,冬季主要为东北风,夏季为西南风;春、夏季南海东北部与其他地区风速变化存在反向关系,除东北部沿海地区外,春季平均风速变化经历了减小-增大-减小的变化,总体呈较弱的增加趋势;而夏季则是增大-减少-增大,总体呈减小趋势。秋季南海风速呈全区一致的变化,呈减小趋势。冬季变为东南与其余部分反向,除西南部外,风速呈显著增强趋势。大风事件发生在风速较大的区域和时间内,冬季和秋季发生大风事件的频次要高于春季和秋季,冬半年要高于夏半年;在冬季和冬半年,大风事件的发生频次在南海中部长山山脉东侧直到南海东北部台湾海峡附近有显著上升趋势;大风事件频次变化趋势随季节改变有很大的差异,冬季和春季大风事件频次变化趋势与夏季和秋季相反。夏半年大风事件频次变化融合了夏季和秋季的变化趋势特点;类似的冬半年大风事件频次融合了冬季和春季的变化趋势特点。在夏季,秋季和夏半年这些受到南海夏季季风影响的季节内,热带气旋对发生的大风事件频次影响更大;对在冬季,春季和冬半年发生的大风事件则影响较小。

关键词：南海气候变暖 ERA5再分析资料大风事件极端事件

应用XCT断层扫描技术和GAN深度学习模型的多孔介质微观结构定量研究

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生态环境学报 2024年第1期33卷 119-130页

作者：李雪莹陆峥何源杨晓帆北京师范大学/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北京100875

物质在土壤中的迁移转化行为是研究地下水动力学的核心问题。定量化表征多孔介质拓扑结构并计算分析相关表面形态学参数,为研究复杂介质内物质运移微观机理提供了重要的数据基础和参数。应用微米级X射线计算机断层扫描(XCT)和图像处理技... 详细信息

物质在土壤中的迁移转化行为是研究地下水动力学的核心问题。定量化表征多孔介质拓扑结构并计算分析相关表面形态学参数,为研究复杂介质内物质运移微观机理提供了重要的数据基础和参数。应用微米级X射线计算机断层扫描(XCT)和图像处理技术,结合前沿的机器学习算法重建和定量分析多孔介质微观结构,可快速、批量创建高分辨率的复杂多孔介质研究样本。首先采用XCT技术,提取石英砂和散装土壤两类典型多孔介质的微观孔隙结构;而后基于生成对抗神经网络(GAN)模型重构复杂多孔介质的微观空间结构,与XCT扫描图像进行交叉验证;最后,计算获取Minkowski形态学参数,并基于多孔介质微观结构开展计算流体力学(CFD)数值模拟,计算石英砂和土壤多孔介质内的流动特征和渗透率。结果表明:1)GAN生成的合成数据与原始数据符合KS同分布,说明GAN能够成功合成与原始图像结构空间分布模式一致的图像;2)Minkowski宏观参数评价误差的较小,KS同分布结果表明,多孔介质样本的结构异质性会在一定程度上影响GAN模型的计算精度和效率;3)Open FOAM模拟计算得到的渗透率结果表明,GAN模型生成的多孔介质图像与原始图像具有一致的统计特征和物理性质。综上,综合运用前沿的XCT扫描、图像处理技术和机器学习算法,构建了土壤微观结构重建和定量分析模型,并结合多孔介质形态学和计算流体力学方法对模型进行了验证和分析。该研究为多孔介质微观结构研究提供了新技术和新方法,为进一步研究复杂多孔介质内溶质运移提供了科技支撑。

关键词：多孔介质 XCT断层扫描 GAN模型 Minkowski参数计算流体力学渗透率

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

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

区域产业结构对灾后恢复韧性的影响——以汶川县和北川县为例

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灾害学 2024年第3期39卷 72-78页

作者：刘天雪王瑛陈宇常昊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

灾后恢复是评价地震恢复韧性的重要指标。不同的区域经济产业所提供的就业数量存在差异,将对灾后恢复韧性产生极大影响。该文基于5.12汶川地震中受灾最严重的汶川县和北川县共736户受灾家庭的灾后恢复调查,研究了区域产业结构对恢复韧... 详细信息

灾后恢复是评价地震恢复韧性的重要指标。不同的区域经济产业所提供的就业数量存在差异,将对灾后恢复韧性产生极大影响。该文基于5.12汶川地震中受灾最严重的汶川县和北川县共736户受灾家庭的灾后恢复调查,研究了区域产业结构对恢复韧性的影响。研究表明:北川的家庭生活恢复滞后汶川近2年,主要是由于北川的外地务工家庭比例(49.60%)高于汶川(5.79%),这些受灾家庭恢复重建的主要资金来源是外地务工,但家庭成员长期外出不能参与恢复重建,造成其灾后恢复缓慢。外地务工家庭比例高的原因是北川第一产业占比高达27.20%,汶川仅为8.40%,第一产业所提供的本地就业数量远低于第二产业。因此,农业产业为主地区是灾后恢复最缺乏韧性的地区,需要大力提高防灾减灾能力,也可以通过产业结构调整,提高韧性。

关键词：韧性灾后恢复产业结构汶川县北川县

基于RICE模型的不同减排政策下全球分区域碳中和预估

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气候与环境研究 2024年第3期29卷 329-338页

作者：赵卫星丑洁明李芫梦郝一丹金昊峰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 北京师范大学地理科学学部灾害风险科学研究院北京100875

选取分区域的综合评估模型RICE来评估全球分区域的碳中和路径,在改进了RICE模型的损失函数的基础上,利用改进的RICE模型分析研判了不同减排情景下全球以及12个区域的潜在碳中和时间点以及区域未来气候变化潜在损失。结果表明,改进损失... 详细信息

选取分区域的综合评估模型RICE来评估全球分区域的碳中和路径,在改进了RICE模型的损失函数的基础上,利用改进的RICE模型分析研判了不同减排情景下全球以及12个区域的潜在碳中和时间点以及区域未来气候变化潜在损失。结果表明,改进损失函数后,RICE模型对未来气候变化损失的模拟能力显著提升。在不同情景下,未来发达国家区域的气候变化损失绝对值较大,但是气候变化损失占地区生产总值的比例相对较低。发展中国家区域气候变化损失的增加更加明显,并承受更多的气候变化风险。在中等排放情景下(情景二),部分发展中国家区域在2085年以后才能达到碳中和,中国在2060年无法达到碳中和。针对中国设定的碳中和路径表明,中国需要在2040年前后碳达峰,并在此之后迅速减少碳排放。只有尽早实现碳达峰,才能最终实现碳中和目标。

关键词：综合评估模型 RICE模型损失函数碳中和碳减排

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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

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应急管理部-教育部减灾与应急管理研究院北京师范大学地理科学学部

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... 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0.25 m·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CO2含量的作用，平均升温1.83 ℃、湿度减少4.81%，土壤CO2降低156.94 ppm。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0.001 kg C·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