基于CA-Markov模型的多时间跨度土地利用变化模拟

土地利用/覆被变化（Land Use and Cover Change, LUCC）模拟是LUCC研究的主要内容和重要手段。时间间隔是模拟过程中的重要参数,对模拟结果精度有何影响,有待深入研究。以新疆玛纳斯河流域典型绿洲区四道河子镇为例,基于遥感影像提取1975、1985、1995、2000、2005、2010年和2015年的土地利用数据,分别以20 a、15 a、10 a和5 a为时间间隔构建CA-Markov模型,模拟2015年土地利用结构,定量探讨时间间隔对CA-Markov模型精度的影响。结果表明：1975—2015年,四道河子镇LUCC以耕地和草地为主,期间耕地、建设用地迅速扩张,林地、草地和未利用地大幅减少,水域在1985—2000年呈现小幅增长。耕地的增加和草地及林地的减少是研究区近40 a LUCC最显著的特征。对比模拟结果与实际结果,时间间隔为20 a、15 a、10 a、5 a的TFOM分别为70.35%,69.18%,76.32%和88.00%。基于2005—2010年转移概率的模拟结果更接近于2015年实际结果,适合模拟四道河子镇未来的土地利用变化。土地利用模拟应依据区域LUCC特征确定最佳的时间间隔,提高模拟精度。     

不同水汽环境条件下云凝结核浓度对热带气旋发展影响的数值研究

利用WRF模式模拟在清洁海洋大气和污染大气环境下,气溶胶的云凝结核浓度(Cloud Condensation Nuclei, CCN)对热带气旋的强度变化影响。在污染环境下,云凝结核浓度增多,台风区域云水混合物浓度增大,眼墙附近上升运动减小,而台风外围螺旋雨带对流发展,从而抑制低层入流,台风强度减弱,外围尺度增大。在不同环境场水汽条件下,通过热、动力结构和云微物理量的对比分析,结果表明:环境场水汽条件对台风的发展起到至关重要的作用。当环境场水汽条件较干时,CCN浓度对台风发展影响作用不明显,台风发展缓慢。而在充足水汽条件下,CCN浓度对热带气旋发展有明显的影响。本文结果表明,在考虑污染情形下台风变化,需要综合考虑环境场水汽条件。     

水文过程中灌区农田非点源氮的归趋研究进展

天然降雨径流是灌区农田非点源氮污染形成的主要动力因素,研究降雨径流中农田氮素的流失规律及模拟方法对中国灌区非点源氮的综合治理具有重要意义.从农田氮素流失机理、影响因素以及预测方法等几个方面概述了水文过程中灌区农田非点源氮素归趋的研究进展,其中着重分析了水文过程中农田氮素流失预测的"黑箱"法、"解剖"法的优缺点和适用范围;并在此基础上,提出了中国开展灌区农田非点源氮污染研究的重点,包括典型研究单元选择、尺度界定以及不同水文路径中农田氮素流失的耦合模拟等.     

基于GIS和元胞自动机的玛纳斯河流域典型绿洲景观格局优化

近几十年来,玛纳斯河流域以耕地面积过度扩张、山区林地与草地退化为代表的一系列不可持续的发展方式已对区域生态安全和土地可持续利用构成了威胁。通过利用遥感影像与GIS方法,以沙湾县和农八师垦区为研究区,定量评价了区域土地利用的空间适宜性,并将其与国家退耕还林还草政策作为主要约束条件,建立元胞自动机模型对研究区景观格局进行了空间优化。结果表明：（1）1976-2012年,研究区耕地面积显著扩张,增加的耕地主要由未利用地、草地和林地转换而来;林地面积净减少幅度达65.90%,转出林地中有58.33%转换为耕地;草地净面积在研究时段内虽略有增加,但仍有6.352×10⁴ hm²的草地转换为耕地,占草地转出总面积的66.03%;（2）耕地、林地和草地适宜性等级处于I级（很适宜）和Ⅱ级（适宜）的面积分别占研究区总面积的79.74%、70.23%和59.82%;（3）优化后,区域内耕地、林地和草地三者的比例由原来的6.04∶0.39∶3.57调整为4.03∶0.99∶4.98。优化结果在一定程度上减缓了耕地的扩张,提高了林地、草地所占比例,有利于该区域绿洲生态系统的稳定性和社会经济可持续发展。     

长生命史冷涡影响下持续对流性天气的环境条件

利用云图和NCEP 1°×1°再分析资料,对生命史长达9天的冷涡系统的云图形态、移动轨迹、强度变化及其长久维持的原因进行了分析;并对比分析该冷涡影响下的持续对流性天气与冷涡分裂的冷空气、湿度层结及水汽条件的关系,探讨对流性天气的预报着眼点和不稳定参数阈值。主要结论:(1)连续9天对流性天气分别出现在冷涡涡旋云系头部的南部或东南部。强的对流过程时,云顶TBB温度在-40～-72℃;弱的对流过程时,云顶TBB温度在-40℃以上。(2)东亚阻塞高压两侧高涡度区的正涡度平流交替补充冷涡对正涡度的损耗,是冷涡长久滞留维持的主要原因。(3)冷涡在长生命期中是动态的,冷涡中心距研究代表点的距离与对流性天气的强弱有关;对流层中层V分量能敏感地反映冷涡分裂的冷空气活动情况。(4)随着对流性天气的持续,低空湿度层逐渐增厚,而850～700 hPa相对湿度≤60%的相对于区始终存在;975 hPa水汽通量的大小和方向反映来自渤海的水汽输送状况。(5)强天气威胁指数SWEAT和风暴相对环境螺旋度SREH在判断对流性天气的强度方面比常用的不稳定参数效果好。     

层积云与积云中的微物理特征及其影响因子

美国大气辐射观测项目组进行的浅薄低云的光学辐射观测项目(RACORO)对出现在美国南部大平原的低云开展了为期五个月的观测,得到了大量层积云和积云中的数据.为了探究在层积云和积云中的微物理特征,采用伽马分布、对数正态分布、威布尔分布对微物理量的概率密度分布进行拟合,分析对比层积云和积云中微物理量的特征,并探讨两种云云滴谱...     

从夹卷的角度探讨雾不同阶段微物理量的变化机理

夹卷混合过程作为影响云雾的主要物理过程之一,对云雾的生命周期、云雾降水的形成过程、辐射传输过程和气溶胶间接效应等都有着重要影响。本文从微物理和动力两个方面探讨辐射雾中的夹卷混合机制,既促进对夹卷混合机制的理论认识,又从新的角度来讨论辐射雾的发展消亡过程。利用2006年和2007年冬季在南京进行的雾综合观测的资料,研究了9个个例中的夹卷混合机制。首先,针对2007年12月10～11日这一次辐射雾过程进行详细分析,探讨了不同阶段微物理量的变化和夹卷混合机制。结果表明:成熟阶段主要为极端非均匀夹卷混合机制,数浓度和含水量同时减小,体积平均半径却基本保持不变;快速消散阶段主要为均匀夹卷混合机制,各微物理量同时减小,互为正相关关系。除了微物理,本文也分析了夹卷混合机制的动力特征,计算了过渡尺度数,发现在成熟（快速消散）阶段,过渡尺度数小（大）,有利于极端非均匀（均匀）夹卷混合机制的发生。其次,分析了其他8个个例中微物理量之间的相关关系,发现体积平均半径和含水量之间主要呈正相关关系,以均匀夹卷混合为主。所得结果有助于夹卷混合机制参数化方案的开发,同时为辐射雾的模拟预报提供参考。     

最优系数有限单元法色散介质GPR频率域正演模拟

工程实际勘探对象如土壤、岩石等多为色散介质,雷达波在其中传播时易发生衰减与畸变,应用常规有限单元法（Finite Element Method,FEM）方法进行数值模拟时,存在数值频散现象.为此,作者以色散介质为研究对象,开展最优系数有限单元法探地雷达（Ground Penetrating Radar,GPR）频率域正演.首先,分析了有限元质量、刚度矩阵的约束条件对有限元求解精度的影响,基于归一化相速度与1的误差最小策略,利用最小二乘法,仅需三个优化参数求取最优的有限元刚度矩阵与质量矩阵.四种不同方法的频散曲线分析及精度对比实验结果表明,优化矩阵在单位波长仅需4.8个网格点下便可达到误差小于0.2%的精度;而一致、集中和折衷矩阵不仅需要更多的网格点,且误差较大.然后,将精确完全匹配层（Exact Perfectly Matched Layer,EPML）吸收边界条件引入最优系数频域有限单元（Finite Element Frequency Domain,FEFD）算法中,简化了吸收参数优化过程,取5层即可达到常规完全匹配层（Perfectly Matched Layer,PML）的10层的吸收效果,能够有效提升正演效率.并将基于EPML的最优系数有限单元法算法引入到城市道路病害模型正演中,实验表明：本文算法能有效压制频散并实现实际色散介质高精度模拟,模拟结果更接近波在地下介质中的实际传播特性.

     

利用层次聚类对移动曲面拟合滤波算法快速分类的研究

经典移动曲面滤波算法由于算法简练,适用范围广泛且滤波效果较好,适用于多种地形。但是传统移动曲面滤波方法存在较多缺陷,如计算阈值参数难以确定、各个格网间阈值参数缺少相关性、分类主要依据高差阈值及水平距离相关性较小等缺点。文中提出层次聚类算法,将三维地形转换为二维平面,利用相邻点水平距离和高差构建数据集,进行聚类判断点云的属性,采用ISPRS提供的15组样本,定性和定量分析本算法的滤波精度。为验证本聚类算法的优越性和科学性,同时与改进型移动曲面和PTD滤波算法进行精度对比,充分说明本算法相较于其他算法的优越性和高效性。     

大陆性浓积云云滴谱离散度影响因子的飞机观测研究

利用2020年7月30日山西省人工增雨防雷技术中心在山西省忻州地区开展的大陆性浓积云飞机探测资料,分析了积云微物理参量、云滴谱离散度随时间和高度的变化以及云滴谱离散度的影响因子。结果表明,该大陆性浓积云云滴谱离散度随高度的增加先递增后递减,但变化范围较小。云滴谱离散度随数浓度、含水量增大而逐渐收敛,呈弱正相关关系;离散度与体积平均半径的相关性随体积平均半径的增大由正转负,与垂直速度呈现正相关关系。云中碰并过程对云滴谱离散度及其影响因子影响较大,建议未来云滴谱离散度的参数化增加对碰并过程的考虑。