基于EEMD-LSTM模型的天山北坡经济带年降水量预测

降水量预测是现代气候预测业务的核心和难点.耦合模型在新疆降水量预测的研究应用屈指可数,因此,通过尝试建立集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)和长短期记忆神经网络(Long Short-Term Memory Network,LSTM)的耦合模型对天山北...     

新疆和田地区春季气流和沙尘传输路径的时空特征

文中基于HYSPLIT模式,对和田2010-2014年春季3-5月近地面和1500m气流的3天后向轨迹进行聚类算法,定量分析气流的传输路径,及近地面各路径沙尘天气的发生比例。2010-2014年和田春季两个高度气流轨迹相差较大,但传输路径相同,有五类传输路径:西南、西部、西北、北部和东北。各月近地面气流传输路径相差较大,而各路径均有沙尘天气发生。3-5月东北路径沙尘发生比例最高,分别为67.6%、44%和48%;西南和西部路径只发生在3-4月,分别为西部(10%)、西南(17.4%)和西部(6.2%)、西南(6.8%);北部路径发生在4月和5月,为13%和12.8%。文中定量印证了和田地区春季气流和沙尘传输路径的时空特征,为研究沙尘天气来源等提供参考。     

北非埃及地区风蚀沙尘时空变化研究北大核心CSCD

通过分析1990—2020年北非埃及气象观测数据和卫星遥感资料,研究风蚀沙尘的时空变化特点,并阐明主要影响因素。结果显示:埃及近30 a沙尘天气发生频次在20~65 d·a^(-1)之间变化,整体呈现出逐渐降低的变化趋势,总悬浮颗粒物(Total Suspended Particulates,TSP)年均浓度在400~1200μg·mg^(-3)之间波动,在全球干旱区处于较高强度水平;扬沙天气发生频率最高,其次是浮尘、沙尘暴和强沙尘暴天气,其中春、夏两季扬沙天气日数占全年沙尘天气总日数的60%以上,环境TSP浓度与沙尘天气发生频次高度相关;近30 a埃及地面风速呈现减小趋势,风力侵蚀作用是影响地区空气质量的关键因素;沙尘天气频率与大西洋多年代际振荡(Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO)指数显著负相关,相关系数约为-0.67。本研究为全面了解北非埃及地区风蚀沙尘的时空变化特征和预防沙尘暴灾害提供理论依据和数据支持。     

2001-2004年我国城市空气质量研究

本文应用国家环保总局发布的城市空气质量日报的数据,研究了2001~2004年我国主要城市空气污染的时空分布特征。研究结果表明:我国城市空气污染的首要污染物主要是PM10;污染物的时空分布特征比较明显,城市空气污染冬春季节重于夏秋季节,北方城市重于南方城市;2001~2004年,北方大部份城市空气质量有明显改善。同时分析沙尘天气对我国城市空气质量的影响表明,我国北方城市尤其是西北城市,受沙尘天气的影响比较大,PM10污染相对严重。     

基于CEEMD的LSTM和ARIMA模型干旱预测适用性研究 ——以新疆为例

干旱的频繁发生对农业生产和经济发展造成了不可忽视的危害，准确预测干旱的发生具有重要的现实意义。基于1960—2019年新疆气象站点的逐日降水量数据，计算1、3、6、9、12个月及24个月时间尺度的标准化降水指数。建立差分自回归移动平均模型（Autoregressive Integrated Moving Average,ARIMA）、长短期记忆网络（Long Short-Term Memory,LSTM）、互补集合经验模态分解（Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition,CEEMD）-ARIMA组合模型和CEEMD-LSTM组合模型。通过4种模型对多时间尺度SPI序列进行预测，确定各模型在干旱预测中的适用性。结果表明：（1）4种模型的预测精度均随时间尺度的增加而逐渐提高，在24个月时间尺度时达到最高；（2）CEEMD能够有效平稳时间序列，各时间尺度下，组合模型均达到了较高的预测精度，相较单一模型更适用于干旱预测；（3）4种模型预测结果精度由低到高分别为：LSTM、ARIMA、CEEMD-LSTM、CEEMD-ARIMA（决定系...     

1961-2017年南疆地区沙尘天气的时空变化特征及影响因素分析

利用南疆地区49个地面气象站1961-2017年沙尘资料,通过Mann-Kendall突变检验法、 IDW插值法、多元回归分析和相对贡献率等方法,对南疆地区沙尘天气的月、季和年及年代的时空变化特征及影响因素进行分析。结果表明:近57a南疆地区沙尘天气呈极显著波动下降趋势,减速为-1.06d/a,其中浮尘日数减速最大(-8.6d/10a);沙尘变化特征表现为单峰式的先增后减;沙尘暴、扬沙和浮尘日数突变年为1989、1995和1994年;沙尘天气具有季节性、区域性差异,春夏秋冬分别为31.4、20.9、11.4和6.8d,季节变化表现为春季(-4.1d/10a)最大,年内月份均表现显著减少趋势;浮尘、沙尘暴和扬沙均呈现南多北少的纬向特征,主要发生在和田和巴州地区的南部,且绝大部分站点沙尘天气呈现显著减少趋势;风速、气温日较差与沙尘天气日数呈显著正相关,对沙尘天气的相对贡献率为51.2%和13.1%,水汽压、气温、最低气温、降水量呈显著负相关,贡献率为20.4%、9.5%、0.5%和0.2%,影响排序为风速>水汽压>气温日较差>气温>最低气温>降水量,风速对沙尘天气发生的影响占主导地位。综上所述,风速、下垫面的干湿状况、气温和冷空气活动等因素是南疆沙尘天气发生的主要因素。研究成果可为南疆地区绿洲合理扩张和沙土资源利用提供科学依据。     

VMD-LSTM模型对不同预见期月径流的预测研究

为减小径流时间序列的非线性及非平稳性带来的预测误差，提高多种预见期下的月径流预测精度，将变模态分解（VMD）和长短期记忆神经网络（LSTM）模型相结合，建立了VMD-LSTM组合预测模型，并将大气环流因子作为模型输入的增加项，预测未来1~3个月的月径流。将模型应用于黄河流域上游唐乃亥、民和、享堂、红旗及折桥站的月径流预测以验证模型的适用性，并与VMD-BP（BP神经网络）、VMD-SVR（支持向量回归）及单一LSTM模型相比较。结果表明：VMD-LSTM组合模型的预测误差最小、精度最高，相比单一LSTM模型，其纳什效率系数（NSE）约从0.6~0.7提高到0.9以上；融合大气环流因子后VMD-LSTM模型预测精度进一步提高，NSE保持在0.91~0.96之间；随着预见期的增长，VMD-LSTM模型预测精度衰减较VMD-BP和VMD-SVR模型明显变缓，在3个月预见期时NSE仍能保持在0.84~0.95之间。VMD-LSTM模型是月径流预测的一种有效方法，结果可为研究区月径流预测提供参考。     

承德地区沙尘天气的气候成因分析

基于1991-2010年承德地区9个气象站的气象数据采用统计分析和相关分析的方法,将承德地区沙尘天气(包括浮尘、扬沙和沙尘暴)的年、季特征与气候因子(包括降水量、气温、风速以及大风日数)作了详细的相关分析。结果表明:降水量增多可以在一定程度上抑制沙尘天气的发生频次。在温度偏高、降水量偏少、风速较大且大风日数较多的年份和月份,沙尘天气较多。风要素是影响沙尘天气的最为直接且最优的相关因子,风速的大小、大风日数的增减直接关系到沙尘天气频数的变化。从整体上看该地区气候因子对沙尘天气的相关性影响从强到弱依次是大风日数、风速、降水量和气温。因此沙尘天气的短期预测要抓住本地的敏感气候因子。     

1960-2020年河北省沙尘强度时空演变特征及其影响因素

基于1960-2020年河北省68个国家气象观测站的逐日沙尘观测资料,计算沙尘指数并分析沙尘强度的时空演变特征及其主要影响因素。结果表明：1)影响河北省的主要沙尘天气类型为扬沙,其次是浮尘,沙尘暴最少;近61a河北省沙尘日数和沙尘强度整体呈显著减少趋势,扬沙、浮尘以及沙尘强度存在主周期50年左右、次周期10年左右的周期震荡。2)沙尘强度在年内呈单峰型分布特征,最大值出现在4月,最小值出现在8月,春季沙尘强度最大,减小趋势最明显,其次是冬季、夏季、秋季。3)河北省沙尘天气呈两高夹一低的分布特征,中南部平原和西北坝上地区沙尘强度较高,燕山-太行山脉附近的中间地带沙尘强度低。4)近61a平均风速、大风日数的减小是河北省沙尘强度减小的重要因素。     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘天气特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站2007—2011年的地面(10 m)风速、风向和沙尘天气等气象要素,分析沙漠腹地的沙尘天气特征。结果表明:1塔克拉玛干沙漠腹地沙尘频率和强风频率年、月分布具有较好的一致性,沙尘天气具有明显的季节性,春、夏季占全部沙尘频次的88.3%,冬季仅占总数的2.3%。2春、夏季沙尘天气的高发时段为12:00—00:00;20:00发生频次最多,分别占春、夏季沙尘频次的12.7%和10.8%,秋季和冬季沙尘天气高发时段为14:00—21:00。3出现沙尘天气时,风向主要集中在E、ENE、N和NNE 4个方向。4沙漠腹地临界起沙风速ut5%为4~5 m·s-1,一般地表的临界起沙风速ut50%为5~6 m·s-1;5从NfDO分布来看,春、夏两季要明显高于秋冬季节,其中4月最大,为0.284。因此,沙漠腹地春、夏季易发生沙尘天气。     

唐代西北地区沙尘天气发生特征

通过对沙尘天气史料的甄别,运用信息化处理方式,对唐代西北地区沙尘天气的发生特征进行了研究。检索到唐代西北地区沙尘天气记录40条,将其中记载序列较好的唐都长安沙尘记载进行了时间分布分析,发现唐代沙尘天气发生等级有着明显的增高趋势,探讨了这种变化的人文动因以及沙尘源因素。唐代后期以来,河西、新疆、内蒙古西部等沙尘源地战乱的增多以及土地利用方式的改变、唐代后期河西走廊等地的沙漠化等因素均与之有很大的关系。研究历史上沙尘天气发生发展的特征,不仅能够复原此类天气发生的历史实况,而且对于我们今天科学地认识沙尘天气的历史过程及其机制,做好预测预防工作,推动生态文明建设有着重要的史鉴意义。     

基于MAXENT的维氏粒线虫(Anguina wevelli)在我国的潜在分布研究

维氏粒线虫(Anguina wevelli)是危害牧草及草坪草的一类重要植物病原线虫。本文利用MAXENT生态位模型预测了维氏粒线虫在我国的适生区域,并结合该虫在我国的寄主及我国的地理信息,得出了该线虫在我国的潜在分布区域,结果显示,该线虫在我国云南保山南部及临沧东北部地区高度适生,云南除迪庆、怒江、丽江、昭通、西双版纳、文山、红河外的大部分中度适生。预测结果运用ROC曲线(受试者工作特征曲线)验证,测试数据的AUC(areas under curve,曲线下面积)值为0.971,达到了较好的精度。做好进境草籽的检验检疫对于保护上述地区的畜牧业发展有重要意义。     

降尘空间分布与沙尘天气日数关系研究

降尘是沙尘暴、浮尘、扬沙等沙尘天气过程的反映,文中以甘肃省10个监测点15年(1986-2000年)降尘监测数据及沙尘天气日数数据,讨论降尘空间分布与沙尘天气日数之间的相关性,建立降尘与沙尘事件之间的回归方程。结果表明:在沙尘暴区和非沙尘暴区,降尘与沙尘天气的回归方程不同,前者沙尘暴系数(1.32)小于后者沙尘暴与扬沙和的系数(1.66),可以判断后者较之前者降尘量受沙尘暴和扬沙日数影响更大,可以突现出后者沙尘天气主要以浮尘为常态形式出现。前者浮尘系数远大于扬沙系数(3.72>0.21),表明前者降尘量受浮尘影响大于扬沙。前者常数项(291.6)明显大于后者(235.2),这代表两地区降尘量的背景值的不同。回归方程很好地解释了不同地区降尘与沙尘天气日数之间的关系。将降尘与沙尘天气日数的回归方程应用到研究区,求得研究区各气象站点降尘数据,结合GIS空间插值,绘制出该研究区降尘空间分布图。     

蒙古南部沙尘源的遥感监测与分析

利用16年(2000-2015)的MODIS(the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)数据对源于蒙古南部的1 12次沙尘天气进行了遥感监测与分析.研究表明通过MODIS真彩色合成影像和热红外波段亮度温度差识别、提取沙尘信息,可以实时、稳定快捷地获取沙尘来源、沙尘天气影响过程和范围等.多年多点的监测表明蒙古南部的沙尘主要起源于西南部山区和东南部平原,南部戈壁为重要的尘源补充,东南部沙尘源近年来有向北蔓延趋势.通过与MODIS土地利用数据和更高分辨率Landsat遥感数据进行叠置分析表明,利用MODIS土地利用等低空间分辨率数据判断沙尘源区仍然具有不确定性,沙尘源的研究还需要更高空间分辨率的遥感影像.作为东亚重要的沙尘源之一,蒙古南部沙尘源的解析对于理解全球沙尘问题,完善沙尘模型和灾害性沙尘天气的预测预报具有重要意义,并可据此因地制宜地提出科学有效的对策,从而实现人与环境的可持续发展.     

北京地区沙尘天气的气候特征分析

本文利用1954-2001年北京地区(20个气象站)逐月沙尘资料,重点对北京地区沙尘天气的空间分布特征、沙尘日数的年代变化规律、沙尘日数的月变化进行分析;分析了近三年北京地区出现沙尘天气特点及成因;同时对近48年的沙尘出现日数变化规律进行了小波分析。     

基于MaxEnt模型预测红火蚁在中国的适生区

作为极具破坏性和攻击性的有害生物,红火蚁(Solenopsis invicta Buren)近年来在中国扩散迅速,严重威胁入侵地生物多样性和人类生产生活,为探究红火蚁在我国的适生区范围,本文基于315个分布数据和气候、高程、土地利用等环境因子,通过调用ENMeval数据包调整MaxEnt模型参数,对红火蚁在中国的适生范围进行了预测,并通过受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)对模型精度进行验证。结果表明,训练数据的ROC曲线下面积(AUC)为0.917,测试数据的AUC为0.909,模型预测结果较准确。红火蚁在中国的适生区范围为18.10°N～32.29°N、92.40°E～122.22°E,且集中于广东省、广西壮族自治区、海南省、云南省、福建省、台湾地区等省份。最冷季度平均温度(bio11)是影响红火蚁在中国适生分布的最重要环境因子。这为政府和地方组织加强红火蚁防控管理提供了一定的科学依据。     

辽宁省沙尘天气分析

以1971-2005年辽宁60个站沙尘天气资料为基础,从年代际变化、季节变化、空间分布特点等方面对浮尘、扬沙、沙尘暴、沙尘天气综合影响程度进行了统计分析。结果表明:辽宁的沙尘天气年代际变化明显,且多发生在春季(4月最多),沙尘天气主要在3月下旬到4月下旬出现在沈阳西北部、阜新以及朝阳北部地区。结合辽宁的气候、空间特点,从沙源、大风、不稳定层结3方面分析了辽宁沙尘天气的形成以及时空分布不均的原因,简要介绍了辽宁防沙的措施、效果以及辽宁省气象台沙尘暴短期预报方法。     

1958～2000年黄土高原沙尘天气基本特征分析

分析了黄土高原1958～2000年57个气象监测站记录的沙尘天气资料,分析显示:(1)黄土高原沙尘天气主要发生在西部地区,沙尘暴、扬沙和浮尘发生频率的最大值分别为19.2天/年、86.1天/年和45.7天/年;(2)春季为沙尘天气的频发期,62.7%沙尘暴、53.5%扬沙和56.3%浮尘发生在春季,4月是沙尘天气发生最多的月份,29.8%沙尘暴21.3%扬沙22.8%浮尘发生在4月;(3)近43年黄土高原沙尘天气呈减少趋势,1958年是沙尘暴天气最多的一年,1966年是扬沙和浮尘天气最多的一年;(4)强沙尘暴也呈减少的趋势,1966年是强沙尘暴最多的一年;(5)黄土高原57个站43年间只有23条特强沙尘暴记录,其中11条在宁夏;(6)沙尘暴大多开始于10时至17时之间约占71%;(7)持续时间大于t的沙尘暴次数N满足:lg(N)=a-bt,b值为0.1662 hr-1。     

近60a柴达木盆地沙尘天气时空变化特征及其影响因子

利用柴达木盆地9个代表站58 a的扬沙、浮尘、沙尘暴日数和气温、降水、相对湿度等气象要素资料,通过统计学方法、Mann-Kendall检验、小波分析等方法,对柴达木盆地沙尘天气(扬沙、浮尘、沙尘暴)的时空变化特征及其影响因子进行了分析。结果表明:(1)58 a来扬沙、浮尘、沙尘暴日数整体呈极显著下降趋势,20世纪70年代沙尘天气日数最多,21世纪初期沙尘天气日数最少;(2)扬沙日数在1997年发生了突变,突变后呈下降趋势;(3)沙尘暴日数存在10～15 a的长周期和5～7 a的短周期,扬沙日数也存在10～15 a的长周期,浮尘日数无明显周期性;(4)柴达木盆地沙尘天气的空间分布形态基本以西南多东北少为主;(5)扬沙、浮尘、沙尘暴日数与气压、大风日数和亚洲区极涡的面积、强度均呈正相关,与气温、西藏高原指数、印缅槽指数和西太平洋副热带高压、印度洋暖池的面积和强度呈负相关。     

塔里木盆地南缘近54年沙尘天气的变化特征及其未来趋势预测

利用塔里木盆地南缘六个代表站近54年的沙尘天气的气象资料,使用小波变换等方法,分析了近54年沙尘天气的变化特征并预测了未来的变化趋势。结果表明:近54年的沙尘天气变率较大,线性下降趋势显著;通过小波分析得出年沙尘日数的变化存在大约40年、19年、8~10年以及4年等周期,而年沙尘暴日数的变化存在大约32年、15~18年、6~8年等周期;年沙尘日数的突变大体发生在20世纪60年代后期的由少到多的变化以及80年代后期的由多到少的突变;年沙尘暴日数的突变在1961年、1979年与1988年前后。最后根据小波变换得出的主周期变化规律,预测在未来二三十年沙尘天气有波动增多的趋势。