运用最大熵模型和随机森林模型对东北红松分布的模拟

利用东北三省气候、土壤和地形等数据和红松分布样点,分别在MaxEnt软件和R语言中输出建模精度、因子重要性和分布范围,对比最大熵模型和随机森林模型对预测物种潜在分布结果的差异。结果表明:(1)最大熵模型训练数据AUC为0.927,检测数据AUC为0.865,随机森林模型的AUC为0.902,两个模型精度接近;(2)两个模型的输出结果有所差异,最大熵模型结果显示影响红松潜在分布的主要因子顺序是气候、地形和土壤,随机森林模型显示的结果是土壤、气候和地形;(3)两个模型模拟的红松潜在分布结果有着很大的重合度,主要集中于东北地区的中东部,说明东北地区的中东部最适合红松的生长。最大熵模型和随机森林模型精度相似,但是输出结果具有一定差异,原因是输入的训练样本不同,在构建物种分布模型时,需要考虑输入样本的合理性,分析样本对预测物种分布造成的影响。     

WEPP模型中的CLIGEN与BPCDG应用对比研究

通过对遂宁组紫色土产流、产沙侵蚀的观测,运用迄今为止最为复杂的土壤侵蚀预测模型WEPP模型进行单次降雨侵蚀预测,与实测值比较,并对比通过气候生成器CLIGEN和断点生成器BPCDG的产生的气候参数对预测值的影响。通过分析比较结果,认为WEPP模型对遂宁组紫色土侵蚀过程预测合理,而且利用断点生成器BPCDG的预测结果要优于气候生成器CLIGEN的预测结果。     

近55年气候变化对上海园林树种适应性的影响

目的近几年，关于城市树木的气候适应性研究在国际上已成为前沿和热点，然而，我国开展园林树木应对气候变化的适应性研究则较少。本文通过对上海1961—2015年55年间40种园林树种气候适应性的定量化评估，探讨了气候变化对树木健康生长产生的潜在影响，为适应未来气候的园林树种选择和科学管理提供依据。方法采用物种分布模型(Species distribution model)从世界范围内对目标树种的自然地理分布进行广泛而全面的信息收集，提取其地理分布所在区域的气候因子数据，构建树种气候因子数据库，确定树种最适气候幅度，最后采用欧式距离计算各树种最适气候因子与上海气候的差异，进行气候适应性评估。结果近55年来，上海年均温度由15.5℃上升至16.6℃，市区温差上升趋势最为突出，但未达到显著水平；年均降水量由1086.0mm上升至1198.9mm，湿季全市平均降水、郊区之间、市区与郊区之间变化均达到显著性水平；按年均生物温度和干湿指数可将目标树种分为4类:炎热干燥气候型、温暖湿润气候型、温凉干燥气候型和温凉湿润气候型；前30年，上海郊区气候条件最适宜温凉干燥的落叶树种生长，温凉湿润型树种次之，温暖湿润型树种再次，炎热干燥气候型树种居末；近30年，市区气候出现新变化，温暖湿润型树种适应性排名已占据绝对优势，温凉湿润型和温凉干燥型树种适应性依次下降。结论上海近55年来的气候变化以温度的普遍升高和湿季降水的显著增加为特征。上海气候变化对园林树种的适应性产生了潜在影响，改变了园林树种选择的优先序列。      

Recent climate observations compared to projections

We present recent observed climate trends for carbon dioxide concentration, global mean air temperature, and global sea level, and we compare these trends to previous model projections as summarized in the 2001 assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). The IPCC scenarios and projections start in the year 1990, which is also the base year of the Kyoto protocol, in which almost all industrialized nations accepted a binding commitment to reduce their greenhouse gas emissions. The data available for the period since 1990 raise concerns that the climate system, in particular sea level, may be responding more quickly to climate change than our current generation of models indicates.     

基于广义可加模型的气候对单木胸径生长的影响研究

基于吉林省汪清林业局落叶松鄄云冷杉林长期固定样地25 年观测数据,采用广义可加模型方法,建立了包含 气候因子的单木胸径生长模型,研究气候因子对单木胸径生长的影响及不同树种的响应差异。结果表明:生长 季逸5 益积温、生长季最低气温、年平均总降水量、月气温差以及年平均气温与年平均总降水量之比5 个气候因子 对该类型的落叶松、红松、冷杉、云杉、慢阔和中阔6 个树种(组)的单木的年平均胸径生长量都有显著的影响,但不 同树种组的气候响应变量和程度不同。对含气候和林分因子的全模型、仅含林分因子的部分模型以及仅含气候因 子的部分模型进行了统计分析,结果显示:3 类模型分别能解释50.8%、45.7% 和29.5% 的胸径生长变异,说明在 局部尺度气候因子对胸径生长的解释能力有限;影响胸径生长的主要因子是单木的期初胸径、大于对象木的断面 积之和、林分每公顷株数和林分断面积平均胸径。      

基于SWAT模型的长江源区径流模拟

长江源流域位于青藏高原腹地青海省境内,是气候变化的敏感区,其流域径流量的变化对区域经济发展和三江源生态环境保护具有重要的意义。SWAT模型是基于水文过程的,具有很强物理机制的流域分布式水文模型。利用长江源区1975-2004年气象数据、水文数据以及土地覆被/土地利用图、土壤图等数据构建了适合长江源区的SWAT水文模型。结果表明,模型对模拟的月流量相对误差为10.6%,相关系数R2和Nash Suttcliffe系数Ens>0.7。表明模型在长江源流域对产流模拟的适用性较好,为长江源流域建立分布式流域水文模型提供了参考。     

不同积云对流参数化方案对华南气温和降水模拟的影响

[目的]研究4种积云对流参数化方案在华南地区气候模拟中的适用性。[方法]利用意大利国际理论物理研究中心(ICTP)发展的最新版区域气候模式RegCM4,选用Anthes-Kuo(KUO)、Grell-Arakawa&Schubert(GAK)、Grell-Fritsch&Chappell(GFC)和MIT-Emanuel(MIT)4种积云对流参数化方案,分别对华南地区气候进行了长达10年(2000～2009年)的高分辨率(水平分辨率25 km)数值积分,对比研究了4种不同积云参数化方案模拟的华南地区温度和降水的差异。[结果]对比同期Climatic Research Unit(CRU)观测的地面温度和降水资料,4种积云参数化方案基本上均抓住了华南地区温度和降水的时空分布特征,但对温度模拟出了-2℃(1℃)的冷(暖)偏差,且均低估了华南地区的降水,尤其是GAK和KUO方案,相对CRU观测低估降水50%左右;KUO和MIT方案对温度的模拟比其他2个方案优秀,而MIT和GFC对降水的模拟比KUO和GAK优秀。[结论]研究结果为RegCM4在华南地区的应用提供参考。     

吕梁山地形对气候的影响分析

本研究以中尺度区域气候差异与地形的关系为研究方向,对吕梁山东、西两侧近同一纬度区域的气候要素数据进行分析。以榆林市、原平市、延安市、介休市为研究样区,收集30年(1989—2018年)的年均气温和年均降水量数据,采用Mann-Kendall检验方法进行气候变化趋势分析和气候突变检验。结果表明,北段、南段的东西侧气候变化趋势和气候突变具有差异性,但南北段东西两侧气候变化不同步。由于南北段的东西侧研究区域纬度地带性和经度地带性影响很小,可见吕梁山地形对吕梁山东、西两侧的气候产生了一定的影响。通过本研究,对于如何根据吕梁山具体地形条件分析气候变化,进一步合理配置农、林、牧、副和旅游等产业具有重要意义。     

Evidence for large decadal variability in the tropical mean radiative energy budget

It is widely assumed that variations in Earth's radiative energy budget at large time and space scales are small. We present new evidence from a compilation of over two decades of accurate satellite data that the top-of-atmosphere (TOA) tropical radiative energy budget is much more dynamic and variable than previously thought. Results indicate that the radiation budget changes are caused by changes in tropical mean cloudiness. The results of several current climate model simulations fail to predict this large observed variation in tropical energy budget. The missing variability in the models highlights the critical need to improve cloud modeling in the tropics so that prediction of tropical climate on interannual and decadal time scales can be improved.     

柯桥区茶叶气候风险区划

本文研究了茶叶种植区的主要气象灾害,为各种植区提供不同类型的精细化气象服务做准备。利用浙江省区域气象自动站2004—2016年的数据、地理信息数据,对柯桥区茶叶气象灾害风险进行评估,并在此基础上划分气候风险区划。结果发现：柯桥区南北地势不同带来了气候的明显差异,针对茶叶生长发育的需求,对柯桥区南北气候进行对比分析,发现南部虽然易发生气象灾害,但在气候适宜性综合评价上更适合茶叶生长。因此,本研究有助于为当地茶叶风险预报提供理论依据,有助于整体上优化茶叶生产布局。     

国家尺度上基于地形因子的光温及气候生产潜力修正算法

【目的】光温/气候生产潜力作为农用地分等中的重要指标之一,直接影响分等结果的准确性。从理论上来说,不同地形地区的光温条件应各不相同,以目前这种一个县一种作物只具有一个生产潜力值的情况来看,当县内地形差异明显时,仅使用一个生产潜力值不能反应出光温条件在县内的异质性,从而使分等结果不能准确描述耕地质量的差异性。论文旨在解决这一问题。【方法】从地形对于光照、温度和降水等与生产潜力密切相关的因子具有严重关联性的角度入手,通过寻找地形因子与生产潜力的关系,利用地形因子对生产潜力进行修正。由于生产潜力是以国家级尺度的数据进行计算的,为了保证修正后生产潜力值的可比性,在国家级尺度上开展修正,以900 m×900 m的DEM数据为计算地形因子的数据来源,首先利用SPSS软件,分别对坡度、坡向、海拔与生产潜力做回归分析,筛选相关性最高的回归模型,确定不同地形因子与生产潜力的相关性;其次利用回归方程、县内平均地形因子值、平均生产潜力值和待修正区的地形因子值得出生产潜力修正公式;最后以不同地形因子与生产潜力的相关系数为权重,将单因子修正后的生产潜力值进行加权,得到最终的综合修正生产潜力值。【结果】以目前农用地分等中正在使用的生产潜力值和DEM数据生成的地形因子做回归分析,其中,参与修正光温生产潜力的样点共3 779个,参与修正气候生产潜力的样点共2 765个。回归分析结果表明,坡度和坡向与光温生产潜力的相关系数分别为0.0008和0.0002,说明在国家级尺度上,以900 m×900 m的DEM数据对坡度、坡向和生产潜力进行回归分析时,这两者与生产潜力的相关性过小,故暂不列为修正生产潜力的因子;海拔与光温生产潜力的相关系数达到0.835,与气候生产潜力的相关系数达到0.721,说明海拔与生产潜力具有高度相关性。根据海拔与生产潜力的回归方程得出,海拔对光温生产潜力的影响系数为1.479,对气候生产潜力的影响系数为1.095。论文以四川省长宁县为例进行了实例验证,结果表明,修正后的生产潜力值与海拔的趋势相同,体现出地势差异对光温条件的影响,并且海拔偏离县平均海拔越大的地区,生产潜力修正后偏离潜力的平均值越多。【结论】国家尺度范围内,海拔对于生产潜力具有重要的影响作用,并且海拔对于光温生产潜力的影响程度高于对气候生产潜力的影响程度,而坡度、坡向在该尺度内与生产潜力不具有明显的相关性。基于数据的限制,论文旨在侧重数学模型方法和修正思想的论述,与实际应用还有一定的距离,在未来研究中可探索利用国家级控制可比性、分区域利用更加精细的数据进行局部修正的方法进一步分析坡度、坡向对生产潜力的影响。     

Interpreting differential temperature trends at the surface and in the lower troposphere

Estimated global-scale temperature trends at Earth's surface (as recorded by thermometers) and in the lower troposphere (as monitored by satellites) diverge by up to 0.14 degrees C per decade over the period 1979 to 1998. Accounting for differences in the spatial coverage of satellite and surface measurements reduces this differential, but still leaves a statistically significant residual of roughly 0.1 degrees C per decade. Natural internal climate variability alone, as simulated in three state-of-the-art coupled atmosphere-ocean models, cannot completely explain this residual trend difference. A model forced by a combination of anthropogenic factors and volcanic aerosols yields surface-troposphere temperature trend differences closest to those observed.     

云南烤烟化学品质的气候生态基础分析

为了全面掌握云南烤烟化学品质与烤烟大田生育期间主要气象条件的关系,明确云南烤烟品质形成的气候生态基础,本研究利用方差分析、相关分析和回归分析等方法,对云南省2005年至2007年气象数据和烤烟化学品质数据进行统计分析.结果表明,云南烤烟主要化学成分及协调性指标和大田期主要气象指标在12个植烟州(市)之间有明显差异.云南烤烟化学成分及协调性指标与大田主要气象指标关系较为密切.其中总糖含量、还原糖含量、糖碱比与4～9月总降雨量、4～9月总日照时数、7～8月总日照时数关系密切;总氮含量与4～9月总降雨量关系密切;烟碱含量与4～9月总日照时数、7～8月总日照时数、4～9月总降雨量、4～9月平均气温关系密切;K+含量、钾氯比与4～9月总降雨量、7～8月平均气温关系密切;pH值与7～8月总日照时数、4～9月总日照时数关系密切;两糖差与4～9月平均气温关系密切;Cl-含量与4～9月总降雨量关系密切.     

西南高山地区土壤异养呼吸时空动态

土壤异养呼吸是陆地和大气之间的重要通量,是决定陆地生态系统碳源汇的关键因素之一,与气候变化紧密相关。西南高山地区是响应气候变化的重点区域,研究西南高山地区土壤异养呼吸动态及其对气候变化的响应,对于评估区域碳循环对全球气候变化的贡献具有重要意义。应用生态系统模型(CEVSA)模型估算了1954-2010年西南高山地区土壤异养呼吸(HR)的时空变化,分析了其对气候变化的响应。结果表明:(1)西南高山地区1954-2010年平均异养呼吸量为422 g C·m^-2·a^-1,在空间分布上,HR自东南向西北递减,与年平均温度(r=0.721,P<0.01)、年降水量(r=0.564,P<0.01)均显著正相关;(2)在时间尺度上,西南高山地区1954-2010年 HR总量增加趋势显著(P<0.05),变化范围为197-251 Tg C/a,平均每年增加0.710 Tg C,其中主要植被类型草地、常绿针叶林和常绿阔叶林均增加趋势显著(P<0.01),增加速度分别为1.621、1.496和1.055 g C·m^-2·a^-2。(3)土壤HR的年际变化主要受温度影响,且西北部高海拔地区较东南部低海拔对温度变化更为敏感,主要植被类型温度敏感系数Q₁₀从大到小依次为草地(2.35)、常绿针叶林(2.34)、常绿阔叶林(1.93)。     

气候变化背景下鄱阳湖地区植被覆盖及生产力变化研究

利用1981～2000年鄱阳湖地区的气象台站数据、NOAA／AVHRR—NDVI数据集（空间分辨率为8km）以及光能利用率模型GLO—PEM模拟的鄱阳湖地区植被净第一性生产力（NPP）（空间分辨率为1km）,基于最小二乘法,分析了全球变化背詈下该地区均温和降水、年最大植被指数（NDVImax）以及年NPP的年际变化趋势,探讨了植被年NDVImax、NPP变化与气候变化的关系。结果表明,近年来鄱阳湖地区气候变化比较显著,年均温和年降水量均呈现显著上升趋势,但变化幅度存在着明显的区域差异。1980～2000年闰鄱阳湖大部分地区年NDVimax存在增加趋势,但也有少部分地区呈降低趋势,其中增加趋势的显著性水平相对较高,而降低变化趋势不够显著。1980～2000年,鄱阳湖地区NPP变化主要呈现增加趋势,且显著性水平较高;其中,整个鄱阳湖地区NPP年变化率为111257t／年．滨湖区为49920t/年,外围区为61337t／年;在离湖不同缓冲距离上,NPP变化的趋势基本一致。鄱阳湖地区气候暖湿化发展对植被改善具有一定的促进作用。     

温室标准切花菊发育模拟与收获期预测模型研究

 【目的】建立一个可以预测温室标准切花菊现蕾和收获期的模拟模型，为温室切花菊温光调控提供决策支持。【方法】根据菊花（Chrysanthemum morifolium Ramat.）发育对光温反应的特性，提出了生理辐热积（physiological product of thermal effectiveness and PAR，PTEP）的概念，通过不同扦插期和不同品种的试验，建立了以生理辐热积（PTEP）为尺度的温室标准切花菊发育模型，并用独立的试验数据对模型进行了检验。【结果】模型对从扦插到定植、短日处理、现蕾和收获期的模拟预测值与实测值的符合度较好，预测值与实测值间1:1线的回归估计标准误差RMSE分别为2.3、2.9、1.2和3.2 d，预测精度明显高于以有效积温为尺度的发育模型（RMSE分别为3.0、12.5、12.5和15.6 d）。【结论】本研究建立的模型能较准确地预测标准切花菊各个发育阶段出现的时间与收获期，可以为中国温室标准切花菊周年生产的光温调控提供理论依据和决策支持。     

Simulation of recent global temperature trends

Observations show that global average tropospheric temperatures have been rising during the past century, with the most recent portion of record showing a sharp rise since the mid-1970s. This study shows that the most recent portion of the global temperature record (1970 to 1992) can be closely reproduced by atmospheric models forced only with observed ocean surface temperatures. In agreement with a diverse suite of controversial observational evidence from the past 40 years, the upward trend in simulated tropospheric temperatures is caused by an enhancement of the tropical hydrologic cycle driven by increasing tropical ocean temperatures. Although it is possible that the observed behavior is due to natural climate variability, there is disquieting similarity between these model results, observed climate trends in recent decades, and the early expressions of the climatic response to increased atmospheric carbon dioxide in numerical simulations.     

Climatic control of the high-latitude vegetation greening trend and Pinatubo effect

A biogeochemical model of vegetation using observed climate data predicts the high northern latitude greening trend over the past two decades observed by satellites and a marked setback in this trend after the Mount Pinatubo volcano eruption in 1991. The observed trend toward earlier spring budburst and increased maximum leaf area is produced by the model as a consequence of biogeochemical vegetation responses mainly to changes in temperature. The post-Pinatubo decline in vegetation in 1992-1993 is apparent as the effect of temporary cooling caused by the eruption. High-latitude CO(2) uptake during these years is predicted as a consequence of the differential response of heterotrophic respiration and net primary production.     

Observational contrains on the global atmospheric co2 budget

Observed atmospheric concentrations of CO(2) and data on the partial pressures of CO(2) in surface ocean waters are combined to identify globally significant sources and sinks of CO(2). The atmospheric data are compared with boundary layer concentrations calculated with the transport fields generated by a general circulation model (GCM) for specified source-sink distributions. In the model the observed north-south atmospheric concentration gradient can be maintained only if sinks for CO(2) are greater in the Northern than in the Southern Hemisphere. The observed differences between the partial pressure of CO(2) in the surface waters of the Northern Hemisphere and the atmosphere are too small for the oceans to be the major sink of fossil fuel CO(2). Therefore, a large amount of the CO(2) is apparently absorbed on the continents by terrestrial ecosystems.     

Global cooling after the eruption of Mount Pinatubo: a test of climate feedback by water vapor

The sensitivity of Earth's climate to an external radiative forcing depends critically on the response of water vapor. We use the global cooling and drying of the atmosphere that was observed after the eruption of Mount Pinatubo to test model predictions of the climate feedback from water vapor. Here, we first highlight the success of the model in reproducing the observed drying after the volcanic eruption. Then, by comparing model simulations with and without water vapor feedback, we demonstrate the importance of the atmospheric drying in amplifying the temperature change and show that, without the strong positive feedback from water vapor, the model is unable to reproduce the observed cooling. These results provide quantitative evidence of the reliability of water vapor feedback in current climate models, which is crucial to their use for global warming projections.