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干旱区研究 2022年第5期39卷 1371-1384页

作者：高洁赵勇姚俊强迪丽努尔·托列吾别克王梦园成都信息工程大学大气科学学院四川成都610225 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所/中国气象局树木年轮理化研究重点实验室/新疆树木年轮生态实验室新疆乌鲁木齐830002 中山大学大气科学学院广东广州510275

基于再分析资料,系统分析了1979—2018年中亚干旱区大气水汽含量、水汽收支、降水量、实际蒸发量等水分循环要素的时空变化特征。结果表明:(1)中亚水分循环要素空间差异明显,降水量和实际蒸发量在天山和帕米尔等山区及周边绿洲区为高值... 详细信息

基于再分析资料,系统分析了1979—2018年中亚干旱区大气水汽含量、水汽收支、降水量、实际蒸发量等水分循环要素的时空变化特征。结果表明:(1)中亚水分循环要素空间差异明显,降水量和实际蒸发量在天山和帕米尔等山区及周边绿洲区为高值区,荒漠平原地区为低值区,而大气水汽含量相反。(2)1979—2018年中亚水汽含量呈微弱的减少趋势,变化速率区域差异明显,咸海周边区域明显减少,而新疆大部和天山山区明显增加;中亚地区水汽输送以纬向输送为主,经向输送相对较弱,不同区域水汽收支和变化有较大差异,其中西边界和北边界水汽输送减少,东边界和南边界水汽输送增加;水汽收支在中亚西北部、中亚南部、帕米尔高原和天山山区呈增加趋势,而中亚北部和新疆大部有减少趋势。(3)与水汽输送变化的表现不同,1979—2018年中亚降水量有增加趋势,为4.14 mm·(10a)^(-1),且年际波动较大,显著增加趋势分布在中亚北部、新疆大部和天山山区,而在中亚西北部和南部有明显减少趋势。(4)中亚实际蒸发量有微弱的增加趋势,在中亚北部、天山山区和帕米尔高原有明显增加,而在里咸海、中亚南部和新疆南部干旱地区明显减少。从季节来看,各水分循环要素季节变化与年变化时空分布特征基本一致。研究成果有助于进一步了解中亚干旱区大气水分循环演变及机理。

关键词：中亚干旱区水分循环水汽含量降水量实际蒸发量水汽收支

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人工智能方法在气象领域的应用综述

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沙漠与绿洲气象 2024年

作者：孙彩霞张同文胡家晖郭冬刘精新疆维吾尔自治区气候中心中国气象局树木年轮理化研究重点实验室新疆树轮生态重点实验室中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究

气象预测是人工智能技术应用的重要领域。人工智能方法在捕捉和分析气象系统复杂动态模式方面展现出巨大潜力，为气象预测业务带来新的契机和挑战。首先介绍了传统的机器学习算法如随机森林、XGBoost和支持向量机，虽然在某些方面比传... 详细信息

气象预测是人工智能技术应用的重要领域。人工智能方法在捕捉和分析气象系统复杂动态模式方面展现出巨大潜力，为气象预测业务带来新的契机和挑战。首先介绍了传统的机器学习算法如随机森林、XGBoost和支持向量机，虽然在某些方面比传统方法性能要佳，但也存在一定局限性。其次深度学习模型凭借其强大的特征提取和模式识别能力，在分析和预测气象变量方面表现出色，尤其是神经网络、卷积神经网络和循环神经网络等。最后介绍了大模型如盘古、伏羲和GraphCAST在提高预测准确性方面的巨大潜力。同时，文中也指出了未来需要关注的研究方向，包括模型优化、算法改进、提高数据质量和多样性，以及跨学科融合等，以期为气象预测的持续发展提供理论支撑和技术保证。

关键词：人工智能气象预测神经网络气象大模型

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西昆仑山两种针叶树种径向生长及其对气候变化的响应

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生态学报 2022年第24期42卷 10226-10240页

作者：郭冬张同文吐尔逊·哈斯木张瑞波喻树龙刘可祥苟晓霞刘蕊石仁娜·加汗王兆鹏如先古丽·阿不都热合曼阿依姆古丽·赛麦提新疆大学地理科学学院乌鲁木齐830046 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所新疆树轮生态重点实验室中国气象局树木年轮理化研究重点实验室乌鲁木齐830002 新疆师范大学地理科学与旅游学院乌鲁木齐830054

利用西昆仑山的雪岭云杉和昆仑圆柏树芯样本,建立其树轮宽度年表。通过分析两种针叶树种树木径向生长特征与气候要素的相关关系,探讨了树种间的树木生长气候响应异同及响应关系的稳定性。结果表明:研究区域内的雪岭云杉和昆仑圆柏年表... 详细信息

利用西昆仑山的雪岭云杉和昆仑圆柏树芯样本,建立其树轮宽度年表。通过分析两种针叶树种树木径向生长特征与气候要素的相关关系,探讨了树种间的树木生长气候响应异同及响应关系的稳定性。结果表明:研究区域内的雪岭云杉和昆仑圆柏年表间存在显著正相关。两种针叶树种在1994年气温突变前树轮宽度年表指数和基部断面生长增量(BAI)呈上升趋势,在气温突变后年表和BAI则呈下降趋势,并且昆仑圆柏的树木径向生长速率高于雪岭云杉。与气候要素的相关性分析结果表明,雪岭云杉径向生长与上年生长季(5—6月和8—10月)和当年生长季(3—6月和10月)气温呈显著负相关,而昆仑圆柏径向生长与上年10月和当年生长季前期(4—6月)气温呈显著负相关;两者均与当年春季降水呈显著正相关。滑动相关分析结果显示,上年和当年生长季气温对两个树种树木径向生长的负响应在增强,特别是在当年生长季前期更为显著。此外,当年生长季前期降水对树木径向生长的促进作用也在增强。在有可能的气候突变年份(1994年)之后,两种针叶树种对气温和降水的响应敏感性均有所增强,并且雪岭云杉对气温的响应敏感性强于昆仑圆柏,而对降水响应敏感性要弱于昆仑圆柏。

关键词：昆仑山雪岭云杉昆仑圆柏树木年轮气候响应

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天山南北坡树轮稳定碳同位素对气候的响应差异

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生态学报 2021年第14期41卷 5713-5724页

作者：秦莉尚华明张同文刘卫平张瑞波中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所新疆维吾尔自治区树木年轮生态重点实验室中国气象局树木年轮理化研究重点实验室乌鲁木齐830002 新疆气象信息中心乌鲁木齐830002

利用采自天山南坡阿克苏河流域、天山北坡伊犁河流域和吉尔吉斯斯坦伊塞克湖流域的树木年轮样本,按照树轮稳定碳同位素研究步骤,分别建立了天山南坡和天山北坡各2条树轮稳定碳同位素去趋势序列(δ13 Ccorr)。采用相关函数和共线性分析... 详细信息

利用采自天山南坡阿克苏河流域、天山北坡伊犁河流域和吉尔吉斯斯坦伊塞克湖流域的树木年轮样本,按照树轮稳定碳同位素研究步骤,分别建立了天山南坡和天山北坡各2条树轮稳定碳同位素去趋势序列(δ13 Ccorr)。采用相关函数和共线性分析揭示了天山南北坡树轮稳定碳同位素与各气候要素之间的关系。结果表明,天山南坡树轮稳定碳同位素与生长季降水、相对湿度显著负相关,而与温度没有明显的相关关系,表明影响天山南坡树轮稳定碳同位素分馏的主要气候因子是生长季水分状况,尤其是降水;天山北坡树轮稳定碳同位素与生长季尤其是夏季的平均气温、平均最高气温和饱和水汽压亏缺显著正相关,而与降水量、相对湿度显著负相关,表明影响天山北坡树轮稳定碳同位素分馏的气候因子可能较为复杂。进一步分析表明,夏季温度、降水和相对湿度共同调控着天山北坡雪岭云杉树轮稳定碳同位素分馏。

关键词：天山雪岭云杉(Picea schrenkiana Fisch.et Mey) 树木年轮稳定碳同位素气候响应

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不同树高处树轮密度变化特征及其对气候的响应

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应用生态学报 2021年第2期32卷 503-512页

作者：刘可祥张同文张瑞波喻树龙黄力平姜盛夏胡东宇中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所中国气象局树木年轮理化研究重点实验室新疆树木年轮生态实验室乌鲁木齐830002 新疆林业科学院现代林业研究所乌鲁木齐830000

以伊犁南部山区雪岭云杉风倒木为对象,研究了1.3、5、10、15、20 m树高处树轮圆盘样品的最大密度、最小密度、早材平均密度、晚材平均密度4种树轮密度年表,结合当地气象观测资料进行相关分析,研究树干不同高度树轮密度对气候要素的响应... 详细信息

以伊犁南部山区雪岭云杉风倒木为对象,研究了1.3、5、10、15、20 m树高处树轮圆盘样品的最大密度、最小密度、早材平均密度、晚材平均密度4种树轮密度年表,结合当地气象观测资料进行相关分析,研究树干不同高度树轮密度对气候要素的响应特征。结果表明:同一树高下4种密度参数在整体上表现出较高的相关性,其中10、15、20 m树高相对显著;不同树高处晚材平均密度的一致性相对较好;不同树高处树轮密度对气候要素的响应存在差异,15 m树高处最大密度、晚材平均密度对上年7-9月、当年5-9月平均气温具有较好的响应。因此,在1.3 m处采集雪岭云杉样本存在对气温响应估计偏低的可能。

关键词：树轮密度树高气候要素雪岭云杉天山

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古尔班通古特沙漠及周边区域冬季大气边界层高度对地表积雪的响应

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冰川冻土 2022年第5期44卷 1558-1569页

作者：张梦肖王豫买买提艾力·买买提依明刘永强高佳程肖婉秋温聪宋美琪艾力亚尔·艾海提王卫平孟湘尧新疆大学地理与遥感科学学院新疆乌鲁木齐830017 新疆大学新疆绿洲生态自治区重点实验室新疆乌鲁木齐830017 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所新疆乌鲁木齐830002 新疆塔克拉玛干沙漠气象国家野外科学观测研究站/新疆沙漠气象与沙尘暴重点实验室新疆乌鲁木齐830002 中国气象局塔克拉玛干沙漠气象野外科学试验基地/中国气象局树木年轮理化重点实验新疆乌鲁木齐830002

古尔班通古特沙漠是中国唯一冬季存在长期积雪的沙漠,在此特殊地理环境下,沙漠及周边区域冬季雪深和边界层高度的时空变化特征和相互关系尚未明确。本文利用1980—2019年SMMR(Scanning Multichannel Microwave Radiometer)、SSM/I(Speci... 详细信息

古尔班通古特沙漠是中国唯一冬季存在长期积雪的沙漠,在此特殊地理环境下,沙漠及周边区域冬季雪深和边界层高度的时空变化特征和相互关系尚未明确。本文利用1980—2019年SMMR(Scanning Multichannel Microwave Radiometer)、SSM/I(Special Sensor Microwave/Imager)、SSMI/S(Special Sensor Microwave Imager/Sounder)被动微波遥感雪深数据、古尔班通古特沙漠腹地雪深观测数据和ERA5再分析资料(the Fifth Generation ECMWF Reanalysis)边界层高度数据,分析了沙漠及周边区域冬季雪深和边界层高度的时空变化特征与相互关系。结果表明:古尔班通古特沙漠及周边区域冬季雪深年均值为8.45 cm,整体呈现东北部和南部积雪较深,其他区域积雪较浅并呈现出由沙漠中心区域向四周逐渐减少的特点,雪深在古尔班通古特沙漠及其东北、南边的邻近区域呈升高趋势,剩余地区呈下降趋势。古尔班通古特沙漠及周边区域冬季边界层高度年均值为105.54 m,呈现东南部和西北部高,中心沙漠区域、东北部、西南部较低的特点,边界层高度在沙漠及周边区域升高而其他区域降低。古尔班通古特沙漠的冬季雪深和大气边界层高度时空变化整体呈负相关,其中93.17%以上的沙漠区域呈负相关,平均相关系数为-0.32,最大相关系数绝对值为-0.58,空间相关系数为-0.42(P<0.05)。

关键词：古尔班通古特沙漠雪深大气边界层高度时空分布

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天山南北坡树轮稳定碳同位素对气候的响应对比

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生态学报 2021年

作者：秦莉尚华明张同文刘卫平张瑞波中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所新疆维吾尔自治区树木年轮生态重点实验室中国气象局树木年轮理化研究重点实验室新疆气象信息中心

利用采自天山南坡阿克苏河流域、天山北坡伊犁河流域和吉尔吉斯斯坦伊塞克湖流域的树木年轮样本，按照树轮稳定碳同位素研究步骤，分别建立了天山南坡和天山北坡各2条树轮稳定碳同位素去趋势序列(δ;C;)。采用相关函数和共线性分析揭示... 详细信息

利用采自天山南坡阿克苏河流域、天山北坡伊犁河流域和吉尔吉斯斯坦伊塞克湖流域的树木年轮样本，按照树轮稳定碳同位素研究步骤，分别建立了天山南坡和天山北坡各2条树轮稳定碳同位素去趋势序列(δ;C;)。采用相关函数和共线性分析揭示了天山南北坡树轮稳定碳同位素与各气候要素之间的关系。结果表明，天山南坡树轮稳定碳同位素与生长季降水、相对湿度显著负相关，而与温度没有明显的相关关系，表明影响天山南坡树轮碳稳定同位素分馏的主要气候因子是生长季水分状况，尤其是降水；天山北坡树轮稳定碳同位素与生长季尤其是夏季的平均气温、平均最高气温和饱和水汽压亏缺显著正相关，而与降水量、相对湿度显著负相关，表明影响天山北坡树轮稳定碳同位素分馏的气候因子可能较为复杂。进一步分析表明，夏季温度、降水和相对湿度共同调控着天山北坡雪岭云杉树轮碳稳定同位素分馏。

关键词：天山雪岭云杉(Picea schrenkiana Fisch. et Mey) 树木年轮稳定碳同位素气候响应

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基于不同树干高度树轮宽度的历史气候重建潜力研究

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地球环境学报 2023年第3期14卷 352-360,376页

作者：黄力平胡东宇刘可祥张瑞波喻树龙姜盛夏秦莉张同文新疆林业科学院现代林业研究所乌鲁木齐 830000 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所中国气象局树木年轮理化研究重点实验室新疆树木年轮生态实验室乌鲁木齐 830002

本研究利用新疆伊犁地区雪岭云杉不同树干高度树轮样本建立树轮宽度年表,并尝试使用该年表进行历史气候重建.相关分析表明,10 m树干高度树轮年表与当年6—7 月平均最低气温相关显著,相关系数可达 0.585(P＜0.001).利用 10 m树干高度树... 详细信息

本研究利用新疆伊犁地区雪岭云杉不同树干高度树轮样本建立树轮宽度年表,并尝试使用该年表进行历史气候重建.相关分析表明,10 m树干高度树轮年表与当年6—7 月平均最低气温相关显著,相关系数可达 0.585(P＜0.001).利用 10 m树干高度树轮标准化年表建立了研究区 1841—2014 年当年 6—7 月平均最低气温,重建方程稳定可靠.分析表明,重建序列出现了 5 个偏冷阶段和 4 个偏暖阶段.其中,1938—1965 年和 1866—1912 年分别是持续时间最长的偏冷和偏暖阶段.重建序列存在2.11 a、2.99—3.10 a、5.09 a、5.47 a、8.08 a、68.03 a的显著周期(P＜0.05).该重建序列的建立进一步证明了利用不同树干高度树轮年表开展气候重建的可能性.在野外采样环境允许的情况下,可以将树干更高处树轮样本纳入采样范围.

关键词：树木年轮雪岭云杉不同树高气候重建

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新疆伊犁南部山区树木径向生长对积雪变化的响应

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沙漠与绿洲气象 2022年第1期16卷 78-86页

作者：杨蕾秦莉刘可祥张同文张瑞波中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所中国气象局树木年轮理化研究重点实验室新疆树木年轮生态实验室新疆乌鲁木齐830002

根据伊犁南部山区10个采样点的树轮宽度年表与气象资料的相关普查,研究发现,伊犁南部山区树木径向生长整体与气温响应不显著,生长季之前的降水对雪岭云杉径向生长有重要影响,尤其是冬季积雪。树木径向生长与主要积雪参数呈显著正相关关... 详细信息

根据伊犁南部山区10个采样点的树轮宽度年表与气象资料的相关普查,研究发现,伊犁南部山区树木径向生长整体与气温响应不显著,生长季之前的降水对雪岭云杉径向生长有重要影响,尤其是冬季积雪。树木径向生长与主要积雪参数呈显著正相关关系。其中,伊犁地区西段QST、ZMC树轮年表与当年1、2月的最大积雪深度相关性最好,相关系数分别达到0.353(p<0.01,n=55)、0.393(p<0.01,n=55);在空间尺度上,树木径向生长对冬季降水和最大积雪深度的响应均表现出自西向东逐渐减弱的趋势。该研究从时空演变特征上分析了伊犁南部山区气候和积雪变化对树木径向生长的影响。

关键词：伊犁南部山区树木年轮积雪变化天山雪岭云杉(Picea schrenkiana Fisch.et Mey)

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新疆西北部萨吾尔山西伯利亚落叶松树轮宽度的气候响应特征

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沙漠与绿洲气象 2023年第5期17卷 10-18页

作者：尚华明范子昂张瑞波张同文张合理喻树龙秦莉魏文寿中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所/新疆树木年轮生态实验室/中国气象局树木年轮理化研究重点开放实验室新疆乌鲁木齐830002 新疆维吾尔自治区防雷减灾中心新疆乌鲁木齐830002

树木生长对气候变化的响应研究不仅能为全球变化背景下森林生态系统的响应提供关键参数,也是树轮气候学研究的基础。利用新疆西北部萨吾尔山南坡的西伯利亚落叶松树木年轮宽度资料,建立了不同海拔高度的4个树轮宽度年表,采用相关分析和... 详细信息

树木生长对气候变化的响应研究不仅能为全球变化背景下森林生态系统的响应提供关键参数,也是树轮气候学研究的基础。利用新疆西北部萨吾尔山南坡的西伯利亚落叶松树木年轮宽度资料,建立了不同海拔高度的4个树轮宽度年表,采用相关分析和冗余分析法分析了树轮年表特征及其对气候的响应特征。结果表明:(1)不同海拔西伯利亚落叶松树轮宽度年表均具有较高的敏感度和一致性,可能包含丰富的气候信息。树轮年表参数有较一致的规律性:平均敏感度、标准差和信噪比随海拔高度降低逐渐增大;反映树轮对环境要素响应滞后效应的一阶自相关系数随海拔高度降低而减小。(2)随着海拔高度的降低,树轮宽度年表与生长季5—9月气温的正相关逐渐减弱,直至变为负相关;与反映水分状况的气象要素(降水量、相对湿度和水汽压)由不显著相关变为显著正相关(P<0.01)。萨吾尔山南坡海拔2 000~2 100 m是西伯利亚落叶松树轮宽度对气候响应关系发生转折的关键高度。(3)位于下树线区域西伯利亚落叶松树轮宽度受年降水量(上年7月—当年6月)和当年生长季(5—9月)气温共同影响,具备开展区域干旱指数重建的潜力。

关键词：新疆萨吾尔山树木年轮西伯利亚落叶松气候响应

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