检索结果-内蒙古大学图书馆

地理学报 2023年第5期78卷 1176-1191页

作者：兰云飞龚道溢孟梦北京师范大学地理科学学部灾害风险科学研究院北京100875 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 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875

本文基于北极涛动(AO)指数、植被净初级生产力(NPP)和气象数据,利用回归分析、合成分析等方法定量分析了1981—2018年印缅地区植被NPP与AO的联系,结果表明:①印缅地区冬季NPP与同期AO存在明显的同位相变化,对应冬季AO指数偏高(低)一倍... 详细信息

本文基于北极涛动(AO)指数、植被净初级生产力(NPP)和气象数据,利用回归分析、合成分析等方法定量分析了1981—2018年印缅地区植被NPP与AO的联系,结果表明:①印缅地区冬季NPP与同期AO存在明显的同位相变化,对应冬季AO指数偏高(低)一倍标准差,区域平均NPP显著增加(减少)6.50 gC·m^(-2),最大增量(减少量)为20.60 gC·m^(-2),AO与NPP时间序列的相关系数达0.57;②AO主要通过波列影响印缅地区的大气环流,进而影响其降水,造成NPP的异常。伴随AO偏强正(负)位相时,一支沿副热带急流东传的Rossby波在孟加拉湾—印缅地区对流层中低层为气旋(反气旋)环流异常,造成南支槽偏强(弱),槽前西南气流水汽输送偏强(弱),同时伴随槽前上升运动偏强(弱),均利于印缅地区降水偏多(少),对应冬季AO指数偏高(低)一倍标准差,降水均显著增加,分辨率较高的ERA5和GPCC降水显著增加(减少)12.00 mm以上,AO异常年份的降水合成,其值超过90.00 mm,区域平均降水与AO指数的相关系数达0.50以上(p<0.01)。伴随1.00 mm的降水增加(减少),NPP增加(减少)超过10.10 gC·m^(-2),二者时间序列的相关系数超过0.40(p<0.01)。

关键词：植被NPP 北极涛动印缅地区降水异常冬季

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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

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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

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基于经验正交分解的中国日降水随机事件集构建

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热带地理 2025年第4期45卷 589-604页

作者：杨一飞方伟华郑金丽付婧瑄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灾害风险科学研究院北京100875

历史降水数据是评估干旱和洪水等灾害风险的基础,但是历史数据无法涵盖未来更极端的降水情况,而目前大范围格网单元的随机降水生成方法尚不完善。为此,文章旨在基于历史降水信息生成具有空间相关性的随机降水,以提升灾害风险评估的可靠... 详细信息

历史降水数据是评估干旱和洪水等灾害风险的基础,但是历史数据无法涵盖未来更极端的降水情况,而目前大范围格网单元的随机降水生成方法尚不完善。为此,文章旨在基于历史降水信息生成具有空间相关性的随机降水,以提升灾害风险评估的可靠性。基于经验正交分解以及主成分系数概率拟合等方法,探索了中国0.1°格网尺度日降水随机事件集的生成方法和技术流程。首先,基于经验正交分解方法,对中国1961-2022年共62年逐日降水数据进行分解,对于年内任意一天均形成62个空间模态及对应的模态系数;其次,利用多种概率分布函数对各日的模态系数进行概率分布拟合,并为每日选择出一个最优拟合函数;然后,基于各日模态系数概率分布,并选择历史模态系数的最大值、最小值的2倍作为阈值上下边界范围,进行多年的日降水情景蒙特卡洛抽样;最后,利用每日62个空间模态及随机模态系数,生成各年逐日随机降水事件集。为比较历史降水、随机降水特征的一致性和差异性,模拟生成5000个年份的日降水事件,并用最大值、平均值、标准差、典型重现期降水、空间相关性5个统计特征值进行对比分析。结果显示:1)随机降水较好地保留了历史降水的强度-概率特征,在格网尺度上二者平均值差异<0.9 mm几乎可以忽略,10、20和50 a一遇降水强度差异均<15%,二者标准差的差异均<8%。2)随机降水有效地扩展了年最大值上限,在差异最大的网格上,随机降水最大值比历史降水提高了36%。3)随机降水较好地保留了空间相关性特征,中国所有格网的逐日莫兰指数和皮尔逊相关系数,最小值也分别>0.96和0.95。基于经验正交分解的中国日降水随机事件集,可为后续量化灾害风险评估提供良好的降水数据基础。

关键词：日降水经验正交分解随机事件模拟时空相关性

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SAR卫星影像洪水检测研究进展及展望

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地球信息科学学报 2023年第10期25卷 1933-1953页

作者：高寒新陈波孙洪泉田玉刚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师范大学地理科学学部北京100875 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 应急管理部-国家自然灾害防治研究院北京100085 中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院武汉430078

雷达卫星能够穿透云雾,全天时、全天候获取洪涝灾害期间地面的水体信息,被广泛应用于洪水检测。本文从合成孔径雷达(SAR)卫星数据源、洪水检测方法、辅助信息在洪水检测中的应用、精度评价、SAR洪水检测的挑战与发展方向六个方面,总结... 详细信息

雷达卫星能够穿透云雾,全天时、全天候获取洪涝灾害期间地面的水体信息,被广泛应用于洪水检测。本文从合成孔径雷达(SAR)卫星数据源、洪水检测方法、辅助信息在洪水检测中的应用、精度评价、SAR洪水检测的挑战与发展方向六个方面,总结分析了国内外SAR影像洪水检测领域的研究进展。首先重点梳理了基于阈值分割、分类器和变化检测等洪水检测方法,发现阈值法计算速度快、应用广泛,分类器法可以充分发挥主观性和客观性,变化检测法可有效限制过度检测与影像几何误差。接着分析了光学遥感影像、地形、纹理、水文、土地覆盖/利用等辅助信息在洪水检测中的应用,发现SAR影像结合辅助数据进行洪水检测成为研究热点。然后综合洪水遥感检测的应用需求和SAR水体信息提取技术发展历程,分析了洪水检测在影像数据源、预处理、检测算法及精度验证等方面面临的挑战及原因,总结出目前SAR洪水检测的发展方向:即SAR洪水检测辅助信息的广泛应用、同一SAR影像洪水的差异化识别和基于SAR影像的洪水概率制图等。

关键词： SAR 洪水检测阈值法变化检测辅助信息洪水概率图后向散射洪水风险

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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

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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

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新时代自然灾害态势感知的实践与方法探索

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地理学报 2023年第3期78卷 548-557页

作者：程昌秀裴韬刘瑜杜云艳沈石江净超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生态环境国家重点实验室北京100875 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 北京大学遥感与地理信息系统研究所北京100871 杭州电子科技大学自动化学院杭州310018

随着人类世的到来,“常态化”的极端天气与自然灾害成为人类生存面临的首要问题。大数据智能化的技术驱动、大科学(计划)的学科基础、全球化治理与应对的需求牵引,共同构成了新时代自然灾害研究的主旋律。论文提出自然灾害态势感知的概... 详细信息

随着人类世的到来,“常态化”的极端天气与自然灾害成为人类生存面临的首要问题。大数据智能化的技术驱动、大科学(计划)的学科基础、全球化治理与应对的需求牵引,共同构成了新时代自然灾害研究的主旋律。论文提出自然灾害态势感知的概念,并结合新时代背景提出洞悉“态”、预测“势”两个不同层次的感知。在洞悉“态”方面,论文辨析了传统灾害观测与大数据态势感知的区别和联系;并以社交媒体、手机信令、视频监控等为例,梳理了大数据在台风、洪涝、地震、极端高温等灾害态势理解中的研究与实践。在预测“势”方面,论文总结了系列大数据观测—机器学习—机理模型整合的方法,并以城市洪涝事件演进模拟为例进行说明;在区域或全球尺度,提出应在大科学(计划)统一定义的未来情境下开展跨领域综合态势的感知与预测,并服务于区域的可持续发展;特别是利用人地耦合模型,感知灾害对社会经济的级联影响和远程效应,用以消除和解决非传统安全的威胁。最后,建议国家成立相关研究机构推进灾害大数据的共享和应用,开展灾害灾情标准知识库、训练库的建设;建议进一步推进机理模型、大数据、机器学习的整合与应用,推进自然灾害人地系统的耦合,提升中国自然灾害的社会治理与决策支持能力。

关键词：自然灾害态势感知大数据机器学习人地系统耦合

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ERA5-Land强降水极值位置不确定性的统计分析

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地理科学 2024年第10期44卷 1849-1859页

作者：王子晴董雪晨龚道溢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 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灾害风险科学研究院北京100875

利用中国1981—2019年5—9月665个台站的观测资料以及全球降水观测计划(Global Precipitation Measurement,GPM)反演的降水格点资料,针对东部地区97个台站224个强降水事件(日降水量超过250 mm),统计了0.1°空间分辨率的ERA5-Land再... 详细信息

利用中国1981—2019年5—9月665个台站的观测资料以及全球降水观测计划(Global Precipitation Measurement,GPM)反演的降水格点资料,针对东部地区97个台站224个强降水事件(日降水量超过250 mm),统计了0.1°空间分辨率的ERA5-Land再分析资料中降水极值位置和降水量的偏差。结果表明:①在以台站为中心的9×9网格的矩形区域内存在强降水极值中心的个例有123个(占总个例数的54.9%),其落点位于站点所在网格及相邻网格的有45个(占比36.6%),偏离的距离在4个网格之内的则达到119个(占比96.7%),即落点偏差绝大多数在40 km内。从方位上看,主要的偏离方位是偏北(占比30.1%),这证明了模拟强降水极值中心的落点偏差大多数没有超出中尺度的范围,且普遍偏北;② GPM反演降水中约35%个例的站点位于强降水极值中心所在网格或相邻网格内,存在极值中心的68场强降水对应的ERA5-Land极值中心偏差主要集中在4个网格范围内(占比94.1%),且主要偏北(占比31.7%);③如果考虑强降水极值中心位置的偏差对降水进行订正,则能够减少ERA5-Land降水量偏差37.7 mm(12.6%),这证明了考虑强降水位置偏差,能够在考虑模拟强降水强度偏弱的同时,进一步减少预报误差。强降水极值位置的不确定性,对于极端降水事件的风险及预警范围有参考意义。

关键词：强降水位置偏差 ERA5-Land 中国

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青藏高原城市扩展过程的区位因素——基于随机森林的多尺度分析

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生态学报 2023年第17期43卷 6983-6998页

作者：毛诚瑞任强李磊何春阳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 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

过去几十年,青藏高原快速的城市扩展过程给生态环境带来了严重威胁。区位因素会影响城市扩展的空间格局,进而改变其对区域生态环境的影响。因此,认识青藏高原城市扩展过程的区位因素特征对于保护区域生态环境具有重要意义。在全区、生... 详细信息

过去几十年,青藏高原快速的城市扩展过程给生态环境带来了严重威胁。区位因素会影响城市扩展的空间格局,进而改变其对区域生态环境的影响。因此,认识青藏高原城市扩展过程的区位因素特征对于保护区域生态环境具有重要意义。在全区、生物群区和生态区3个尺度上分析了区位因素对青藏高原城市扩展过程的影响。基于长时间序列城市土地数据分析青藏高原城市扩展过程。利用随机森林模型分析青藏高原城市扩展区位因素特征。研究表明,青藏高原在1990-2020年期间经历了快速的城市扩展过程。全区城市土地面积从277.4 km^(2)增加到974.9 km^(2),增长了2.5倍。对青藏高原城市扩展影响最大的区位因素高程对城市扩展的重要性不断下降。与之相对,铁路因素的重要性迅速上升,其重要性从2.15%增长到10.56%,增加了3.9倍。然而,铁路建设在促进青藏高原城市发展的同时,也会对区域内近三成的濒危物种产生影响。因此,在青藏高原未来城市发展过程中,既要重视铁路对城市扩展带动作用,也要注意减少铁路对区域生物多样性的影响,进而促进高原的可持续发展。

关键词：青藏高原区位因素随机森林城市扩展生物多样性

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