检索结果-内蒙古大学图书馆

地球科学进展 2024年第5期39卷 454-465页

作者：谢经纬刘海龙郑伟鹏林鹏飞马金峰李逸文于子棚于江风白佳慧中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 崂山实验室山东青岛266237 中国地质大学(北京) 北京100830 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

全球海洋环流模式是地球系统数值模拟的关键组成部分,在气候预估和海洋环境预报中扮演着至关重要的角色。系统回顾了全球海洋环流模式的发展历程,并综述了该领域近年来的重要科技进展,涵盖了动力框架、物理过程参数化以及软硬件环境配... 详细信息

全球海洋环流模式是地球系统数值模拟的关键组成部分,在气候预估和海洋环境预报中扮演着至关重要的角色。系统回顾了全球海洋环流模式的发展历程,并综述了该领域近年来的重要科技进展,涵盖了动力框架、物理过程参数化以及软硬件环境配置三大核心内容。在动力框架方面,主要探讨了水平离散方法、垂直坐标方案以及变分辨率技术的最新发展;在物理过程方面,重点关注了中尺度、亚中尺度和边界层混合参数化的进展;在软硬件配置方面,讨论了异构计算架构和人工智能在该领域的应用现状与前景。特别介绍了我国自主研发的全球海洋环流模式LICOM的进展。基于该领域的发展趋势,为我国全面推进完全自主的全球海洋环流模式的研发战略和长远规划提出了建议。

关键词：全球海洋环流模式动力框架物理过程参数化高分辨率

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东北黑土区生态系统服务权衡与协同

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生态学报 2024年第21期44卷 9504-9519页

作者：王世豪徐新良黄麟师华定谷庆宝刘寒冰中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京100012 生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心北京100012 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 中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101

东北黑土区作为我国最大的商品粮基地,土地退化问题日趋严峻,严重影响了生产—生态功能的协同发展。采用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)、降水贮存量法、修正的通用土壤流失方程(Revised Universal Soil Loss Equation,RUSLE)... 详细信息

东北黑土区作为我国最大的商品粮基地,土地退化问题日趋严峻,严重影响了生产—生态功能的协同发展。采用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)、降水贮存量法、修正的通用土壤流失方程(Revised Universal Soil Loss Equation,RUSLE)和修正的风蚀方程(Revised Wind Erosion Equation,RWEQ)量化了东北黑土区供给、水源涵养、土壤保持和防风固沙4种关键生态系统服务并分析了其时空演化特征,采用残差分析法厘定了气候变化与人类活动因素对供给服务的贡献率,从栅格尺度和县域尺度刻画了不同地区、不同主导驱动因素下生态系统服务间的权衡与协同特征。结果显示:(1)近20年东北黑土区供给、水源涵养和防风固沙服务量总体上小幅提升,县域数量分别占96.6%、76.9%和75.4%,其中内蒙古东部和黑龙江的供给服务量、黑龙江和吉林的水源涵养量以及辽宁的防风固沙量增势明显。土壤保持量总体上小幅下降,县域数量占60.7%,特别是吉林下降趋势最明显。(2)东北黑土区供给服务变化主要受气候变化与人类活动的共同促进作用。人类活动是主导驱动因素,总体贡献率为62.65%,县域数量占76.6%。(3)东北黑土区供给与水源涵养、防风固沙之间主要表现为协同关系,约有88.67%和77.14%的县域表现为协同,而供给与土壤保持之间主要表现为权衡关系,县域数量占比为68.25%,人类活动因素加重了各服务之间的权衡作用。研究有助于明晰东北黑土区生态系统服务的主要矛盾,科学合理、有针对性的制定生态保护修复相关政策,对提升东北生态功能以及保障国家粮食安全具有重要意义。

关键词：生态系统服务驱动因素权衡与协同东北黑土区

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基于可解释机器学习的青藏高原草地物候变化多因素影响分析

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环境科学 2024年第6期45卷 3375-3388页

作者：刘慧文刘欢胡鹏彭辉王硕中国海洋大学环境科学与工程学院青岛266100 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038 中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室青岛266100 中国海洋大学海洋环境地质工程山东省重点实验室青岛266100

气候变化背景下,青藏高原植被物候发生显著改变.然而,影响物候的水热因素众多,目前较少有研究关注多因素对青藏高原物候的影响效应,导致对青藏高原物候变化机制认识不足.为此,研究通过遥感数据解译,在对2002~2021年青藏高原草地物候时... 详细信息

气候变化背景下,青藏高原植被物候发生显著改变.然而,影响物候的水热因素众多,目前较少有研究关注多因素对青藏高原物候的影响效应,导致对青藏高原物候变化机制认识不足.为此,研究通过遥感数据解译,在对2002~2021年青藏高原草地物候时空变化特征分析的基础上,聚焦降水、气温、海拔和土壤等多方面,利用可解释机器学习方法(SHAP)揭示物候变化的主导因素,并量化分析多因素对物候的交互影响.结果表明:①青藏高原分别有56.32%、67.65%和65.50%的草地表现出生长季开始时间(SOS)提前、生长季结束时间(EOS)延迟和生长季长度(LOS)延长趋势;②青藏高原草地SOS和LOS主要受水分条件影响,3月0~10 cm土壤水分对SOS提前和LOS延长起促进作用的范围分别在10~25 kg·m^(-2)和15~25 kg·m^(-2)之间,峰值分别在20 kg·m^(-2)和18 kg·m^(-2)左右;EOS则主要受温度影响,9月和10月温度越高对EOS延迟促进作用越强,并分别在高于8℃和-0.5℃时达到峰值;③水热等因素对物候的影响存在非线性交互效应,3月0~10 cm土壤水分达到20 kg·m^(-2)后,更有利于低降水和低海拔地区SOS提前;10月温度高于0℃后较好的水分条件更有利于EOS延迟;3月0~10 cm土壤水分在12~22 kg·m^(-2)之间时,高降水地区LOS更长.研究表明,可解释机器学习方法可为物候变化的多因素影响定量分析提供一种新的方法.

关键词：青藏高原草地物候时空变化极限梯度提升(XGBoost) SHAP 交互影响

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基于二次分解和乌鸦搜索算法优化组合模型的超短期风速预测

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太阳能学报 2024年第3期45卷 73-82页

作者：邱文智张文煜郭振海赵晶马可可郑州大学计算机与人工智能学院郑州450052 郑州大学地球科学与技术学院郑州450052 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029

针对风速的波动性和随机性等特点,提出一种基于二次分解和乌鸦搜索算法优化组合模型的超短期风速预测方法。该方法的基本思路是构造基于变分模态分解、样本熵和奇异谱分析的二次分解的方法,将原始风速序列分解为不同的子序列,并对这些... 详细信息

针对风速的波动性和随机性等特点,提出一种基于二次分解和乌鸦搜索算法优化组合模型的超短期风速预测方法。该方法的基本思路是构造基于变分模态分解、样本熵和奇异谱分析的二次分解的方法,将原始风速序列分解为不同的子序列,并对这些子序列分别建立预测模型,最后重构。对变分模态分解的子序列建立基于长短时记忆网络的深度学习模型预测,而残差序列进行二次分解后的子序列建立乌鸦搜索算法优化的组合预测模型预测。最后,对子序列进行重构并得到最终的预测结果。使用实际的风速观测资料开展模拟实验,结果表明:在3个风电场中,所提模型与其他模型相比平均相对误差分别提升了30.07%、37.56%和37.40%,验证了混合模型在超短期风速预测中的有效性和稳定性,以及在不同数据集上的泛化性能。

关键词：风速预测长短时记忆二次分解乌鸦搜索算法组合预测模型

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全球地表气温对CO_(2)浓度变化的非对称响应:能量平衡模式研究

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地球科学进展 2024年第6期39卷 632-646页

作者：屈侠黄刚中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心北京100029 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029

气候系统属性可影响二氧化碳(CO_(2))浓度变化背景下全球地表气温演变的非对称性,但目前仍不清楚哪些属性的贡献相对关键。因第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)试验样本不足,基于45个CMIP6模式数据,逐一构建了快速、再现能力理想的两... 详细信息

气候系统属性可影响二氧化碳(CO_(2))浓度变化背景下全球地表气温演变的非对称性,但目前仍不清楚哪些属性的贡献相对关键。因第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)试验样本不足,基于45个CMIP6模式数据,逐一构建了快速、再现能力理想的两层能量模型,共开展了391组试验。该模型试验结果显示,在对称的CO_(2)浓度上升和下降演变下,平衡气候响应、深海热容量和海表—深海热传输系数对全球地表气温演变的非对称性起主要贡献,它们主要通过改变CO_(2)浓度下降期全球地表气温达峰后的降温速度来实现。因此,加深对气候系统平衡气候响应、深海热容量和海表—深海热传输系数的理解,有助于更科学地实现巴黎协定目标。

关键词：全球地表气温非对称响应 CO_(2)浓度变化

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苏州市初夏臭氧污染成因及年际变化

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环境科学 2024年第3期45卷 1392-1401页

作者：吴也正张鑫顾钧缪青魏恒熊宇杨倩吴斌沈文渊马强苏州市环境监测站苏州215000 江苏省环境保护空气复合污染物监测重点实验室苏州215000 生态环境部环境规划院大气环境规划研究所北京100041 北京大学环境科学与工程学院环境模拟与污染控制国家重点实验室北京100871 江苏省苏州环境监测中心苏州215000

以2017~2021年的5~6月苏州市城区站点的大气污染物浓度为研究对象,分析了臭氧(O_(3))、氮氧化物(NO_(x))、总氧化剂(O_(x))、一氧化碳(CO)和挥发性有机物(VOCs)等污染物的变化特征,利用基于观测的模型(OBM)研究了O_(3)污染成因及其年际... 详细信息

以2017~2021年的5~6月苏州市城区站点的大气污染物浓度为研究对象,分析了臭氧(O_(3))、氮氧化物(NO_(x))、总氧化剂(O_(x))、一氧化碳(CO)和挥发性有机物(VOCs)等污染物的变化特征,利用基于观测的模型(OBM)研究了O_(3)污染成因及其年际变化,解析了环境空气VOCs的主要来源及其变化趋势.结果表明:(1)近年来苏州O_(x)平均体积分数以及NO_(x)和CO平均浓度整体呈下降趋势,但VOCs的体积分数整体呈上升趋势;O_(3)污染天光化学反应前体物浓度水平仍较高,且显著高于优良天.(2)近年来苏州O_(3)生成处于VOCs控制区;苏州市VOCs和NO_(x)长期减排比例应不低于5∶1,在VOCs控制方面应注重对芳香烃和烯烃的减排.(3)源解析结果显示,工业排放、汽油车尾气和柴油机尾气是苏州市VOCs的主要排放源;近年来工业排放源和溶剂使用源有所下降,但汽油车尾气源和油气挥发源贡献率上升明显,且上述两类污染源排放VOCs的O_(3)生成潜势较高.(4)综合分析各排放源对O_(3)生成潜势的贡献发现,溶剂使用源和汽油车尾气源的VOCs排放是影响苏州市O_(3)生成的关键因素.

关键词：臭氧 O_(3)-NO_(x)-VOCs敏感性源解析基于观测的模型(OBM) 苏州市

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GRIST模式全球0.125度基线配置的中期降水预报性能分析

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大气科学 2024年第5期48卷 1916-1936页

作者：王一鸣李晓涵张祎原韦华周逸辉李建航天宏图信息技术股份有限公司2035未来实验室北京100195 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 南京信息工程大学北京研究院北京100094 中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟与应用重点实验室北京100029

利用国内自主研发的全球-区域一体化预测系统(GRIST)0.125度天气预报模式配置开展了中期天气预报试验,通过与ERA5再分析数据、卫星观测数据(Global Precipitation Measurement, GPM)和成熟的业务全球数值天气预报模式结果进行比较评估... 详细信息

利用国内自主研发的全球-区域一体化预测系统(GRIST)0.125度天气预报模式配置开展了中期天气预报试验,通过与ERA5再分析数据、卫星观测数据(Global Precipitation Measurement, GPM)和成熟的业务全球数值天气预报模式结果进行比较评估了该系统基线配置下的降水预报性能,并探索了模式对不同动力配置的敏感性。结果表明,冷启动下的GRIST模式能较好地模拟全球500 hPa环流场,其对500 hPa位势高度异常相关系数(ACC500)的预报性能和美国国家环境预测中心(NCEP)的全球预报系统(GFS)较为接近。降水方面,GRIST能够再现和观测一致的全球平均降水的空间分布。随着积分时间增加,模式在赤道辐合带和青藏高原南坡附近相比于NCEP-GFS出现了稍高的系统性降水湿偏差。基于降水强度和频次的分析表明,这种湿偏差很可能源于GRIST模式对这些区域降水频次的高估。针对全球6个降水关键区,考察了模式的强度-频次谱结构和日变化特征。GRIST对“较强降水”强度-频次结构的模拟能力优于NCEP-GFS,且对降水日循环的总体模拟较好,但部分地区存在对降水峰值的略微高估和提前。GRIST静力和非静力动力内核在0.125度分辨率的降水预报统计特征具有较高一致性。垂直60层较30层在环流和降水的模拟上均有一定增益效果。

关键词：数值模式中期预报降水评估

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海洋环流模式的并行I/O优化研究

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计算机工程与应用 2024年第17期60卷 263-271页

作者：李云龙祝子杰孟祥飞朱小谦林鹏飞刘海龙李庚国家超级计算天津中心天津300457 国防科技大学气象海洋学院长沙410073 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100000

极端气象日益加剧,严重影响人类的生产生活。如何有效应对未来极端环境变化,更关乎国际竞争。因此,发展高精度高分辨率的地球系统模式推动气候变化研究至关重要。随着模式精度和分辨率的不断提高,I/O性能已成为制约模式计算效率和可扩... 详细信息

极端气象日益加剧,严重影响人类的生产生活。如何有效应对未来极端环境变化,更关乎国际竞争。因此,发展高精度高分辨率的地球系统模式推动气候变化研究至关重要。随着模式精度和分辨率的不断提高,I/O性能已成为制约模式计算效率和可扩展性的瓶颈。选取典型的海洋环流模式LICOM3作为研究对象,基于天河HPC系统,详细测试和分析了模式的I/O逻辑过程,发现在3K进程规模下I/O可占整体运行时间一半以上,是限制模式计算性能的关键因素。为此,设计并实现了主要输出过程的MPI-IO并行优化方案,显著提升了模式运行效率,基本解决了模式I/O瓶颈。测试结果表明,MPI-IO并行优化方案将输出时间占比从48.58%降到2.44%,将输出带宽提升到6.21 GB/s,约是原程序的14倍。此外,进一步分析了影响并行I/O性能的因素,以期为相关工作提供参考和指导。

关键词：并行I/O优化海洋环流模式 MPI-IO

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脉冲压缩在铝薄板电磁超声导波检测中的应用

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航空学报 2022年第3期43卷 509-520页

作者：石文泽程进杰胡硕臻卢超陈尧南昌航空大学无损检测教育部重点实验室南昌330063 中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 赣南师范大学江西省数值模拟与仿真技术重点实验室赣州341000

针对电磁超声换能器(EMAT)换能效率低导致超声回波信噪比(SNR)差这一问题,基于相位编码脉冲压缩技术,讨论了匹配滤波器及旁瓣抑制滤波器的设计及其在电磁超声检测中的实现。选用典型二相编码信号-巴克码作为激励信号,分析了不同码长、... 详细信息

针对电磁超声换能器(EMAT)换能效率低导致超声回波信噪比(SNR)差这一问题,基于相位编码脉冲压缩技术,讨论了匹配滤波器及旁瓣抑制滤波器的设计及其在电磁超声检测中的实现。选用典型二相编码信号-巴克码作为激励信号,分析了不同码长、载波周期数的巴克码信号对电磁超声导波检测脉冲压缩效果的影响,并研究了旁瓣抑制算法的效果。以含人工预制裂纹的7075航空铝合金薄板为检测对象,选用SH;模态电磁超声导波换能器对比了单频正弦信号激励方式与巴克码脉冲压缩技术获得的缺陷回波信号信噪比。结果表明,采用巴克码脉冲压缩后超声回波的信噪比较单频正弦激励方式至少提高了7.2 dB,且巴克码脉冲压缩技术能探测出单频正弦激励方式而不能可靠检出的小裂纹(长×宽×深为10.0 mm×1.0 mm×0.25 mm)。将相位编码压缩技术应用于电磁超声导波检测,可达到增加EMAT提离和减小同步平均次数的目的,能满足在线快速检测的需求。

关键词：铝合金 EMAT SH 导波巴克码脉冲压缩

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地下水污染源解析方法研究进展

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地质通报 2024年第1期43卷 153-162页

作者：冉泽宇贾永锋姜永海史浙明尚长健臧永歌陈帆廉新颖中国环境科学研究院/环境基准与风险评估国家重点实验室北京100012 中国地质大学(北京)水资源与环境学院北京100083 中国环境科学研究院/国家环境保护地下水污染模拟与控制重点实验室北京100012 中国核电工程有限公司北京100840

地下水污染具有隐蔽性,污染过程缓慢且难以治理,近年来中国高度重视地下水环境保护工作,作为支撑“以防为主”保护理念的地下水污染源解析技术研究已成为地下水污染防治领域的研究热点。介绍了国内外地下水污染源解析方面的主要技术方法... 详细信息

地下水污染具有隐蔽性,污染过程缓慢且难以治理,近年来中国高度重视地下水环境保护工作,作为支撑“以防为主”保护理念的地下水污染源解析技术研究已成为地下水污染防治领域的研究热点。介绍了国内外地下水污染源解析方面的主要技术方法,包括同位素法、荧光光谱法、地质统计学法、主成分分析法、正定矩阵因子分析模型、自组织映射技术6种常用方法的基本原理及在地下水污染识别领域的应用和研究动态,总结了这些方法的优缺点与适用性,并就上述方法在地下水污染研究中的应用前景和发展趋势进行了展望。

关键词：地下水污染源解析同位素法正定矩阵因子分析模型自组织映射技术

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