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过去2000年3个典型暖期北半球季风降水的模拟研究

第四纪研究 2021年第2期41卷 510-521页

作者：戴张奇刘健孙炜毅易慧郁南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室/江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点/江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京师范大学地理科学学院江苏南京210023 江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室南京师范大学数学科学学院江苏南京210023 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋-气候-同位素模拟开放工作室山东青岛266237

理解北半球季风降水在暖期的变化特点及其对外强迫的响应对现代社会经济发展至关重要。文章基于通用地球系统模式(CESM)过去2000年气候模拟试验结果和气候同化资料(LMR),探究罗马暖期、中世纪气候异常期和现代暖期北半球季风降水的特征... 详细信息

理解北半球季风降水在暖期的变化特点及其对外强迫的响应对现代社会经济发展至关重要。文章基于通用地球系统模式(CESM)过去2000年气候模拟试验结果和气候同化资料(LMR),探究罗马暖期、中世纪气候异常期和现代暖期北半球季风降水的特征及其成因机制。结果表明:在这3个典型暖期中,北半球季风降水都呈现增加的趋势,其降水异常场的空间分布是相似的,但是3个暖期的季风降水强度截然不同,罗马暖期和中世纪气候异常期降水强度相似,而现代暖期季风降水强度明显强于前两个暖期,其降水异常值约为前两个暖期的1.2倍。3个暖期的降水增多均由热力作用主导,其中罗马暖期和中世纪气候异常期主要受到太阳辐射增强而引起的热力作用增强的影响,火山活动微弱导致的动力作用增强也有一定的贡献;而在现代暖期,太阳辐射和火山活动对于热力、动力的贡献与前两个暖期相似,但是温室气体增多引起热力、动力作用显著增强,从而导致现代暖期总的热力、动力作用都明显高于前两个暖期。

关键词：北半球季风降水罗马暖期中世纪气候异常期现代暖期热力动力过程

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红壤氮转化对土壤水分变化的响应

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浙江农林大学学报 2021年第5期38卷 896-905页

作者：但小倩陈招兄程谊蔡祖聪张金波南京师范大学地理科学学院江苏南京210023 南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室江苏南京210023 南京师范大学江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心江苏南京210023 南京师范大学江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点江苏南京210023

[目的]土壤水分变化会影响微生物介导的氮转化。探明土壤氮初级转化速率,反映土壤内部氮素动态变化,探索氮转化对土壤水分变化的响应机制。[方法]采用^(15)N成对标记技术,利用数值优化模型,量化不同水分条件(最大持水量的20%、60%、80%... 详细信息

[目的]土壤水分变化会影响微生物介导的氮转化。探明土壤氮初级转化速率,反映土壤内部氮素动态变化,探索氮转化对土壤水分变化的响应机制。[方法]采用^(15)N成对标记技术,利用数值优化模型,量化不同水分条件(最大持水量的20%、60%、80%、100%)下,有机氮矿化、铵态氮(NH_(4)^(+))微生物同化、自养硝化、异养硝化和硝态氮(NO_(3)^(-))消耗等主要氮转化过程的初级转化速率。[结果]土壤不同氮转化过程对水分变化的响应不同。随土壤含水量上升(从最大持水量的20%升至100%),土壤中易分解有机氮库初级矿化速率(M_(Nlab))从1.757 mg·kg^(-1)·d^(-1)增加到2.598 mg·kg^(-1)·d^(-1),难分解有机氮库初级矿化速率(M_(Nrec))变化不显著,总初级矿化速率(M,即M_(Nlab)和M_(Nrec))显著上升。初级自养硝化速率(ONH_(4))随土壤含水量增加而增加,在最大持水量为100%时达到最大值(0.266 mg·kg^(-1)·d^(-1));初级异养硝化速率(O_(Nrec))随土壤含水量增加先上升后下降,在最大持水量为60%时达到最大值(0.115 mg·kg^(-1)·d^(-1));土壤在最大持水量为80%和100%时ONH_(4)显著大于O_(Nrec),总初级硝化速率(N,即ONH_(4)和O_(Nrec))随土壤含水量增加而增大。总初级NH_(4)^(+)微生物同化速率(INH_(4))随土壤含水量增加线性上升,土壤在最大持水量的100%时达到最大值(1.941 mg·kg^(-1)·d^(-1));初级NO_(3)^(-)消耗速率(C_(NO_(3)))在最大持水量的80%和100%时明显增加,总无机氮消耗速率(I_(NH_(4))和C_(NO_(3)))随土壤含水量增加显著增大,并在最大持水量的80%时超过总氮初级矿化速率。因此,随含水量增加土壤氮净矿化速率先上升到最大值,然后迅速下降为负值。[结论]红壤不同无机氮产生和消耗过程对水分变化的响应不同;适当增加土壤含水量可提高红壤氮素的可利用性。

关键词：土壤水分变化氮初级转化速率红壤 15N示踪技术

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过去千年3个特征时期东亚冬夏季风关系的模拟研究

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第四纪研究 2021年第2期41卷 536-549页

作者：朱信国严蜜宁亮刘健南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室/江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点/江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京师范大学地理科学学院江苏南京210023 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋-气候-同位素模拟开放工作室山东青岛266237 中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室陕西西安710061 江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室南京师范大学数学科学学院江苏南京210023

使用美国大气研究中心开展的过去千年集合模拟试验(Community Earth System Model-Last Millennium Ensemble,简称CESM-LME)数据,对过去千年(公元850~2005年)3个重要的特征时期——中世纪气候异常期、小冰期和现代暖期的东亚冬、夏季风... 详细信息

使用美国大气研究中心开展的过去千年集合模拟试验(Community Earth System Model-Last Millennium Ensemble,简称CESM-LME)数据,对过去千年(公元850~2005年)3个重要的特征时期——中世纪气候异常期、小冰期和现代暖期的东亚冬、夏季风关系,尤其是年代-多年代尺度上的关系进行了对比研究。结果表明:在年代和多年代尺度上,由自然外强迫主导的中世纪气候异常期和小冰期及人类活动主导的现代暖期,东亚冬、夏季风均呈负位相变化形势,但影响二者关系的机制在3个时期并不相同。研究发现,太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,简称PDO)可能是造成前两个特征时期东亚冬、夏季风反位相变化的主要原因,大西洋多年代际振荡(Atlantic Multidecadal Oscillation,简称AMO)的作用相对较小。现代暖期AMO的作用有所加强,与PDO的作用相当,同时夏季风环流对PDO和AMO的响应较前两个时期强,且响应特征有所不同,这可能与人类活动有较大关系。另外在人类活动作用下,季风指数的定义方法可能会对季风关系的研究结果产生影响,这是未来预估研究中需要留意的地方。

关键词：东亚夏季风东亚冬季风特征时期过去千年

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过去2000年典型暖期北半球温度变化特征及成因分析

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第四纪研究 2021年第2期41卷 497-509页

作者：易慧郁刘健孙炜毅戴张奇严蜜宁亮南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室/江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点/江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京师范大学地理科学学院江苏南京210023 江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室南京师范大学数学科学学院江苏南京210023 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋-气候-同位素模拟开放工作室山东青岛266237 中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室陕西西安710061

过去2000年包含了罗马暖期(Roman Warm Period,简称RWP)、中世纪气候异常期(Medieval Climate Anomaly,简称MCA)和现代暖期(Present Warm Period,简称PWP)这3个典型暖期,前人对罗马暖期的关注相对较少。为了更好地对比自然暖期和叠加了... 详细信息

过去2000年包含了罗马暖期(Roman Warm Period,简称RWP)、中世纪气候异常期(Medieval Climate Anomaly,简称MCA)和现代暖期(Present Warm Period,简称PWP)这3个典型暖期,前人对罗马暖期的关注相对较少。为了更好地对比自然暖期和叠加了人类活动的暖期的温度变化特征及成因,文章利用通用地球系统模式(Community Earth System Model,简称CESM)的过去2000年气候模拟试验资料,在与重建资料和同化资料(Last Millennium Reanalysis,简称LMR)进行对比验证的基础上,对这3个典型暖期北半球的温度变化特征和成因机制进行了初步探讨。结果表明:CESM的全强迫试验能很好地模拟出重建资料与LMR所反映的两个自然暖期(RWP和MCA)以及PWP,PWP相较于RWP和MCA北半球增温幅度明显更大。通过对比单因子敏感性试验结果发现,RWP时期主要受土地覆盖变化的影响,同时太阳活动、火山活动强迫对地表增温有一定调节作用;而MCA时期的火山活动频率相比RWP时期更小,且太阳活动稳定,此时土地覆盖的调节作用相比RWP时期减弱;PWP时期在温室气体强迫驱动下,地表温度增加显著,其贡献远超过火山活动、太阳活动两个外强迫因子,此时土地利用/覆盖强迫对增温显示出负向影响,同时北极涛动增强,进一步加剧PWP时期的增温。

关键词：过去2000年气候模拟典型暖期温度变化成因机制

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川西甘孜藏族自治州1961—2015年日照时数变化特征分析

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地球环境学报 2021年第6期12卷 641-653页

作者：崔海涛常直杨张志刚何亮王建南京师范大学地理科学学院南京210023 南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室南京210023 江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023 南京晓庄学院旅游与社会管理学院南京211171 国家气象中心北京100081

甘孜藏族自治州(简称甘孜州)位于青藏高原东南缘,是一个气候敏感区和环境脆弱区。利用多年气象数据探讨该区气候变化趋势对研究区环境保护、灾害防治和发展规划有重要意义。本文基于1961—2015年甘孜州11个气象站点的日照时数、气温、... 详细信息

甘孜藏族自治州(简称甘孜州)位于青藏高原东南缘,是一个气候敏感区和环境脆弱区。利用多年气象数据探讨该区气候变化趋势对研究区环境保护、灾害防治和发展规划有重要意义。本文基于1961—2015年甘孜州11个气象站点的日照时数、气温、降水、相对湿度和风速数据,通过一元线性回归、5 a滑动平均、累计距平、Mann-Kendall(M-K)突变检验和样条函数插值分析方法,研究该地区年际、季度的日照时数时空变化特征以及与其他气候因子之间的关系。研究结果表明:(1)平均日照时数在年际和季度尺度上呈减少趋势,减少速率分别为25 h·(10a)^(-1)(年际)、6.4 h·(10a)^(-1)(春季)、6.8 h·(10a)^(-1)(夏季)、6.9 h·(10a)^(-1)(秋季)、6.3 h·(10a)^(-1)(冬季)。(2)空间分布上,德格的西部地区日照时数减少最快,而乡城县等极少数地区出现日照时数增加的趋势。(3)年际日照时数在1989年发生突变,在季节尺度上春季、夏季、冬季发生突变的年份分别为1989年、1991年和1994年,秋季突变不明显。(4)日照时数与气温、降水量、相对湿度均呈负相关关系,相关系数分别为-0.2、-0.6、-0.5;日照时数与风速呈显著正相关关系,相关系数为0.6。本研究可为甘孜州地区1961—2015年的气候变化提供数据支持。

关键词：甘孜藏族自治州日照时数时空变化特征趋势系数气候因子

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全息高精度导航地图:概念及理论模型

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地球信息科学学报 2020年第4期22卷 760-771页

作者：余卓渊闾国年张夕宁贾远信周成虎葛咏吕可晶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 中国科学院大学北京100049 南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室南京210023 江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023

本文提出了全息高精度导航地图的概念,它融合了多源数据,尤其是电磁传感器、声音传感器、热红外仪等传感器数据,从更多角度为导航提供信息。在此概念基础上,提出了一种融合多源数据的全息高精度导航地图理论模型框架,该框架包含4个步骤... 详细信息

本文提出了全息高精度导航地图的概念,它融合了多源数据,尤其是电磁传感器、声音传感器、热红外仪等传感器数据,从更多角度为导航提供信息。在此概念基础上,提出了一种融合多源数据的全息高精度导航地图理论模型框架,该框架包含4个步骤:①全息道路数据采集,包含道路三维彩色激光点云、遥感影像、无人机航拍倾斜测量数据、摄像头图像、热红外图像、声场信号、电磁场信号;②道路静态信息提取,从上述采集信息提取和标记得到,如车道线、路坎、栏杆、路牌、路灯、隧道等,作为无人驾驶车辆规划基础路线和车辆位置定位的数据基础;③道路动态信息提取,从上述采集信息提取和标记得到,如离前后车辆的距离、前方有无行人、道路施工护栏、泛在信息等,作为检测无人驾驶车辆周围的实时道路环境和规划无人驾驶车辆行驶路线的依据;④动、静态信息融合:融合道路静态信息和道路动态信息,丰富道路信息,提高道路线精度,提高全息高精度导航地图更新的效率,为导航和无人驾驶车辆提供地图服务。

关键词：导航地图全息地图高精度导航地图多源数据采集声光电磁数据道路静态信息道路动态信息信息融合

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不同利用方式红壤反硝化势和气态产物排放特征

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土壤 2020年第2期52卷 348-355页

作者： NANANG Zulkarnaen 程谊张金波南京师范大学地理科学学院南京210023 江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023 南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室南京210023

采用厌氧培养-乙炔抑制法测定了4种不同利用方式红壤的反硝化势和气态产物N2O和N2的排放速率。结果表明,不同利用方式红壤反硝化势和N2O和N2的排放速率差异明显,土壤反硝化势强弱顺序依次为:竹林>茶园>林地>旱地。反硝化势与... 详细信息

采用厌氧培养-乙炔抑制法测定了4种不同利用方式红壤的反硝化势和气态产物N2O和N2的排放速率。结果表明,不同利用方式红壤反硝化势和N2O和N2的排放速率差异明显,土壤反硝化势强弱顺序依次为:竹林>茶园>林地>旱地。反硝化势与土壤有机碳(P<0.05)、厌氧培养期间土壤CO2累积排放量(P<0.01)、nirS基因丰度(P<0.05)和nirK基因丰度(P<0.05)呈显著正相关关系。逐步回归分析结果表明,CO2累积排放量表征的易矿化碳是造成不同利用方式红壤反硝化势差异的主要原因,可以解释反硝化势变化的66%(P<0.01)。不同利用方式红壤N2O和N2排放速率差异明显,旱地红壤N2O和N2排放速率均最低,表明土壤pH的提升并没有增加旱地红壤的反硝化损失风险和N2O排放速率。土壤易矿化有机碳含量也是影响不同利用方式红壤N2O和N2排放速率的主要因素。反硝化功能基因nirS、nirK和nosZ的丰度均与CO2累积排放量呈显著正相关关系,进一步支持了土壤易矿化有机碳含量是影响不同利用方式红壤反硝化势和气态产物排放的主要因子。土壤pH是影响不同利用方式红壤反硝化气态产物N2/N2O的主要因素,但是pH影响红壤N2/N2O的微生物机制仍需要进一步研究。

关键词：酸红壤反硝化势 N2O排放速率 N2排放速率利用方式

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地下水渗流场可视化方法与应用研究

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计算机工程与科学 2020年第5期42卷 835-842页

作者：何亮郜沐晨陈锁忠齐慧虚拟地理环境教育部重点实验室(南京师范大学) 江苏南京210023 江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点江苏南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心江苏南京210023

渗流场是反映地下水位与运移时空动态特征的有效形式,水位红线是对地下水开采严格管控的重要指标。从地下水渗流的流线绘制、流速计算、流场种子点与终止点选择、流线追踪4个方面论述了孔隙地下水渗流场可视化算法,设计了一种新的种子... 详细信息

渗流场是反映地下水位与运移时空动态特征的有效形式,水位红线是对地下水开采严格管控的重要指标。从地下水渗流的流线绘制、流速计算、流场种子点与终止点选择、流线追踪4个方面论述了孔隙地下水渗流场可视化算法,设计了一种新的种子点布局方法表征地下水渗流场,采用改进的EULER方法实现流线的可视化表达。并将地下水渗流场空间分异性和水位红线进行融合与叠加分析,基于地下水渗流场从2D的视角揭示地下水的开采强度与超采程度的空间分布特征,自动圈定地下水超限采的区域范围。可为地下水的合理开采方案与地质管理保护措施的制定提供空间辅助决策支持。

关键词：地下水渗流场可视化水位红线管理

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基于MCR模型的城市生态安全格局构建——以甘肃省平凉市为例

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南京师大学报（自然科学版） 2021年第3期44卷 54-62页

作者：张艺璇位宏那嘉明欧维新蓝菁卢秀南京师范大学地理科学学院江苏南京210023 虚拟地理环境教育部重点实验室(南京师范大学) 江苏南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心江苏南京210023 江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点江苏南京210023 南京农业大学土地管理学院江苏南京210095 农村土地资源利用与整治国家地方联合工程研究中心江苏南京210095

城市生态安全格局的建立对于引导城市空间扩展及维护区域生态过程的健康和稳定意义重大.以西部城市平凉为例,基于最小累计阻力(minimal cumulative resistance,MCR)模型及地理信息空间分析方法,结合土地利用数据,通过水土流失敏感性、... 详细信息

城市生态安全格局的建立对于引导城市空间扩展及维护区域生态过程的健康和稳定意义重大.以西部城市平凉为例,基于最小累计阻力(minimal cumulative resistance,MCR)模型及地理信息空间分析方法,结合土地利用数据,通过水土流失敏感性、生物多样性维护功能、水源涵养功能及水土保持功能4个综合指标划分生态源地,并从自然因素、经济因素和社会因素3个方面筛选了海拔、坡度、土地利用等8个约束条件构建阻力面,运用MCR模型提取生态廊道及生态节点,构建生态安全格局并提出优化保护建议.结果表明:平凉市生态源地面积为1049.38 km^(2),占总面积的9.44%,空间上呈现出一定的集聚分布状态;MCR模型共识别出16条主要生态廊道、25条次要生态廊道及34个生态节点,构成了平凉市的生态安全格局基本框架;构建了研究区"两屏、五廊、三区、多点"的生态安全格局.研究成果期望能为西部地区市域的国土空间整治及生态安全优化提供参考案例.

关键词：生态安全格局最小累积阻力模型生态源地生态阻力面平凉市

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石笋灰度和同位素对末次冰期气候事件的响应

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自然资源学报 2020年第12期35卷 3064-3075页

作者：王萌陈仕涛黄琬淳蔡雯沁龚清霖梁怡佳王先锋汪永进南京师范大学地理科学学院虚拟地理环境教育部重点实验室南京210023 江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023 南京师范大学海洋科学与工程学院南京210023 南洋理工大学新加坡地球观测研究所新加坡639798

对石笋多指标的研究有利于全面理解季风气候事件的变化特征和机制。以湖北永兴洞YX55石笋为研究对象,通过高精度U/Th定年和多指标分析重建了65~35 ka B.P.石笋灰度和稳定同位素的变化序列。在65~40 ka B.P.时段,石笋灰度、δ13C与δ18O... 详细信息

对石笋多指标的研究有利于全面理解季风气候事件的变化特征和机制。以湖北永兴洞YX55石笋为研究对象,通过高精度U/Th定年和多指标分析重建了65~35 ka B.P.石笋灰度和稳定同位素的变化序列。在65~40 ka B.P.时段,石笋灰度、δ13C与δ18O都呈现出数个千年至亚千年尺度的变化,但δ13C变化幅度比δ18O小得多。这说明灰度和δ13C这类代表局域气候的指标,都响应于δ18O指示的Heinrich(H)事件和Dansgaard-Oeschger(DO)旋回,但响应的程度各不相同。H4期间,石笋δ13C和灰度呈现不一致变化:δ13C不像在其他H事件一样小幅振荡,而是大幅正偏(相当于其他H事件2~3倍);灰度则显示出和DO旋回一致的特征。这种δ13C/灰度与δ18O异常响应关系可能的机制是:H4期间季风强度急剧减弱,使得洞穴上覆土壤覆盖率大幅降低,从而削弱或阻止了土壤-岩溶系统的过滤能力,使石笋中杂质含量异常增加。

关键词：突变事件灰度同位素亚洲季风

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