面向自然连续面群边线的协同化简方法     

张付兵  孙群  朱新铭  马京振 《地球信息科学学报》2022,24(4):631-642

自然连续面群边线化简是地形图中自然面状要素和地理国情普查数据中自然图斑自动制图综合的重要实施步骤。现有面要素边线化简算法大多以线化简算法为基础,未有效化简弯曲特征、保持面积平衡和满足图面视觉清晰性要求,且化简结果存在共享边界不一致、边线自相交和边线之间相交的拓扑问题。为此,结合自然连续面群表达特点和化简要求,本文提出一种面向自然连续面群边线的协同化简方法。首先将自然连续面群转换为拓扑数据结构组织,以待化简弧段及其相邻弧段为基础构建约束Delaunay三角网,标识化简区域;其次利用弧段双侧层次多叉树模型渐进式退化条带状弯曲、化简细小弯曲;最后自适应夸大狭窄“瓶颈”,实现边线的协同化简。以河南省某区域1:5万地形图中的植被与土质面要素进行化简实验,相较于对比方法,该方法能够有效保持自然连续面群边线化简前后的拓扑一致性、要素之间的面积平衡,充分化简目标尺度下的局部不清晰细节,化简结果精度高。  相似文献   

基于DEM小流域复杂网络的黄土高原地貌自动识别研究     

林偲蔚  陈楠  刘奇祺  贺卓文 《地球信息科学学报》2022,24(4):657-672

地貌识别,对于人类建设,地质构造研究,环境治理等相关领域都有着重要意义。传统的基于像素单元或面向对象的地貌识别方法存在局限性。由于流域小单元具有表面形态的完整性,在地貌演化中具有明确的地理意义,基于流域小单元的地貌识别成为了该领域的一个新热点。然而,基于传统地形因子的地貌识别方法使用的因子往往较为单一或者在地学描述上存在重复性,目前尚无针对流域小单元进行空间结构描述和拓扑关系特征量化的地貌识别研究。基于此,本文基于DEM进行水文分析并通过坡谱方法解决了小流域稳定面积难以确定的问题,在黄土高原样区提取了181个稳定小流域。根据复杂网络理论和地貌学原理提出了流域加权复杂网络的概念和相应的8个定量指标用于流域空间结构的模拟和量化描述。最后采用了基于决策树的XGBoost机器学习算法进行地貌识别,实验对于黄土高原主要地貌类型的识别显现出较好的效果,Kappa系数为86.00%,总体精度达到了88.33%。对于地貌形态特征明显的地貌,复杂网络方法其顾及空间结构和拓扑特征的特性导致了其较高的识别性能,精度和召回率都在90%~100%之间。通过与前人的研究进行对比,其识别结果亦呈现出较高的精度,这些都验证了流域加权复杂网络是一种基于流域小单元地貌识别的高精度且有效的方法。  相似文献   

遥感及再分析降水产品在缺资料干旱内陆盆地的适用性评估     

吕爱锋  亓珊珊 《地球信息科学学报》2022,24(9):1817-1834

山区降水较集中,但降水测站多位于山谷或人口密集区,代表性差。遥感和再分析降水产品能提供时空分布连续的数据,不受地形条件限制。柴达木盆地中心属干旱荒漠区,水是制约该区开发的首要条件,其四周属高寒山区,降水相对较多,但降水监测十分薄弱。为获取该区相对精确的降水时空分布信息,本文评估了4套高分辨率降水产品（CMADS、TRMM、GPM和MSWEP）的适用性。首先基于地面站点数据评估它们在不同时空尺度上的精度,并分析它们在柴达木盆地的空间分布和年内分配特征。然后,以盆地东南隅的无测站山区香日德河流域为研究区,利用降水产品驱动SWAT模型来评估它们的分布式水文模拟适用性。结果表明：① MSWEP在年、月尺度上与站点降水的吻合程度最高（R ≥ 0.79,PBIAS = 0.5%）,其次是GPM和TRMM,CMADS精度最低（R ≥ 0.64,PBIAS = 5.8%）;② 从降水精度与站点高程的关系来看,降水产品在相对低海拔区容易高估站点降水,而在相对高海拔区常低估实际降水;③ 在香日德河流域,MSWEP（NSE = 0.64）在基准期（2009—2012年）的径流模拟表现明显好于其它降水产品（NSE = 0.36~0.59）,变化期（2013—2016年）表现最好的是CMADS（NSE = 0.75,其余产品NSE = 0.53~0.68）。本研究可为缺资料干旱山区获取精确的降水时空信息和后续水资源的科学管理与规划提供重要支撑。  相似文献   

不同大气强迫作用下陆面模式CAS-LSM多年冻土活动层厚度模拟与不确定性研究     

李锐超  谢瑾博  谢正辉 《气候与环境研究》2021,26(1):31-44

冻土在气候系统中起重要作用,研究并揭示冻土时空变化对于增加陆气相互作用的理解具有重要意义。本研究利用包含土壤冻结融化界面动态变化的陆面过程模式CAS-LSM（Chinese Academy of Sciences Land Surface Model）,采用0.9°（纬度）×1.25°（经度）分辨率,结合4种大气强迫数据（全球土壤湿度项目强迫数据集GSWP3、美国国家大气研究中心/美国国家环境预报中心强迫数据集CRU-NCEP、普林斯顿全球强迫数据集Princeton、全球变化以及水文观测项目强迫数据集WFDEI）针对1960～2009年进行全球模拟,研究不同大气强迫作用下多年冻土活动层厚度变化趋势及其不确定性。通过与活动层厚度观测数据比较,陆面过程模式CAS-LSM模拟的活动层厚度与观测值比较接近。结果表明:在1960～2009年期间,不同大气强迫作用下多年冻土活动层厚度基本呈现增加的趋势,基于强迫数据WFDEI模拟的活动层厚度增加趋势最大。不同大气强迫数据模拟的活动层厚度区域平均和变化趋势范围为1.1～1.25 m和0.27～0.51 cm/a,相对变化的不确定性范围为11.2%～23.5%。其中青藏高原地区、北美地区、欧亚大陆北部地区的活动层厚度区域平均和变化趋势范围分别为2.26～2.81 m、1.07～1.31 m、1.32～1.48 m和0.47～1.0 4 cm/a、0.29～0.48 cm/a、0.25～0.55 cm/a。通过对地表温度以及气温的变化趋势分析表明:大气强迫数据中气温的差异是造成这些差异的主要原因。  相似文献   

Plant drought tolerance trait is the key parameter in improving the modeling of terrestrial transpiration in arid and semi-arid regions   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

Xintao Liu  Xingjie Lu  Shulei Zhang  Zhongwang Wei  Nan Wei  Shupeng Zhang  Hua Yuan  Wei Shangguan  Shaofeng Liu  Jianfeng Huang  Lu Li  Xiulan Ye  Jinxuan Zhou  Wenke Hu  Yongjiu Dai 《大气和海洋科学快报》2022,15(1):35-41

陆面过程蒸腾作用的模拟制约着天气,气候降水预测的精确度.近几十年来,为了更好地描述植被蒸腾的水力约束,陆面过程模式发展了基于植物性状的植物水力胁迫方案.然而,我们对于植物性状在蒸腾模拟中的地位仍然缺乏了解,植物性状对蒸腾的重要性仍需进一步量化.本研究利用Morris方法评估植物性状参数在通用陆面模式植物水力胁迫方案(CoLM-P₅₀HS)中的重要性,针对17种植物性状,筛选出最为重要的:耐旱性状(P₅₀),气孔性状,和光合作用性状.在12个FLUXNET站点中,参数的重要性由归一化敏感度来衡量.P₅₀的重要性随着降水的减少而增加,而气孔性状和光合作用性状的重要性则随着降水的减少而减少.在干旱或半干旱地区,P₅₀比气孔性状和光合作用性状更重要,这意味着当植物经常经历干旱时,水力安全策略比植物生长策略更关键.而耐旱性状的巨大变异性进一步暗示了多种植物水力安全策略的共存.忽视P₅₀的变异性可能会对陆面过程模式蒸腾作用的模拟造成严重误差.因此,为了更好地表示植物水力功能的变异性,需要增加对耐旱性状的观测并耦合到陆面模式中.  相似文献   

近60年来中国主要流域极端降水演变特征   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

江洁  周天军  张文霞 《大气科学》2022,46(3):707-724

在全球增暖背景下,中国极端降水事件及洪涝、干旱等次生灾害近年来频发,严重影响生态系统、人民的生产生活和社会经济发展。本文基于气候变化检测和指数专家组（ETCCDI）定义的10个降水指数,利用中国台站日降水资料,系统分析了1961～2017年中国及九大流域片降水变化情况,并利用空间场显著性检验考察不同降水指数的显著变化是否与外强迫作用有关。结果表明,各降水指数的变化具有区域性特征。整体而言,全国范围内平均降水、降水强度、极端强降水和连续性强降水呈增强趋势的台站数多于呈减弱趋势的台站数,呈显著增强趋势的台站占比不可能仅由气候系统内部变率引起,还受到外强迫的影响。此外,中国大部分站点连续干旱日数（CDD）减少,观测中CDD呈显著减弱趋势的台站占比也与外强迫作用有关。九大流域片中,内陆河片能够观测到平均降水、降水强度、极端强降水和连续性强降水的增多以及连续干旱日数的减少,有洪涝灾害增多的风险,且上述变化可归因为外强迫的作用。长江流域片、东南诸河片和珠海流域片平均降水、极端强降水和连续性强降水均增强,其中强降水的变化与外强迫作用有关。西南诸河片极端强降水增强,但大部分站点CDD呈增加趋势,有干旱增加的风险。黄河流域片、海河流域片、淮河流域片及松辽河流域片的大部分站点及区域平均结果中,降水指数多无显著变化趋势。增暖背景下,不同流域片呈现出不同的降水变化特征,将面临不同的气候灾害风险。  相似文献   

朔黄铁路水害特征及雨量警戒阈值研究     

张娣  曲晓黎  张中杰  张金满  王洁  尤琦 《干旱气象》2022,(4):677-682

利用2017—2019年朔黄铁路水害记录及其沿线40个气象观测站的逐5 min降水量资料,分析水害及降水分布特征,统计连续降水量、1 h最大降水量和24 h降水量3个降水因子,应用均值-标准差法和极大值法,制定平原和山区路段铁路水害的无警戒、出巡警戒、限速警戒、封锁警戒雨量阈值。结果表明:朔黄铁路水害主要发生在7—8月,水害发生时降水的持续时间多在48 h以内;引发铁路水害的降水类型主要为局地暴雨、短时强降水、连续性降水,平原路段铁路水害主要由局地暴雨引发,山区路段主要诱因是连续性降水;平原路段出巡警戒准确率达88.5%,空报率为11.5%,限速警戒准确率达100%,山区路段出巡警戒准确率达88.9%,空报率为11.1%,针对平原和山区铁路路段制定的雨量警戒阈值,可为铁路安全行车和高效调度提供参考依据。  相似文献   

21世纪黑河流域降水统计降尺度及预估北大核心CSCD          下载免费PDF全文

苏海锋  戴新刚  熊喆  延晓冬 《气候与环境研究》2022,27(5):591-603

借助第五阶段国际耦合模式比较计划(CMIP5)多模式集合数据、欧洲中期预报中心再分析资料及黑河流域站点观测记录等,检验了模式降水估计偏差,设计了3种降尺度方法,对2011~2100年模式集合预估降水做了降尺度偏差订正。结果表明,即使去掉模式气候飘移,在黑河流域的模拟或估计降水偏差依然较大。本文选用15个CMIP5模式集合做降水预估。依据贝叶斯模式平均(BMA)和多元线性回归(MLR)构造降尺度模型,其因子有700 hPa位势高度场、经向风和比湿等。检验表明,两种降尺度模型各有优缺点,BMA降尺度降水平均值精度较高,但方差和相关系数较低;MLR的方差和相关系数均较高,但在黑河下游极端干旱区或少雨季节易出现“负降水”偏差。在降尺度模型中加入模式降水因子后,BMA的降水方差和相关系数均有明显提高,MLR的负降水问题得到一定程度抑制。BMA模型在黑河上游最优,MLR在中、下游及整个流域最优。因此,选用BMA和MLR对RCP4.5情景下2011~2100年的降水预估做降尺度偏差订正,结果表明,经BMA和MLR降尺度后预估的整个黑河流域降水呈下降趋势,相对于1971~2000年参考期,流域前期(2011~2040年)、中期(2041~2070年)、后期(2071~2100年)降水下降率依次为−9.7%、−12.5、−12.1%,即前、中期降水明显减少,后期变化不大。其中上游降水有一个弱的增加趋势,其变化率依次为1.4%、1.6%、2.3%;中游降水呈明显减少趋势,其变化率依次为−16.3%、−21.4%、−22.6%;下游降水前期减少,中、后期明显增加,其变化率依次为−13.0%、4.2%、21.4%。该预估结果表明,随着全球气候暖化,黑河上游祁连山区降水会缓慢增加,但中游农耕区降水明显减少,流域水资源供需矛盾可能会进一步加剧。因此,黑河流域未来的分水方案及相关的生态、农业、经济等发展规划需要据此做一些调整,以适应未来气候和黑河流域水资源的可能变化。  相似文献   

再分析资料和陆面数据同化资料土壤湿度产品在中国北方地区的适用性评估          下载免费PDF全文

刘维成  徐丽丽  朱姜韬  段伯隆  孙义  郑涛 《大气科学学报》2022,45(4):616-629

土壤湿度是地球系统模拟的重要参数之一,准确获得其时空分布和变化特征是研究陆-气相互作用的基础。再分析资料和陆面数据同化资料均可提供全球或区域高分辨率土壤湿度产品,但在使用前需要对其进行评估分析。利用土壤湿度观测数据,计算ERA5、ERA5-Land、NCEP-DOE R2、CRA40再分析资料和GLDAS-Noah、GLDAS-CLSM、CLDAS陆面数据同化资料土壤湿度产品与观测数据的中位数、模拟偏差、相关系数等统计指标,并分季节和气候区讨论不同土壤湿度产品在中国北方地区的模拟效果。结果表明:整体来看,CRA40与观测值的相关性最好,ERA5和ERA5-Land分别对干中心、湿中心模拟效果更好,GLDAS-Noah对于较干土壤地区模拟略偏湿,CLDAS对较湿土壤地区模拟结果以系统性偏干为主,NCEP-DOE R2和GLDAS-CLSM模拟效果较差;ERA5、ERA5-Land、NCEP-DOE R2、GLDAS-Noah和CLDAS在所有季节均为模拟正偏差,春季模拟效果较好的是CRA40、ERA5-Land,夏季和秋季ERA5-Land、ERA5和CRA40与观测值相关性较好,不同产品模拟的冬季土壤湿度和观测值相关性是全年中最小的;不同土壤湿度产品在干旱区以模拟偏湿为主,GLDAS-Noah模拟效果最佳,但模拟土壤湿度峰值和谷值的出现时间较观测较早,GLDAS-Noah、CRA40、ERA5能较好模拟季风区干、湿土壤的持续时段和土壤湿度变化振幅,大部分产品能模拟出夏季风影响过渡区较干土壤和较湿土壤的出现时间。  相似文献   

北京小海陀山区雪面温度预报模型研究     

李琛  吴进  郭文利  金晨曦  齐晨 《干旱气象》2021,39(4):687-696

基于2019年10月至2020年3月北京市延庆小海陀山区高海拔站点二海坨站和低海拔站点长虫沟站逐时气象观测数据,分析小海陀山区雪面温度演变特征及其与气象因子的相关性。采用BP神经网络及逐步回归方法建立该地区两站的雪温预报模型并进行效果检验。结果表明:(1)小海陀山区积雪时段雪温逐小时变化幅度较气温更显著,雪温与气温及总辐射呈明显正相关,气温及总辐射是影响雪温变化的主要因子;(2)基于神经网络方法建立的雪温预报模型效果优于逐步回归方法建立的雪温预报模型,模型效果低海拔站点优于高海拔站点,夜间优于白天;(3)区分白天与夜间的分时段建模方案更适用于低海拔站点。  相似文献