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文檔簡介
1、近些年,氣候變化不斷突顯,全球變暖、大氣環(huán)流異常、極端氣候頻繁,世界各國對(duì)此十分關(guān)注與重視。黑龍江省是東北地區(qū)和全國氣候變暖最大地區(qū),極端天氣不斷增多,災(zāi)害繁發(fā)。因此,對(duì)氣候變化分析、評(píng)價(jià)與監(jiān)測工作手段和效率提出了更高要求,地理信息系統(tǒng)(GIS)等空間信息技術(shù)在氣候資源時(shí)空變異研究中的應(yīng)用越來越廣泛和深入。
GIS是“3S技術(shù)”(遙感RS、全球定位系統(tǒng)GPS和地理信息系統(tǒng)GIS)的核心,以GIS為支撐的空間信息技術(shù)在氣候要
2、素插值和氣候變化分析中應(yīng)用研究不斷深入。為了探索黑龍江省氣候變化的區(qū)域特征和規(guī)律,本文以GIS技術(shù)和地統(tǒng)計(jì)分析為支撐,將旬氣候要素?cái)?shù)據(jù)作為基礎(chǔ),通過相關(guān)模型對(duì)來自全省氣象站點(diǎn)的氣候資源數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ),將插值得到的區(qū)域氣候要素空間表面數(shù)據(jù)存貯在數(shù)據(jù)庫中,利用站點(diǎn)數(shù)據(jù)和插值結(jié)果分析了全省氣候資源時(shí)空變異規(guī)律。研究成果對(duì)于區(qū)域氣候要素插補(bǔ)方法選擇、氣候資源數(shù)據(jù)庫建設(shè)、區(qū)域氣候變化分析與監(jiān)測、提高區(qū)域氣候變化和氣候要素空間變異分析手段、完善農(nóng)業(yè)信
3、息化內(nèi)容和手段、開發(fā)利用區(qū)域資源和農(nóng)業(yè)發(fā)展決策等方面具有重要意義。具體研究成果如下:
1.氣候要素?cái)?shù)據(jù)的空間插補(bǔ)與計(jì)算。本文以ArcGIS為支撐,80個(gè)氣象站點(diǎn)觀測的1997-2006年10年的氣候要素?cái)?shù)據(jù)為插值樣本,考慮區(qū)域地面高程(DEM)、坡向、森林覆蓋率、土地利用覆被等因素的影響,采用協(xié)同克里格(Cokriging)、徑向基(RBF,Radial Basis
Functions)等方法,對(duì)全省旬氣候要
4、素如氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)、蒸發(fā)量等進(jìn)行空間插值,得到它們?nèi)》秶鷥?nèi)1kmx1km所有單元較高精度的空間表面數(shù)據(jù),其中36個(gè)旬降水量插值結(jié)果均誤差、平均標(biāo)準(zhǔn)差和均方根標(biāo)準(zhǔn)差的平均值分別為-0.007mm、-0.015和1.011,表明所用插值方法對(duì)于氣候要素的插值是一種適當(dāng)、可信的方法。進(jìn)而通過地圖代數(shù)方法(柵格疊加)得到相應(yīng)氣候要素月、年時(shí)間序列空間分布數(shù)據(jù)。
2.氣候要素空間數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建。將插補(bǔ)得到的氣候要素及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)
5、行整理,以ArcGISGeodatabase模型為支撐,在AreCatolog環(huán)境下,建立了集旬、月和年時(shí)間序列的氣溫、降水量、積溫、溫潤指數(shù)、地溫、蒸發(fā)量等氣候要素以及土地利用區(qū)域、行政區(qū)劃、氣象站點(diǎn)等柵格數(shù)據(jù)集(Raster Datasets)、矢量要素集(Feature Datasets)于一體的氣候要素空間數(shù)據(jù)庫。
3.氣候要素時(shí)空變異分析。通過氣候要素的時(shí)空變異分析,得出全省主要?dú)夂蛞氐臅r(shí)空變化規(guī)律如下:
6、> 1)近10a來,旬平均氣溫有波動(dòng)。從空間上看,東南部和東部地區(qū)變化較小,其它地區(qū)變化較大;從時(shí)間上看,11-13、12-14、19-21旬的平均氣溫有平穩(wěn)下降趨勢,15-17、26-28和27-29旬的平均氣溫有平穩(wěn)升高趨勢;7月份平均氣溫有稍許下降趨勢,9和11月的平均氣溫稍有上升趨勢,5-9月平均氣溫升高約1.0℃,平原地區(qū)升溫幅度大于山地丘陵區(qū)。氣象站年平均氣溫移動(dòng)變化以2.9℃為均值在2.5-3.3℃之間,略有升高和波
7、動(dòng)跡象,但無明顯上升趨勢。與多年平均氣溫相比,也無明顯升高。春夏之交一些旬期平均氣溫變化率降低趨穩(wěn),夏秋之交一些旬期平均氣溫變化率升高,表明實(shí)際物候有向后延遲的跡象。
2)旬降水量及其波動(dòng)在時(shí)間上呈中間大、兩頭小的分布特征;月降水量也呈中間大、兩頭小,但其波動(dòng)卻是中間小、兩頭大;年降水量基本是以小興安嶺和張廣才嶺地區(qū)為最大,向周邊逐步減少,且以向大慶、齊齊哈爾方向遞減最快,其它方向遞減較慢。原來多年降水量較大的峰值區(qū)域降水
8、量減少,地區(qū)間降水量較差減小。全省插值和計(jì)算的年降水量為524.6mm,與歷史數(shù)據(jù)相比減少幅度約為60mm。小興安嶺和張廣才嶺一帶降水量相對(duì)較大,松嫩平原西部和大興安嶺西麓相對(duì)較小,地區(qū)間降水量分布不均。
3)13-27旬濕潤指數(shù)在平原地區(qū)波動(dòng)變異較大,山地丘陵地區(qū)變異較小。齊齊哈爾變異最大,牡丹江變異最小。7月份波動(dòng)變化最小,最大在春季的5月份。
4)13-27旬的積溫在山地丘陵地區(qū)和松嫩平原地區(qū)變異較大,
9、三江平原地區(qū)變異較小。松嫩平原和三江平原這兩大平原之間的積溫變異存在較明顯的差別。大興安嶺、伊春、齊齊哈爾等地、市旬積溫波動(dòng)變異較大,七臺(tái)河、佳木斯等市波動(dòng)變異較小。山地丘陵地區(qū)的地、市年積溫相對(duì)較低,而位于平原地區(qū)和東南部地區(qū)相對(duì)較高。七臺(tái)河、雞西、佳木斯、雙鴨山等市≥0℃年積溫波動(dòng)變異較小,大興安嶺、伊春、齊齊哈爾等地、市波動(dòng)變異較大;七臺(tái)河、佳木斯、雞西等市≥10℃年積溫波動(dòng)變異較小,大興安嶺、伊春、齊齊哈爾、綏化等地、市波動(dòng)變異
10、較大。
創(chuàng)新點(diǎn):1)首次利用協(xié)同克里格(Cokriging)方法,建立黑龍江省氣候要素與高程(DEM)、坡向、森林覆蓋率等因素間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系,對(duì)降水量、蒸發(fā)量、日照時(shí)數(shù)等氣候要素進(jìn)行空間插值?;贏rcGIS對(duì)氣溫、降水、積溫、濕潤指數(shù)等氣候要素進(jìn)行分析,得到它們的區(qū)域空間變異規(guī)律;2)在計(jì)算旬濕潤指數(shù)過程中,深入研究了多種濕潤指數(shù)計(jì)算的模型,參考了適合本論文研究的模型--德·馬東(de Martonne)月濕潤指數(shù)模型Id
11、M=P/(T+10)(P為月降水量,T為月平均氣溫),吸收該模型用降水量與氣溫間關(guān)系反映濕潤程度的思想,并通過相關(guān)分析尋找模型I=P/(T+a)(P為旬降水量,T為旬平均氣溫,a為常數(shù))計(jì)算結(jié)果同P/E(P為旬降水量,E為旬蒸發(fā)量)間的關(guān)系,從而建立適合計(jì)算黑龍江省旬濕潤指數(shù)的公式IYFH=P/(T+5)(P為旬降水量,T為旬平均氣溫)。用新創(chuàng)建的模型計(jì)算旬濕潤指數(shù),收到很好的效果;3)氣候要素空間插值主要按旬進(jìn)行,插值出旬平均氣溫、降
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