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基于UMAP与HDBSCAN的北京市极端暴雨时空动态分布规律研究
徐淑高, 王纤阳, 蒋卫威, 鱼京善, 刘源, 周桂欢
, doi:10.12202/j.0476-0301.2022303
摘要:
极端暴雨具有历时短、雨强大、破坏性强等特点,是引发城市内涝的主要原因之一,探究其时空动态分布规律有助于提高城市内涝风险精细化管理水平.本文以北京市2004-2016年308个气象站点的降雨资料为研究样本,利用UMAP降维算法和HDBSCAN聚类算法构建了各类极端暴雨事件的时空动态分布模型,首次提取了北京市全域4类极端暴雨模式 :1)模式一:暴雨集中在主城区,并围绕主城区缓慢移动;2)模式二:暴雨从西南山区途经主城区,向东北方向移动;3)模式三:暴雨自西部山区向主城区西北部扩散,最后向主城区北部方向移动;4)模式四:暴雨从西部山区途经主城区向东移动.研究结果表明:北京市极端暴雨的主要类型为短历时降雨过程,暴雨中心在空间上均存在从西向东移动的趋势.其中,主城区、东南山区以及南部平原地区面临相对更高的极端暴雨风险.各类极端暴雨的模式特征物理机制明确,其重构特征可以充分表征实际暴雨事件特性.研究成果可为北京市降雨设计、城市内涝风险管理等工作提供一定的参考.
用于提高康普顿相机探测效率的新型环状吸收体几何设计
杨皓, 袁子泉, 薛东阳, 江建勇
, doi:10.12202/j.0476-0301.2022248
摘要:
康普顿相机成像技术在许多领域都有重要应用.通过Geant4蒙特卡罗模拟和实验,本文提出了一种新型高灵敏度环状吸收体结构康普顿相机,并对比了该结构康普顿相机与传统双层面结构康普顿相机的探测效率和角度分辨率.模拟中,双层面结构康普顿相机散射体和吸收体均包含8×8的Ce:Gd3(Al, Ga)5O12(GAGG)闪烁体探测器.散射体探测器单元尺寸为1×1×0.5 cm3,吸收体探测单元尺寸为1×1×1 cm3.新型环状吸收体结构康普顿相机散射体与双层面结构康普顿相机散射体相同,吸收体探测器单元分布在一个内半径5.15 cm,外半径约7.39 cm的环状结构上,总探测单元数与双层面结构康普顿相机吸收体探测器数相同,每个探测器单元尺寸为1×1×1 cm3.模拟和实验结果显示,在角度分辨率相当甚至更优的情况下,新型环状吸收体结构康普顿相机的探测效率显著优于双层面结构康普顿相机,当散射体和吸收体距离>11.4 cm时,探测效率提高幅度超过1倍.
西北地区碳排放的驱动因素与脱钩效应研究
滕王滕菲, 冯套柱, 郭道燕
, doi:10.12202/j.0476-0301.2022278
摘要:
西北地区经济快速增长的需求与“双碳”目标的矛盾是其亟待解决的重要难题.文章选取西北地区2011—2019年的数据,采用碳排放系数法核算能源消费碳排放,并运用对数平均迪氏指数(LMDI)方法,研究了能源结构、能源强度、经济产出和人口规模对碳排放水平的影响;构建Tapio脱钩模型,对碳排放与经济发展的脱钩指数进行测度,并分析了碳排放与经济发展的脱钩关系.研究表明:(1)陕西省是西北地区碳排放量最大的省份,其次是新疆、甘肃、宁夏和青海.(2)经济产出和人口规模会促进碳排放,与经济产出相比人口规模对碳排放的影响较小;能源强度会促进碳减排;能源结构对碳排放的作用存在两面性.(3)碳排放总量、碳排放强度、人均碳排放与经济发展的脱钩关系均有向强脱钩转变的趋势;陕西、甘肃、新疆和青海的碳排放总量、碳排放强度、人均碳排放与经济发展实现了强脱钩.研究结果丰富了碳排放驱动因素与脱钩效应的相关研究,为西北地区协调区域经济发展和削减碳排放提供了针对性的政策建议.
基于天文台址条件提升LAMOST-Kepler/K2巡天项目的预研究
胡雪莹, 付建宁
, doi:10.12202/j.0476-0301.2022340
摘要:
为充分利用Kepler空间望远镜10 a里对约80万颗恒星的超高精度时序测光数据,LAMOST望远镜于2012和2015年分别开启了对Kepler和K2天区的低分辨率光谱观测,即LK1和LK2巡天项目.统计了LK1和LK2项目的观测覆盖率,并对台址条件优化后项目的提升进行了预研究.结果表明:截至2021年6月,LAMOST对Kepler天区目标星的覆盖率为43%,对K2天区可观测目标星的覆盖率为38%;将台址视宁度、天光背景,以及夜空晴朗的天数这3个方面提升至品质较好的天文台址水平,则LAMOST对Kepler天区的覆盖率将在2个观测季后可达到80%,对K2天区也将在4 a后达到70%.
一类管状区域上的Bergman度量
刘嘉欣, 邓冠铁, 殷宏恒
, doi:10.12202/j.0476-0301.2022295
摘要:
给出了两类积分算子在管状区域 \begin{document}$\varOmega$\end{document} 上加权 Bergman 空间有界条件;计算了管状区域 \begin{document}$\varOmega$\end{document} 上的 Bergman 度量;得到了 \begin{document}$\varOmega$\end{document} 的一组 Bergman 度量球覆盖;证明了 \begin{document}$\varOmega$\end{document} 上测度 \begin{document}$\mu$\end{document} 是 Carleson 测度的一些等价条件.
数据稀缺条件下水文频率分布模拟及应用
冯婧涵, 钱龙霞, 唐加山, 王红瑞
, doi:10.12202/j.0476-0301.2022264
摘要:
传统水文频率分析往往需要大量样本以保证分布的拟合效果,而我国仍有部分站点水文数据记录较少,因此本文提出小样本算法:将Jackknife方法、Bootstrap方法与水文频率分析中传统参数估计方法相结合,得到新的参数估计值,以增强传统水文频率分布的拟合效果.为验证小样本算法的优越性,以泾河流域为例,将8个站点的年最大日降水量作为原样本,利用小样本算法对不同样本量的样本进行多次再抽样,将多组再抽样样本分别进行分布的拟合,得到小样本算法的参数估计值,并通过Kolmogorov-Smirnov检验和RMSE检验结果验证小样本算法对传统参数估计方法的改进效果.结果表明:1)在小样本情况下,该算法明显优于传统方法的拟合效果,尤其部分站点的Bootstrap方法使用较少样本量时达到了使用较多样本量的拟合效果; 2)随着样本量的减少,某些站点的传统方法所求分布不能通过检验,而小样本算法可以得到较好的结果.
液面上耦合振子系统的同步模式
董蔚, 童浩轩, 张皓玥, 彭韵茹, 狄增如
, doi:10.12202/j.0476-0301.2022226
摘要:
利用MATLAB对耦合双节拍器系统模型的动力学方程组进行了数值模拟,发现初始条件决定了系统达到稳态时所呈现的同步模式;探究了液体的粘滞阻力与耦合板的品质对系统同步模式的影响,粘滞阻力的大小与稳态时为反相同步的几率呈正相关关系;耦合板质量与稳态时为反相同步的几率呈负相关关系;在弛豫时间方面,发现同相同步比反相同步的平均弛豫时间更慢;在实验上,搭建液面上的耦合振子系统,使用水、浓度为10%的盐水和食用油3种粘滞系数不同的液体进行实验,定性地得到了与数值模拟一致的结果.
PSR J0826+2637的模式变换特性研究
林权伟, 党世军, 支启军, 白俊涛, 许鑫
, doi:10.12202/j.0476-0301.2022067
摘要:
利用FAST在中心频率为1.25 GHz的观测数据,分析了PSR J0826+2637的单脉冲能量分布和调制特性,发现存在新的模式变换,并探讨了不同模式的平均脉冲轮廓和偏振特性.结果显示:在B模式中存在强、弱2种模式,弱模式中存在脉冲消零(PN)现象, 脉冲消零比(NF)为2.7%;在强、弱2种模式中,中间脉冲的偏振结果差异较小,而主脉冲的变化较大.PSR J0826+2637的模式变换特性很难用现有的模型来解释.
“一带一路”倡议下区域碳不平等量化及政策启示
林泽坤, 孟凡鑫, 王东方, 孙宇彤, 胡元超, 刘耕源
, doi:10.12202/j.0476-0301.2022167
摘要:
在全球贸易背景下量化分析“一带一路”区域的碳不平等,厘清“一带一路”区域隐含碳排放和经济收益不均衡分配的内在机理,是践行绿色“一带一路”倡议的科学前提及基础.本研究基于全球贸易分析项目(GTAP)数据库,构建环境拓展的多区域投入产出(MRIO)模型,涵盖102个“一带一路”沿线国家和地区,且依沿线区位合并为9大研究区域,核算生产和消费视角下“一带一路”区域碳排放、增加值,追溯隐含碳排放、增加值在研究区域间的空间转移格局,通过构建双边贸易中碳不平等指标及全球贸易网络中碳不平等综合指标,全面地量化分析了“一带一路”区域的碳不平等现象.研究表明: 1)2014年“一带一路”区域生产和消费视角下的碳排放分别占全球碳排放总量(25966.23Mt)的65.29%和60.54%;“一带一路”区域生产和消费视角下的增加值分别占全球增加值总额(669714.27亿美元)的40.87%和40.10%.2)在全球贸易中,“一带一路”区域承担来自非“一带一路”区域的净碳排放转移1234.25Mt(即“一带一路”区域向非“一带一路”区域净出口隐含碳排放量),同时从非“一带一路”区域获得了5154.83亿美元净经济收益;其中,“一带一路”中东区域作为“一带一路”区域中唯一的隐含碳排放净进口区域,向“一带一路”区域净转移碳排放152.18Mt,同时在全球贸易中获得了2801.36亿美元净经济收益;中国是最大的隐含碳排放净出口区域,承担来自全球的净碳排放转移达到903.98Mt,其中31.30%来自“一带一路”区域的净碳排放转移,同时在全球贸易中承担了349.12亿美元净经济损失.3)在“一带一路”区域内,中国和“一带一路”中东区域之间的碳不平等指标最大,为1.75,表明中国在双边贸易碳不平等中处于不利地位,这主要是由中国重工业、建筑业部门与“一带一路”中东区域贸易中存在严重的隐含碳排放和增加值错配导致;“一带一路”中东区域在全球贸易网络中碳不平等综合指标为2.53,表现为主要受益者,这主要是由于该区域农业、建筑业和服务业均为隐含碳排放净进口部门,而重工业部门获得了大量的净经济收益.整体来看,“一带一路”区域在全球贸易碳不平等中普遍处于不利地位,中国、“一带一路”南亚区域和“一带一路”欧洲区域在全球贸易网络中碳不平等综合指标分别为-2.60、-2.16、-2.22,是全球贸易碳不平等的主要受害者.本研究结果可为在全球贸易下践行绿色“一带一路”倡议,实现“一带一路”区域碳治理与经济协调发展提供科学依据和政策启示.
阿克苏地区土地利用变化情景模拟及其生态安全水平评价
马伟, 张文新, 王红瑞, 金峰, 杜斌, 武风奇
, doi:10.12202/j.0476-0301.2021317
摘要:
开展不同发展情景下土地利用变化的模拟及其引起的生态安全响应研究,对促进土地科学开发利用、构建生态安全系统具有重要意义.本研究采用CA-MCE-Markov模型设计并模拟了阿克苏地区2030年自然发展、经济发展优先、内涵提升情景下的土地利用变化,运用PSR模型定量评价了两种情景的土地生态安全水平.结果表明:1)面积变化上,内涵提升情景耕地减少了774 km2,城乡建设用地增加了100 km2,实现了集约发展;自然发展情景与经济发展优先情景耕地增加了3 436 km2,城乡建设用地增加了386 km2,呈粗狂式发展.2)空间变化上,自然发展情景耕地、林地、水域反演位置不符实际、经济发展优先情景城乡建设用地布局粗狂、内涵提升情景用地布局具备合理性.3)顺延历年发展状态,生态安全水平将持续降低;若以经济发展优先为发展导向,安全压力及承载力响应两方面问题依然严峻;相比之下,内涵提升情景生态安全水平大幅提升,为最优模拟方案,生态高度安全.通过评测不同情景土地利用变化差异,为解决实际矛盾、改善生态环境、谋求永续发展提供措施与方法.
智能手机APP与数字半球摄影测量叶面积指数对比研究
洪楚翘, 屈永华
, doi:10.12202/j.0476-0301.2021232
摘要:
基于自主开发的智能手机APP(LAISmart)对针阔混交林、阔叶林和农作物3种植被类型的叶面积指数(leaf area index, LAI)进行测量,并以数字半球摄影(digital hemispherical photography,DHP)的测量结果作为参考值进行对比分析.结果表明,虽然LAISmart与DHP的LAI值总体上具有高度一致性(R2=0.95,RMSE=0.68 m2·m−2),但是,LAISmart的性能受到植被叶片密集程度的影响.我们发现,LAI大于3.9 m2·m−2时,LAISmart会明显低估DHP的测量结果.智能手机成像传感器的自动曝光模式是引起LAISmart低估高值区域LAI的重要影响因素,当对高值区域的LAISmart图像进行降低曝光度处理后,LAISmart和DHP的偏差得到进一步降低,且LAISmart的精度提高了49%左右.此外,LAISmart的较窄视场角几乎不会对其测量结果产生影响.研究表明,若能在调节智能手机曝光度的条件下使用LAISmart,则具有更高效率和更低成本优势的LAISmart可以成为替代DHP的有效方法.
“京师一号”极地小卫星宽幅影像辐射校正方法研究
张卓宇, 章影
, doi:10.12202/j.0476-0301.2021209
摘要:
“京师一号”小卫星是我国自主研制的首颗民用极地光学卫星,搭载有中高分辨率的多光谱宽幅相机,兼顾重访周期和精细程度,对研究极地变化监测具有重大意义,具有高覆盖、中高分辨率的优势;但其0级数据的条带噪声掩盖图像的地物特征,无法反映地物的真实辐射特性,严重影响了数据应用.为此,本文提出了一种针对宽幅影像,基于统计学原理去除条带的方法,该算法采用0°太阳高度角对应影像提取暗噪声法和均匀场景掩膜法,分别提取了各传感器的偏置值和增益值,最终实现条带去除.实验结果表明,相较于原始数据,本文算法较稳健地去除数据中的条带噪声,还原地表真实辐射信息,提升了“京师一号”宽幅相机多光谱数据的应用价值.
基于区域灾害系统论的广东省台风灾害风险评估—以“山竹”台风为例
包文轩, 宫阿都, 徐澯, 李博艺, 黄智卿
, doi:10.12202/j.0476-0301.2021263
摘要:
在区域灾害系统论的指导下,综合了致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体脆弱性3方面,构建了一套新的评估指标体系,并以加权综合法、层次分析法、自然间断点分级法构建广东省台风灾害风险评估模型;并以2018年第22号超强台风“山竹”为例,对广东省进行台风灾害风险评估,最终形成1km×1km的综合风险评估图和评估分析结果.结果表明:1)该模型评估出的广东省“山竹”台风灾害中高风险地区与灾情报告相符合,具有较高的可靠性;2)广东省“山竹”台风灾害致灾因子危险性呈现出中东部沿海和中西部地区高,并逐渐向周围递减的分布;3)广东省台风灾害孕灾环境敏感性高的地区集中在珠江三角洲地区以及粤东潮汕地区,这些地区地势平坦、河网密集、植被覆盖度低;4)广东省台风灾害承灾体脆弱性高的地区集中在珠江三角洲地区、粤东潮汕地区、粤西茂湛地区,这些地区人口稠密、经济发达、耕地众多、城市化程度高;5)广东省“山竹”台风灾害综合风险呈现出中东部沿海和中西部地区高,并逐渐向周围递减的分布;其中高风险区主要包括阳江市、江门市、珠海市、深圳市、惠州市、汕尾市等.
一类上临界带移民分枝过程的下偏差估计
谢春艳, 张梅
, doi:10.12202/j.0476-0301.2021268
摘要:

对于一类带移民的上临界分枝过程

\begin{document}$ (Z_n) $\end{document}

, 存在一列正常数

\begin{document}$ c_n $\end{document}

可以用来描述过程的增长速度.任取一列满足

\begin{document}$ k_n\rightarrow \infty $\end{document}

\begin{document}$ k_n=o( c_n) $\end{document}

的正常数

\begin{document}$ k_n $\end{document}

,

\begin{document}$ P(Z_n=k_n) $\end{document}

的渐近行为常常称作

\begin{document}$ Z_n $\end{document}

的下偏差.本文在假设

\begin{document}$ EZ_1 \ln Z_1=\infty $\end{document}

之下, 1) 证明了过程

\begin{document}$ Z_n $\end{document}

的一个局部极限定理; 2) 给出了在 Schröder和Böttcher情形下

\begin{document}$ Z_n $\end{document}

的下偏差估计, 补充并完善了已有文献的结果.

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张耀锋, 尹远, 曹蕾, 刘熔, 刘林, 张春雷
, doi:10.12202/j.0476-0301.2022009
摘要:
开展TPC气体探测器的研制工作:1)设计了探测器漂移区场笼结构,通过设计与优化印刷电路板等梯度势电极的精确位置构建,获得了均匀的电场分布;2)探测器雪崩放大区通过构建3层细丝电极实现;3)探讨了多层多根细丝电极的电场分布计算、电极焊接安装工艺、电极细丝张力维持、探测器不同工作状态转换等工艺技术;4)采用DPC电阻阵列法对探测器的信号读出部分进行简化,实现20路×20路接收电极输出简化为4路输出,并进行了位置刻度试验;5)利用研制的探测器开展了宇宙射线入射信号的测量,获得了真实有效的输出波形,测量波形结果与模拟结果基本一致,并取得了电离事件的有效二维位置分布.本工作可为类似TPC探测器的研制及试验提供经验积累和技术借鉴.
中国生态系统GPP变化热点区域检测与归因分析
赵泉博, 朱秀芳, 谢天, 颜辰亦
, doi:10.12202/j.0476-0301.2021101
摘要:
检测并分析生态系统总初级生产力(GPP)变化的热点区域,有利于理解生态系统碳循环过程,为生态环境保护治理提供参考依据.本研究结合趋势分析与热点分析检测中国GPP变化的热点区域,从热点区和像元两个尺度探讨了自然和人类活动对热点区GPP变化的影响.结果表明:1982—2017年中国GPP总体呈增加趋势,变化均值为1.92 gC·m-2·a-1;GPP正向变化的热点区域位于川西高原、黄土高原、华北平原及云贵高原;GPP负向变化的热点区域位于藏南、长江三角洲和东南沿海地区;研究考虑的3个自然因子中,气温与GPP相关程度最高;以气温和人类活动为主导因素的像元比例最高,达43.86%.气温和人类活动在各热点区域的影响方向不同,总体上在GPP显著增加的4个热点区域都起到了促进作用,在GPP显著减少的3个热点区域都起到了负面影响.
统计专栏
面向可能最大洪水-风暴潮复合情景的热带气旋强度-降水参数设定方法研究
张海霞, 程锰, 方伟华, 童行伟
, doi:10.12202/j.0476-0301.2022315
摘要:
为开展可能最大洪水-风暴潮灾害情景设定,在已有可能最大热带气旋参数设定研究的基础上,引入热带气旋降水这一气象参数,探索了热带气旋强度-降水参数设定方法框架.基于中国气象局的热带气旋最佳路径-强度、美国联合台风预警中心的最大风速半径,以及中国自动站与 CMORPH 融合降水等数据,统计分析了热带气旋最大风速、中心最低气压、最大风速半径、小时降水量等参数间的定量关系,并构建了可能最大热带气旋关键参数设定的方法.结果表明:1) 基于已有可能最大热带气旋参数设定方法,引入降水这一参数后,能够设定不同等级热带气旋登陆时的关键参数,为可能最大洪水-风暴潮复合情景模拟提供输入数据;2) 通过线性拟合以及多倍标准差,能够确定参数可能的最大上限,MSW与最低气压、最大风速半径呈负相关关系,与小时降水的最大值、第99百分位值,以及总和存在明显的负相关外包络线;3) 若样本分布较分散,可通过分段研究与极值函数拟合相结合的方法,探索数据分布的不确定性及参数间相关关系,在此基础上,探索不同概率水平的小时降水总量以及外包络线.研究结果可为沿海地区热带气旋防灾减灾救灾和风险管理提供决策依据.
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