风速数据被广泛用于科学、管理和政策领域,在评估可再生能源潜力、解决风灾、研究生物现象和探索气候变化等方面发挥着重要作用。但现有的风速产品存在很大的局限性:气象观测数据在空间和时间上存在不连续性,再分析产品和气候模型模拟虽然实现了数据的连续性,但大多未能重现观测到的风速趋势。此外,风速数据的高变异性及站点分布的不均匀和稀缺性,使得传统的统计插值方法,如克里金或主成分分析,在重构全球风速上表现不佳。因而,风速数据成为风速研究中“卡脖子”的难题。 在此,研究团队基于部分卷积神经网络算法(the partial convolutional neural network),融合了34个气候模式数据和气象站点观测数据HadISD(由Met Office Hadley Centre提供),重构了1973-2021年间共588个月的全球10米近地风速,空间分辨率为1.25°×2.5°(纬度×经度),该数据集包含了观测到的风速趋势信息。详细的重构过程请见参考文献中的方法部分。
周俐宏, 曾振中, 江鑫
本数据是研究团队采用新方法定量重建获得的末次冰盛期以来青藏高原不同样点的植被变化数据。首先收集、整理青藏高原及其周边17个植被带1802条现代孢粉数据作为训练集,采用随机森林算法建立基于孢粉数据重建青藏高原植被的模型,该模型预测现代孢粉样点的植被时,与实际植被对比,显示出较高的一致性(>76%)。与传统的生物群区化法相比,新建立的随机森林模型基于孢粉数据预测青藏高原现代植被的准确性更高。随后,将新建立的随机森林模型用于青藏高原51条孢粉化石序列的古植被重建。用贝叶斯方法重新建立各孢粉化石序列的深度-年代模型,并用线性插值方法获取500年间隔的孢粉化石数据。最终用随机森林模型重建出青藏高原22000年以来500年间隔的植被时空格局变化。本数据可以为理解过去高寒植被的变化过程和机制提供依据,为研究过去气候变化对青藏高原植被的影响提供证据,为气候模拟提供边界条件。
秦锋, 赵艳, 曹现勇
通过对西城驿遗址、金蝉口遗址、山那树扎遗址、江西坟遗址、宗日遗址和邦嘎遗址等进行考古调查和发掘,获取了各遗址经纬度、高程、文化属性、文化遗物等基本信息;并且,对遗址发掘过程中的石制品、动植物遗存以及沉积物样品进行科学收集、鉴定和实验室分析,得到了一批遗址碳十四年代数据、孢粉数据、动物遗存骨骼单元分布鉴定数据、植物遗存鉴定数据以及相关同位素数据;同时,对青藏高原及其周边地区相关动植物遗存及同位素进行了整理。基于自然地理因子和不同时期遗址点,在最低成本的控制下实现节点间累积联结的方法,使用GIS(R语言)工具进行空间数值计算,将其结果作为史前时期(新石器—青铜时期)的交流路线。发现路线的形 态由新石器时期的东北—东部—东南—西南边缘呈月牙形环绕发展至青铜时期的由边缘延伸 至腹地呈网络化发展的趋势,这是由高原边缘的交流逐步演化成边缘—腹地的交流、并不断强化的表现。且通过采集青藏高原东部高寒草甸区共49个放牧家畜粪样品(牦牛粪 样品30个、马粪样品11个、羊粪样品8个),并在区域植被调查的基础上,对粪样品开展了花粉分析。该数据集为研究青藏高原新石器时代-青铜先民的活动历史和生业模式提供了数据支撑。
董广辉, 马敏敏, 侯光良, 杨晓燕
自第一次工业革命以来,人类活动已经深刻影响了地球各圈层,且这种影响还将持续扩大和增强。青藏高原作为一个具有全球意义的生态系统单元,同时也是我国重要的生态安全屏障,在水土保持、生物多样性保护、水源涵养和碳收支平衡等诸多方面发挥着至关重要的作用。但近30年来,随着青藏高原人类活动范围的扩大和强度的快速增长,人类活动所造成的各种生态环境问题也日益突出,并严重影响着青藏高原生态功能的发挥。青藏高原人类活动强度空间数据的研究与制备,将有助于深入理解该地区人类活动的影响强度和范围,揭示气候变暖背景下人类活动的变化规律,对于进一步量化辨识人类活动与气候变化对生态系统的影响,以及促进该区域的可持续发展都具有重要意义。 研究人员采用人类足迹指数方法,利用人口密度、土地利用、放牧密度、夜间灯光、铁路和道路等共6种代表人类活动的空间数据,完成了1990、1995、2000、2005、2010、2015和2017年共7期青藏高原人类足迹数据集的制备。依据已有研究和青藏高原区域特点,本数据集对人类足迹方法的优化和调整主要包括:①选取人口密度、土地利用、夜间灯光、放牧密度、道路和铁路六类数据来计算人类活动强度;②调整不同土地利用类型的赋值;③设置人口密度最大强度阈值50人/平方公里,并采用对数方法赋值;④使用牛羊密度数据来表征放牧密度,设置最大强度阈值为1000羊单位/平方公里,并采用对数方法赋值;⑤使用经过校正的DMSP/OLS夜间灯光数据进行赋值;⑥将道路划分为高速公路、国道、省道、县道和其他公路等五个等级分别进行赋值;⑦铁路最大影响范围设为3.5 km;⑧利用冰川和湖泊空间数据进行质量控制。 该数据集来源于数据论文“段群滔, 罗立辉. (2020). 1990–2015年青藏高原人类足迹数据集. 中国科学数据, 5(3). https://doi.org/10.11922/csdata.2019.0082.zh”,在原有数据的基础上增加了2017年的数据。 该数据集的制备可为探究青藏高原地区人类活动空间变化特征和规律提供空间数据,也可为探索该地区人类活动与生态环境间的相互作用提供支撑,对于促进整个青藏高原地区的生态环境保护和可持续发展具有指导作用。
段群滔, 罗立辉
2000-2020年青藏高原城市不透水面和绿地空间组分数据集的数据源主要包括HJ‒1A/B、GF-1/2、ZY‒3等国产卫星影像以及Landsat TM/ETM+/OLI系列卫星影像数据。其中,国产卫星影像辅以Google Earth影像生产不同地理分区的组分训练样本和验证样本数据,应用谷歌地球引擎(Google Earth Engine, GEE)分区测试与校正模型算法参数,基于随机森林算法和Landsat TM/ETM+/OLI系列卫星影像及辅助数据获取归一化人居地密度指数(Normalized Settlement Density Index, NSDI),采用密度分割法且经过人工交互解译修正后,获取城市建成区矢量边界。应用NSDI指数、植被覆盖度指数和青藏高原矢量边界生产青藏高原城市不透水面、城市绿地空间组分原始数据,经校正和精度评价后,生成2000-2020年青藏高原城市不透水面和绿地空间组分数据集。 数据产品的分辨率为30 m,采用统一的坐标系统和存储格式。地理坐标系为WGS84,投影坐标系为Albers,数据存储格式为Geotiff,数据单位为百分比(值域范围0~10000),比例因子为0.01。 为了更准确地量化城市土地覆盖变化,选取了多个典型城市取样,对数据集进行了验证,具体验证方法及精度见已发表的成果。 数据可用于分析和揭示青藏高原土地覆盖变化的影响和未来情景模拟,以期为青藏高原建设环境宜居城市与提升人居环境质量提供科学依据。
匡文慧, 郭长庆, 窦银银
该数据集主要包括北温带湖泊在1985-2020年间4个时段的结冰观测频率值(ICO),以及湖泊所在位置、面积、高程等信息。其中,4个时间段分别为1985-1998(P1)、1999-2006(P2)、2007-2014(P3)以及2015-2020(P4),目的是提高计算时段内的“有效观测”次数,进而提高准确度。4个时段的ICO由各个时段内所有Landsat影像统计的“结冰”次数与“有效观测”次数的比值计算,其他的湖泊信息通过表格中的“Hylak_id”列与HydroLAKEs数据集相对应。此外,该数据仅保留了P1-P4均观测有效,且面积大于1平方千米的湖泊,约为3万个。该数据集可以反映近几十年来湖泊结冰情况对气候变化的响应。(详见论文)
王欣驰
建立在碳、 氮稳定同位素分析方法基础上的古食谱分析的基本原理是我即我食(You are what you eat),即动物组织器官的化学组成与其生前饮食密切相关,通过对相关元素同位素比值的检测可直接揭示古代人与动物食物结构,进而探讨先民生业与家畜驯养研究的手段。骨骼胶原蛋白与牙齿釉蛋白在埋藏过程中不易污染却可以保持其结构的完整性,其蛋白质氨基酸及元素的组成与含量相对固定,是古食谱分析的主要对象。对青藏高原西南部云南怒江石岭岗遗址人骨和动物骨的胶原进行碳、氮稳定同位素分析。
董广辉, 任乐乐
地表向下辐射(SDR)包括短波向下辐射(SWDR)和长波向下辐射(LWDR),对能源和气候研究具有重要意义。考虑到东亚-太平洋(EAP)地区缺乏具有高时空分辨率的可靠SDR数据,利用下一代地球静止卫星Himawari-8开发了2016至2020年、时空分辨率为10min/0.05°的短波和长波数据集。SDR产品充分考虑了云、高气溶胶背景和地形效应对SWDR的影响。与云和地球辐射能系统(CERES)、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、下一代再分析(ERA5)和全球陆表特征参量产品(GLASS)等辐射产品对比,新SDR产品不仅分辨率明显更高,而且产品精度也更优。在精度方面,新SWDR的每小时和每日均方根误差分别为104.9和31.5 Wm-2,远小于CERES(分别为121.6和38.6 Wm-2)、ERA5(分别为176.6和39.5 Wm-2)和GLASS(每日36.5 Wm-2)。同时,新LWDR每小时和每日值的RMSE分别为19.6和14.4 Wm-2,与CERES和ERA5相当,在高海拔地区甚至更优。
胡斯勒图, 王天星, 杜艺涵
该数据集是利用气候模型COSMOS运行的,37.5-32kaBP轨道变化瞬变试验TRN40ka,来自Zhang et al(2021, Nature Geoscience,https://www.nature.com/articles/s41561-021-00846-6)。 具体的试验设计请参考原文献。 COSMOS(ECHAM5-JSBACH-MPI-OM)是德国马普所研发的海洋大气植被耦合气候模型。大气-陆面模块ECHAM5-JSBACH的空间分辨率为T31(∼3.75°),垂直19层;海洋模块MPI-OM是不规则网格,水平分辨率为 (3°×1.8°) ,垂直40层。
张旭
该数据集包括中国2001~2018年月尺度或年尺度的地表短波波段反照率、植被光合有效辐射吸收比、叶面积指数、森林覆盖度和非森林植被覆盖度、地表温度、地表净辐射、地表蒸散发、地上部分自养呼吸、地下部分自养呼吸、总初级生产力和净初级生产力。空间分辨率为0.1°。此外,还包括在气候驱动下(无人类干扰)的以上11个生态系统参量在2001~2018年间的时空变化。因此,该数据集可以反映气候变化与人类活动对21世纪中国陆地生产系统的影响。
陈永喆, 冯晓明, 田汉勤, 武旭同, 高镇, 冯宇, 朴世龙, 吕楠, 潘乃青, 傅伯杰
新的北半球多年冻土图利用基于规则的GIS模型融合了新的多年冻土范围(Ran et al., 2021b)、气候条件、植被结构、土壤和地形条件以及富冰和富含有机质多年冻土图(yedoma)。与之前的多年冻土图不同,根据多年冻土与气候和生态系统的复杂交互作用,我们将北半球多年冻土分为五种类型:气候驱动型、气候驱动型/生态系统改造型、气候驱动型/生态系统保护型、生态系统驱动型和生态系统保护型。除去冰川和湖泊,北半球这五种类型的面积分别为3.66×106km2、8.06×106km2、0.62×106km2、5.79×106km2和1.63×106km2。北半球81%的多年冻土区受到生态系统的改造、驱动或保护,表明生态系统在北半球多年冻土稳定性中的主导作用。气候驱动的多年冻土只占北半球多年冻土区的19%,主要分布在高北极和高山地区,如青藏高原。
冉有华, M. Torre Jorgenson, 李新, 金会军, 吴通华, 李韧, 程国栋
该研究通过分析云南腾冲青海(Tengchongqinghai,TCQH)湖泊沉积岩芯中的支链甘油二烷基甘油四醚酯(brGDGTs)和叶蜡氢同位素,首次展示了末次冰期以来(过去8.8万年以来)低纬陆地高分辨率年均温度变化历史。根据TCQH岩心建立出的南亚年均温度,该区域存在8.8-7.1万年和4.5-2.2万年两个暖期,温度变幅约2-3 °C,这样的变幅基本达到了该区域冰期-间冰期的变幅,全新世以来温度呈持续增温趋势,升温约1-2°C。
赵成
全面了解青藏高原多年冻土发生的变化,包括年平均地温(MAGT)和活动层厚度(ALT)的变化,对气候变化引起的多年冻土变化工程的实施具有重要意义。 青藏高原多年冻土活动层厚度和范围模拟数据集,参考2000-2015年CMFD再分析数据及中国气象局气象观测资料、1公里数字高程模型、地理空间环境预测因子、结合冰川和冰湖、钻孔数据等,利用统计和机器学习(ML)方法模拟了青藏高原多年冻土层磁通量和磁通量的当前和未来变化,得到RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三种不同浓度情景下2000-2015、2061-2080年平均地温(MAGT)和活动层厚度(ALT)范围数据,分辨率为0.1*0.1度。 模拟结果表明,利用统计和ML相结合的方法模拟冻土热状态所需的参数和输入变量较少,可以有效地了解青藏高原冻土对气候变化的响应。
倪杰, 吴通华
现代花粉与植被和气候的关系是利用花粉定性解释和定量重建过去植被和气候的重要参考依据。提取湖泊沉积物中的花粉组合所蕴含的古植被和古气候信号,需要组建一个高质量的湖泊表层沉积物现代孢粉数据集。然而,青藏高原已有的湖泊表层沉积物花粉数据集并不能很好地代表其植被类型和气候梯度,仍存在空白区域,如青藏高原中东部的高寒草甸区尚缺乏现代湖泊花粉数据,影响了重建研究的可靠性。 为了构建高寒草甸区样点空间分布均匀的现代孢粉数据集,作者于2018年7月~8月采集了青藏高原中部和东部117个湖泊的表层沉积物样品。每个样品选取约10克(湿样)采用常规酸碱法和过筛法(7 μm)提取花粉。每个花粉样品至少鉴定、统计500粒陆生植物花粉粒。 本高寒草甸现代花粉数据集花粉组合以莎草科花粉为主(Cyperaceae;平均值68.4%,最大值95.9%),其他草本植物花粉如禾本科(Poaceae;平均值10.3%,最大值87.7%)、毛茛科(Ranunculaceae;平均值4.8%,最大值33.6%)、蒿属(Artemisia;平均值3.7%,最大值24.5%)、菊科(Asteraceae;平均值2.1%,最大值33.6%)等为常见花粉类型。柳属(Salix;平均值0.4%,最大值5.3%)为主要的灌木植物花粉,而乔木植物花粉含量低(平均值0.9%,最大值5.8%),主要包括松属(Pinus;平均值0.3%,最大值1.8%)、桦属(Betula;平均值0.1%,最大值0.9%)和桤木属(Alnus;平均值0.1%,最大值0.7%)。花粉组合尽管受到远源花粉(如乔木花粉)的影响,但仍能很好地代表高寒草甸植物群落组成。 本数据集除包含花粉类型的原始统计数据和百分比数据,也包括每个采样点现代气候数据。每个样点现代气候数据采用中国区域地面气象要素驱动数据集(1979-2018;0.1°空间分辨率)中最近栅格数据代替,并计算样点的年降水量(Pann)、年均气温(Tann)、最冷月均温(Mtco)和最热月均温(Mtwa),用于构建花粉-气候校准集。
曹现勇, 田芳, 李凯, 倪健
整编了目前北半球数量最多的年平均地温(1002个)和活动层厚度(452个)地面观测数据,利用四种统计学习模型融合这些地面观测与多源遥感等数据产品,集合模拟得到了代表2000-2016年北半球多年冻土区年平均地温、活动层厚度、多年冻土发生概率和多年冻土水热分带数据集,空间分辨率为1公里,验证表明具有更高的精度。可为北半球多年冻土区的工程规划、设计、环境模拟与评价等提供数据支持,也可作为北半球多年冻土现状的数据基准,评估未来多年冻土变化及其影响。
冉有华, 李新, 程国栋, 车金星, Juha Aalto, Olli Karjalainen, Jan Hjort, Miska Luoto, 金会军, Jaroslav Obu, Masahiro Hori, 俞祁浩, 常晓丽
全面估算了1132个大于1 km2湖泊的水量变化。总的来说,1976至2019年间,湖泊水储量增加了169.7±15.1 Gt(3.9±0.4 Gt yr-1),主要发生在内流区(157.6±11.6或3.7±0.3 Gt yr-1)。1976至1995年间,湖泊水量显示减少(-45.2±8.2Gt或-2.4±0.4Gt yr-1),但在1995至2019年间,大幅增加(214.9±12.7Gt或9.0±0.5Gt yr-1)。2010至2015年间,水量增速减缓(23.1±6.5 Gt或4.6±1.3 Gt yr-1),随后在2015至2019年间再次出现高值(65.7±6.7 Gt或16.4±1.7 Gt yr-1)。在1976-2019年间,冰川补给湖水量增加(127.1±14.3 Gt)远远高于非冰川补给湖(42.6±4.9 Gt),这也与冰川补给湖数量多,面积广有关。另外,封闭湖水量增幅(161.9±14.0 Gt)大大高于外流湖(7.8±5.8 Gt)。
张国庆
该数据包含波密2008年降水稳定同位素δ18O日均值,气温和降水量;降水样品由波密气象局采集,降水稳定同位素是在法国气候与环境科学实验室(Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, France)测定,δ18O由MAT-252质谱仪测定。气温和降水量由波密气象局在降水事件发生时记录,气温为降水事件开始与结束的平均值。降水稳定同位素δ18O精度为0.05‰。 该数据研究已发表在JOURNAL OF CLIMATE,题为Precipitation Water Stable Isotopes in the South Tibetan Plateau: Observations and Modeling。
高晶
对未来气候变化的有效评价,特别是对未来降水量的预测,是制定适应战略的重要依据。本数据是基于RegCM4.6模型,对CanEMS2 (RCP 45和RCP85)、GFDL-ESM2M (RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5)、HadGEM2-ES(RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5)、IPSL-CM5A-LR(RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5)、MIROC5(RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5)和NorESM1-M(RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5)等多模型不同碳排放浓度情景下进行区域动力降尺度,获得2007-2099年空间分辨率为0.25度,时间分辨率分别为3小时(部分为6小时)、逐日和逐年的21套中国全境未来气候数据。
潘小多, 张磊
该数据集为孟加拉,Satkhira、Barisal、Sylhet3个观测站点2017-2018年的日降水稳定同位素数据(δ18O,δD,d-excess),由Bangladesh Atomic Energy Commission (BAEC)采集,在中国科学院青藏高原研究所环境与地表过程重点实验室用Picarro L2130i 波长扫描光腔衰荡光谱仪测得。 三个观测点样品采集地点及时间: Satkhira :2017.03.11-2018.07.16 Barisal:2017.03.05-2018.07.02 Sylhet : 2017.02.20-2018.09.04
高晶
通过近30年的研究,人们对青藏高原,特别是喜马拉雅山以北地区降水稳定同位素(2H和18O)的气候控制作用有了充分的认识。然而,尼泊尔(喜马拉雅山以南)对降水稳定同位素的控制知识还远远不够。 本研究描述了2016年5月10日至2018年9月21日期间尼泊尔加德满都降水稳定同位素的季节内和年度变化,并分析了对降水稳定同位素的可能控制因素。所有样品均位于尼泊尔首都加德满都(27°42′N, 85°20′E),平均海拔约1400m。并结合了2001年1月1日至2018年9月21日的气象资料,给出了降水量(P)、温度(T)和相对湿度(RH)的值。
高晶
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