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2018年冬季南京三次暴雪过程微物理特征分析 被引量:14
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作者 李遥 牛生杰 +4 位作者 吕晶晶 王静 王天舒 黄钦 王元 《大气科学》 CSCD 北大核心 2019年第5期1095-1108,共14页
为深入研究南京降雪微物理特征及变化,利用第二代激光雨滴谱仪PARSIVEL2、自动气象站观测资料及MICAPS数据,对2018年冬季南京的四次罕见强降雪过程中雪花的微物理参量进行分析。结果表明:(1)雪花谱基本呈多峰分布,个例1降雪强度增大时... 为深入研究南京降雪微物理特征及变化,利用第二代激光雨滴谱仪PARSIVEL2、自动气象站观测资料及MICAPS数据,对2018年冬季南京的四次罕见强降雪过程中雪花的微物理参量进行分析。结果表明:(1)雪花谱基本呈多峰分布,个例1降雪强度增大时有小雪花向大雪花的转化,而其余三次过程则有雪花数浓度的显著增大。温度的差异使个例1大雪花形成机制与其余个例不同,最终导致了降雪稳定阶段,雪强增大的机制不同。(2)使用Gamma分布和M-P分布分别对四次降雪的不同阶段进行了拟合,Gamma分布在各阶段的拟合优度均高于M-P分布拟合,降雪终止阶段拟合优度低于起始阶段及降雪全过程的拟合。四次降雪过程降雪粒子谱的Gamma分布分别为N=107D-0.21exp(-0.54D)、N=136D-0.54exp(-0.60D)、N=256D0.38exp(-1.01D)、N=9.39×104D4exp(-7.81D),其中,N为降雪粒子数浓度、D为雪花直径。(3)个例1在3 mm左右速度谱存在两个峰值,分别贴近结霜曲线和未结霜曲线,说明该次降雪大雪花的形成存在结霜增长和结霜碰并两种机制。(4)综合个例1、2、3,给出南京地区稳定的层状云强降雪的Z-I关系为Z=1708I1.51。 展开更多
关键词 暴雪过程 雪花谱 微物理参数 雪花速度谱 Z-I关系
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庐山一次积冰天气过程冻雨滴谱及下落末速度物理特征个例研究 被引量:11
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作者 黄钦 牛生杰 +2 位作者 吕晶晶 周悦 张小鹏 《大气科学》 CSCD 北大核心 2018年第5期1023-1037,共15页
利用PARSIVEL激光雨滴谱仪和自动气象站观测资料及MICAPS数据,对2014年2月7~15日庐山地区积冰天气期间持续时间在5 h以上的2次冻雨过程[2月10日(个例1)和2月13日(个例2)]降水谱分布特征及下落末速度粒径分布进行研究。所观测到的两次个... 利用PARSIVEL激光雨滴谱仪和自动气象站观测资料及MICAPS数据,对2014年2月7~15日庐山地区积冰天气期间持续时间在5 h以上的2次冻雨过程[2月10日(个例1)和2月13日(个例2)]降水谱分布特征及下落末速度粒径分布进行研究。所观测到的两次个例均是以冻雨为主体的混合相态降水,下落末速度粒径分布偏离G-K曲线,与常规液态降水存在差异,低落速的冻雨滴随降水过程会逐渐向冰粒和干雪转化。结果表明:(1)个例1总降水粒子谱谱宽大于个例2,但峰值数密度比个例2小:个例1谱宽为10 mm,个例2谱宽为4.25mm,两者峰值粒径均为0.5 mm;个例1降水粒子谱宽为干雪>冻雨>冰粒,个例2降水粒子谱宽为冻雨>干雪>冰粒。(2)Gamma分布更适合描述混合相态降水粒子谱以及冻雨滴谱,个例1中总降水粒子谱Gamma分布为:N(D)=20D-3.61exp(-0.08D),冻雨Gamma分布:N(D)=76D-2.18exp(-1.11D);个例2中总降水粒子谱Gamma分布为:N(D)=30D-4.68exp(-0.75D),冻雨Gamma分布:N(D)=30D-4.67exp(-0.75D)。(3)混合相态降水因混有干雪或冰粒而使得下落末速度粒径谱分布表现出不同程度地向大粒径小落速方向或小粒径大落速方向延展的趋势,这为今后依据下落末速度粒径谱区分同时期降水类型提供了新的思路。 展开更多
关键词 冻雨 冻雨滴谱 冰粒子谱 混合相态降水 下落末速度
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山西一次降雪云物理特征的飞机观测研究 被引量:11
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作者 封秋娟 牛生杰 +3 位作者 侯团结 范秀平 申东东 杨俊梅 《大气科学》 CSCD 北大核心 2021年第5期1146-1160,共15页
通过飞机直接进入降雪云进行探测,并配合MICPAS(气象信息综合分析处理系统)、雷达和卫星等资料,对2011年11月29日山西一次降雪云宏、微观结构特征进行分析。研究发现:本次降雪过程的雷达回波以10~20 dBZ大片层状云回波为主,镶嵌了超过30... 通过飞机直接进入降雪云进行探测,并配合MICPAS(气象信息综合分析处理系统)、雷达和卫星等资料,对2011年11月29日山西一次降雪云宏、微观结构特征进行分析。研究发现:本次降雪过程的雷达回波以10~20 dBZ大片层状云回波为主,镶嵌了超过30 dBZ的块状强回波,雷达径向速度零线呈较强的“S”型弯曲,出现“牛眼”结构,从低层到高层有较强的风垂直切变。液态水含量主要位于3.2 km以下,最大值为0.0697 g m^(-3),N_(50)(粒子直径大于50μm的冰雪晶数浓度)、N_(200)(粒子直径大于200μm的冰雪晶数浓度)和冰水含量主要产生于层积混合降雪云的上部,极大值出现在-9.3℃附近,分别为188.4 L^(−1)、33.5 L^(-1)和0.121 g m^(-3)。-14.4℃~-19.7℃冰晶图像以针状、柱状和不规则状为主,以冰晶的凝华增长为主。-9.3℃附近冰雪晶图像以辐枝状、不规则状为主,辐枝状冰晶的聚并碰撞和折裂繁生可能是造成此处冰雪晶高浓度的主要原因。利用指数形式能较好地拟合冰雪晶谱分布,谱拟合参数可以用幂函数N_(os)=1.021λ^(1.684)表示(其中,N_(os)、λ分别表示截距和斜率,N_(os)越大表示小粒子数浓度越大,λ越大表示小粒子数浓度占总粒子数浓度比例越高),相关系数R^(2)为0.86。3.2 km以下存在三次逆温,逆温层的出现使云微物理特征量和拟合参数N_(os)减小,抑制了云内凇附增长和凝华增长,导致本次观测谱拟合参数N_(os)、λ随温度的变化规律与以往的观测不一致,逆温强度越大抑制作用越大。 展开更多
关键词 降雪云 冰雪晶图像 形成机制 飞机探测
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基于飞机观测的华北降水云系上升气流区微结构研究
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作者 王心怡 牛生杰 +3 位作者 吕晶晶 王元 靳雨晨 邬昊鹏 《大气科学》 CSCD 北大核心 2024年第2期431-444,共14页
上升气流是成云致雨的基本条件之一。本文利用河北省2017年5月一次层积混合云的机载云物理探测系统测量资料,研究了云中上升气流速度分布,云微结构特征以及二者的相关性。结果表明:云中上升气流速度随高度呈抛物线型分布,云底部较小(0.7... 上升气流是成云致雨的基本条件之一。本文利用河北省2017年5月一次层积混合云的机载云物理探测系统测量资料,研究了云中上升气流速度分布,云微结构特征以及二者的相关性。结果表明:云中上升气流速度随高度呈抛物线型分布,云底部较小(0.75±0.52 m s^(−1)),云中部最大(3.64±2 m s^(−1)),云顶部最小(0.32±0.29 m s^(−1));发现随高度增加,云中上升气流区内冰粒子形状依次以片状、针状、柱状为主;暖云上升气流区中,上升气流速度与液态含水量正相关,相关系数为0.61;强垂直气流条件下云滴数浓度、最大云滴尺度大于弱垂直气流相应的数值,强垂直气流云粒子谱更符合Г函数分布。 展开更多
关键词 降水云系 飞机观测 上升气流区 云微物理结构
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江西地区层状暖云微物理结构特征及云雨自动转化阈值函数的研究 被引量:5
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作者 靳雨晨 牛生杰 +3 位作者 吕晶晶 王元 谢勇 林文 《大气科学》 CSCD 北大核心 2021年第5期981-993,共13页
本文利用机载云粒子探测设备对2014年11月6日至12月25日期间在江西地区探测获得的7次暖云飞行个例资料,详细分析降水云和非降水云的微物理结构特征。云雨自动转化阈值函数(T)是描述云内碰并强度的重要微物理参量。我们发现T值在云内分... 本文利用机载云粒子探测设备对2014年11月6日至12月25日期间在江西地区探测获得的7次暖云飞行个例资料,详细分析降水云和非降水云的微物理结构特征。云雨自动转化阈值函数(T)是描述云内碰并强度的重要微物理参量。我们发现T值在云内分布呈现云底较小,随着云内高度的增加T值逐渐增大,并且在云中部和上部达到最大值;研究还发现降水云的T值在0.6以上的频率远大于非降水云,表明降水云中的碰并过程更强,云滴更易通过凝结和碰并过程形成雨滴,符合暖云降水机制。降水云中云滴谱相对离散度(ε)和云滴数浓度(Nc)的负相关程度较非降水云更为显著,随着T的增大,二者的负相关程度增强;相比于云滴平均半径(ra)的变化,云滴谱标准差(σ)的变化主导ε–Nc负相关程度的增强。 展开更多
关键词 层状暖云 微物理参量 云雨自动转化阈值函数
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辐射雾微结构精细化观测研究 被引量:1
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作者 邬昊鹏 牛生杰 +8 位作者 吕晶晶 王元 刘端阳 祖繁 汪玲玲 邵乃夫 王心怡 葛攀延 鲁海宁 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2023年第5期753-764,共12页
为研究FM-120雾滴谱仪不同采样频率(5 Hz、1 Hz)对辐射雾微结构观测的影响,2020年冬季在连云港东海县开展了为期58 d的雾外场精细化观测。在2020年12月28日一次辐射雾过程中使用5 Hz和1 Hz两台不同频率的雾滴谱仪开展辐射雾精细化观测... 为研究FM-120雾滴谱仪不同采样频率(5 Hz、1 Hz)对辐射雾微结构观测的影响,2020年冬季在连云港东海县开展了为期58 d的雾外场精细化观测。在2020年12月28日一次辐射雾过程中使用5 Hz和1 Hz两台不同频率的雾滴谱仪开展辐射雾精细化观测研究。研究发现,相较于1 Hz的观测结果,5 Hz更容易观测到雾的微物理量的极值。从整个雾过程来看,5 Hz雾滴谱仪平均成1 Hz后的结果在雾的形成和消散阶段与1 Hz雾滴谱仪的原始结果的相似度较低,但在雾的成熟和发展阶段相似度较高。从谱型来看,5 Hz和1 Hz观测到的谱型基本类似,主要差别出现在峰值。5 Hz和1 Hz均能反映此次雾过程中不同阶段微物理之间的关系,主要差别出现在雾的形成阶段,这可能是5 Hz在此阶段观测到的活化并凝结增长的新雾滴相对较少所导致。 展开更多
关键词 辐射雾 雾微结构 精细化观测 爆发性增长 采样频率
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电线积冰及路面温度研究的新进展 被引量:5
7
作者 牛生杰 王天舒 +2 位作者 吕晶晶 周悦 王元 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2021年第4期485-495,共11页
2009年起,研究组开展了电线积冰野外观测试验及道路结冰规律的观测研究,将电线积冰观测研究从传统的积冰气象条件和积冰厚度观测提升到了积冰气象条件、积冰厚度加积冰天气云降水微物理综合观测研究的新高度,揭示了积冰发生的微物理机制... 2009年起,研究组开展了电线积冰野外观测试验及道路结冰规律的观测研究,将电线积冰观测研究从传统的积冰气象条件和积冰厚度观测提升到了积冰气象条件、积冰厚度加积冰天气云降水微物理综合观测研究的新高度,揭示了积冰发生的微物理机制,研究积冰增长率及其影响因子,建立的积冰增长模型较好地模拟了积冰增长过程。对沥青、水泥、土壤三种下垫面温度进行了观测研究,观测高速公路和桥梁不同路基深度的温度变化,并对桥面比路面更易结冰的现象从能量平衡方面做了理论解释。本文以作者团队取得的成果为主线,不求大而全,学习梳理相关的代表性研究成果,主要包括积冰发生频次的时空分布、积冰天气微物理特征、积冰增长率及其影响因子、积冰气象条件、积冰增长模型构建、道路结冰及积冰数值预报等几个方面,并对电线积冰未来的研究提出了建议。 展开更多
关键词 电线积冰 微物理特征 积冰气象条件 积冰增长模型 路面温度 研究进展
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山西一次回流倒槽降雪过程的飞机观测研究
8
作者 封秋娟 牛生杰 +2 位作者 侯团结 岳治国 申东东 《高原气象》 CSCD 北大核心 2023年第4期1044-1054,共11页
2019年11月29日山西出现一次回流倒槽系统影响的降雪过程。利用机载云物理探测数据,研究了此次降雪过程云微物理结构和冰粒子增长的演变特征。雷达观测显示在强度5~15 dBZ的不均匀片状回波中镶嵌有15~25 dBZ的块状回波。第一次探测云内... 2019年11月29日山西出现一次回流倒槽系统影响的降雪过程。利用机载云物理探测数据,研究了此次降雪过程云微物理结构和冰粒子增长的演变特征。雷达观测显示在强度5~15 dBZ的不均匀片状回波中镶嵌有15~25 dBZ的块状回波。第一次探测云内液态水分布在云的上部,云顶温度-10℃冰雪晶呈板状,云内冰雪晶形态以板状、针状为主;通过凝华增长主要生成小于200μm的小冰晶且数浓度最大值为297 L^(-1),雪花最大直径为1700μm位于2000 m,2000 m以下由于相对湿度减小导致大部分雪花未到达地面。第二次探测云内基本无液态水,云顶温度-12.5℃冰雪晶呈辐枝状,云内冰雪晶形态为板状、针状、大量辐枝状及聚合体;通过凝华和攀附增长N200(粒子直径大于200μm的冰雪晶数浓度)和冰雪晶最大直径分别在-11℃和-2℃出现极大值,冰雪晶谱出现第二峰值,近地面形成雪花最大直径为2800μm。通过平飞观测发现云内粒子水平分布不均匀,冰水含量和冰雪晶数浓度大的区域以辐枝状和聚合体冰雪晶为主,聚合增长是雪花重要增长方式。将FY-4A卫星反演云内粒子相态与飞机观测结果进行对比检验,发现两者具有较好的一致性。 展开更多
关键词 降雪云 回流倒槽 微物理特征 飞机观测
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山西夏季气溶胶散射特征的飞机观测研究 被引量:3
9
作者 封秋娟 牛生杰 +3 位作者 李培仁 杨俊梅 申东东 李义宇 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2019年第4期482-492,共11页
利用3个架次的积分浊度仪和PCASP-100X(Passive Cavity Aerosol Spectrometer Probe)机载观测资料,分析了2013年山西夏季空中有云、无云和少云3种不同条件下气溶胶散射系数的分布特征,讨论了气溶胶散射系数垂直变化与气溶胶数浓度、气... 利用3个架次的积分浊度仪和PCASP-100X(Passive Cavity Aerosol Spectrometer Probe)机载观测资料,分析了2013年山西夏季空中有云、无云和少云3种不同条件下气溶胶散射系数的分布特征,讨论了气溶胶散射系数垂直变化与气溶胶数浓度、气象条件的关系,并结合HYSPLIT(Hybrid of Single Particle Lagrangian IntegratedTrajectory model)后向轨迹模型研究气溶胶的运动轨迹和可能的污染来源。结果表明:山西夏季空中气溶胶总散射系数变化范围为0~499 Mm^-1,晴空气溶胶数浓度和总散射系数明显大于有云和少云时。气溶胶总散射系数一般随高度的增加而递减。造成气溶胶总散射系数、数浓度偏高的原因有下垫面污染源多、风速小、相对湿度高以及逆温层的存在。550nm波段气溶胶后向散射比大于0.1,粒径0.1~0.5μm的气溶胶粒子对散射影响最大,说明山西空中细粒子污染比较严重。气溶胶总散射系数与数浓度有一定的相关性。引起气溶胶总散射系数、数浓度较高的气团传输路径主要为西南路径,局地排放的气溶胶大于远距离传输的气溶胶对散射系数的贡献。 展开更多
关键词 气溶胶 散射特性 飞机观测 山西
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南京信息工程大学60年来在大气物理学领域的若干重要研究进展 被引量:3
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作者 银燕 李子华 +13 位作者 刁一伟 朱彬 牛生杰 马革兰 陆春松 张其林 郭凤霞 李煜斌 陈景华 刘晓莉 蒋惠 师正 侯学伟 康汉卿 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2021年第2期178-188,共11页
着重对南京信息工程大学建校60年来在云雾理化特性及微结构、冰雹形成微物理机制、电线积冰机理、人工影响天气理论与实践、大气气溶胶的理化特性及其对云降水的影响、大气边界层物理以及雷电过程等大气物理学领域的几个主要方面所开展... 着重对南京信息工程大学建校60年来在云雾理化特性及微结构、冰雹形成微物理机制、电线积冰机理、人工影响天气理论与实践、大气气溶胶的理化特性及其对云降水的影响、大气边界层物理以及雷电过程等大气物理学领域的几个主要方面所开展的科学研究工作做简要回顾。 展开更多
关键词 大气物理 积层混合云 冰雹 冰核 气溶胶-云相互作用
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酚醛基碳气凝胶的常压制备及电化学应用 被引量:2
11
作者 牛圣杰 陈林 +3 位作者 冯祥艳 郑康 张献 田兴友 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期541-546,574,共7页
本研究利用线性酚醛树脂体系,以溶胶-凝胶法在常压条件下制得有机气凝胶,并进一步碳化制备出碳气凝胶。研究发现,该碳气凝胶经过KOH活化后,具有微/介/大孔的分级孔结构,且比表面高达2091.87 m^(2)·g^(-1)。对材料进行电化学性能研... 本研究利用线性酚醛树脂体系,以溶胶-凝胶法在常压条件下制得有机气凝胶,并进一步碳化制备出碳气凝胶。研究发现,该碳气凝胶经过KOH活化后,具有微/介/大孔的分级孔结构,且比表面高达2091.87 m^(2)·g^(-1)。对材料进行电化学性能研究发现,其在1 A·g^(-1)电流密度下,比电容为282.3 F·g^(-1)。在600 W·kg^(-1)功率密度下,能量密度为7.4 Wh·kg^(-1)。在2.5 A·g^(-1)电流密度下进行5000次充放电循环后,电容保持率为95%。 展开更多
关键词 碳气凝胶 常压干燥 超级电容器
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南京一次重霾天气纳米气溶胶观测研究
12
作者 孙玮 牛生杰 +3 位作者 王天舒 王元 李遥 张璐瑶 《气象科学》 北大核心 2021年第2期237-244,共8页
为加深对南京地区重霾天气过程纳米尺度气溶胶物理特征的了解,对2017年12月21—25日的一次重霾天气过程进行了综合探测,利用宽范围粒径谱仪观测了此次过程中10~1000 nm颗粒物数浓度,并结合能见度等气象要素,对重霾期间纳米气溶胶谱分布... 为加深对南京地区重霾天气过程纳米尺度气溶胶物理特征的了解,对2017年12月21—25日的一次重霾天气过程进行了综合探测,利用宽范围粒径谱仪观测了此次过程中10~1000 nm颗粒物数浓度,并结合能见度等气象要素,对重霾期间纳米气溶胶谱分布进行了分析。结果表明:此次霾重污染过程出现在低温、高湿、气压上升期间;与非重污染时期相比,重污染期间N 10-20与N 20-100降低,N 100-1000升高;重污染期间气溶胶粒子平均数浓度为17035个/cm^(3),低于非重污染期间粒子数浓度,N 100-1000占总数浓度的55.05%;重霾发生期间纳米气溶胶数浓度谱为单峰结构,峰值在100 nm附近,随着污染加重,纳米气溶胶峰值粒径向大粒径偏移,粒子向大粒径段集中;不同温度对不同粒径粒子数浓度的影响不同,20~100 nm粒径段气溶胶与数浓度与温度呈反相关性,100~500 nm粒子数浓度与温度呈正相关性. 展开更多
关键词 纳米尺度 气溶胶 重度污染 南京
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PARSIVEL^2对降雪测量的订正方法及误差计算
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作者 李遥 牛生杰 吕晶晶 《大气科学》 CSCD 北大核心 2020年第4期808-815,共8页
为了获得更加准确的冬季降水数据,针对PARSIVEL^2(Particle Size and Velocity)测量降雪时近地面水平风的影响进行了订正及误差计算。订正结果表明:一定风速下,不考虑风的影响会造成小粒子直径的明显低估,而对于同一粒径段的粒子,风速越... 为了获得更加准确的冬季降水数据,针对PARSIVEL^2(Particle Size and Velocity)测量降雪时近地面水平风的影响进行了订正及误差计算。订正结果表明:一定风速下,不考虑风的影响会造成小粒子直径的明显低估,而对于同一粒径段的粒子,风速越大,计算过程中对于粒子直径的低估越明显。风速不超过2 m s^-1时,其降雪粒子下落末速度计算误差在3%左右,直径计算误差在7%以内(水平偏转角度45°)。在对2018年1月4日南京一次降雪过程中获取的真实雪花谱的分析中可以看出,忽略风的影响会导致雪花谱峰值的偏移和谱的缩窄,这会造成小粒子数浓度的高估和大粒子数浓度的低估,进而影响微物理量的计算。具体表现在雷达反射率因子Z和降雪强度I的低估,及Z-I关系拟合系数a值的实际数值会大于计算值,b值则偏小。但当风速较大时,近地面流场比较复杂,垂直向湍流运动不可忽略,此种订正方法很可能不再适用。建议在以后的业务观测中增设防风圈或在后续的数据处理中增加针对风的订正,以排除风对降雪测量的影响。 展开更多
关键词 PARSIVEL^2 降雪观测 误差订正
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基于MODIS时间序列数据的洞庭湖湿地动态监测 被引量:18
14
作者 陈燕芬 牛振国 +1 位作者 胡胜杰 张海英 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第9期1093-1104,共12页
本文以洞庭湖湿地为研究对象,以2001—2014年MODIS时间序列数据产品MODIS_13Q1为主要数据源,利用一年内23景时间序列增强型植被指数(EVI)数据建立不同地表类型(包括各种湿地类型)的时间序列特征参考曲线;在此基础上采用波谱匹配的最小... 本文以洞庭湖湿地为研究对象,以2001—2014年MODIS时间序列数据产品MODIS_13Q1为主要数据源,利用一年内23景时间序列增强型植被指数(EVI)数据建立不同地表类型(包括各种湿地类型)的时间序列特征参考曲线;在此基础上采用波谱匹配的最小距离分类方法对研究区进行湿地分类和制图。研究结果表明:(1)2014年研究区总体分类精度和Kappa系数分别为87.87%和0.85,表征湿地动态性特征的季节性湿地分类精度为84.85%,具有较好的分类精度,说明基于时间序列遥感数据的分类方法可以满足湿地动态性特征监测的需要;(2)2001—2014年洞庭湖天然湿地(包括永久性水域、永久性沼泽和季节性沼泽、泥滩)呈现了波动减少的趋势,其中永久性水域减少约11%,永久性沼泽减少约22%,而季节性湿地减少约13%;同时,林地则呈现了持续增长的特征,到2014年成为保护区内面积最大的覆盖类型,增长了29%;而农田面积保持了相对的稳定;(3)洞庭湖湿地水域面积缩小、季节性湿地空间位置的变化及沼泽区人工林地的大面积种植改变了洞庭湖原有生态系统格局,进而对洞庭湖湿地的生态服务功能产生潜在影响。 展开更多
关键词 洞庭湖湿地 MODIS 时间序列 波谱匹配 物候特征
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