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1)数据内容:2001-2018年南极冰盖近地面月气温时空数据集。 2)数据来源及加工方法:利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)地表温度测量数据,结合119个气象站的现场气温记录,利用神经网络模型重建了南极冰盖(AIS)近地面气温数据,分辨率为0.05°×0.05°,时间尺度为2001-2018。 3)数据质量描述:精度优于ERA5再分析资料。 4)数据应用成果及前景:该数据库可用于研究南极冰盖近地面气温的时空分布特征,研究SAM和ENSO等对南极气温年际变化的影响。此外,由于数值天气预报模式输入的独立性,该数据集有可能用于气候模式验证和数据同化。
近地表气温是反映气候变化的重要物理参数。为了获得中国地区高时空分辨率的日数据(Tmax、Tmin和Tavg),我们充分分析了各种现有数据(再分析数据、遥感数据和原位数据)的优缺点。针对不同的天气条件建立了不同的Ta重建模型,并通过建立不同区域的修正方程进一步提高数据精度。最后,获得了1979 - 2018年中国逐日气温数据集(Tmax、Tmin和Tavg),空间分辨率为0.1°。 对于Tmax,使用原位数据的验证表明,均方根误差(RMSE)范围为0.86°C至1.78°C,平均绝对误差(MAE)范围为0.63°C至1.40°C,皮尔逊系数(R2)范围为0.96至0.99。Tmin的RMSE为0.78°C ~ 2.09°C, MAE为0.58°C ~ 1.61°C, R2为0.95 ~ 0.99。对于Tavg, RMSE范围为0.35°C ~ 1.00°C, MAE范围为0.27°C ~ 0.68°C, R2范围为0.99 ~ 1.00。此外,利用多种评价指标分析Ta的时空变化趋势,Tavg增加幅度大于0.0°C/a,与全球变暖的总体趋势一致。 综上所述,该数据集具有较高的空间分辨率和可靠的精度,弥补了之前在高空间分辨率下缺失的温度值(Tmax、Tmin和Tavg)。该数据集也为研究气候变化,特别是高温干旱和低温冷害提供了关键参数。
“一带一路”沿线国家能源供给恢复力反映了沿线国家能源供给恢复力水平,数据值越高,表明沿线国家能源供给恢复力越强。“一带一路”沿线国家能源供给恢复力数据产品制备参考了国际能源署各国能源统计数据(https://www.iea.org/data-and-statistics),利用2000-2019年“一带一路”沿线国家煤炭、石油、天然气供给的逐年数据,在考虑各能源逐年变化的基础上,基于敏感性和适应性分析,通过综合诊断,制备生成了能源供给恢复力产品。
人口年龄结构恢复力反映了沿线国家人口年龄结构恢复力水平,数据值越高,表明沿线国家人口年龄结构恢复力越强。人口年龄结构恢复力数据产品制备参考了世界银行统计数据库,利用2000-2019年“一带一路”沿线国家少儿人口(0-14岁)比例、劳动年龄人口(15-64岁)比例、老年人口(65岁及以上)比例(反向指标)3个指标的逐年变化数据,在考虑各指标逐年变化的基础上,基于敏感性和适应性分析,通过综合诊断,制备生成了人口年龄结构恢复力产品。
“一带一路”沿线国家人口数量增长恢复力反映了沿线国家人口数量增长恢复力水平,数据值越高,表明“一带一路”沿线国家人口数量增长脆弱性越小,恢复力越强。“一带一路”沿线国家人口数量增长恢复力数据产品制备参考了世界银行统计数据库,利用2000-2019年“一带一路”沿线国家人口数量这一指标的逐年变化数据,在考虑各指标逐年变化的基础上,基于敏感性和适应性分析,通过综合诊断,制备生成了人口数量增长恢复力产品。
格陵兰冰盖的物质损耗是近几十年来全球海平面上升的主要贡献者,在全球变暖的趋势下,格陵兰冰盖正在加速融化,探索其物质平衡对气候的变化响应具有重要的科学意义。作者基于MEaSUREs格陵兰触地线产品和流域边界,将触地线离散化,结合1985-2015年的MEaSUREs年度冰流速数据,和BedMachine v3冰厚度数据,矢量计算触地线各通量出口单元处冰通量;我们使用RACMO2.3p2模式的表面物质平衡数据,空间计算各流域表面物质平衡,并结合冰通量结果,得到格陵兰冰盖物质平衡数据集(1985-2015年)。该数据集包括1985年、2000年、2015年三年的格陵兰冰盖各流域物质平衡结果,含有各通量出口单元位置对应的年度冰流速、冰厚度、冰通量等信息。该数据集实现了触地线处冰通量的精细评估,可以反映近三十年格陵兰冰盖各流域物质平衡的变化情况和空间分布特征,为后续格陵兰冰盖物质平衡的精细变化评估及预测,和冰盖损耗机理探究提供基础性数据。
南极冰盖是全球海平面上升的最大潜在来源之一,准确确定冰盖物质收支情况是理解南极冰盖动态变化的关键,对理解冰盖演变历程、准确预测未来全球海平面上升都是至关重要的。作者基于MEaSUREs触地线产品和MEaSUREs南极流域边界,将触地线离散化,结合1985-2015年的MEaSUREs和RAMP年度冰流速数据,和BedMachine冰厚度数据,矢量计算触地线各通量出口单元处冰通量;使用RACMO2.3p2模式的表面物质平衡数据,空间计算各流域表面物质平衡,并结合冰通量结果,得到南极冰盖物质平衡数据集(1985-2015年)。该数据集包括1985年、2000年、2015年三年的南极冰盖各流域物质平衡结果,含有各通量出口单元位置对应的年度冰流速、冰厚度、冰通量等信息。该数据集实现了触地线处冰通量的精细评估,可以反映近三十年南极冰盖各流域物质平衡的变化情况和空间分布特征,为后续南极冰盖物质平衡的精细变化评估及预测,和冰盖损耗机理探究提供基础性数据。
在地球大数据科学工程专项时空三极环境项目第一课题“三极大数据共享与集成” (XDA19070100)资助下,中国科学院西北生态环境资源研究院车涛课题组利用机器学习方法结合多源雪深产品数据、环境因子变量及地面观测雪深数据等制备了北半球长时间序列逐日雪深数据集。 首先将人工神经网络、支持向量机和随机森林方法在积雪深度融合的适用性进行对比研究,发现随机森林方法在雪深数据融合上表现出较强优势。其次,利用随机森林方法,结合AMSR-E,AMSR2,NHSD和GlobSnow等遥感雪深产品及ERA-Interim和MERRA2等再分析资料格网雪深产品和环境因子变量等作为模型的输入自变量,用中国气象台站数据(945)、俄罗斯气象台站(620)、俄罗斯积雪调查数据(514)和全球历史气象网络逐日数据(41261)等43340个地面观测站点的雪深数据作为参考真值对模型训练与验证,在专项“地球大数据科学工程”提供的云平台上制备1980~2019年积雪水文年(上一年9月1日至本年度5月31日)的逐日格网雪深数据集。由于1980~1987年微波亮温数据为隔日数据,所以这段时间的数据会出现少量条带缺失现象。利用全球积雪模型对比计划及独立的地面观测数据进行验证,融合数据集的质量在整体上有所提升。利用地面观测数据及融合前的雪深产品对比来看,融合数据的决定系数(R2)从6种融合前产品中最高的0.23(GlobSnow雪深产品)提升至0.81,而相应的均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)也减小至7.7 cm 和2.7 cm。
格拉丹东地区是青藏高原重要的、典型的大江大湖源区。本数据集提供了不同时间尺度,不同分辨率的,覆盖长江和色林错源区冰川的DEM,用以计算源区冰川表面高程的季节变化和年代际变化。数据集包括了2016-2017年7景不同月份5米分辨率的TanDEM-X数据,可用以冰川表面高程的季节性变化计算;包括了1景1976年30米分辨率的KH-9 DEM,5景2011年30米分辨率的TanDEM-X,1景2014年和3景2017年30米分辨率的TanDEM-X,可用以计算1976-2000,2000-2011,2011-2017年期间冰川表面高程变化。同时采用Landsat ETM数据勾画,并按照RGI6.0分割了1976年的冰川轮廓数据;右图显示了该数据集的空间和时间覆盖信息,底图为正射校正后KH-9影像。
冰盖的表面高程对气候变化非常敏感,因此冰盖的高程变化被认为是评估气候变化的一个重要变量。长期的冰盖表面高程变化的时间序列是对理解气候变化有着重要作用的基础数据。将微波雷达卫星测高的观测数据连接起来可以建立目前最长的冰盖表面高程时间序列。但是,已有的任务间偏差改正方法在交叉标定不同的观测任务时仍然有误差残留。我们通过对常用的平面拟合模型进行修改,通过任务间偏差和升降轨道偏差的同时约束改正来确保不同任务间表面高程时间序列的自洽和连贯。基于这种方法,我们使用Envisat和CryoSat-2数据构建了2002-2019年间的南极冰盖高程变化时间序列。该时间序列是月均的格网数据,格网的空间分辨率为5-km。使用机载和星载激光测高数据对结果评估发现,与传统的方法相比,该方法可以将任务间偏差改正的精度提高40%。使用解算得到的高程时间序列,结合由密实化模型得到的表面过程造成的冰盖体积变化,我们发现冰动力过程使得阿蒙森海沿岸区域的冰盖成为南极冰盖体积损失最大的区域,而表面过程则主导了托腾冰川、毛德皇后地、伊丽莎白公主地和别林斯高晋海沿岸等冰盖的体积变化过程。西南极的冰体积损失超过了东南的体积积累。在2002–2019期间,南极冰盖的体积以初始速率−68.7 ± 8.1 km3/yr,加速度−5.5 ± 0.9 km3/yr2加速损失。
冰盖的高程变化是冰动力过程和冰盖表面过程综合作用的结果,对气候变化敏感。长期的冰盖表面高程时间序列对研究冰盖的稳定性及其对全球气候变化的响应具有重要的科学价值。卫星测高数据为我们提供了大量的冰盖表面高程观测。但是单个卫星测高任务的寿命有限,要获得长时间的冰盖表面高程时间序列,需要将不同的卫星测高任务连接起来。我们使用一种新的平面最小二乘回归策略,在更完善地改正升轨道-降轨道偏差后,使用更大量的观测数据,有效地改正了任务间偏差的影响。同时,使用基于EOF重建方法插值方法对缺少观测值的网格进行插值以削弱插值误差的影响。最终,联合ERS-1、ERS-2、Envisat和CryoSat-2四个卫星测高任务的观测值,我们成功构建了1991-2020期间长达30年的格陵兰冰盖5公里格网分辨率的月均表面高程时间序列。随后,我们使用1993年以来的Operation IceBridge机载激光雷达测高数据以及ESA全球气候变化项目提供的格陵兰冰盖表面高程变化产品对该时间序列进行了验证。发现,我们的时间序列是可靠的。由其得到的冰盖表面高程变化的精度比ESA全球气候变化项目产品的精度和误差的离散度分别提高了19.3%和8.9%。受益于我们更精确的任务间偏差的改正,在Envisat和CryoSat-2两个测高任务连接的时期的冰盖表面高程变化的精度和误差的离散度提高的更多,分别达到30.9%和19.0%。基于该套数据,我们发现近30年来格陵兰冰盖的体积以初始速率-53.8 ± 4.5 km3/yr,加速度-2.2 ± 0.3 km3/yr2加速损失。同时,我们还发现北大西洋涛动的相位转换对格陵兰冰盖表面高程的变化有着显著的影响。此外,该数据还是评估格陵兰冰盖质量平衡及其对全球海平面的贡献和研究格陵兰冰盖对气候变化的响应过程与机制的重要基础数据。
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。
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