贵州高原复杂地形下太阳总辐射精细空间分布

海拔、坡度、坡向以及周围地形遮蔽作用,造成山区各部位接受到的太阳辐射能有很大差异. 在前人研究的基础上,对以前的模型进行了一些改进,考虑了坡度、坡向和地形相互遮蔽作用对复杂地形下天文辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,研制了以复杂地形下天文辐射为起始数据的复杂地形下太阳总辐射的分布式模型,在模型中还考虑了散射辐射的各向异性及坡地反射辐射对复杂地形下太阳总辐射的影响.应用100 m×100 m分辨率的DEM数据及气象站常规观测气象资料,计算了贵州高原复杂地形下100 m×100 m分辨率的复杂地形下太阳总辐射.结果表明:(1) 局地地形因子如坡度、坡向、地形遮蔽等对太阳总辐射影响显著,地形对复杂地形下太阳总辐射的影响是不容忽视的.(2)在缺乏复杂地形下坡面考察资料的情况下,建立以常规气象站观测资料为主的物理经验统计模型是实现细网格辐射资源计算的可行途径.     

起伏地形下黄河流域太阳直接辐射分布式模拟

基于数字高程模型(DEM)数据和气象站观测资料建立了起伏地形下太阳直接辐射分布式计算模型,模型充分考虑了地形因子(坡向、坡度、地形相互遮蔽)对起伏地形下太阳直接辐射空间分布的影响;以1km×1km分辨率的DEM数据作为地形的综合反映,计算了起伏地形下黄河流域1km×1km分辨率太阳直接辐射的空间分布;深入分析了起伏地形下太阳直接辐射受地理、地形因子影响的变化规律。结果表明:受地形起伏和坡向、坡度等局地地形因子的影响,山区年太阳直接辐射量的空间差异比较明显,向阳山坡(偏南坡)的年直接辐射量明显高于背阴山坡(偏北坡)     

晴空下山区太阳辐射模拟

由于太阳辐射在山区的空间分布情况较为复杂,在Arcgis,Envi和C++基础上,提出了一个晴空条件下估算山区太阳辐射分布的模型。在借鉴国内外太阳辐射研究成果基础上充分考虑了地形因素和大气状况,利用Modtran大气辐射传输模型、DEM和Modis反照率数据建立了山区太阳辐射计算模型。以黑河上游山区为试验区,利用该模型模拟得到了黑河上游山区的太阳辐射,分析了坡度、坡向、海拔对太阳辐射空间分布的影响,并利用实测值对模型进行了验证,结果表明：该模型可较好地反映研究区内山区太阳总辐射的分布,可用于山区太阳辐射的估算。     

起伏地形下黄河流域太阳直接辐射分布式模式

基于数字高程模型(DEM)数据和气象站观测资料建立了起伏地形下太阳直接辐射分布式计算模型,模型充分考虑了地形因子(坡向、坡度、地形相互遮蔽)对起伏地形下太阳直接辐射空间分布的影响;以1km×1km分辨率的DEM数据作为地形的综合反映,计算了起伏地形下黄河流域1km×1km分辨率太阳直接辐射的空间分布;深入分析了起伏地形下太阳直接辐射受地理、地形因子影响的变化规律.结果表明受地形起伏和坡向、坡度等局地地形因子的影响,山区年太阳直接辐射量的空间差异比较明显,向阳山坡(偏南坡)的年直接辐射量明显高于背阴山坡(偏北坡).     

贵州高原复杂地形下月平均日最高气温分布式模拟

在前人研究的基础上,对以前的模型进行改进,考虑了坡度、坡向和地形相互遮蔽作用对复杂地形下天文辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,建立以天文辐射为起始数据的复杂地形下月平均日最高气温的分布式模型,在模型中考虑了海拔高度、复杂地形下太阳总辐射、日照百分率对月平均日最高气温的影响.以贵州高原为例.应用100m×100m分辨率的DEM数据.1960-2000年贵州省及周边102个气象站常规气象要素观测资料以及NOAA-AVHRR观测资料,10个气象站的太阳辐射量资料,计算了贵州高原各月及年平均日最高气温精细空间分布.结果表明:(1)坡度、坡向、地形遮蔽对月平均日最高气温的影响较大,由于局地地形因子的影响,复杂地形下月平均日最高气温的空间分布具有明显的地域分布特征,局地地形对月平均日最高气温的影响是不容忽视的.(2)季节不同,局地地形因子对复杂地形下月平均日最高气温空间分布的影响不同,冬半年大于夏半年.月平均日最高气温随海拔高度的增加而降低.南坡随坡度的增大而升高:北坡随坡度的增大而降低.在坡向影响上,1-5月、10-12月偏北坡月平均日最高气温偏低,偏南坡月平均日最高气温偏高;7-8月因太阳高度较高,因此出现相反的情况.北坡高于南坡.     

基于GIS的起伏地形下天文辐射分布式模型——以贵州高原为例

天文辐射是辐射计算、太阳能资源评估及其他相关研究领域重要的起始参量,由于坡度、坡向和地形之间相互遮蔽等局地地形因子的影响,使实际起伏地形下获得的天文辐射与水平面上获得的天文辐射有一定差异。确定实际起伏地形下天文辐射是比较困难的。应用数字高程模型(DEM)数据和地理信息系统(G IS),建立起伏地形下天文辐射分布式计算模型,计算了起伏地形下贵州高原100 m×100 m分辨率天文辐射精细空间分布,分析了局地地形因子对起伏地形下天文辐射的影响。结果表明:(1)贵州高原起伏地形下天文辐射的空间分布具有明显的地域分布特征。(2)贵州高原起伏地形下天文辐射年总量平均为481.7~13 041.8 M J/m2,1月、7月天文辐射分别为0.0~1 244.7 M J/m2、0.0~1 264.8 M J/m2。(3)局地地形因子对起伏地形下天文辐射空间分布的影响随季节和纬度变化,虽然坡度、坡向和地形遮蔽对天文辐射的影响,在太阳高度角较低的1月比太阳高度角较高的7月相对较大,但因为7月水平面获得的天文辐射的强度相对较大,7月局地地形对天文辐射的影响依然显著。因此,贵州高原起伏地形对天文辐射的影响是不容忽视的。     

复杂地形下长江流域太阳总辐射的分布式模拟

利用长江流域气象站1960-2005年的观测资料(包括常规气象站点资料和辐射站点资料)、NOAA-AVHRR遥感数据(反演地表反照率),以1km×1km的数字高程模型(DEM)反映地形状况的主要数据,通过基于DEM数据的起伏地形下天文辐射模型和地形开阔度模型,分别建立了长江流域太阳直接辐射、散射辐射和地形反射辐射分布式模型,实现了长江流域太阳总辐射模拟,并对总辐射模拟结果进行了时空分布规律分析和对其受季节、纬度、地形因子(高度、坡度和坡向等)影响的局部规律分析,以及模拟结果的误差分析和站点验证分析。结果显示:太阳总辐射在季节上受影响的程度依次是春季>冬季>夏季>秋季;随着高度、坡度、纬度的增加,太阳总辐射受坡向影响的程度呈增强趋势,从坡向上看,向阳山坡(偏南坡)对太阳总辐射量明显高于背阴坡(偏北坡)。模拟的平均绝对误差为13.04177MJm^-2,相对误差平均值3.655%,用站点验证方法显示:模拟绝对误差为22.667MJm^-2,相对误差为4.867%。     

中国三种太阳辐射起始数据分布式模拟

天文辐射、干洁大气总辐射和湿洁大气总辐射是太阳辐射模拟的3种重要起始数据。依托Iqbal Model C和起伏地形下干/湿洁大气总辐射模型,实现了水平面和起伏地形下干/湿洁大气总辐射分布式模拟。以DEM数据作为地形的综合反映,结合常规气象资料,计算了水平面和起伏地形下中国1 km×1 km分辨率日天文辐射量、干洁大气总辐射量、湿洁大气总辐射量的空间分布,并对3种太阳辐射起始数据的时空分布特征做了对比分析。结果表明：3种辐射量均遵循随纬向变化的宏观分布规律;水平面干/湿洁大气总辐射量的分布体现了海拔的影响,水平面湿洁大气总辐射量的分布还体现了水汽分布的影响;起伏地形下的3种辐射量能很好的体现坡度、坡向和地形之间相互遮蔽等局部地形特征对辐射量的影响;以干/湿洁大气总辐射作为起始数据,将有助于提高太阳总辐射的模拟精度。     

中国三种太阳辐射起始数据分布式模拟

天文辐射、干洁大气总辐射和湿洁大气总辐射是太阳辐射模拟的3种重要起始数据。依托Iqbal Model C和起伏地形下干/湿洁大气总辐射模型,实现了水平面和起伏地形下干/湿洁大气总辐射分布式模拟。以DEM数据作为地形的综合反映,结合常规气象资料,计算了水平面和起伏地形下中国1 km×1 km分辨率日天文辐射量、干洁大气总辐射量、湿洁大气总辐射量的空间分布,并对3种太阳辐射起始数据的时空分布特征做了对比分析。结果表明:3种辐射量均遵循随纬向变化的宏观分布规律;水平面干/湿洁大气总辐射量的分布体现了海拔的影响,水平面湿洁大气总辐射量的分布还体现了水汽分布的影响;起伏地形下的3种辐射量能很好的体现坡度、坡向和地形之间相互遮蔽等局部地形特征对辐射量的影响;以干/湿洁大气总辐射作为起始数据,将有助于提高太阳总辐射的模拟精度。     

提孜那甫河流域地表太阳辐射估算及其影响因素分析

地表太阳辐射是地球表层主要能量来源,对地表能量平衡、能量交换以及生态水文过程等具有决定性意义。山区地形复杂,其地表太阳辐射时空差异较大且较难估算。采用适用于山区的地表太阳辐射模型对西北昆仑山提孜那甫河流域地表太阳辐射时空分布进行了估算,分析了该流域季节太阳辐射空间分布规律并探讨了地形和云2个重要因素对太阳辐射空间分布的影响。结果表明:（1） 地形因子中周围地形阻挡即地形开阔度（Sky view factor,SVF）与年总太阳辐射的关系最为显著,太阳辐射随SVF增加而增加。（2） 年总太阳辐射随着高程增加首先减少,再而随之增加。探究SVF随高程的变化,发现其与太阳辐射随高程的变化趋势较为一致,因此在山区复杂地形下地表太阳辐射估算中仅利用高程对其校正存在明显不足,需综合考虑地形效应。（3） 研究计算了季节云出现频率空间分布与太阳辐射空间分布的相关系数,结果表明夏季太阳辐射受云影响较其他季节显著。定量分析了地形因子以及云对地表太阳辐射空间分布影响的贡献率,周围地形阻挡SVF对地表太阳辐射空间分布的影响最大,高程和云次之。因此综合考虑地形和云对太阳辐射的影响在山区太阳辐射模拟中是非常必要的,研究可为山区地表太阳辐射模拟提供理论依据,并为山区生态水文过程研究提供方法支撑。     

福建省复杂地形下旬平均气温分布式模拟

为建立高时空分辨率的福建省复杂地形下气温栅格数据集,利用福建省及其周边33个常规气象站观测资料,基于数字高程模型（DEM）数据,综合考虑海拔、太阳总辐射、地表长波有效辐射对旬平均气温的影响,模拟了福建省复杂地形下旬均温的空间分布。结果表明：1）常规站验证结果显示：各旬气温绝对误差平均值（MAE）最小为0.46℃,最大为2.3℃,全年平均为0.87℃;加密站验证结果显示,MAE最大为2.3℃,最小0.5℃,全年平均为0.96℃。2）模拟结果能反映旬均温的宏观分布规律与局地细节特征。宏观范围内,旬均温受纬度影响较大,由北至南气温逐渐升高,沿海地区旬均温整体高于内陆,山区旬均温明显较低;局地范围内,各坡向上气温差异显著,海拔越高、坡度越大,差异越明显;地形因子对旬平均温的影响具有季节差异,具体表现为冬季时地形因子对旬均温的影响最大,秋季次之,春夏季节中地形因子对旬均温的影响最弱。     

天山胜利达坂地区积雪分布特征

本研究利用天山胜利达坂地区2014—2016年Landsat系列卫星的57景ETM+或OLI遥感影像,基于SNOMAP算法提取研究区积雪面积,并结合DEM数据研究了海拔高度、坡向和坡度对研究区积雪空间分布的影响。结果表明,随着海拔的增加,积雪覆盖率持续增加;阴坡积雪覆盖率约是阳坡的2~3倍。进一步的一般线性模型(GLM)分析表明:海拔、坡向和坡度均显著影响积雪的空间分布,但各地形因子的影响程度在不同季节有所差异。在冬季(12~2月),坡向是影响积雪覆盖率空间变异的主要地形因子,贡献了积雪覆盖率总变异的57%,约是海拔的2倍,坡度的4.5倍。对其他季节而言,海拔是主要影响因子,其次是坡向,坡度的影响最小。     

复杂地形区太阳短波辐射空间变异分析

太阳短波辐射是地表辐射收支平衡的重要参量,水汽、气溶胶等大气环境与坡度、坡向等地形效应导致其空间分布变异特性。该文利用复杂地形区太阳短波辐射遥感估算模型已有成果,采用ArcGIS和GeoDa空间分析及地统计建模方法,分析了黑河流域上游大野口子流域太阳短波辐射的空间变异特性与规律。研究表明,各分量中,太阳短波直接辐射空间变异系数最大,各向同性散射辐射空间变异系数最小。在研究区任意选择2 115个点进一步分析发现,MODIS过境时刻太阳直接辐射空间变异性规律受地形起伏度、坡度和坡向影响,各向异性散射辐射分量表现特征与太阳短波直接辐射类似,而各向同性散射辐射地形效应不明显。Moran′s I分析表明,太阳短波辐射各分量具有显著的空间正相关关系,南坡自相关性最强,西坡次之,北坡空间自相关性较弱,而东坡空间自相关性最弱。Moran散点图表明,地形起伏度对散射辐射,尤其是对各向同性散射辐射空间分布影响较大,而对周围地形反射辐射影响较小。     

陕西省山地太阳总辐射分布式模拟研究

基于数字高程模型数据,全面考虑了天空因子和地形因子对太阳短波辐射各辐射分量的影响,分别建立了太阳直接辐射、散射辐射和反射辐射分布式模型,最终确定山地太阳总辐射分布式模型;依据该模型计算了陕西省100 m×100 m分辨率下月、季、年平均太阳直接辐射、散射辐射、反射辐射和总辐射,并分析其时空分布特征,最后探讨了局地地形因子对山地太阳总辐射的影响规律.     

一个计算山地地形参数的计算机模式

本文提出了一个虚拟次网格二维差分格式,依此建立了一个计算山地小地形参数(即局地平均坡向、坡度和地形遮蔽角)的通用计算机模式。模式的输入参数为研究地区的拔海高度网格化后的资料、空间格距和网格点数;模式的输出结果为每个格点上的坡向、坡度及沿任一方位上的地形遮蔽角以及一些地形统计值。由此,可较准确、客观地制作出研究山区的坡向、坡度图和地形遮蔽图。经实测验证,模式的计算值与实测值比较吻合。     

基于多源数据的梅县区客家人口空间分布特征与成因研究

基于DMSP/OLS的夜间平均灯光指数数据、Landsat8遥感影像数据和30 m数字高程数据,采用GIS空间分析与数理统计方法,研究了梅县区客家人口在地理空间分布特征及通过坡度、坡向、高程、河流等地理因子探究其分布成因。结果表明:(1)梅县区的客家人呈集聚模式分布在梅县区的中部、东北部、西南部地区;(2)梅县区中部客家人口分布密集,东北部、西南部客家人分布较密集;(3)梅县区客家人口主要分布在坡度小、海拔低、坡向为阳坡的地形因子适宜度指数较高的区域,97. 89%的客家人居住在坡度0. 5°～6°的区域内;(4)梅县区内客家居民点密度与河流密度成线性正相关关系,河流密度对客家人口分布的影响较为显著。     

干旱半干旱区山地土壤水分动态变化

水分是干旱半干旱区山地植物生长的主要限制因子，在这些地区开展土壤水分动态变化研究对农业生产和生态恢复的重要性是不言而喻的。近年来土壤水分测定技术有了很大进步，中子水分仪和时城反射仪已成为常规测量仪器，新型仪器不断出现，总的趋势是仪器的精度和自动化水平不断提高。土壤水分有其时空变化规律，一方面土壤水分随季节变化而变化，另一方面土壤水分随土壤深度和水平位置的变化发生相应变化。降水是影响干旱半干旱区山地土壤水分的最重要因素，气温、太阳辐射等其它气象因子对土壤含水量也用一定影响。此外，坡向、坡度、坡位等地形因子以及土壤特性、地表植被、土地利用情况等对土壤含水量空间分布也有重要影响。总之土壤含水量的时空变化是各种环境因子综合作用的结果。目前土壤水分动态变化的研究重点是对其影响因子的研究。就我国而言，宜加强干旱河谷区土壤水分动态变化的研究，促进土壤水分动态变化研究工作全面深入地开展。     

基于DEM的山地总辐射模型及实现

总辐射状况是决定山地气候的主导性因子。山区地形条件复杂,总辐射分布差异显著,为了便于研究山区总辐射的地域分布规律,该文建立了一种基于DEM模拟山区总辐射的方法,通过提取数字坡度模型、数字高度模型以及地形遮蔽度模型等信息,并采用多层面复合分析的方法,建立了山区直接辐射、散射辐射以及总辐射的数字模型。实验证明,太阳总辐射及其分量在山区中有很强的地域分布规律。该方法采用的DEM精度高,能够精细地反映太阳辐射的地区分布差异,为山地气候资源调查与利用、生态环境建设乃至精细农业的实施提供重要依据。     

2001-2013年川西高原旱情监测及其地形分异

利用2001-2013年EOS-MODIS归一化植被指数产品数据,应用距平植被指数法（AVI）对川西高原进行了干旱监测,并分析年平均干旱发生频率与海拔高度、坡度和坡向地形因子的关系,进一步结合研究区土地利用数据,分析了不同地形因子干旱频率差异的原因。研究表明：（1）受积雪覆盖的影响,川西地区干旱监测只在一定区域内适用,该适宜区为川西海拔4 300 m以下区域。（2）川西高原干旱发生频率同各地形因子都具有较强的相关性,其中,高程影响最为复杂,与不同高度带地表覆被类型的差异性有关;坡向影响非常明确,主要受稳定水汽来源输入的影响;坡度的影响具有较强的局域性,与不同坡度的保水蓄水能力及覆被类型有关。     

豫西山地植被NDVI及其气候响应的多维变化

豫西山地是秦岭山系在河南境内的余脉,处于亚热带向暖温带的过渡区域,是气候变化的敏感区。利用S-G滤波算法重构2000-2013年MODIS-NDVI时序影像,结合DEM、气温和降水数据,运用趋势分析、相关性分析等方法探讨豫西山地NDVI及其气候响应的多维变化。结果表明:(1)14年来豫西山地NDVI呈增长态势,增速为0.041/10a。NDVI值随山地海拔升高先增后降,随坡度增加而增大,在各坡向的分布相差不大。(2)植被在1100 m海拔区恢复概率最高,在1700 m区域退化概率最高;在10°~20°坡度区域恢复概率最高,在0°~5°区域退化概率最高;坡向对植被变化的分异作用不明显。(3)不同海拔、坡度、坡向上的植被所受影响因素不同,高海拔区植被动态主要受降水控制;不同坡度上的植被NDVI与气温的相关性均大于与降水的;在不同坡向上差异不明显。(4)崤山、熊耳山、伏牛山三大山脉北坡NDVI增速均大于南坡;北坡植被对降水变化较敏感,而南坡植被对气温变化较敏感。这些都是在全球变化背景下该区生态环境响应的重要信号,反映了过渡带生态响应因子对山地生态系统的重要性。