基于典型点的目的性采样设计方法及其在土壤制图中的应用

鉴于经典采样和空间采样存在的局限性,提出了一种旨在寻找典型点的目的性采样设计方法。该方法通过分析与目标地理要素空间分布具有协同变化关系的环境因子,提取地理要素空间变化的典型模式,进而在典型模式上布设样点,即可获得典型点,从而减少所需样本量。以位于黑龙江鹤山农场的2个研究区为例,分别选择土壤厚度和表层有机质2个土壤属性,通过对土壤属性空间变化的4个协同环境因子进行模糊c均值聚类,获得对应土壤属性空间变化模式的环境因子组合;根据其模糊隶属度结果设计典型点并进行采样,最后结合典型点的属性值与环境因子组合模糊隶属度结果,采用加权平均模型得到土壤属性空间分布图,反映了土壤属性随地形变化的连续性分布。基于独立野外验证点,选择了4个评价指标对所得属性图进行定量评价。结果表明：2个研究区验证点集的预测值和观测值一致性指数均较高,可见本研究提出的方法是一种有效的样点布设方法。研究还对在每一环境组合类设计不同数量典型点所得土壤属性制图结果的差异进行了讨论,认为典型点增多并不一定能提高土壤属性空间推测的精度。     

栅格化属性精度损失的评估方法及其尺度效应分析——以四川省1:25 万土地覆被数据为例

选择在600 m~30 km 16 个尺度上,在ArcGIS 中利用常用的面积最大值法(Rule ofMaximum Area,RMA) 对2005 年四川省1:25 万土地覆被矢量数据进行栅格化,并采用两种属性精度损失评估方法：传统的常规分析方法和一种新的基于栅格单元分析方法,来对比分析在这两种评估方法下RMA栅格化的属性(这里是指面积) 精度损失随尺度的变化特征。结果表明：(1) 在同一尺度下采用基于栅格单元方法分析所得的研究区平均属性精度损失大于常规分析方法分析得到的平均属性精度损失,且二者之间的差异在1~10 km内很明显,当栅格单元大于10km时,两种方法得到的平均属性精度损失的差值稳定,且其随尺度的变化曲线趋于平行;(2) 基于栅格单元分析方法不仅能够准确地定量估计RMA栅格化的属性精度损失,而且能客观地反映属性精度损失的空间分布规律;(3) 对四川省1:25 万土地覆被数据进行面积最大值法(RMA)栅格化的适宜尺度域最好不要超过800 m,在该尺度域内数据工作量适宜,且RMA栅格化属性精度损失小于2.5%。     

植物属性地理的研究进展与展望

植物属性地理学是植物地理学的一个新兴研究方向,研究植物属性的地理分布规律。目前与植物属性地理相关的研究热点主要集中在植物属性的多尺度表达、植物属性的权衡关系和属性多样性与生态系统功能三个方面。比叶面积、叶干物质含量、叶氮含量、种子质量、植物高度、茎密度是最受关注的植物属性。植物属性需要在植物个体水平上进行测量,然后基于群落内物种相对优势度的加权平均上推到群落水平。植物属性权衡关系主要包括叶片经济型谱及属性与环境因子之间的权衡关系研究。全球植物属性数据库的丰富与共享,推动着植物属性地理学的蓬勃发展。当前的植物属性空间连续分布主要利用全球属性数据库和空间统计建模方法实现,但借助激光扫描和成像光谱技术直接对区域植物功能属性进行空间制图正成为植物属性地理学空间计算的新方法。植物属性的空间格局分析是植物属性地理学的重要内容之一,不仅有助于解释植物物种的适应性与分布、群落构建等问题,而且为预测全球气候变化对植物的影响提供了依据。用植物属性代替物种可以更好地解释植物分布和植物对环境适应的生理机制,所以在全球植被模型研究中开始尝试将基于物种的植被动态模型发展为基于属性的植被动态模型,这将会给全球变化下碳循环过程的模拟和陆面模式带来新的机遇和挑战。展望未来,植物属性地理学仍然需要发展新的研究手段,深化全球植物属性的空间分异规律及其与环境因子之间的关系研究,以及完善全球和区域植物属性数据库建设。     

模糊坡位信息在精细土壤属性空间推测中的应用

坡位的空间渐变特征影响着小流域及坡面尺度上的土壤、水文、地貌等现象和过程,因此对精细尺度下的地理建模(如土壤空间信息推理)有重要作用。虽然目前已有多种模糊坡位信息定量提取方法,但所得到的模糊坡位信息还缺乏实际应用。本文以精细尺度下的土壤属性空间分布推测为例,对此展开探索。应用模型假设:(1)在小流域内,地形因素主导着土壤属性空间分布的变化;(2)典型坡位上对应分布着典型的土壤属性值,土壤属性与坡位之间存在协同变化关系。据此建立以模糊坡位信息对各类典型坡位上土壤样点属性值的加权平均模型,推测土壤属性的空间分布。模型应用于黑龙江省嫩江流域一个地形平缓的小区(面积约60 km²),通过一个以坡位典型位置作为原型的模糊坡位定量方法提取5类坡位(山脊、坡肩、背坡、坡脚、沟谷)的空间渐变信息,对土壤表层有机质含量的空间分布进行推测。推测结果通过研究区70个土壤采样点进行评价,以推测结果与评价样点集之间的相关系数、平均绝对误差、均方根误差作为定量评价指标,与使用常用地形属性的多元线性回归模型推测结果进行对比。评价结果表明,仅使用极少建模点的加权平均模型的推测结果优于多元线性回归模型的推测结果。     

嵌入式马尔科夫链的地质属性建模与应用

传统的地质统计学所形成的算法理论和方法(如克里格算法)过分依赖样品的数据,变异函数参数众多,给地质模拟造成很大困难。基于马尔科夫链的地质属性建模采用转移概率描述样品区域的各种参数变量,通过转移概率矩阵直接推导地质属性分布比例、平均长度,其简化了地质空间各向异性处理过程,克服了传统地质统计学中参数众多且复杂难以计算和地质体分布过程中存在不对称性等缺陷,使得整个地质属性建模的过程更简洁、清晰,容易理解,且建模的结果可以很好地反映地质体空间分布的复杂性。该文利用马尔科夫链对南京市河西地区的新近地质层进行了地质属性建模,实例应用表明,使用该模型进行地质属性建模可为进一步的数值模拟提供支持。     

土壤粒径空间预测方法研究综述

土壤粒径（砂粒、粉粒和黏粒）是各种陆表过程和生态系统服务评估等模型的关键参数。作为一种土壤成分数据,土壤粒径的空间预测方法有和为1（或100%）等特殊要求,其空间分布精度受预测方法影响较大。本文针对土壤粒径相较于其他土壤属性的特殊性,提出了土壤粒径空间预测方法框架,综述了土壤粒径数据变换、空间插值和精度验证等系列方法,总结了提升土壤粒径空间预测精度的各种途径,包括通过有效的数据变换改善数据分布、结合数据分布特点选择合适的预测方法、结合辅助变量提升制图精度和分布合理性、使用混合模型提升插值精度、使用多成分联合模拟模型提升预测的系统性等。最后,提出了今后土壤粒径空间预测方法研究的未来方向,包括从考虑数据变换原理和机制角度改善数据分布、发展多成分联合模拟模型和高精度曲面建模方法,以及引入土壤粒径函数曲线并与随机模拟结合等。     

基于少量典型样点土壤属性空间分布推测模型中的土壤属性参数敏感性分析

针对基于少量典型样点土壤属性空间分布推测模型中的土壤属性参数敏感性问题,以坡位渐变信息结合典型土壤样点的加权平均模型为例,利用东北地形平缓小流域的土壤表层有机质含量样点集,使用阶乘设计、箱线图分析、扰动分析法和本文新设计的MR指数评价该模型的参数敏感性。结果表明,该模型中土壤属性参数敏感性较大,其大小与典型样点空间分布有关。敏感性主要由应用该模型时采用的坡位分类体系的不确定性引起。该文的分析方法可用于对基于少量典型样点的土壤属性空间分布推测模型进行参数敏感性综合分析。     

基于环境相关法的土壤属性空间分布特征研究——以黄土丘陵沟壑区小流域为例

在横山县朱家沟小流域采集111个样点,分析土壤属性与地形因子相互关系,进行空间预测分析。结果表明:土壤密度与复合地形指数CTI显著正相关,土壤有机质与复合地形指数CTI、汇流动力指数SPI、沉积物运移指数STI显著负相关,全磷只与坡度β显著负相关。多元线性逐步回归模型对于土壤密度和有机质拟合较好,而对于全磷,预测结果较差;回归-克里格预测有效地减小了残差,消除了平滑效应,预测极差更宽,对于局部的变异及地形、土地利用的关系体现更为细化,提高了预测精度。     

东濮凹陷文西斜坡古盐湖沉积的油气储层预测

早第三纪的东濮凹陷是一个典型的盐湖含油气盆地。与传统的“干盐湖”理论沉积模式相比 ,东濮凹陷下第三系沉积组合明显具有砂岩储集层层薄而且少的特点。作者讨论了在高分辨率层序地层研究基础上 ,使用地震岩性反演技术等方法预测东濮凹陷古盐湖沉积超薄储集层分布的实例。在层序地层解释的基础上 ,利用稳定泥岩的区域展布特点 ,使用JASON软件系统的储层反演功能可预测潜在的储集层分布情况 ,追踪含油气砂岩储集层的展布特征 ,预测文西斜坡的储集层展布。     

基于多元成土因素的土壤有机质空间分布分析

以陕西省蓝田县2013年667份土壤有机质样本为对象,运用GIS空间分析及遥感数字图像处理收集整理土壤类型、地形、植被等成土因子,利用多元线性回归分析集成所有成土因子对土壤养分进行空间分布预测。结果表明:通过分级统计均值定权法和像元线性拉伸法将所有成土因子统一为相对度量值,并根据成土因子与有机质含量的相关性显著程度进行因子取舍,有利于集成各类成土因子构建多元线性回归模型。预测结果定性分析表明:多元线性回归预测结果与kriging法预测结果在宏观上具有一致的空间分布趋势;但多元线性回归预测结果土壤有机质空间分布特征带有各种成土因子的变化特征,从视觉效果上,克服了传统插值法中存在的斑块状分布现象,更精细的描述了本区域内有机质空间分布趋势; MPE和RMS定量精度分析显示,在集成多元成土因素对有机质进行空间分布分析时,本文方法优于常用kriging插值法,该法可作为集成多元成土因子对土壤养分空间分布预测的有效方法。本区域内土壤有机质高值区域主要集中在地势低平、坡度缓和、湿度适中的农耕区,地势较高、坡度陡的山区有机质含量低。     

Research related to geographical information systems at the Natural Environment Research Council's Unit for Thematic Information Systems

Abstract

The wide variety of research into aspects of geographical information systems (GIS) undertaken at the Natural Environment Research Council's Unit for Thematic Information Systems is described. This includes work on spatial data models, on the application of artificial intelligence to improve the quality of input of remotely-sensed data, on automation of map cataloguing, on improving display and on GIS modelling.     

Attribute trajectory analysis: a framework to analyse attribute changes using trajectory analysis techniques

Trajectory analysis has attracted growing attention in the research field of geography. Beyond traditional moving object trajectories, another type of trajectory exists in which the coordinates are object attributes rather than geographical coordinates. In this paper, a framework to analyse these so-called attribute trajectories is proposed that uses four techniques typically employed in the analysis of moving object trajectories: the Reeb graph, the similarity matrix, the convoy and the mega-convoy. The Reeb graph provides the ability to visualise the temporal dynamics of attribute similarities. The similarity matrix is a supplement of the Reeb graph whose purpose is to visualise the pairwise similarities among the attributes. Moreover, the similarity matrix forms a basis for clustering. The convoy highlights objects whose attributes remain similar for a sufficiently long period. The mega-convoy reduces the number of convoys and reveals their evolutionary histories by merging overlapping convoys. A small real-world meteorological dataset is used as an example to illustrate the attribute trajectory analysis framework and the techniques. This paper aims to form a starting point for applying trajectory analysis techniques in many research fields.     

REVIEW ARTICLE MULTIVARIATE EXPLORATORY DATA ANALYSIS AND GRAPHICS:A TUTORIAL

Exploratory data analysis(EDA)is a toolbox of data manipulation methods for looking at data to seewhat they seem to say,i.e.one tries to let the data speak for themselves.In this way there is hope thatthe data will lead to indications about'models'of relationships not expected a priori.In this respect EDAis a pre-step to confirmatory data analysis which delivers measures of how adequate a model is.In thistutorial the focus is on multivariate exploratory data analysis for quantitative data using linear methodsfor dimension reduction and prediction.Purely graphical multivariate tools such as 3D rotation andscatterplot matrices are discussed after having introduced the univariate and bivariate tools on which theyare based.The main tasks of multivariate exploratory data analysis are identified as'search for structure'by dimension reduction and'model selection'by comparing predictive power.Resampling is used tosupport validity,and variables selection to improve interpretability.     

北极Ny-Ålesund地区真菌多样性分析及龙胆苦苷转化菌株的筛选

采用多种培养基对北极高纬地区（土壤及海洋沉积物）真菌进行分离纯化,共得真菌65株。通过分析菌株的18S rDNA序列研究了它们的系统发育多样性,18S rDNA序列分析表明,65株真菌分属25个属,其中数量上位居第一的是青霉属（Penicillium）,有菌株20株,其次为丛赤壳属（Nectria）和节枝孢属（Articulospora）,各有菌株6株。同时对这65株真菌开展转化龙胆苦苷阳性菌株的筛选。以β-葡萄糖苷酶作为筛选转化菌株的标志酶于65株真菌中筛选到阳性菌株28株,其中产酶能力强的9株菌作为转化实验的备选菌株,以龙胆苦苷为底物进行转化,将转化粗提物进行TLC及HPLC分析,最终确定将C-5作为转化龙胆苦苷的菌株。根据菌株形态特征和核酸序列分析结果,初步鉴定菌株C-5为青霉属真菌。暂定名为Penicillium sp.C-5。     

地理学发展的战略方向探讨

《了解正在变化的星球：地理科学的战略方向》是美国国家研究理事会最新的一部颇富创建性和前瞻性的研究报告,反映了地理学发展的集成研究战略方向.尽管受其任务和受众的影响,报告话语表现出过度重视技术和工具,但其提出的建设地理科学这一议题切中了当前地理学发展的战略方向,也在技术和工具这个“任务”方面尝试相应的建构工作,相伴的重要工作是给出了地理科学未来10 年的11 个优先研究领域.报告后来的评论则重新发掘并弥补了该报告的某些不足,说明了该报告“深度”的一面,尤其是地理科学的方法论问题.与该报告及其评论相比,中国建设地理科学的主张具有如下特点：① 学科体系庞大、层次分明、范畴严密;② “学科”与“任务”明显平衡;③ 有系统论和整体论的方法论;④ 初步显现深远的、连锁的影响.《了解正在变化的星球》及其评论,以及中国地理科学建设表明--跨学科的地理科学是地理学发展的战略方向：① 地理学正走向或走入集成研究的“大科学”阶段;② “学科”与“任务”平衡是地理学自身发展及应对了解正在变化的星球的必然要求;③ 未来地理科学建设应当是具有科学人文主义的学科体系、方法论、技术和工具的“三元”结构.     

科技型创新区人本化构建的国际实践及启示

创新和创新区已日益成为城市经济发展和城市竞争力的重要元素,在科技和人才日渐成为激发城市创新型经济,及促进城市活力的主导甚至决定性因素的当今时代,尤为如此。通过对欧洲、北美和亚洲三个不同类型的科技型创新区国际最佳实践的系统梳理,甄别出用以打造一个科技型创新区的共通性要素、标准和原则。国际最佳实践证明,科技型创新区的人本化构建正在成为一种主流趋势,即综合考虑人在各阶段、各层次等多样化需求的基础上,通过对文化要素的有效鉴别和这些要素之间的作用机理,使它们有机融合并系统嵌入到创新区的空间打造中。结论表明：要成功打造一个科技型创新区,必须考虑并重视七大要素,即创意人才、企业集群、能动设施、资金保障、运营管理、空间结构和文化氛围。基于此,提出对中国科技型创新区建设与发展的五大启示,即愿景导向下的持续培育、前瞻性定位、人本化空间布局、创新激发型活动安排和多利益群体参与。最后,还提出要从四个方面进行互动关联研究,以构建空间/地方人本化打造的完整理论体系。     

辽宁佟二堡皮革制造集群与专业市场共同演化

制造集群和专业市场分别由经济活动的生产环节和销售环节在空间上高度集聚形成,两者间互动融合已成为中国沿海地区产业转型升级的新路径。基于共同演化理论分析框架,以辽宁佟二堡镇皮革产业为例,通过实地调研和企业访谈,研究制造集群和专业市场的形成与共同演化过程及其驱动机理,重点考察政府和企业衍生在推动两者共同演化过程中的作用。研究表明,佟二堡镇皮革制造集群与专业市场遵循共生发展型演化模式,呈现出产业规模共同扩大、组织方式共同演进、产业分工共同深化的共同演化过程。东北广阔的消费市场、地方政府的积极推动、制造集群和专业市场内企业衍生是引致两者共同演化的主要原因。     

上海市外资研发机构的空间演化及区位因素

在总结上海外资研发机构发展历程的基础上,探讨其空间布局演化规律及区位因素,可为城市空间规划与研发产业布局提供借鉴。结果表明：①全域分散化趋势明显：距中心城区10~20 km范围的近郊区是外资研发机构分布的峰值圈层,随着时间推移,分布点向外围圈层扩散,中心城区集聚的倾向不显著。同时基于街道和区县统计的空间差异性逐渐缩小,空间分布趋于分散化。②局域聚焦特征显著：在不同方位形成少数不同等级的集聚区,即“张江—金桥—外高桥”东部集聚区、以漕河泾为主的中部集聚区、“紫竹—莘庄—闵行开发区—松江工业区”西南集聚区、“安亭—嘉定工业区”西北集聚区。从时序上看,这种多极引领的簇群式空间组织模式相对稳定,其中张江、漕河泾和紫竹园区的主导地位进一步强化。同时集聚区交通指向性明显,依托主干道与地铁交通网形成互动联结。③计量回归结果表明,传统区位因素(地租成本、交通通达性、资源要素)、集聚因素和制度因素对外资研发机构区位决策具有正向影响,且在不同发展阶段,对不同规模机构影响有所差异。归结起来,上海外资研发机构的空间演变机制亦是政府引导下的市场作用机制。     

A View on the Limiting City Expansion: Inner-City Attraction Issues through Linear Correlation

Current inner-city¹ depopulation coupled with significant peripheral expansions disrupting nature, are the rule in many of the world’s large cities such as Montreal. Expansion needs to be balanced from the inner-city attraction perspective. To deal with that objective and following an inductive process in the scientific method, two field surveys were implemented in one of Montreal’s inner-city most popular neighbourhoods (Sainte-Marie) for measuring its current attraction power. Results expose that current local residential housing/services improvement in terms of their medium to high needs/impedances² linear correlations to achieve it discourage people to continue living in Sainte-Marie on a “free will” basis. This report concludes that limiting city expansion at least through this inner-city neighbourhood’s attraction level is still very much a myth.     

全月球撞击坑形貌特征的识别与多指标表达

全月球撞击坑数据是支撑月表形貌研究以及月球工程探测和科学研究的重要基础性数据,其全面性、精确性是衡量一个国家科技水平甚至综合国力的重要指标。基于嫦娥一号、Clementine多光谱等探月数据,智能化人工提取了全月球106030 个直径大于500 m的撞击坑,在IAU 公布的有名称的撞击坑及其描述形貌特征指标的基础上,建立了描述全月球撞击坑形貌特征的指标体系并获得了所有撞击坑指标的属性值。针对现阶段尚无一套完整的全月球撞击坑数据库的现状,采用面向对象的Geodatabase数据模型组织全月球撞击坑数据,构建了包含位置、大小、形状、坡度、方向、中央峰、辐射纹等7 个大类52 个小类指标的全关系型数据库,其可对撞击坑空间数据和属性数据进行一体化管理,实现了对撞击坑数据的存储、检索、处理和应用,为其他月球科学研究基于数据库进行数据挖掘和应用提供了海量基础数据,为后续月球其他资源数据库的构建提供借鉴。今后将进一步完善更新维护全月球数据库的工作。