边界时刻一致性判别方法在北京市出租车运量生成机制中的实证应用

以北京市出租车运量生成机制研究为例,探索时间基本单元大小对交通时段划分及运量生成机制的影响。基于北京市出租车轨迹数据,按10 min步长,采用10 min至60 min共6种时间基本单元对全天数据在交通小区尺度进行划分得到切片数据,应用系统聚类法将切片聚合得到时段划分,得到6种时段划分结果,进而对具有交集的时段采用边界时刻进行一致性判别。在时段划分基础上,应用地理加权回归模型比较分析了不同时间基本单元在上班时段的出租车运量影响因子的差异。结果显示,时间基本单元小于40 min时,上班时段的起始时刻不具有一致性;如果考虑所有时段的起始和结束时刻,则小于50 min时不具有一致性。上班时段的运量生成机制模型结果与时刻一致性判别类似,当时间基本单元在50 min及以上时,回归得到的解释变量具有一致性,小于50 min后则会有所变化。这些结果说明,基本时间单元的大小会影响交通运量时段划分和生成机制研究的结果;考虑到结果一致性和整点划分习惯,推荐采用60 min为基本划分单元。提出的边界时刻一致性判别方法也可以用到其它交通模式和其他相似的大数据研究。     

土地覆被及生态服务价值变化的多时间尺度模拟——以四川省渔子溪流域为例

根据渔子溪流域1986年和1994年的遥感影像土地覆被解译资料为基础,建立了模拟渔子溪流域生态环境变化的Markov Chain模型和Patch-dynamics模型,并以2002年遥感影像资料作为验证数据对模型进行了误差分析。以此为基础,分别以1年和8年的时间尺度对渔子溪流域土地覆被及其生态服务价值的变化进行了模拟,结果表明,时间尺度对模拟结果具有显著影响：在1年和8年的模拟尺度下,以Markov Chain模型得到的流域生态服务价值在1986~2018年间变化的相对误差为20%;不同土地覆被类型在不同步长下模拟结果的相对误差不一样,表明不同土地覆被类型变化的特征时间尺度不一样,以Patch-dynamics模型的模拟结果为例,步长为1年比步长为8年的相对误差大的土地覆被类型为耕地 (-8.2%/-5.6%)、有林地 (-0.5%/-0.4%)、草地 (0.7%/0.4%) 和居民建设用地 (-29.9%/-16.4%),它们的年际变化较大,其变化趋势不稳定,受到人为偶然因素的影响明显;而相对误差较小的土地覆被类型为灌木林 (-1.5%/-1.7%) 和永久冰雪覆盖 (27.3%/41.9%),它们的变化趋势较为稳定,主要受比较稳定的自然因素的影响。研究还表明,采用Markov Chain模型的模拟结果与采用Patch-dynamics模型的模拟结果总体上是一致的,但后者的模拟结果更稳定、更可靠。     

四川紫色土地区鹤鸣观小流域分布式侵蚀产沙模型

从四川省南部县鹤鸣观小流域Ⅱ号支沟为研究区,构建了适合紫色土地区小流域分布式侵蚀产沙模型。该模型以20m×20m栅格为空间步长,以10min为时间步长,定量分析鹤鸣观小流域Ⅱ号支沟水土流失程度,模拟了各时段每个栅格次降雨侵蚀产沙过程,计算了每个栅格次降雨径流量、侵蚀量与沉积量,并且运用递归算法计算出整个流域次降雨侵蚀产沙量,模型能够评价流域下垫面各因子空间分布不均匀性和人类活动的影响。在鹤鸣观小流域Ⅱ号支沟进行了模型的检验,模拟过程与实测结果符合较好。     

Topmodel模型在黑河干流出山径流模拟中的应用

概念性模型应用广泛,它由集总模式逐步发展为分布参数模式。文中介绍了一个基于土壤含水量和地形指数的概念性分布参数模型——Topmodel。该模型以小时为步长,对DEM分辨率的要求为50 m×50 m。为将模型应用到我国内陆河山区中大型流域,将模型的DEM分辨率拓宽到1 500 m×1 500 m,模拟过程也分别以日和月为步长。日径流模拟结果表明,在DEM分辨率较粗的情况下,模型有一个较长时间的土壤含水量调整期,之后模拟效果较好,尤其是枯水径流。月模型模拟效果较好,但模拟效果总体还是受DEM分辨率较粗的影响。     

基于神经网络的单元自动机CA及真实和优化的城市模拟

提出了一种基于神经网络的单元自动机（CA）。CA已被越来越多地应用在城市及其它地理现象的模拟中。CA模拟所碰到的最大问题是如何确定模型的结构和参数。模拟真实的城市涉及到使用许多空间变量和参数。当模型较复杂时，很难确定模型的参数值。本模型的结构较简单，模型的参数能通过对神经网络的训练来自动获取。分析表明，所提出的方法能获得更高的模拟精度，并能大大缩短寻找参数所需要的时间。通过筛选训练数据，本模型还可以进行优化的城市模拟，为城市规划提供参考依据。     

基于神经网络的单元自动机CA及真实和忧化的城市模拟

提出了一种基于神经网络的单元自动机（ＣＡ）。ＣＡ已被越来越多地应用在城市及其它地理现象的模拟中。ＣＡ模拟所碰到的最大问题是如何确定模型的结构和参数。模拟真实的城市涉及到使用许多空间变量和参数。当模型较复杂时，很难确定模型的参数值。本模型的结构较简单，模型的参数能通过对神经网络的训练来自动获取。分析表明，所提出的方法能获得更高的模拟精度，并能大大缩短寻找参数所需要的时间。通过筛选训练数据，本模型还可以进行优化的城市模拟，为城市规划提供参考依据。     

复杂地形任意天气情形下太阳直接辐射量模拟

以太阳辐射传输参数化模型为基础,结合MODIS影像两次白天的云产品和水汽产品及DEM,构建了复杂地形任意天气情形下每日太阳直接辐射量模型。选取代表不同气候类型与地形起伏状况的3个典型站点（拉萨、北京、额济纳旗）,以2007年每日实测值对模拟结果进行了验证,其相关系数分别为0.77、0.77和0.85。研究表明:有云天气下,云是影响地表太阳直接辐射数量和空间分布的主要因子;模型对时间步长不敏感。引起误差的原因主要是MODIS云产品的时空分辨率较低以及云的3D效应导致模拟的困难,对地形起伏较大地区,小比例尺的DEM也会导致较大的误差,同时实测值与模拟值的空间尺度不匹配也引起了一定误差。     

荒漠河岸林涡度相关通量测定中平均时间的确定及其对通量计算的影响

极端干旱区在全球生态系统中具有重要的地位而越来越被人们所重视。涡度相关技术是研究极端干旱区生态系统水热和CO2交换的有力工具之一。而涡度相关数据在实际应用中需要根据研究区的实际情况选择适宜于该地区的采样和计算参数（如采样频率和平均时间等）。根据2011年9月22日～10月8日（17个白天）原始数据（采样频率为10 Hz）,采用不同平均时间（1～120 min）对塔河下游柽柳河岸林生态系统的潜热通量[（LE）]、感热通量[（H）]和CO2通量[（Fc）]进行了重新计算,比较分析各通量不同平均时间的计算值与30 min通量值,以揭示平均时间对该地区通量计算结果的影响。结果发现：（1）平均时间在120 min以内,17个白天湍流通量及能量平衡比率[（EBR）]均值随平均时间的延长而增大,当平均时间>120 min后,湍流通量（及[EBR]）均值随平均时间的延长大幅减小,其中15～60 min的[EBR]增幅较小,仅在2%左右。（2）平均时间>60 min后,[LE]、[H]和[FC]各通量计算值发生了不同程度的变异。通过进一步对上午[EBR]较为接近的5个样本日进行对比分析,发现当平均时间取15～60 min之间时,样本日的上午[EBR]值变化趋势一致,样本日间[EBR]差异较小;而当平均时间取>60 min或<15 min时,样本日间[EBR]差异明显增大。结合Ogive函数计算分析,我们的结论是,对于通量的长期观测研究而言,该地区适宜平均时间为60 min;而对通量的日变化研究而言,该地区适宜平均时间为15 min。通过分析15、30和60 min平均时间对小时通量的影响,发现当通量为增加趋势时,平均时间延长能够进一步增大通量绝对值,而当通量为减小趋势时,平均时间延长能够进一步减小通量绝对值。     

黑河上游天涝池流域草地蒸散发模拟及其敏感性分析

根据野外气象站观测资料,利用Penman、FAO-Penman、FAO-Penman-Monteith、Priestley-Taylor和FAO-Radiation等5个蒸散发模型模拟黑河上游天老池流域草地日尺度和小时尺度的蒸散发,对模拟值与观测值进行了比较,并进行了相关变量的敏感性分析。结果表明:在日尺度上, FAO-Penman-Monteith模型的模拟效果最好,FAO-Radiation模拟效果最差,其余3种模型的模拟效果较好;在小时尺度上,Priestley-Taylor模型的模拟效果最好,其余模型都不适合该地区草地小时尺度的潜在蒸散发模拟。模型输入参数对蒸散发模拟效果影响强弱顺序为辐射>气压>相对湿度>气温>风速。当地表辐射变动±10%时,模拟值变化幅度20%左右;在其他参数变动±10%时,模拟值变化幅度在8%以下,说明辐射以外的参数是模型模拟较不敏感因素。     

基于DEM的并行可照时间模型研究

可照时间是影响太阳辐射计算的重要参数。随着研究区域的增大、DEM分辨率与精度的不断提高,亟须借助并行技术满足用户对可照时间模拟的时间响应需求。该文针对栅格数据提出了一种通用有效的数据划分及结果融合策略,首次提出并行可照时间计算模型。实验表明该模型具有较好的可移植性,当处理节点数为64时,最优加速比高达16,在计算时间及加速比方面体现出优势。基于黄土高原地区90m×90m分辨率SRTM数据,计算了四季及全年可照时间,分析了可照时间的空间分布特征,表现为季节不对称性及非地带性分布规律。     

变动流域滞时方程

流域滞时是流域汇流计算和预报中的一个重要因素。本文尝试将流域滞时表示成流域重心长度Lca(流域重心到流域出口断面的河道长度)与汇流速度v之比的函数,从而使流域滞时随汇流速度的不同而不同,而不再是一个常数。长度Lca反映了流域尺度和几何形态对滞时的影响,而汇流速度则反映流域动力条件对滞时的作用。5个小流域的实测资料检验表明结果较为满意。     

基于MODIS数据的无定河流域蒸散模拟

利用黄土高原无定河流域水文气象资料、MODIS数据及GIS背景信息,应用分布式生态水文模型（VIP模型）,按250m空间分辨率模拟了该流域水量平衡各分量的时空分布。结果表明:2000²003年无定河流域年蒸散量分别为300 mm、397 mm、460 mm和443 mm;流域蒸散有明显的由南向北,由东到西的梯度递减特征,降水量和地表植被覆盖度的差异是其空间变异的主要因素;蒸腾与蒸发空间分异显著,但两者的变化相互补偿,降低了蒸散的空间变异性。整个流域平均而言,不同植被类型间的年蒸散总量差异不明显。白家川等9个子流域年蒸散量的模拟结果与水量平衡法估计结果具有较好的一致性。     

The large-scale dynamics of grain-size variation in alluvial basins, 1: Theory

We study the interplay of various factors causing vertical grain-size changes in alluvial basins using a simple coupled model for sediment transport and downstream partitioning of grain sizes. The sediment-transport model is based on the linear diffusion equation; by deriving this from first principles we show that the main controls on the diffusivity are water discharge and stream type (braided or single-thread). The grain-size partitioning model is based on the assumption that the deposit is dominated by gravel until all gravel in transport has been exhausted, at which point deposition of the finer fractions begins. We then examine the response of an alluvial basin to sinusoidal variation in each of four basic governing variables: input sediment flux, subsidence rate, supplied gravel fraction, and diffusivity (controlled mainly by water flux). We find that, except in the case of variable gravel fraction, the form of the basin response depends strongly on the time-scale over which the variation occurs. There is a natural time-scale for any basin, which we call the ‘equilibrium time’, defined as the square of basin length divided by the diffusivity. We define ‘slow’ variations in imposed independent variables as those whose period is long compared with the equilibrium time. We find that slow variation in subsidence produces smoothly cyclic gravel-front migration, with progradation during times of low sedimentation rate, while slow variation in sediment flux produces gravel progradation during times of high sedimentation rate. Slow variation in diffusivity produces no effect. Conversely, we define ‘rapid’ variations as those whose period is short compared with the equilibrium time. Our model results suggest that basins respond strongly to rapid variation in either sediment flux or diffusivity; in both cases, deep proximal unconformities are associated with abrupt gravel progradation. This progradation occurs during times of either low sediment flux or high diffusivity. On the other hand, basin response to variation in subsidence rate gradually diminishes as the time scale becomes short relative to the equilibrium time. Each of the four variables we have considered - input sediment flux, subsidence, gravel fraction, and diffusivity - is associated with a characteristic response pattern. In addition, the time scale of imposed variations relative to the equilibrium time acts in its own right as a fundamental control on the form of the basin response.     

流域可持续评价的最大熵原理——投影寻踪耦合模型

在传统投影寻踪方法的基础上,综合考虑投影向量优化中的不确定性,提出基于最大熵原理的多准则投影寻踪方法,利用加速遗传算法对多准则目标函数进行优化求解。根据投影值与标准等级值的散点图趋势关系,建立了三次趋势曲线评价模型。淮河流域可持续性评价的实例结果表明了该模型在求解评价问题中的有效性。该模型同样适用于其它领域的综合评价问题。     

Probabilistic landslide hazard assessment at the basin scale

We propose a probabilistic model to determine landslide hazard at the basin scale. The model predicts where landslides will occur, how frequently they will occur, and how large they will be. We test the model in the Staffora River basin, in the northern Apennines, Italy. For the study area, we prepare a multi-temporal inventory map through the interpretation of multiple sets of aerial photographs taken between 1955 and 1999. We partition the basin into 2243 geo-morpho-hydrological units, and obtain the probability of spatial occurrence of landslides by discriminant analysis of thematic variables, including morphological, lithological, structural and land use. For each mapping unit, we obtain the landslide recurrence by dividing the total number of landslide events inventoried in the unit by the time span of the investigated period. Assuming that landslide recurrence will remain the same in the future, and adopting a Poisson probability model, we determine the exceedance probability of having one or more landslides in each mapping unit, for different periods. We obtain the probability of landslide size by analysing the frequency–area statistics of landslides, obtained from the multi-temporal inventory map. Assuming independence, we obtain a quantitative estimate of landslide hazard for each mapping unit as the joint probability of landslide size, of landslide temporal occurrence and of landslide spatial occurrence.     

Constraining basin thermal history and petroleum generation using palaeoclimate data in the Piceance Basin,Colorado

Careful assessment of basin thermal history is critical to modelling petroleum generation in sedimentary basins. In this paper, we propose a novel approach to constraining basin thermal history using palaeoclimate temperature reconstructions and study its impact on estimating source rock maturation and hydrocarbon generation in a terrestrial sedimentary basin. We compile mean annual temperature (MAT) estimates from macroflora assemblage data to capture past surface temperature variation for the Piceance Basin, a high‐elevation, intermontane, sedimentary basin in Colorado, USA. We use macroflora assemblage data to constrain the temporal evolution of the upper thermal boundary condition and to capture the temperature change with basin uplift. We compare these results with the case where the upper thermal boundary condition is based solely upon a simplified latitudinal temperature estimate with no elevation effect. For illustrative purposes, 2 one‐dimensional (1‐D) basin models are constructed using these two different upper thermal boundary condition scenarios and additional geological and geochemical input data in order to investigate the impact of the upper thermal boundary condition on petroleum source rock maturation and kerogen transformation processes. The basin model predictions indicate that the source rock maturation is very sensitive to the upper thermal boundary condition for terrestrial basins with variable elevation histories. The models show substantial differences in source rock maturation histories and kerogen transformation ratio over geologic time. Vitrinite reflectance decreases by 0.21%Ro, source rock transformation ratio decreases 10.5% and hydrocarbon mass generation decreases by 16% using the macroflora assemblage data. In addition, we find that by using the macroflora assemblage data, the modelled depth profiles of vitrinite reflectance better matches present‐day measurements. These differences demonstrate the importance of constraining thermal boundary conditions, which can be addressed by palaeotemperature reconstructions from palaeoclimate and palaeo‐elevation data for many terrestrial basins. Although the palaeotemperature reconstruction compiled for this study is region specific, the approach presented here is generally applicable for other terrestrial basin settings, particularly basins which have undergone substantial subaerial elevation change over time.     

SWAT模型的原理、结构及应用研究

SWAT(SoilandWaterAssessmentTool)是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型。它能够利用GIS和RS提供的空间数据信息,模拟复杂大流域中多种不同的水文物理过程,包括水、沙、化学物质和杀虫剂的输移与转化过程。本文着重探讨SWAT模型的水文学原理和模型的基本结构与独特的分布式运行控制方式,并将其成功应用于西北寒区(黑河莺落峡以上流域)的分布式日径流过程的模拟。     

SWIM水文模型的DEM尺度效应

数字高程模型(DEM)极大地促进了分布式流域水文模型的快速发展。本文引入SWIM水文模型,以淮河上游长台关地区为研究区,将15种不同分辨率DEM数据输入水文模型,分析DEM分辨率对径流模拟的影响,并探讨最佳DEM分辨率选取及DEM分辨率对流域地形参数与径流模拟影响等问题。研究表明:(1)研究区水文模拟效果较理想DEM分辨率在90～120m之间,采用栅格面积与流域面积比值(G/A)小于0.05和"thousandmillion"经验公式作为DEM选取参考等均适用;(2)DEM分辨率下降,水文模拟纳希效率系数呈波动下降,分辨率超过250m后,虽纳希效率系数有所提高,但此时DEM已不能刻画真实流域特征从而造成假象;(3)15种分辨率DEM在水文极端事件模拟上差异较大,高纳希效率系数时不能较好地反映水文极端事件,尤其是峰值,而在枯水期15种DEM水文模拟效果均较好,DEM分辨率降低导致水文模型对降水等反应敏感。     

Sediment discharge variability in Arctic rivers: implications for a warmer future

A new model for predicting the sediment flux in ungauged river basins is applied to 46 Arctic to sub-Arctic rivers. The model predicts the preanthropogenic flux of sediment to within a factor of 2, across four orders of magnitude in basin area and run-off. The model explains for the first time why Arctic rivers carry so little sediment when compared at the global scale. Sensitive to drainage basin temperature, the model is used to examine the impact of a climate warming scenario on the loads of high latitude rivers. As the Arctic warms, rivers will carry increased sediment loads, similar to more temperate rivers. For every 2°C warming, the model predicts a 22% increase in the flux of sediment carried by rivers. For every 20% increase in water discharge there will be a 10% increase in sediment load. The model also aids the interpretation of palaeoclimate records obtained from Arctic continental margins.