利用GIS和多维数据库技术实现长江口海域环境时空数据分析

基于GIS和多维数据库技术,依据海洋环境数据的特征,建立了长江口及邻近海域海洋环境的时空多维数据模型,研究了海洋环境数据的时空分析方法。依据2003、2004和2006年多航次的现场调查和分析数据,完善了海洋环境时空多维数据模型,对长江口海域环境时空多维海量数据进行了加工处理与可视化分析,并利用ArcGIS软件平台实现了数据的共享与发布,为岸滩蚀退的遏制和河口三角洲环境的综合治理提供了科学的数据基础。     

海域使用时空数据动态管理技术研究

运用面向对象方法的方法,对Geodatabase数据模型进行扩展,研究了海域使用时空数据的结构化存储技术,实现了历史数据的回溯和海域使用数据的变化跟踪等功能.结合厦门市海域使用动态管理的需求进行了应用研究,结果表明, Geodatabase 扩展数据模型研究成果很好地解决了宗海的历史回溯、变化跟踪、时态关系计算等问题.海域动态管理技术研究对海域管理具有重要意义.     

长江河口空间元数据研究

信息共享能够有力推动长江河口的管理和研究,空间元数据是实现有效信息共享的支撑技术,目前长江河口研究的一个重要的瓶颈问题是数据格式不统一、无法实现共享,因此研究长江河口空间元数据尤为必要。本文从实现长江河口信息有效共享的角度,提出了长江河口空间元数据的概念,归纳了空间元数据的内容体系,并进一步研究了长江河口空间元数据获取的步骤和方法,利用XML文档技术实现其管理和应用。     

长江河口潮波时空特征再分析

长江河口的潮波传播受到近岸及河口浅水地形及长江径流的显著影响,表现出很强的时空变化特征。已有相关研究主要关注徐六泾以下的河口段,还缺少对河口系统的潮波特征分析。本文基于大通、南京、徐六泾和牛皮礁4站的年内连续潮位资料,分析了主要天文分潮和浅水分潮的振幅沿程变化、季节变化特征和规律,认识到洪季大径流对江阴以上的近口段潮汐衰减作用显著大于枯季,而河口段的平均潮差有一定的半年周期变化,年内秋季最大。口内高频浅水分潮振幅在河口下段最大,且洪季大于枯季,低频浅水分潮则在河口上游振幅最大,由此反应径流对潮汐改造的非线性作用。这些认识可为水道航运及相关河口研究提供基础认识。最后本文也指出关于长江河口潮汐特征尚需进一步研究的若干问题,以期下一步工作取得相应进展。     

长江河口水流输运时间研究

利用水龄理论的新方法,借助环境水动力学模型定量讨论了多年平均径流条件下长江河口径流和潮汐作用对河口水流输运时间的影响。研究给出了长江河口水流输运时间的时空格局:多年平均流量条件下,水流从徐六泾输出至河口(122.5°E)大约需要24d,南、北槽分流口以上河段水流输运时间主要由径流控制,水流输运时间为8d,向下至拦门沙滩顶水域由径流和潮汐共同控制,水龄为16d,说明最大浑浊带区域的水流输运速度较上下游为慢,从一个侧面阐述了最大浑浊带区域水动力的特征;长江河口水流输运时间存在明显的层化现象,表底层相差最大值可达6d。数值模拟试验结果表明长江河口的潮汐作用是影响河口水流输运时间的关键要素,河口巨大的进潮量增强河口水流交换能力并减小水流输运时间,从而显著影响随水体运动的物质输运格局。水流输运时间研究,不仅可以成功应用于河口水动力环境的量化研究,而且可以为泥沙输运及污染物输运等环境变化研究提供动力的基础。     

两千年来长江河口发育的模式

一个河口发育模式的建立,在理论上和生产实践方面都具有重要的意义。它既阐明了这一河口发育的基本规律和为判定河口发育趋势提供理论根据,也为河口治理的方针和具体规划提供可靠的科学依据。作为我国第一大河长江的河口,其演变过程极为复杂,总结长江河口的演变规律,确定其发育模式,对于长江河口的治理将具有重要的现实意义。近年来笔者等从事长江河口的历史过程和现代演变规律的研究,认为长江河口近两千年来的发育模式可概括为如下几个方面:1.南岸边滩推展,2.北岸沙岛并岸,3.河口束狭,4.河道成形,5.河槽加深。     

海洋栅格时空层次聚合模型及其渔业应用

目前地理信息系统数据模型的研究和应用大多是针对陆地问题,针对海洋问题进行时空数据模型的研究较少。本文以海洋统计分析为需求,分析海洋数据的时空特性,结合现有的数据库系统,探究适合海洋特性的时空模型及其逻辑结构。在此基础上,设计基于栅格的时空层次聚合模型,并在实践中检验其有效性。实践表明该模型易于提取多维对象在各维上不同层次的聚合数据,是1种较为实用的时空数据仓库的底层模型。     

时空数据模型的相关概念及分类

随着时空数据的日益增多和时空GIS重要性的不断增加，新的时空数据模型或模型扩展会被不断开发和提出。介绍了时空数据模型的相关概念及其关系，同时在对当前时空数据模型和已有的分类方法进行归纳和分析的基础上，提出了一种改善的分类方法，此方法能更好解释众多模型间的本质区别。     

长江与黄河河口沉积物环境磁学特征及其对比研究

对采自长江现行主河道和黄河入海口处的表层沉积样品进行了环境磁学参数的测量和对比研究.结果表明:长江和黄河河口沉积物的磁性载体主要是亚铁磁性物质,亚铁磁性矿物晶粒以假单畴-多畴为主,同时亦有超顺磁晶粒的存在;长江河口沉积物的磁性明显强于黄河河口沉积物,特别是质量磁化率、非磁滞剩磁及饱和等温剩磁,两者相对偏差在40%以上;在粗粒级沉积物(>0.063 mm)中,长江河口沉积物的磁化率与全样磁化率平均值差别较小,在4%左右;黄河河口沉积物差别很大,可达34%.两者的差别反映了长江和黄河沉积物中磁性矿物赋存方式的差异;长江和黄河河口沉积物磁性特征的差异与两者粒度特征对比明显.长江和黄河河口沉积物的这些磁学方面的差别是源岩特征和气候环境差异上的反映,可以作为判别两者物源的有效示踪剂.     

长江河口悬沙与盐分输运机制分析

2004年9月15~22日在长江口南支口门区域进行了水位、流速、悬沙浓度、盐度的全潮观测,基于这些现场数据,分析河口区域流速结构、悬沙浓度与盐度的时空分布特征;利用机制分解法研究河口悬沙、盐分的通量和输运机制,并探讨它们与水体垂向结构之间的关系。主要结论如下:长江河口区的悬沙浓度存在显著的时空变化特征,从口内向口外,悬沙浓度呈显著减小趋势,大潮期间的悬沙浓度较大,是小潮期间的数倍。通量机制分析结果表明,长江河口区以欧拉余流为主,向海输运,并有向海方向逐渐减小的趋势,斯托克斯余流向陆输运,在大、小潮期间有显著差异。盐分输运机制中,以欧拉余流占主导地位,潮泵效应、垂向重力环流、垂向剪切扩散作用的贡献次之。长江河口悬沙净输运率在向海方向逐渐减小,大潮期间的悬沙净输运率比小潮期间的大1~2个数量级,水动力条件是造成长江河口悬沙净输运时空差异的主要因素。悬沙输运机制小潮期间以欧拉余流占主导地位,在大潮期间则以与紊流相关的垂向剪切扩散作用取代欧拉余流占据主导地位。悬沙瞬时输运机制中的剪切扩散项在中下层水体的理查德森数(Ri)小于0.25时才有较大的量值,在南槽内,当底层水体的理查德森数(Ri)处于-0.1相似文献   

中国大陆沿岸波浪能分布初步研究

波浪能作为可持续利用的清洁能源,日益被人们所关注,本文基于WAVEWATCHⅢ全球波浪模式,建立了较高精度的中国沿岸海域波浪数学模型,重点对中国大陆沿岸-30m等深线上的波浪能分布进行了研究,在已有研究成果的基础上进一步细化了中国沿岸海域波浪能的时空分布规律,为合理开发、利用波浪能提供了一定的数据支持。研究认为,中国沿岸波浪能储量相对较小,南北分布以长江口为界,以南海域波能整体较大,波能季节性差异明显,在开发利用时,需要对工程区域的波浪能特征充分论证,科学合理地选用波浪能转化设备,防止造成巨大经济损失。     

Simulation of Typhoon-Driven Waves in the Yangtze Estuary with Multiple-Nested Wave Models

Typhoon-generated waves are simulated with two numerical wave models, the SWAN model for the coastal and Yangtze Estuary domain, nested within the WAVEWATCHIII （WW3） for the basin-scale East China Sea domain. Typhoon No. 8114 is chosen because it was very strong, and generated high waves in the Estuary. WW3 was implemented for the East China Sea coarse-resolution computational domain, to simulate the waves over a large spatial scale and provide boundary conditions for SWAN model simulations, implemented on a fine-resolution nested domain for the Yangtze Estuary area. The Takahashi wind model is applied to the simulation of the East China Sea scale （3-hourly） and Yangtze Estuary scale （1-hourly） winds. Simulations of significant wave heights in the East China Sea show that the highest waves are on the right side of the storm track, and maxima tend to occur at the eastern deep-water open boundary of the Yangtze Estuary. In the Yangtze Estuary, incoming swell is dominant over locally generated waves before the typhoon approaches the Estuary. As the typhoon approaches the Estuary, wind waves and swell coexist, and the wave direction is mainly influenced by the swell direction and the complex topography.     

长江河口南支水域溶解氧动力学模型的应用

应用Netherlands Instilute of Ecology (NIOO)的环境生态动力学模型Femme，在长江河口南支河段建立了1个一维的溶解氧动力学预测模型。运用此模型得出该区域深解氧和有机物时空分布情况并加以分析，结果显示该区域的有机物污染并不严重，其分布趋势大体为：排污口附近污染较多，枯水期更为明显；丰水期由于长江径流的稀释作用，有机物浓度大大降低；黄浦江、上海竹园排污口处有机物浓度最大。此结果同各种参考文献中提供的资料和观测值基本一致，也基本证实这是1个可行的预测溶解氧的模式。     

上海洋山深水港区海域悬沙分布特征及运动规律分析

以1998年以来定点实测含沙量资料为基础,结合1996-2007年不同时刻卫星遥感影像资料对洋山港附近海域悬沙分布特征及运动规律进行分析,结果表明:洋山港海域含沙量存在着明显的季节变化;潮差越大,水体紊动越强,水体含沙量越高;洋山港水域含沙量明显高于其周围的水域,特别是在大小洋山岛链之间,呈现由北向南、由东向西逐渐增大的趋势;"峡岛效应"也是引起高含沙量一个重要原因;长江入海泥沙直接扩散对洋山港水体含沙量的影响较小,研究区域水体含沙量的大小主要取决于波况及潮流对当地浅滩的掀扬及输送.     

长江河口悬浮泥沙向浙闽沿岸输运近期变化的遥感分析

利用2000~2015年Terra-MODIS(terra-moderate resolution imaging spectroradiometer,中等分辨率成像光谱仪)数据和2014年洪枯季现场数据建立泥沙反演模型,分析入长江河口泥沙大幅减少后河口表层悬沙向浙闽沿岸输运的时空变化和扩散形态。结果表明:(1)利用MODIS数据的二次型模型能够揭示长江口及邻近海域悬沙分布及输运特征,入海输运的长江口悬浮泥沙是浙闽沿岸连续悬浮泥沙带存在的物源;(2)受季风和沿岸流动力驱动,长江口悬沙向浙闽沿岸输运具有明显的季节性:春季,悬浮泥沙从长江口向浙闽沿岸呈条带状输运,春夏之交,南下的悬沙至温岭近岸海域出现中断现象;夏季,长江口大量悬沙滞留在长江口杭州湾近岸,仅有少量悬沙向南输运,泥沙带中断;秋季,10月下旬—11月中旬逐渐形成连续的近岸泥沙带;历冬至春,循环复始;(3)受近年来长江流域进入河口的泥沙减少影响,浙闽沿岸秋冬季连续的输沙带在春季提前断开,在秋季有推迟恢复的现象。本研究对于探究浙闽沿岸泥沙减少新格局,分析近海生态环境新变化具有重要意义。     

A Spatiotemporal Data Model on Relational Databases for Coastal Dynamic Research

Spatiotemporal information is currently among the most significant data used in Geographical Information Systems (GIS), especially for modeling dynamic coastal areas. As the design of the data model is the most fundamental issue for representing spatiotemporal data, this article focuses on the basic solution of how to represent spatial, attribute, and temporal information in an integrated form. By presenting a data model on relational databases, together with an object-oriented model for system development, it is expected to provide both theoretic and technical support to the spatial and temporal analyses in GISs for various applications.     

基于改进ConvLSTM网络太平洋长鳍金枪鱼时空分布趋势预测

渔场资源与位置的变动由空间与环境因子共同驱动,远洋渔场时空演变信息的精准预测是远洋捕捞的关键支撑。该研究考虑渔业生产统计数据,并兼顾同期海洋环境数据包括海表面温度（Sea surface temperature, SST）、海表面盐度（Sea surface salinity, SSS）、初级生产力（primary productivity, PP）和溶解氧浓度（dissolved oxygen concentration, O2）,提出了一种融合卷积长短期记忆网络（ConvLSTM）和卷积神经网络（CNN）的渔场时空分布预测模型。首先对时空因子进行编码,提取高层时空特征;其次采用CNN提取海洋环境变量的抽象特征,并基于ConvLSTM提取渔业数据的时空特征,最后融合高层时空关联信息对渔场时空演变趋势进行预测。以1995－2018年太平洋海域的延绳钓生产数据对模型进行验证,模型的根均方误差为0.1036,实验对比发现较传统渔场预报模型的预测误差降低15%~40%,预测的高产渔区与实际作业的高渔获量区匹配度高。该研究构建的渔场时空预测模型能够准确地预测出太平洋长鳍金枪鱼的时空分布,为太平洋长鳍金枪鱼的延绳钓渔业提供科学参考依据。     

基于Landsat-8数据的田湾核电站温排水分布研究

为研究潮汐变化对连云港田湾核电站邻近海域温排水时空分布与变化规律的影响,利用Landsat-8热红外数据,构建基于劈窗算法的温度反演模型,结合潮汐数据分析田湾核电站邻近海域的温排水分布规律。得出结论:基于Landsat-8数据的劈窗算法温度反演模型应用在田湾核电站邻近海域温排水的监测效果较好;潮汐运动直接影响田湾核电站温排水的时空分布与扩散方向,并呈现一定的规律性。本文的研究方法为核电站温排水常规性监测提供了一定的技术参考。     

基于深度学习和时空特征融合的海洋渔船密度预测方法

为了从海量渔船轨迹数据中挖掘隐含的信息和知识,进而为渔业行政主管部门的决策提供科学依据,本研究以AIS渔船轨迹数据为研究对象,提出了一种基于深度学习和面向时空特征融合的海洋渔船密度预测方法：首先,利用渔船轨迹数据集对渔船行驶区域进行网格划分;其次,筛选出渔船高密度区域进行研究,避免数据稀疏性问题;再次,根据渔船轨迹数据的时空分析,构建三维时空融合矩阵;最后,通过卷积循环神经网络模型捕获渔船分布的时间和空间特征,并利用卷积神经网络的堆叠加强对空间特征的学习。实验通过东海海域渔船真实轨迹数据进行具体测试,结果表明渔船密度预测值与真实值非常接近,平均绝对误差为4×10-4,模型较好地拟合了渔船密度分布特征,有效地提高了渔船捕捞热点预测的准确性和鲁棒性。     

基于CORA2再分析数据的南海中尺度涡时空分布特征初步研究

利用南海20 a逐日海流再分析资料对南海海域中尺度涡进行时空特征分析。经过数据处理、涡漩识别、统计分析等方法,对南海海域中尺度涡空间分布、时间分布、生命周期、空间尺度、移动路径、移动速度、影响频率等特征进行分析,对南海中尺度涡进行全面详细的解读。研究发现:涡旋出现位置跟南海200 m等深线较一致。大部分涡旋周期都集中在30 d以内,直径大都在100~300 km,主要向西南方向移动,速率在15~20 cm/s的涡旋比例最高。反气旋式中尺度涡影响频率要大于气旋式中尺度涡的影响频率,主要影响区域大致在200 m等深线以内海域。