基于土壤水分和气象要素的林火预报研究——以广东省为例

基于国内现行的森林火险气象指数和单因子火险贡献度模型,以及逻辑回归模型和随机森林模型,在林火预报中引入微波遥感土壤水分信息,使用MCD14DL火点数据集和地面气象观测资料对广东省不同时间尺度的林火发生概率进行预测。结果表明：逻辑回归模型和随机森林模型构建的林火预测模型显著优于现行的森林火险气象指数和单因子火险贡献度模型,预测精度提升约20%。其中,随机森林模型对林火频数的解释程度最高（两者相关系数为0.476）。此外,加入微波土壤水分信息后,相较原有的基于气象要素的林火预测模型,2种机器学习模型的预测精度均略有提升,体现了表层土壤水分信息在林火预报中的重要性。研究可为高效提取对地观测信息,以改进华南地区不同时间尺度的林火预报工作提供参考。     

基于时变权重组合与贝叶斯修正的中长期径流预报

高精度的中长期径流预报信息是水资源规划管理与水利工程经济运行的重要基础支撑。论文在组合预报与误差修正2类径流预报后处理方法串联应用的技术框架下,考虑径流的高度非平稳与非线性等特征,提出了基于时变权重组合和贝叶斯修正的中长期径流预报方法。应用该方法开展了云南龙江水库年、月入库径流预报的实例研究,结果表明时变权重组合平衡了已建立的随机森林与支持向量机模型在建模期与检验期预报性能的差异,经贝叶斯修正后的预报精度接近或优于两阶段各自的最优单一模型。根据年径流预报结果判断水文年型的正确率达到77.2%,月预报径流的确定性系数超过0.90。因此,该方法在提升中长期径流预报精度方面具有积极效果。     

热带森林植被生物量遥感估算探讨

该文以我国云南省西双版纳的热带森林植被为例,对热带森林植被生物量的遥感地学估算进行初步探讨。研究表明,只用LANDSAT TM的波段数据建立生物量的回归估算模型时,其模型的复相关系数只有0．118,而利用其主成分或植被指数建立回归估算模型时,其模型的复相关系数不仅没有提高,反而在一定程度上有所降低。原始波段与其主成分结合能提高估算模型的复相关系数,其效果比原始波段与植被指数结合的效果要好。模型中如果考虑气象因子中的年平均降雨量,能在很大程度上提高其复相关系数。在此基础上引入地形因子,未能显著提高模型的复相关系数。有气象因子参与建立的遥感气象模型和遥感地学模型在0．01水平上回归显著。     

基于回归分析模型的黄茨滑坡预测、预报研究

滑坡预报的核心是预报模型和预报判据。本文主要选取了一种临滑预报模型：回归分析模型。无论是从对黄茨滑坡的时间预报结果看,还是从位移预测结果上看,回归分析模型精度,都是同类几种模型中精度最高的。文中采用回归分析模型进行预报与分析。     

黑河莺落峡站年径流长期预报模型研究

通过分析黑河莺落峡站出山径流变化规律,并将年径流系列按照频率25%及75%为界,划分成3种情况:即多水年x_i > 55.0,中水年42.1≤x_i≤55.0,小水年x_i < 42.1。计算其状态转移概率得出:年径流过程从某一状态转移至其他状态的可能性都有,但其转移概率的最大值达81.8%。由此可知,年径流的变化过程不仅有随机性,而且有很强的相依性。通过多年对站年径流预报工作的实践,经过各种方法的比较检验,认为建立前期大气环流因子与年平均流量的预报模型和建立年平均流量的时间序列组合模型,其逐年预报的精度较高,经过误差评定分析,两个模型均为甲级方案,检验预报时性能较稳定,能对莺落峡站年平均流量进行有效预报,为黑河流域调水提供技术支撑。     

地下水资源评价中降水量的时间序列--马尔可夫模型

降水量的预报精度对以其为直接或间接补给源的地下水资源评价具有重要的影响，将时间序列方法与随机过程离散状态的马尔可夫链理论相结合，提出了时间序列－马尔可夫模型以预报大气降水量，模型根据降水序列的特征，采用一维非平衡时间序列模型进行预测，预测结果总体效果较好，但峰值点处误差较大，为了提高模型对波动性较大随机变量的预报精度，利用随机过程马尔可夫概率状态转移矩阵预报方法对其预测值进行二次拟合，实例计算表明，时间序列－马尔可夫模型预报效果良好，预报精度明显高于单一的时间序列模型精度，该结果拓宽了时间序列预报模型的应用范围，且对以大气降水为最终补给源的地下水资源评价具有重要的实用价值及理论意义。     

基于随机森林模型的珠江三角洲30 m格网人口空间化

人口空间化是实现人口统计数据与其他环境资源空间数据融合分析的有效途径。本文选取夜间灯光数据、道路网数据、水域分布数据、建成区数据、数字高程模型和地形坡度数据作为影响珠江三角洲人口分布的变量因子,利用随机森林模型对珠江三角洲2010年人口数据进行了30 m格网空间化,并将模拟结果与三个公开数据集作精度对比,最后基于随机森林模型的变量因子重要性分析珠江三角洲人口空间分布的影响因素。结果表明：本文模拟整体精度达到82.32%,均优于WorldPop数据集以及中国公里网格人口数据集,接近GPW数据集,而且在人口密度中等区域模拟精度最高;通过对变量因子重要性进行度量,发现夜间灯光强度是珠江三角洲人口分布的最重要指示性指标,到水域的距离、到建成区的距离和路网密度对珠江三角洲人口分布均具有重要作用。利用随机森林模型结合多源信息能够实现高空间分辨率的人口空间化,可为精细化城市管理提供重要数据源,也可为相关政策决策制定提供支持。     

耦合光谱、纹理信息的森林蓄积量估算研究

本研究以Landsat 8为遥感数据源,以样地调查数据和森林资源二调数据为辅助数据对西藏林芝县的森林蓄积量进行反演研究。研究通过多元回归分析构建了林芝县森林蓄积的估算模型。为验证纹理信息的加入能否提高森林蓄积量遥感反演的精度,研究通过灰度共生矩阵提取了Landsat 8的纹理特征。在分析了森林蓄积量与遥感影像各波段、植被指数、纹理特征以及地形因子之间的相关关系后,分别以(1)光谱和地形因子、(2)纹理信息、(3)光谱因子、地形特征和纹理特征结合为自变量构建森林蓄积量的遥感估测回归模型。实验结果表明:传统的森林蓄积量反演方法得到的精度最低,而基于光谱因子、地形特征和纹理特征结合的森林蓄积量估测模型得到结果的精度最高,达到80.24%,均方根误差RMSE为1.018。研究结果证明随着纹理信息的引入,原本仅基于光谱和地形因子的森林蓄积量反演复相关系数从0.5843提高到0.7075,反演精度提高了10.06%,这说明纹理信息对森林蓄积的反演精度有提高的作用。本研究构建的基于光谱因子、地形特征和纹理特征结合的回归模型对研究区内的森林蓄积量反演具有可靠性,对于森林资源的监测和管理具有重要的意义。     

基于随机森林的山西省柳林县黄土滑坡空间敏感性评价

基于随机森林模型,以GF-6影像和ALOS DEM数据为基本信息源,结合高程,地形起伏度及地形湿度等11项因子,对山西省柳林县进行滑坡敏感性空间区划。模型精度评价表明：随机森林模型精度为0.75,支持向量机模型精度为0.7,表明随机森林更适合柳林县的滑坡敏感性评价。指标重要性分析结果表明：高程、坡度、距道路距离以及距河流距离,是影响柳林县滑坡发育的主要因素。敏感性空间区划结果表明：高度敏感区约占柳林县总面积的28%,主要分布在三川河流域的南北边界及邻近区域内,其中贾家垣乡分布面积最广。从时间成本、训练难度、稳定度以及精确度考虑,随机森林模型更适合滑坡敏感性评价这类非线性计算问题。     

气象自动站资料在黔南森林火险等级监测预报中的应用

对大量国家级和区域级气象自动站资料的获取和订正,通过对降水、气温、湿度和风速等气象因子对森林火险贡献度数学模型的计算,充分应用在黔南森林火险气象等级的实时监测和预报中。通过多点、多时段的预报值、实时监测值与实况对比检验统计,得出应用系统的实时监测准确率和预报准确率。     

珠江口枯季盐通量数值模拟研究

采用数学模型手段对珠江河口的盐通量进行了计算和分析.该平面二维水流盐度模型范围包括珠江三角洲河网与八大口门在内,计算结果与实测值符合良好,较好地反映了模拟区域盐度场的时空分布特点.结果显示:珠江河口枯季大潮时的总盐通量为1 954×104t,小潮时总盐通量为512×104t,仅为大潮时的26.2％;无论是在大潮还是小潮期间,大虎和官冲的盐通量所占比例最大,说明盐水入侵主要是通过虎门与崖门这两个通道进入;盐通量沿程明显减少,这是盐度、水通量等沿程变化的综合作用.不同类型水体的盐度等值线在枯季大小潮期间的分布     

长江口南支上段压咸临界流量分析

Saltwater intrusion in the estuary area threatens the use of freshwater resources.If river discharge increases to a critical value,then saltwater intrusion frequency and salinity level decreases.In this study,long-term river discharge and tidal range data in the Yangtze River Estuary(YRE)and salinity data obtained in the upper South Branch of the YRE were used to analyze the characteristics of different variables and the basic law of their interactions.Two methods,namely,the material analysis method and empirical models,were applied to determine the critical river discharge for saltwater intrusion control.Results are as follows:(1)the salinity might exceed the drinking water standard of China when the river discharge was less than 30,000 m^3/s.Approximately 69%of salinity excessive days occurred when the river discharge was less than 15,000 m^3/s;(2)the tidal range in the YRE roughly varied in sinusoidal pattern with a 15-day cycle length.Exponential relationship existed between daily salinity(chlorinity)and daily mean tidal range.Combining these two features with the cumulative frequency statistics of tidal ranges,it was showed that notable saltwater intrusion occurred when the tidal range was more than 2.7 m at Qinglonggang station.Moreover,the critical discharge was found to be slightly higher than 11,000 m^3/s;(3)various of empirical models for salinity prediction could be chosen to calculate the critical discharge.The values obtained by different models were in the range of 11,000–12,000 m^3/s;(4)the proposed critical discharge to reduce notable saltwater intrusion was 11,500 m^3/s.After the Three Gorges Reservoir operation,the minimum river discharge into the YRE in 2008–2017 was below the critical discharge,thereby suggesting an increase in the minimum river discharge by reservoir regulation in drought periods.     

珠江河口咸潮问题之我见

咸潮只是河口偏于向陆一侧盐度较低（0.5~10）的那一部分盐淡混合或冲淡水体,不宜将河口“咸水”和海洋“盐水”等同或混为一谈;视“咸潮上溯”为“盐水入侵”欠当。咸潮上溯为河口自身物质的随潮运动,基本上是一种被动的行为。咸潮上溯之动力机理,与河口水、盐物质于一年、一月和一天中随潮在河口的进出、“排”“蓄”循环运动过程有关。小潮向中潮变化时期（一月中）及其初落时段（一天中）,河口正处于由“蓄”（进）转“排”（出）阶段,其时表“排”（淡水）、底“蓄”（咸水）,水体高度呈层,受异重流的影响,底部咸潮进一步上溯“冲刺”达盐度最大值。大潮向中潮变化时的压咸效果最佳。     

基于经验模型的长江口南支上段压咸临界流量

河口区域盐水入侵,威胁三角洲地区城市淡水资源取用及生态环境安全,合理确定压咸临界径流流量,有助于进一步改进流域水库群的调度模式。以长江口南支为例,利用2009-2014年期间60余个潮周期氯度资料,综合分析多种盐度预测经验模型的有效性,确定了抑制咸潮入侵的临界径流流量。结果表明：① 咸潮入侵强度随径流与潮差组合而不同,长江口径流流量小于30000 m ³/s时可发生盐度超标现象,69%的盐度超标天数发生在流量小于15000 m ³/s时期,当径流量小于12000 m ³/s时盐度超标几率达65%;② 盐度与潮差之间为指数型曲线关系,潮差总体呈半月周期变化,根据潮差累积频率分布得到平均意义上“连续10 d盐度超标”临界条件对应的青龙港潮差约为2.7 m,由此推算得到临界大通流量略大于11000 m ³/s;③ 采用多种盐度预测经验模型进行计算,避免连续10 d盐度超标对应的临界径流流量区间为11000~12000 m ³/s,平均阈值取为11500 m ³/s;④ 在三峡及上游梯级水库联合运行后,2008-2015年长江入海最低径流流量有所增加,但仍低于压咸潮临界阈值,建议优化水库调度模式,控制长江入海径流最低流量在11500 m ³/s以上。     

多种风电场风速预报订正方法的适用性研究与集成应用

以内蒙古中部某风电场为实验风电场,采用随机森林（Random forest,RF）方法、相似误差订正（Analogue correction of errors,ACE）方法以及概率密度匹配方法（Probability density function matching method,PDF）分别对风电场风速预报进行订正及适用性研究。结果表明：3种方法在各季均对中尺度天气预报模式（Weather research and forecasting model, WRF）风速预报具有不同程度的订正效果,RF方法可以有效改善WRF误差较大的问题,但兼具误差过分放大情况,ACE方法和PDF虽然对较大误差的改善能力不及RF方法,但是能够较好地控制误差过分放大问题。此外,3种方法针对小于5 m·s^-1的小风速段,订正效果不理想,随着风速的增加,订正能力逐渐增强。参照预报模型各自的优势,尝试开展多种预报模型的分风速等级集成应用,可以对不同风速等级下的WRF预报起到较好的改善作用。     

三角洲感潮河段洪潮水位频率分析方法的初步研究

根据珠江三角洲感潮河段年最高洪潮水位存在长期上升趋势的事实，提出了河口区感潮河段洪潮水位频率分析一种新的计算方法，新方法的分析结果表明，未来不同年代同频率的设计洪潮水位各不相同，也存在相应的长期变化趋势。以灯笼山站为例，新方法计算的2030年和2050年的百年一遇设计洪潮水位分别为3.12m和3.28m，比传统频率分析方法计算的结果分别高出0.24m和0.40m。建立有关部门在制定河口区的防洪标准时，根据洪潮水位的长期变化趋势作相应的动态调整，以适应河口区洪潮水位变化的实际情况。     

珠江口门枯季动力过程及盐度分布特征

2011年2月在珠江口八口门进行了同时段综合水文测验,对测验期间资料进行分析,结果表明：（1）八口门分流比从大至小依次为：磨刀门、虎门、洪奇门、蕉门、崖门、虎跳门、鸡啼门和横门;（2）外海潮波传入河口,磨刀门、鸡啼门高潮位首先出现,而虎门和蕉门最后出现,其时差约为1~2 h;磨刀门属于强径流弱潮流河口,相比其他口门涨潮流速偏小,落潮流速偏大;（3）八口门潮周期盐度平均值从大至小依次为：虎门、崖门、磨刀门、虎跳门、横门、蕉门、洪奇门、鸡啼门;（4）虎门、崖门和鸡啼门盐度属于强混合型;磨刀门大潮属于强混合型,小潮处于高度层化型河口;其他4个口门属于中等强度混合类型,其特点为下层盐度大,上层盐度小,大潮时混合强一些,小潮时混合弱一些。     

Investigating the response of Cladocera to a major saltwater intrusion event in an Arctic lake from the outer Mackenzie Delta (NT, Canada)

An increase in the frequency and intensity of marine storm surges is a predicted consequence of climate warming, and therefore it is important to better understand the biological responses to such events in coastal regions. In late September 1999, a major storm surge resulted in a saltwater intrusion event over a large area of the Mackenzie Delta (NT, Canada) front, causing rapid salinization of lakes on the alluvial plain. Due to a lack of long-term ecological monitoring data in the region, the impacts that the saltwater intrusion event had on the biota of affected lakes were unknown. We used high-resolution paleolimnological approaches to reconstruct past assemblage changes in Cladocera from impacted Lake DZO-29 (unofficial name) in order to determine how different cladoceran species responded to a major increase in lake salinity following the 1999 storm surge. Camptocercus were extirpated from the lake following the saltwater intrusion and have not recovered. We also observed an initial decrease in Alona relative abundance following the marine flooding, likely reflecting a loss of A. quadrangularis, A. barbulata, and A. costata from the lake. A. circumfimbriata, Chydorus biovatus, C. brevilabris, and Bosmina spp. were abundant both before and after the saltwater intrusion, and Paralona pigra was present following the storm surge, but not prior to it. The most notable shift in Cladocera in the recent sedimentary record, however, occurred much earlier, with an increase in pelagic Bosmina taxa and a subsequent decrease in the benthic/littoral taxa Chydorus and Camptocercus, an assemblage shift that is consistent with a response to climate warming in this region, and strongly correlated to other changes in the lake inferred to be as a result of regional warming.     

珠江河口区盐度变化周期特征分析——以磨刀门水道为例

珠江河口区具有三江汇流、八门入海的复杂河网,水动力条件存在多种不确定性,加之河口区水资源系统受快速城市化、河口挖沙与河道整治、上游水利工程调度、海平面上升等多重因素影响,盐水入侵现象异常复杂。选取磨刀门水道广昌站近10年来（2001―2011年）枯水期逐日及逐时盐度序列,应用小波分析方法,研究了珠江河口区―磨刀门水道盐度序列多时间尺度周期特征。研究结果表明：磨刀门水道盐度变化周期特征与潮汐周期特征一致,存在明显的日周期（24.6 h）、半月周期（14.8 d）及不明显的半日周期（12.3 h）、月周期（30 d）。     

Remote Sensing Inversion for Simulation of Soil Salinization Based on Hyperspectral Data and Ground Analysis in Yinchuan,China

The Pingluo area, as an experimental study area in Yinchuan, has been subjected to major environmental degradation due to soil salinization problems. Soil salinization is one of the main problems of land degradation in arid and semiarid regions. In the present study, remote sensing was integrated with mathematical modeling to evaluate soil salinization adequately. To detect soil salinization, soil water content and electrical conductivity of soil samples were analyzed. The reflectance of soil samples was measured using a spectrometer (SR-3500) with 1024 bands. Indices of soil salinity, vegetation and drought were analyzed using Landsat images over the study area. Based on Landsat images, physicochemical analysis, reflectance of sensitive bands for soil salinization and environmental indices, canopy response salinity index (CRSI), perpendicular drought index (PDI) and enhanced normalized difference vegetation index (ENDVI), a new model was established for simulation and prediction of soil salinization in the study area. Correlation analyses and multiple regression methods were used to construct an accurate model. The results showed that green, blue and near-infrared light was significantly correlated with soil salinity and that the spectral parameters improved this correlation significantly. Therefore, the model was more effective when combining spectral parameters with sensitive bands with modeling. After mathematical transformation of soil reflectance, the correlations of bands sensitive to soil salinization were 0.739 and 0.7 for electrical conductivity and water content, respectively. After transformation of vegetation reflectance, the correlation coefficient of soil salinity became 0.577. After inversion of the model based on soil hyperspectral and water content, the significance became 0.871 and 0.726, respectively, which can be used to predict soil salinity and water content. The spectral soil salinity model had a coefficient of 0.739 for soil salinity prediction. Among the salinity indices, the CRSI was selected as the most significant, with R² of 0.571, whereas the R² for PDI reached only 0.484. Among the vegetation indices, the ENDVI had the highest response to soil salinity, with R² of 0.577. After scale conversion, the correlation percentages between CRSI and measured soil salinity and between ENDVI and measured soil salinity increased to 16.2% and 8.5%, respectively. Following the correlation between PDI and soil water content, the percentage of correlation increased to 11.6%. The integration of hyperspectral remote sensing, ground methods and an inversion method for salinity is a very important and effective technique for rapid and nondestructive monitoring of soil salinization.