自动土壤水分观测资料异常数据检测方法

针对全国自动土壤水分实时小时观测资料,结合仪器标定方法、土壤水文物理常数等因素,研究土壤水分固有变化特征,分析异常数据误差来源和阈值判定,利用频率检测、界限值检测、无降水突变检测、异常峰值检测、恒值检测五类方法对土壤水分观测资料进行质量控制实验和检验。结果表明:(1)自动土壤水分异常数据主要分为:粗大值、突变、异常峰值和僵值,主要由仪器失灵、土壤水文物理常数测定不准、传感器标校不合理等原因引起。(2)频率检测可有效检出因仪器故障引起的错误数据。目前该方法已应用于综合气象观测数据质量控制业务系统,用于开展全国实时自动土壤水分小时数据的质量控制和质量评估。     

基于TDD的科考船航迹分段方法研究

"雪龙"号极地科考船是推动我国极地科学考察事业发展的重要工具,"雪龙"号在数十次的极地科考过程中累积了大量的航迹数据,其中蕴含的巨大价值亟须挖掘。针对科考船的航迹分段是将科考船移动轨迹分为停留与行驶两部分,合理的分段方法可以分离出信息更丰富的航迹段,有利于航迹知识提取。然而,由于原始航迹信息密度分布不均等原因,现有的航迹分段方法往往会造成分段过多等问题,结果并不理想。本文针对该问题,提出了一种针对科考航迹整体的时域差分(Time Domain Difference, TDD)分段方法。本方法基于时间域对航速进行差分处理,有效降低了因为航速波动频繁对分段结果的影响。同时,考虑到该方法的差分步长在航迹处理过程中的不明确性,本文将差分后航迹的路程损失和航速波动幅值进行归一化处理,提出了航迹差分时间步长的动态确定方法,并以速率阈值对航迹进行分段。最后本文以第29次南极科考航迹数据为例,将本方法与经典的具有噪声的基于密度的聚类方法 DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)进行了比较,实验结果表明本文提出的方法可有效降低航迹分段时分段过多的问题,在分段准确性和时间效率等方面结果更优。     

北京野鸭湖湿地资源变化特征

湿地是自然界的生态系统和景观类型,具有巨大的资源潜力和环境功能。长期以来,由于人类活动影响造成的湿地景观巨大变化,不仅仅改变了湿地景观原有的功能,而且对湿地环境产生重要影响。基于RS、GIS技术,通过对北京野鸭湖湿地的Landsat-TM影像和印度IRS影像进行融合处理,得到分辨率高的多光谱图像。结合实地调查,建立解译标志,运用ArcGIS9.0进行矢量化、空间分析和数据统计功能,并统计植被覆盖变化,分析研究1998~2004年野鸭湖湿地资源变化特征。在上述技术路线和研究方法的基础上,总结出该区域的湿地变化特征,最后应用累积效应的原理和方法,对深入研究的科学问题进行了展望,提出一些需要深入探讨的问题。     

多维异构洪水过程因子相似性评价方法研究

在研究相似性概念和评价方法的基础上,针对洪水过程因子的时空分布特点,进一步提出综合性评价方法框架;针对洪水过程中水深时间序列数据和面状淹没范围等多维异构洪水过程因子,分别进行了相似性评价方法研究,并采用重要性排序法确定权重。以辽宁浑河沈阳城市段的洪水数值模拟结果和物理模型观测数据相似性分析为例,对多个观测站点的水深时间序列数据、流速数据及淹没范围数据进行相似性分析,分析洪水演进模型结果的相似性。     

701和L波段雷达测风探测资料的对比统计分析

利用蒙自探空站高空探测系统换型的对比观测资料,通过质量控制,对701雷达和L波段雷达探测数据进行筛选,按时间序列分别对雷达探测3个要素进行图形比较分析,同时应用统计学方法,对规定等压面上的风向、风速进行统计分析,根据统计结果,判定L波段探测资料离散度较小,更为准确、可靠。     

塔里木河干流植被遥感监测时空多尺度协同分析方法

利用遥感植被指数、典型植被样方和地面观测信息进行塔里木河干流植被监测是目前的主要方法。由于塔里木河干流具有流域下垫面均匀性差,自然植被随机分布的特点,使得现有研究方法局限在特定的时间和空间尺度,很难使用地面的观测数据和不同尺度的遥感数据进行植被生长状态的协同分析。针对这些问题,本文提出了利用不同分辨率遥感数据和地面观测数据进行多尺度协同分析的方法MSSA(Multiple Scale Synergy Analysis)。该方法包括以下几个步骤:①通过低空间分辨率的遥感数据构建时间序列的塔里木河干流植被指数分布图像,在分析图像特征的基础上划分塔里木河遥感监测单元;②对监测单元内部不同组分的时间和空间状态参数进行量化与率定;③根据几何光学模型原理和植被随机分布特性,采用线性混合模型模拟单元植被指数;④根据模拟结果和遥感数据的对比分析,获得地面植被参量的可靠估计。该方法将地面组分的状态参量和遥感数据通过模拟模型相关联,实现了不同时空尺度遥感数据以及地面样方或者点观测数据的协同分析,为塔里木河干流植被监测进行长期、细致的研究建立了海量数据综合分析的方法体系。     

基于局部运动向量时空统计的极光事件检测

极光动态过程的分析与理解对极光发生机制研究具有重要意义。本文提出了一种基于动态过程的极光事件检测方法。首先利用多尺度流体光流的方法提取出极光的局部运动场信息,然后基于局部运动场时空统计特性表征极光视频序列,最后实现对特殊极光事件的检测。实验结果表明,本文方法能够高效、准确地检索到特殊极光事件,并且检测结果不依赖于目标事件的选择。这一成果为开展基于大量连续观测的极光视频对极光动态过程进行统计分析的研究奠定了基础。     

利用MODIS/EVI 时间序列数据分析 干旱对植被的影响

为了分析2006 年四川重庆地区夏季干旱对该地区植被生长的影响, 选取该地区多年中分 辨率成像光谱仪(MODIS)增强植被指数( EVI) 时间序列数据进行研究, 利用时间序列谐波分析 (HANTS) 算法对EVI 数据进行去云处理, 并根据处理后的结果( 重构的EVI 数据以及HANTS 分 析得到相应频率对应的振幅和相位) , 分析干旱对该地区的影响, 同时结合地面气象数据加以补 充说明。将干旱年份和正常年份对比分析, 结果表明, 处理后的EVI 时间序列数据能较好地反映 干旱对地表植被的影响, 振幅和相位的空间分布特征能够很好地反映干旱的影响范围。     

应用新方法HOMR-HOM均一化1961～2010年北疆最高和最低气温

在实际的气象观察中,受站点迁移、城市化及仪器更换等影响,气象观测数据往往存在不均一性。这种不均一性会掩盖气候变化的真相、造成气候变化诊断结果的失真。因此,观测数据序列均一化具有重要的科学和实际意义。选择1961~2010年期间北疆地区37个气象站点(其中14个站点发生过大的迁移,迁移次数达17次之多),首先以乌鲁木齐站点为例子,说明新的HOMR-HOM方法数据断点检测和数据订正过程。然后,对北疆地区逐日最高气温和最低气温进行均一化处理。结果表明:1新的均一化HOMR-HOM方法能较好的检测断点和订正北疆地区的逐日气温数据;2经过均一化处理,北疆地区最高气温观测数据比均一化后数据高,最低气温观测数据比均一化后数据低。     

考虑全时间序列信息的NDVI变分重建方法

NDVI数据受云覆盖等因素影响,普遍存在信息缺失和噪声污染问题。传统基于滤波或曲线拟合的方法对NDVI时间序列的先验特征考虑不足,难以有效解决时间连续缺失的难题。该文在变分框架下,通过正则化方式对NDVI时间序列的局部平滑性和非局部年际相似性进行刻画,提出一种考虑全时间序列信息的NDVI重建方法;选取Savitzky-Golay(SG)滤波、时间序列谐波分析(HANTS)和Whittaker滤波3种方法作为对比方法,在长江经济带两个区域的MODIS NDVI产品上进行模拟实验和真实实验。结果表明：该文方法在随机缺失和时间连续缺失情况下的MAE、RMSE和CC均更优,且能有效滤除不平滑的原始NDVI时间序列曲线中的噪声,获得平滑曲线,在处理时间连续的云污染方面表现更好。     

城市网格化管理部件数据的质量评价

针对城市网格化管理部件数据的质量控制特点,提出采用分阶抽样方法对单幅部件数据进行抽样,引用错误率、遗漏率、精度误差率作为部件数据质量的度量指标,推导了缺陷率的计算公式,对城市网格化管理部件数据的单幅质量和整体质量进行评价,并在上海市实践中验证了该方法的可行性.     

基于R/S分析黄河及黄土高原主要河流水资源的变化

河流水资源观测资料反映河流随时间变化,它表现为一时间系列。作为非线性分析的工具,R/S可以有效地分析这些资料的时间系列。将R/S 这一时间序列分析方法引入到水资源观测资料的处理和分析中,并应用该方法对黄河及黄土高原地区主要河流在1956—2004年间水资源观测数据进行处理,预测了今后黄土高原地区水资源的变化情况。分析结果表明,黄河及黄土高原地区主要河流径流量赫斯特指数在0.2771～0.3305之间,均小于0.5,背离了正常的长程相关趋势性增强的变化规律,预测了径流量逐步增大的趋势。     

面向土地利用动态遥感监测的成像光谱数据处理技术研究

成像光谱数据具有较高光谱分辨率,在类别细分方面具有一定的优势。该文针对成像光谱数据特点,研究与成像光谱数据特征相适应的土地利用动态遥感监测技术,包括边缘辐射纠正技术、影像融合技术和异常光谱检测技术,该方法在试验区应用中取得了良好效果。     

基于晕状特征提取的化探异常信息识别及其在成矿预测中的应用

常规化探异常信息识别通常都是通过对比观测值与某一异常阈值的高低来判定某样品是否为异常样品,很多方法或者建立在经典统计学基础之上,要求数据符合一定的分布形式,或者面向整个研究区计算异常阈值,而无法顾及实际的地质环境。根据常规方法以数值大小计算异常阈值的原则,并且关注化探数据分布特征信息的分析和挖掘,提出了晕状特征提取方法,该方法能够有效识别局部异常及低缓异常。将此方法用于克拉玛依地区对金矿预测具有指示意义的化探数据的异常信息识别工作,结果表明:该方法能够有效识别化探异常信息,这些异常信息与研究区内已知金矿具有很好的对应关系。晕状特征提取方法在新疆东部的应用案例也显示出较好的结果。该方法可以作为一种有效的化探异常信息识别方法应用于成矿预测实际工作中。     

上海世博园后滩湿地生态系统构建与水质调控效应研究

上海世博园后滩是中国2010年上海世界博览会生态环境重点建设区域.后滩湿地生态系统构建历时6个月,对后滩湿地水质特征进行了3a多的研究,针对后滩水生态系统构建和后续维护两个阶段,测试分析了后滩水体溶解氧(DO)含量、化学需氧量(CODMm)、氨氮(NH3-N)含量、总氮(TN)含量和总磷(TP)含量等主要水质参数的单因子水质标识指数(Pi)和综合水质标识指数(Lwq),并对水体氮形态进行了对比分析.结果显示,通过后滩湿地的生态净化作用,水质由V～Ⅳ类提高为Ⅲ～Ⅱ类;后滩湿地主要污染指标为TN,TN含量随NO3-N含量变化而变化;两阶段的Iwq差异显著(p＜0.05),目标水质所占比例随时间延续逐渐升高,湿地生态系统由适应性向稳定性过渡.该湿地生态系统构建方法与水质调控工艺对水质净化效果明显,具有良好的应用前景.     

滑动平均差检测法的提出及验证

时间序列突变点的检测研究是当前气候变化问题的关键环节,其方法和成果也较多,传统的检测方法因统计量结构不合理、假设条件不符合实际以及受主观因素影响等,结果常常缺乏可信度。本文提出一种新的时间序列突变点的检测方法——滑动平均差检测法,将该方法分别用理想时间序列和实际观测序列进行应用检验,并与现有常用的4种突变检验方法比较,发现滑动平均差法具有：① 结构简单、物理意义明确;② 检测突变点更精确;③ 能同时检测出所有突变点的突变位置和其突变强度3个明显的优势。综合利用滑动平均差检测法和传统的4种方法,对黄河流域几个重点水文控制站实测输沙量资料进行突变分析,结果表明：黄河上游输沙量在1986年发生突变,黄河中游输沙量在1979年和1996年发生突变,华县站和潼关站输沙量在1979年、1996年和2003年发生突变,造成输沙量突变的主要因素为水利工程建设和大规模水土保持措施等人类活动。     

官厅水库湿地公园水质保护工程

官厅水库对首都供水安全具有重大意义,目前湿地水质呈微污染、富营养化的趋势。官厅水库湿地公园建设应以水质保护为核心,兼顾生态环境与科普教育。按照点源、面源和内源污染的控制途径,提出源头控制、过程拦截和生态修复的水质保护措施。根据项目特点,因地制宜地提出了库滨带修复与重建、水生态群落修复与重建、生态浮岛布设及人工湿地优化改造4种典型的生态修复措施。湿地公园整体建设、保育和后期运行管理可显著改善水质,建议开展水质大数据采集,便于规划设计阶段GIS分析与今后水质发展趋势研究。     

时序SAR影像相干点目标识别方法研究

时序差分干涉技术是近年来地面沉降监测领域的重要研究方向,基于时间序列SAR影像的稳定点目标识别和检测是进行时序差分干涉技术的关键和基础.本文针对短时间序列SAR影像的特点和普遍使用的点目标识别方法的局限性,借鉴散射体识别方法,综合考虑振幅和相位在时序SAR影像上的变化特征,采用多时相子孔径共轭内积和子孔径信息熵来获取时间序列过程中能够保持相位稳定的点目标,并用平均相干系数对选取的相干点目标进行修正.选取包含广州城区、东莞部分区域的2007年3月至2009年1月的17景Envisat ASAR数据进行实验,分别计算了方位向、距离向以及交叉向共轭内积和信息熵,并用基于高分辨率卫星影像数据解译的土地利用数据对提取的相干点目标进行验证.结果表明,利用多时相的子孔径影像共轭内积和信息熵可以得到比较可靠的相干点目标,交叉共轭内积在试验区域能获取精度高达92％的相干点目标.     

中国气温未来情景的降尺度模拟

由于GCM模拟的气温数据分辨率不高,很难用于区域尺度上各种生态系统的模拟。本文基于长时间序列（1964～2007年）的全国气温观测数据,结合经纬度数据、以及DEM、坡向、坡度等系列地形特征数据,利用空间统计方法,在构建年平均气温降尺度模型的基础上,运用高精度曲面建模（HASM）方法对HadCM3的A1Fi、A2a和B2...     

查干湖湿地水环境演变特征分析

查干湖湿地是吉林西部重要的生态屏障,分析其水环境演变特征,可为保障其水环境安全提供科学依据。利用1982~2011年的水位资料和1985~2011年的水质资料分析其水环境演变特征,采用卡尔森指数法和模糊综合评价法对查干湖湿地进行综合营养状态和水质状况评价。结果显示引松工程通水后湿地水位得以恢复并稳定在129.8~130.3 m;20世纪80年代末湿地水环境大幅改善,水体盐碱化、富营养化、有机污染得以缓解,但2006年以来水质碱化和有机污染加剧,水质由Ⅲ类演变为IV类。现阶段农田退水缓解了主湖区的碱化且暂未加剧其水体富营养化。查干湖水受流域陆源排放、湖泊内源释放及水文情势等多重因素的交互作用,呈以磷素为限制的中营养状态,应控制区域生活污水和畜禽粪便的污染以保护其水环境健康。