基于NetCDF数据模型的海洋环境数据三维可视化研究

针对海洋环境数据多维、多格式及动态性等特点,本文在全面分析NetCDF数据模型的原理、数据组织及其调度方法的基础上,基于大范围三维虚拟场景,设计了符合NetCDF标准典型海洋环境要素的三维动态渲染模型,实现了海洋环境要素数据的三维动态可视化表达与分析。实验表明,本文方法为复杂海洋现象的表达、变化规律分析以及趋势预测等研究提供强有力的可视化辅助工具。     

基于GDAL的NetCDF数据的信息提取及格式转换

为解决多种类、多维数的异构气象观测数据的读写问题,运用面向对象的思想对NetCDF文件中的元数据和数据进行对象化,作者提出了基于开源GDAL(地理空间数据抽象库)库的包括文件、维度、属性、变量和其类型等的类层次构建方法。本文主要是探索在GDAL原有功能基础上对NetCDF数据信息的提取和格式转换,将NetCDF库集成到GDAL框架下进行重新编译、发布,这样能够实现GDAL对原来不支持格式数据的解析,从而节省学习数据格式的时间,为多源遥感数据格式转换提供研究参考。     

基于三维GIS的海洋标量场数据动态可视化

针对海洋标量场数据的多维、多格式、动态性等特点,设计了基于NetCDF的海洋标量数据通用数据模型,详细阐述了模型的存储格式及其特点。基于三维GIS场景,构建了标量场多维动态渲染模型,探讨了基于几何对象的海洋标量场数据多维可视化方法,实现了海洋标量数据的直观、多维、动态可视化表达。技术试验表明,该方法高效、可行,可为其它海洋环境要素数据的可视化与分析提供技术借鉴。     

耦合MODIS数据的SMAP被动微波土壤水分空间降尺度研究——以闪电河流域为例

土壤水分不仅是陆面过程中重要的变量,同时也是全球水循环中的关键参数。为了获得高分辨率的土壤水分数据,本文将基于自适应窗口的土壤水分降尺度方法应用在闪电河流域,以1 km MODIS产品(地表温度和归一化植被指数)作为辅助数据,对9 km的SMAP被动微波土壤水分(SMAP土壤水分)数据进行降尺度,得到研究区1 km的降尺度土壤水分数据。利用地面站点实测土壤水分和机载被动微波土壤水分(机载土壤水分)对降尺度土壤水分和SMAP土壤水分进行了验证,并对辅助数据和降尺度方法本身展开分析以探讨降尺度过程中的不确定性来源。结果表明:(1)本文使用的基于自适应窗口的土壤水分降尺度方法能够有效地提高SMAP土壤水分的空间分辨率,在进一步丰富土壤水分分布细节变化信息的同时,还能够保留SMAP土壤水分的空间变化特征并与其保持值域一致。(2) 3种基于像元尺度的土壤水分数据(机载土壤水分、SMAP土壤水分和降尺度土壤水分)与站点实测土壤水分之间的相关性并不高,这主要与点、面数据之间的空间匹配不一致、空间代表性不同以及有效验证的数据量有限有关。而与站点数据验证相比,降尺度土壤水分和SMAP土壤水分均和机载土壤水分数据相关性较好。(3) SMAP土壤水分与辅助数据之间的相关性比机载土壤水分与辅助数据之间的较高,而这两种土壤水分数据之间存在的这种偏差主要受到空间尺度、观测配置、参数反演算法和选用的辅助数据等因素的影响。(4)针对验证结果的不确定性,通过增加辅助数据或改变土壤水分估算模型结构进而修改降尺度模型的方式在本研究中并不能显著提高降尺度结果的精度,如何进一步提高降尺度精度仍是未来需要研究的重点。     

最优插值全球海表温度数据格式分析及显示方法

介绍了最优插值全球海表温度数据;分析了NetCDF的特点,实现了利用ArcGIS和Matlab读取并显示NetCDF海表温度数据的方法。     

基于ArcGIS平台NetCDF在测绘领域中的应用探讨

本文介绍了时态GIS和NetCDF数据文件,初步探讨了NetCDF数据文件在测绘领域的一些应用,并利用这些原理、步骤、方法,对实例数据进行操作分析.在此基础上,对NetCDF的应用进行进一步讨论.     

基于Geodatabase极地NetCDF验潮数据的存储与分析

针对MATLAB读取南极验潮数据所出现的问题以及南极验潮数据本身的特点,结合ArcGIS9.2推出的Multidimension Tools和Geodatabase,设计出NetCDF格式的南极验潮站数据存储和处理的一般流程,并利用MATLAB混合编程的数值计算和分析功能,有效地对南极验潮数据进行存储管理和分析,为NetCDF格式的地理数据的读取、存储提供一种解决的思路。     

卫星遥感估测土壤水分的一种方法

对于植被影响土壤水分遥感的大小 ,提出了“光学植被盖度”新概念来衡量 ,并用遥感法进行估测。用分解象元法排除植被干扰来提取土壤水分光谱信息。采用土壤水分光谱法并借助回归分析建立土壤水分遥感的TM数据模型。以此为桥梁 ,建立了AVHRR数据模型     

基于NetCDF数据的流线生成算法简析

NetCDF数据格式是一种主要用于存储气象科学记录的文件格式标准,其结构包括变量、维度和属性三个部分。本文中将NetCDF数据用于存储海洋流场数据,并根据数据格式特点,从转换数据、映射生成原始数据矩阵开始,利用相关软件读取、提取、分析、可视化表达海洋流场。在海洋流场矢量化表达中,流线生成算法是表达过程中最为关键的一步,流线的疏密程度、方向、长短以及弯曲的平滑度均会影响到对洋流流向和流速的有效表达。流线起点终点的判断限制设定、生成区域流线后的有序筛选、标志方向的箭头安放、流线跨边界追踪等细节问题的算法策略同样会对结果产生不可估量的影响。通过对矢量场的可视化表达,以海洋流场为研究对象,流线生成算法可以为研究全球海洋环境的在特定历史时期和指定区域的变化趋势提供重要手段,因而同时具有非凡的科学意义和实际应用价值。     

移动终端GIS地图数据模型研究

介绍了移动终端GIS的应用概况和发展前景;研究了移动GIS地图数据模型的相关知识, 包括数据表达与数据结构等内容, 设计了一种基于自定义瓦片格式的地图数据模型;通过对数据管理和空间索引等内容的研究, 提出了一种改进的移动GIS空间索引结构和数据管理模式, 并对其进行了比较和分析。该地图数据模型可以为移动GIS地图应用提供高效、快速、准确的操作平台和技术支持, 具有较高的实用性和参考价值。     

Lieutenant Murdoch Mackenzie and his Survey of the Bristol Channel and the South Coast of England

Abstract

NetCDF (Network Common Data Form) is a data sharing protocol and library that is commonly used in large-scale atmospheric and environmental data archiving and modeling. The NetCDF tool described here, named NCWin and coded with Borland C + + Builder, was built as a standard executable as well as a COM (component object model) for the Microsoft Windows environment. COM is a powerful technology that enhances the reuse of applications (as components). Environmental model developers from different modeling environments, such as Python, JAVA, VISUAL FORTRAN, VISUAL BASIC, VISUAL C + +, and DELPHI, can reuse NCWin in their models to read, write and visualize NetCDF data. Some Windows applications, such as ArcGIS and Microsoft PowerPoint, can also call NCWin within the application. NCWin has three major components: 1) The data conversion part is designed to convert binary raw data to and from NetCDF data. It can process six data types (unsigned char, signed char, short, int, float, double) and three spatial data formats (BIP, BIL, BSQ); 2) The visualization part is designed for displaying grid map series (playing forward or backward) with simple map legend, and displaying temporal trend curves for data on individual map pixels; and 3) The modeling interface is designed for environmental model development by which a set of integrated NetCDF functions is provided for processing NetCDF data. To demonstrate that the NCWin can easily extend the functions of some current GIS software and the Office applications, examples of calling NCWin within ArcGIS and MS PowerPoint for showing NetCDF map animations are given.     

2003～2008年中国东部土壤相对湿度的冠谐分析

利用2003～2008年在京津冀地区观测的146个观测站点土壤相对湿度资料,建立了年变化趋势球冠谐模型。球冠极点为东经115°,北纬38°,球冠半径为5°,球冠模型最高展开至8阶。根据模型,计算并分析了该球冠内土壤相对湿度在10cm、20cm和50cm深度年变化趋势空间分布特征。     

机载GPS反射信号土壤湿度测量技术

随着全球导航定位系统反射信号(GNSS-R)技术的发展, 近年来提出了利用GPS地表反射信号遥感土壤湿度的新方法, 该方法利用地表反射率与土壤介电常数以及介电常数与土壤湿度之间的关系来建立反演模型。为了可以快速方便的利用DMR实测数据反演得到土壤湿度, 本文根据Wang和Schmugge模型建立了土壤介电常数与湿度之间的分段模型, 实现了从原始反射数据到土壤湿度结果的整个反演流程。为了验证反演的可行性, 利用NASA等机构联合进行的SMEX02试验机载数据反演得到的结果表明, GPS反射信号能够有效地反演     

阶段模型修正的星载GNSS-R土壤湿度反演方法EI北大核心CSCD

本文提出了一种基于CYGNSS数据的星载GNSS-R土壤湿度反演方法。首先,基于CYGNSS数据提取地表反射率参数,联合SMAP数据中提取的植被光学厚度、地表粗糙度和温度等辅助信息,初步构建了土壤湿度反演理论模型,并利用神经网络模型确定了土壤湿度反演的精细数学模型;然后,将该模型处理获得的土壤湿度以35%为分界点,利用本文提出的阶段函数模型提高反演精度,并使用2018年10月—2019年5月的CYGNSS数据,获得了全球范围内星载GNSS-R土壤湿度;最后,通过与SMAP提供的土壤湿度数据进行对比,评估了本文提出的星载GNSS-R土壤湿度反演方法的有效性,并对获取的星载GNSS-R土壤湿度进行了时间序列分析。结果表明,本文提出的土壤湿度反演方法的结果与SMAP土壤湿度具有良好的一致性,且随时间变化的趋势也相符合,为高精度土壤湿度反演提供了一种思路。     

Impact of the spatial resolution of climatic data and soil physical properties on regional corn yield predictions using the STICS crop model

The assimilation of Earth observation (EO) data into crop models has proven to be an efficient way to improve yield prediction at a regional scale by estimating key unknown crop management practices. However, the efficiency of prediction depends on the uncertainty associated with the data provided to crop models, particularly climatic data and soil physical properties. In this study, the performance of the STICS (Simulateur mulTIdisciplinaire pour les Cultures Standard) crop model for predicting corn yield after assimilation of leaf area index derived from EO data was evaluated under different scenarios. The scenarios were designed to examine the impact of using fine-resolution soil physical properties, as well as the impact of using climatic data from either one or four weather stations across the region of interest. The results indicate that when only one weather station was used, the average annual yield by producer was predicted well (absolute error <5%), but the spatial variability lacked accuracy (root mean square error = 1.3 t ha⁻¹). The model root mean square error for yield prediction was highly correlated with the distance between the weather stations and the fields, for distances smaller than 10 km, and reached 0.5 t ha⁻¹ for a 5-km distance when fine-resolution soil properties were used. When four weather stations were used, no significant improvement in model performance was observed. This was because of a marginal decrease (30%) in the average distance between fields and weather stations (from 10 to 7 km). However, the yield predictions were improved by approximately 15% with fine-resolution soil properties regardless of the number of weather stations used. The impact of the uncertainty associated with the EO-derived soil textures and the impact of alterations in rainfall distribution were also evaluated. A variation of about 10% in any of the soil physical textures resulted in a change in dry yield of 0.4 t ha⁻¹. Changes in rainfall distribution between two abundant rainfalls during the growing season led to a significant change in yield (0.5 t ha⁻¹ on average). Our results highlight the importance of using fine-resolution gridded daily precipitation data to capture spatial variations of rainfall as well as using fine-resolution soil properties instead of coarse-resolution soil properties from the Canadian soil dataset, especially for regions with high pedodiversity.     

中国西部地区基于经验模型的土壤水分反演

地表土壤水分含量的时空分布信息是十分重要的,常常作为水文模型、气候模型、生态模型的输入参数,同时,也是干旱预报、农作物估产等工作的重要指标。被动微波遥感是监测土壤含水量最有效的手段之一。相比红外与可见光,它具有波长长,穿透能力强的优势。相比主动微波雷达,被动微波辐射计具有监测面积大、周期短,受粗糙度影响小,对土壤水分更为敏感,算法更为成熟的优势。目前,已研究出许多反演土壤水分的方法.本课题的主要内容是借助AMSR-E土壤水分影像数据、MODIS归一化植被指数(NDVI)影像数据和MODIS分类影像数据,利用ENVI软件进行遥感图像数据处理,运用统计分析方法建立NDVI与土壤水分的经验模型,研究中国西部地区稀疏植被覆盖区土壤水分的反演。     

地表流体变化对我国地壳垂直形变的影响

研究了大气、海洋、土壤水与积雪质量变化对我国25个GPS基准站地壳垂直形变的影响。谱分析结果表明，垂直形变周期为12个月，半周期为6个月，基准站高程主要表现为季节性变化，最大可达20mm。通造对负荷效应与GPS监测结果的相关分析和显著性检验可知，96％的基准站相关系数在99％的置信度水平上，也说明两者有较强的线性相关关系。     

用ERS风散射计数据估算土壤水分方法的研究

欧空局ERS1/2卫星上的风散射计(WSC),分辨率是50km,4天内能覆盖全球超过80%的范围,并可在多角度下对地物目标进行观测。本文研究利用该散射计数据估算土壤水分的方法。首先,利用基于ERS散射计数据建立的全球C波段雷达后向散射系数数据库,根据传统的几何光学模型(GOM),反演得到与土壤含水量密切相关的法线方向Fresnel反射率,并与两个采样点(安多和那曲)上的实测降雨量及土壤水分相对比,证明了ERS散射计数据与土壤水分的高相关性;第二步,以水云模型为基础,结合AIEM模型,发展了一种简化模型来估算土壤水分绝对值,分别利用气象站实测点数据和同时期的Basist湿度指数(BWI)进行验证,表明反演结果能较好反映土壤水分的空间分布状况。