利用多源卫星数据研究青藏高原湖泊水储量变化及其影响因素

正青藏高原分布着地球上海拔最高、数量最多的高原湖泊群,也是我国湖泊最集中的地区,有效掌握青藏高原湖泊水储量变化对于我国水资源有效利用具有重要意义。本文的研究核心是联合多源卫星数据研究青藏高原湖泊水储量变化,主要内容包括水陆交界处波形重跟踪算法研究、多源测高数据融合、利用测高和遥感数据计算湖泊水储量变化、结合GRACE数据进行湖泊水量平衡分析和青藏高原湖泊的气候变化响应研究等。本文的主要研究成果如下:     

华北平原及其临区现今地壳形变特征

华北平原及其周缘地壳是我国境内西太平板块北西(NW)向挤压与青藏高原北东(NE)向扩张两大构造机制的交汇部位.首先基于研究区域的实测GPS速度场计算了研究区域无整体旋转速度场;然后采用基于球坐标的最小二乘配置模型整体解算了研究区域GPS应变场;最后利用震源机制解数据反演了区域地壳最大、最小主应力分布,据此研究区域地壳岩石圈整体的地壳形变空间分布特征.结果显示,研究区域地壳岩石圈现今构造形变刚性特征明显,盆地沉陷与断层活动共同控制着研究区域内部的相对形变场,面膨胀值空间分布与区域主要盆地构造具有较好的一致性.而郯庐断裂展布区与华北盆地北缘部位是研究区域地壳的两条重要剪切形变带.其中,郯庐断裂在渤海湾南北两侧的形变特征存在较为显著的差异变化,且该差异可能与地壳岩石圈应力场的空间差异性相关.     

青藏高原湿地遥感监测与变化分析

青藏高原是中国湿地分布较为集中的地区之一,也是全球变化的敏感区。了解青藏高原湿地分布与变化对湿地保护和全球变化研究具有重要意义。基于Landsat 8 OLI(operation land imager)数据,使用面向对象分类方法和人工解译相结合的方式得到2016年青藏高原湿地分布数据,结合2008年湿地分类数据以及高程、流域界线等辅助数据,分析了青藏高原的湿地分布现状和2008—2016年的湿地变化情况。结果表明:①2016年青藏高原研究区湿地总面积为115584 km2。其中,湖泊湿地面积为48737 km2,沼泽湿地面积为34698 km2,河流湿地面积为15927 km2,洪泛湿地面积为15035 km2,人工湿地面积为1188 km2。②2008—2016年,青藏高原湿地总面积增加3867 km2,主要表现为湖泊、河流和洪泛湿地的增加,但同时沼泽湿地减少5799 km2。③青藏高原的湿地分布与变化表现出显著的区域差异性。自然湿地的分布及面积变化集中在4~5km高程范围内,而人工湿地的变化则集中在2~4 km高程范围内;湖泊和洪泛湿地的增加集中在内流区,河流的增加及沼泽的减少集中在外流区。④青藏高原的气温和降水均呈上升趋势,与湿地总体变化呈正相关;各流域冰川面积的变化与湿地变化也具有相关性;人为因素对青藏高原的湿地变化以消极作用为主。该研究为青藏高原环境变化研究与湿地保护提供了有益支持。     

六盘山构造带应变积累特征及其变形机制研究

六盘山构造带位于青藏高原向中国大陆内部挤压扩展的最前缘部位,其东部是构造稳定的鄂尔多斯块体,西部是新生代强烈隆升与快速生长的青藏高原东北隅.论文在六盘山地区进行GNSS加密观测,结合已有观测数据,给出青藏高原东北隅高空间分辨率的三维 GNSS速度场,并分析形变场空间分布特征;研究GNSS应变率场计算方法,对方法的有效性和稳健性进行验证,解算不同空间尺度的应变率场;基于GNSS形变场聚类分析结果,结合研究区地震活动性和深浅地球物理资料,提出该区域改进的块体模型,探讨区域变形机制.论文研究内容与成果如下:(1)提出一种探测 GNSS 坐标时序中突跳的方法.     

基于旋转模型的青藏高原重力变化研究

用数值模拟方法研究了地壳旋转运动与空间重力变化的关系,得出地壳划分的长方体的旋转运动引起的重力变化呈中心对称分布。青藏高原地区的研究资料表明,该区域绕青藏高原东构造存在顺时针旋转运动。文中结合该地区的数字高程以及GPS观测速率数据,计算了青藏高原块体旋转运动引起的重力变化,并与GRACE卫星重力观测结果进行了对比分析。     

一种基于动态多尺度聚类的湖泊选取方法

当前湖泊选取方法多采用整体选取的形式，且难以兼顾湖泊的属性特征、分布特征和拓扑特征。通过分析和模仿制图专家人工选取湖泊的认知行为和过程，提出一种顾及分布特征和拓扑特征保持的基于动态多尺度聚类的湖泊选取方法。首先设置面积阈值以选取大面积湖泊，然后通过缓冲区选取"孤立"湖泊，接下来对湖泊群进行动态多尺度聚类来划分出湖泊分布密度不同的区域，对不同区域按开方根规律确定选取数量指标并采用不同选取策略，其中对包含湖泊数量较多的区域依据由主成分分析法定量计算出的重要性综合评价进行迭代选取，直至达到选取数量指标。实验对比表明，该方法在综合考虑重要性的前提下，有效地保持了选取前后湖泊群的形态结构和密度对比。     

青藏高原隆升的生态地质环境响应遥感研究

青藏高原的快速隆升,不仅改变了原有的地貌形态,而且还改变了构造格局、河流走向、亚洲季风和大气环流等。以全国生态地质环境遥感调查与监测成果为基础,从青藏高原隆升的角度出发,系统分析了高原生态地质环境特征、高原生态地质环境响应与规律。研究结果表明:青藏高原地质环境是控制青藏高原及其周边地区生态环境形成、发展与演化的基础;青藏高原的快速隆升为现代冰川发育、荒漠化、地质灾害等的发生提供了外力因素;青藏高原气候环境是我国生态环境变化的重要动力来源;人类活动对青藏高原及其周边地区起到了催化剂作用。     

基于GWR模型的北极滨海平原融冻湖表面温度空间分布模拟

通过分析北极滨海平原融冻湖泊形态和空间特征与湖泊表面温度之间的相关性,选取湖泊面积、形态紧凑系数、平均深度、与楚科齐海岸线距离,与波弗特海岸线距离、纬度等6个影响因素为参数,分别利用普通最小二乘线性回归(OLS)法和地理加权回归(GWR)法构建湖泊表面温度的空间分布模型,并采用主成分分析法消除变量共线性以降低模型估计误差方差。研究结果表明,与OLS模型相比,GWR模型显著提高了模型拟合度(确定系数R~2由0.648增至0.752)和精度(平均绝对误差从0.47K降至0.38K;均方根误差从0.62K降至0.44K),能更好地模拟融冻湖泊表面温度的空间分布,可为极地地区区域性气候变化的研究提供更为可靠的多因素预测模型和统计解释。     

基于高原湖泊的数据处理与空间可视化研究

近年来,随着工业化和城市化进程的加快,生态破坏、环境污染、湖泊品质恶化等一系列环境问题日趋严重,高原湖泊作为生态环境的重要指示剂,已逐渐成为研究的重点。空间可视化技术特有的交互性、多维性和可视化多样性的本质,更能直观形象地体现高原湖泊的变化。本文以阿雅克库木湖为研究区域,基于GIS平台,利用Landsat遥感影像数据(包括MSS、TM和ETM影像),运用改进的湖泊边界矢量化提取方法和GIS空间可视化技术,对高原湖泊的变化规律进行了研究。结果表明,历年的湖泊变化规律表现为湖泊的面积随着年份的增大而逐渐增大,某一年内的湖泊变化规律表现为减-增-减的规律,其中在2月份达到最低,在10月份达到最高,这对于保护高原湖泊和环境、预测未来环境等具有重要意义。     

青藏高原极端气温指数时空格局及可持续性分析

青藏高原是典型的气候变化敏感区域,研究高原极端气温情况是探索区域气候变化情况的重要内容。本文利用青藏高原地区1960—2012年98个气象观测站点的气温实测记录,计算了昼夜极端温度指数、年均温度最值等极端气温指数,以线性趋势分析和Hurst指数为基础,对高原气温变化的时空趋势及可持续性进行统计性推断和预测。结果表明:1)青藏高原冷、暖指数对应温度值均显著增加。冷昼指数下降速度最快的是高原的中南部及北部区域;暖昼指数在高原东北部稳定增加;高原北部和南部分别是冷夜、暖夜指数变化最显著的区域。2)除东北和中南部分区域略有反持续性现象,青藏高原典型极端气温指数Hurst指数均表现为较强或强持续性,集中分布于中东部及东南部区域,且在各站点具有相近的空间分布特征。年均最值Hurst指数普遍较高和未来趋势持续性较强。     

环嵩山地区史前聚落空间数据库设计

空间数据库是分析和挖掘区域复杂时空体系中的聚落分布和传承规律的基础。选取了对研究中原文明乃至中华文明起源具有代表意义的环嵩山地区,从该区域聚落空间数据特点、研究需求入手,分析了环嵩山地区史前聚落数据库的建设思路和数据库的主要功能,提出了聚落空间数据库的设计和实现方案,为该区域聚落考古研究提供数据和技术支持。     

基于遥感和GIS技术的北川县地震次生地质灾害分布特征

以北川县为研究区域,利用多源、多时相卫星数据判读地震次生地质灾害,并在ARCGIS软件的支持下,对地震次生地质灾害的空间分布规律及其影响因素做相关性研究.结果发现,地层岩性、构造、水系、地形地貌等是地震次生地质灾害分布的主要影像因素.不同空间区域上各主要控制因素对次生地质灾害发育的控制力不一样.北川县的地震次生地质灾害沿北川-映秀断裂带密集分布,受岩石地层结构组分的影响,在志留纪地层中集中发育,受地形地貌的影响,在地形坡度30°-70°区域内集中发育.这些分布规律的发现,可以及时为北川县防灾规划和灾后重建提供科学依据.     

新疆克拉玛依市商业地价空间分布规律研究

城市地价是一个具有时空性质的多维概念,在空间分布上具有较强的关联性和特殊性。但目前对城市地价空间分布规律方面的研究相对较少,还没有形成系统性的理论与方法依据,本文以克拉玛依市2007年土地调查商业用地数据和地价动态监测数据为依据,以ARCGIS软件为平台,采用地统计学的方法,对克拉玛依市商业用地价格的空间分布进行了研究。研究表明:地统计学的理论与方法对城市地价空间分布进行研究具有独特的优越性;城市商业用地地价的分布在空间上既有连续性,也存在变异性,受区域整体趋势的影响明显高于小范围的变异性,属于强空间自相关;商业用地地价分布整体呈现圈层结构,交通道路对地价的空间分布具有重要影响。     

卫星测高数据监测青藏高原湖泊2010年—2018年水位变化

青藏高原湖泊水位变化是气候变化和生态环境变化研究的重要指标。随着Cryosat-2观测数据的日益丰富和处理技术的提升，可以有效监测更多湖泊的水位变化信息。本研究构建了基于噪声去除技术、改进的波形重跟踪处理算法（ImpMWaPP）和误差混合动态模型为一体的高精度湖泊水位序列提取方法，利用Cryosat-2 SARIn数据获取到133个青藏高原湖泊2010年—2018年的高精度水位序列，并分析了这些湖泊水位变化的时空变化特征。总体上，青藏高原湖泊的水位继续呈上升趋势，但上升速度较2003年—2009年趋缓，年均变化率0.159 m/a。从地域分布上，北部湖泊的水位上升最为显著，而南部湖泊的水位则趋于稳定。从时间上，2010年—2012年和2016年—2018年，大多数湖泊的水位呈现快速上涨，而其他时间水位相对稳定或略有下降。     

基于空间分析的徐州市居民点分布模式研究

居民点空间分布的研究是聚落地理学的主要内容之一,运用空间分析的方法研究居民点的分布能更准确地刻画出其空间分布的本质规律。本文根据2004年TM遥感图像和城市地图得到徐州市城乡居民点空间分布的信息,继而运用样方分析(QA)法、最近邻距离指数(NNI)、K(d)函数、热点探测技术(NNH)研究了徐州市居民点空间分布格局与模式。结果显示:徐州市居民点的空间分布具有明显的空间依赖性,总体上呈现出集聚分布的特点;随着研究尺度的变大,居民点空间分布的集聚性指数也增大;居民点空间分布的热点区域在微观尺度上具有空间随机性、在中观尺度上具有轴带延伸性、宏观尺度上具有面状集中性的特点。     

青藏高原地壳运动模型与构造应力场

本文系统地探讨了大地测量参与青藏高原地球动力学问题研究的理论和方法,充分体现了大地测量学与地质、地球物理学互相结合、相互渗透的特点。本文研究的主要内容是：（１）结合青藏高原地质构造背景和构造块体活动情况,以及大地测量观测值特点,建立了青藏高原区域地壳...     

基于遥感与GIS的中国湖泊形态分析

基于2010年Landsat TM/ETM数据,结合Google Earth影像和其他资料,采用面向对象的分类方法,以30 m的分割尺度对图像进行分割,并通过比值指数、归一化差值水体指数及谱间关系等指数来提取水体信息,将水体分为河渠、湖泊及水库坑塘3类,并对分类结果进行精度验证,最终得到中国湖泊空间分布信息;以此为基础,计算出反映湖泊形态的景观指数(如形状指数、近圆形指数及分维数等),并结合湖泊的面积和湖泊岸线长度来说明湖泊的基本状况及其形状的复杂程度。结果表明:利用面向对象分类方法可以得到较高的分类精度,3种类型水体分类的总精度为93%,湖泊分类精度达到90%以上;在中国内陆,面积大于1.0 km2的自然湖泊2 477个,总面积约77 934.72 km2;在5个湖区中,青藏高原湖区的湖泊面积最大,占湖泊总面积的54.34%,其形状指数和分维数均值为最小,湖泊形态比较简单;东部平原湖区降雨充沛,水系发达,其形状指数和分维数均值最大,湖泊岸线更加曲折,形态复杂多变;通过分析得出,形状指数与分维数有明显的相关性(R2=0.95),湖泊岸线分维数值越高,其形状指数越大,岸线越复杂。     

川南区域构造变形及应力场遥感图像定量解析

采用区域构造变形及应力场遥感图像分层解析法，利用遥感TM图像对研究区宏观构造及有关的横张大节理系统进行详细解译，结合物探资料并应用力学方法对区域构造变形场和应力场进行了计算与分析，建立了该区构造变形场和应力场的三维彩色定量解析模式图，通过综合分析研究，对该区构造组合的空间格局及其控矿（油气）规律进行了探讨。     

专题图空间点聚合可视化算法研究

在制作数字专题图的过程中,当地图可视区域有大量空间点需要可视化表达时,可通过对这些空间点进行技术综合,对局部空间点分布规律以及密集性进行提取和抽象的方法,达到利用有限区域较客观全面地展示空间点目标分布形态的目的。重点介绍了4种空间点聚合算法的聚合原理;根据算法的聚合过程分析了4种算法的优缺点;并从海量空间点的聚合性能和聚合形态两方面对4种算法进行了测试与对比,最终选取了性能优、可视化效果佳的方格距离点聚合算法作为多重重要防护目标专题图可视化表达的方法。     

武汉城市湖泊动态变化与汛期排渍影响分析

城市湖泊具有生物栖息地、调蓄洪水和生产等功能,与人类活动和城市的持续发展息息相关。以武汉市环线为研究区,选取1999年航片、2009年Quick Bird数据和2016年GF-1卫星数据3期遥感数据,根据湖泊景观变化模型,构建了湖泊面积萎缩率、湖泊斑块分维数和湖泊破碎度3个指标,对47个主要湖泊的空间面积、湖泊形态以及破碎程度进行了系统分析。结果表明:(1) 1999～2016年武汉城市湖泊面积呈萎缩趋势,人为活动干扰较强,但有一定的遏制;(2)从二环线至外环线,武汉城市湖泊面积萎缩类型由建筑用地侵占向围湖成塘转变,与城市化进程中土地利用的转移状况相同;(3)湖泊萎缩区域与城区汛期渍水存在极强的相关性,渍水严重地区湖泊萎缩较显著。因此,做好城市湖泊的生态环境保护,树立人与自然和谐相处的理念,促进湖泊资源的可持续利用是未来的发展方向。