面向发生的地学数据分类方案及其元数据扩展研究

在分析地学数据特点和共享需求的基础上,阐述数据分类对于人们认识地球以及地学研究的重要性,并综述和评价了目前地学领域已有的各种分类研究。这些分类研究大致可归纳为探索型、应用型和综合型3种。由于地学数据应用的多学科交叉、多源异构等特性,分类系统很难满足系统性、一致性、易扩展性等原则。本文从数据发生的角度,探索新的数据分类方案,将地学数据分为器测数据、调查数据和过程数据三大类。从数据本质特征对其进行描述,学科应用仅作为数据的元数据对其标志,从而很好地消除了上述问题。此外,本文基于ISO19115地理信息核心元数据扩展模型,将地理信息元数据标准拓展到整个地学领域的数据描述,构建适应该地学数据分类方案的元数据体系。     

藏北地区三种时序NDVI重建方法与应用分析

遥感植被指数时间序列数据集,已广泛应用于陆地生态环境变化监测与模拟、植被覆盖动态变化分析、植被物候特征识别与信息提取等多方面的研究.但其因受遥感器采集与传输过程、大气条件、地面状况等诸多因素的影响,时序NDVI数据包含各种噪声,因此研究者们发展了一系列时间序列曲线重建方法.本文对近年来提出或改进的重建算法原理、优缺点进...     

藏北高原土壤湿度时空变化分析

使用2009年DOY (Day of Year) 145~288时段与2001~2010年夏季(DOY 161~240时段)的Terra/MODIS 16 d合成的植被指数产品数据MOD13 A2和8 d合成的地表温度(Land Surface Temperature,T_LS)产品数据MOD11 A2,构建T_LS~I_EV(Enhanced Vegetation Index,I_EV)特征空间,从而得到了条件温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Drought Index,I_TVD)反映的藏北土壤湿度空间分布。对藏北高原2009年植被生长季内土壤湿度的季节性变化及2001~2010年夏季土壤湿度的年际变化特征进行分析,研究结论表明:随着植被盖度的增大,干、湿边斜率逐渐变小,植被对环境温度的变化具有缓冲效应;藏北高原土壤湿度的季节性变化明显,主要受温度、降水、植被覆盖和冻土过程等季节性变化的影响;近10年研究区内土壤湿度有轻微的旱化趋势,但不同气候区内的年际变化表现不一致;气温表现不同程度的显著升温趋势,部分站点的降水有不显著减少趋势,其它站点降水表现为年际波动,而区域统计的I_TVD值年际波动与站点气温的变化大体一致。     

雅鲁藏布江干流河宽时空变化遥感监测及水文气象响应

河宽作为河流形态的基本参数之一,对于理解地表水过程和河流生态系统功能至关重要。雅鲁藏布江是全球具有典型地域特色的高原河流,也是重要的国际河流。雅鲁藏布江地处偏远山区,其地形环境条件恶劣、测量站分布稀疏,严重限制了对雅鲁藏布江河流水文动态变化特征的科学理解。遥感卫星通过提供多时相、长时序观测影像数据,使雅鲁藏布江河宽长期动态变化监测和水文特征分析成为可能。本文基于全球地表水变化数据集（GLAD）,利用水体边界水淹频率阈值分割法重建了2000—2020年雅鲁藏布江逐月完整的水域范围,进而提取和解析雅鲁藏布江干流河宽的时空变化特征。研究结果表明：2000—2020年期间,受年内气温和降水季节性差异等影响,雅鲁藏布江干流河宽呈现出显著的季节性变化特征,中游河段的季节性变幅最大（453.6 m）,下游河段季节性变幅最小（90.3 m）;雅鲁藏布江干流河道受气候和地形的影响,空间分布差异大,河道可观察到的最窄处约30 m（即Landsat卫星影像的最小空间分辨率）,中下游辫状河流有效河宽最大可达6000 m,全程约50%长度的河道宽度小于150 m,仅2.0%的河道宽度大于2000 m;2000—2020年雅鲁藏布江干流河道的年平均河宽呈现先下降、后上升、再下降的变化特征,雅鲁藏布江全程平均河宽与降水、气温之间呈现较显著的正相关关系（通过p<0.01的显著性检验）,相关性系数R值均为0.7。此外,本文利用10 m分辨率Sentinel-2影像数据目视解译提取的河宽信息与本文基于GLAD重建的河宽结果进行对比验证,两者的相对偏差低于2%,表明本文雅鲁藏布江河宽的提取结果总体可信。     

近三十年青藏高原内流区湖泊岸线形态的时空演变

湖泊岸线形态是描述和定量表达湖泊空间分布特征的重要维度。近年来,受气候暖湿化影响,青藏高原内流区湖泊总体呈现快速扩张趋势,湖泊的动态变化不仅体现在面积、水位、水量等水文参数上,还引起湖泊形态的显著变化。基于多期湖泊分布数据,结合分形和景观生态学理论,构建了湖泊岸线形态特征量化的指标体系,对1990年以来,青藏高原内流区湖泊岸线形态的时空变化特征及其影响因素进行定量分析。结果表明：① 近三十年来青藏高原内流区湖泊的分形维数和岸线发育系数总体呈上升趋势,湖泊的近圆率在此期间呈下降趋势,湖泊长宽比指数则无明显变化。② 青藏高原内流区湖泊岸线形态的总体演变特征受到地质构造的控制,体现出一定空间自相关性,断陷湖区的湖泊岸线形态及其变化要明显复杂于坳陷湖区。区域湖泊岸线的变化幅度大致从东北向西南递减,变化幅度在可可西里地区、羌塘高原中部以及羌塘高原东南部3个区域存在空间自相关性。③ 湖泊岸线形态的变化受岸线周边的地形影响,湖滨地形落差较大的区域,湖泊岸线相对稳定,变化速度较慢。岸线指数的变化量与岸线周边1 km缓冲区内的平均高差存在幂函数关系。④ 该区域湖泊岸线形态的变化和湖泊面积的变化幅度也存在一定相关性,当湖泊处于扩张阶段时,湖泊的分形维数和岸线发育系数总体呈现增加趋势,反之减少。本研究揭示了气候暖湿化背景下青藏高原内流区湖泊岸线形态的变化格局与影响特征,讨论了湖泊岸线形态及其变化格局与湖区的地质构造,气候与水文等多个要素间的关系,丰富了湖泊动态变化研究的视角与方法,为深入理解青藏高原湖泊对气候变化的响应特征,监测湖泊变化对湖盆地貌、水系连通度以及湖滨带生态环境等影响提供了科学参考。     

21世纪以来泛北极湖泊水位变化时空特征及原因探讨

在全球气候变暖和极端气候事件增加的背景下,流域水文循环过程受到的影响越来越强烈,导致湖泊水位变化表现出复杂的时空特征。而泛北极地区是地球上湖泊数量与面积分布最为集中的区域之一,该地区湖泊对气候变化响应非常敏感。因此,了解这些湖泊近期水文变化特征十分必要。本研究共搜集了36个泛北极大型湖泊(>500 km²)基于遥感或站点观测的近20年水位数据,分析其时空变化特征。本文使用线性回归模型来估算湖泊水位的变化趋势,进而利用皮尔逊相关分析了其主要水文影响变量和大气环流机制,并运用Mann-Kendall突变检验法探讨了水位突变的原因。结果表明,泛北极湖泊的水位整体上呈现不同程度上升(平均速率为0.013 m/a),有23个(64%)湖泊的水位呈上升趋势;研究湖泊中有10个通过90%统计显著性检验。其中,水位上升速率最大的湖泊是位于哈萨克斯坦的腾吉兹湖,上升速率为0.078 m/a。泛北极湖泊水位的波动主要与径流有关,有19个(53%)湖泊的水位波动与径流的增加更为相关;相比而言,位于亚洲的极地湖泊水位的上升与流域蒸发的降低显著相关,尤其是库苏古尔湖。从区域大气环流影响来看,泛北极湖泊水位变化主要与厄尔尼诺-南方涛动有关,其次是北极涛动和北大西洋涛动。本研究有助于加深对泛北极湖泊近20年水位变化规律及气候影响特征的科学理解。     

2004年以来青海湖快速扩张对人居设施与草地的潜在影响

作为我国最大的内陆咸水湖,青海湖是青藏高原东北部重要水汽源,在维持区域生态环境及半干旱生态系统功能方面发挥着重要作用.近年来,青海湖水位迅速上升,但是湖泊扩张对周边人居设施与草地的影响尚未得到广泛关注和报道.基于1995-2019年Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像、Hydroweb多源测高同化水位数据、SRTM-1 DEM数据等,本研究以青海湖近年来增长速率情景开展湖泊快速扩张对周边人居设施(道路、居民点)与草地影响和潜在威胁的定量研究.结果表明:1995-2004年期间青海湖处于萎缩态势,2004年水位和面积出现最小值,之后,青海湖进入稳定扩张期.2004-2019年期间,青海湖水位累计上涨3.27 m,年均增长率约为0.22 m/a;相应地,青海湖水量增长了14.25 km³,年均增长率为0.95 km³/a.湖泊扩张模拟结果显示,若青海湖水量以当前速率增长,水位将在2070年前后达到3207 m(相对2019年约10 m的水位涨幅),届时将会淹没178个居民点、长度约为1286.91 km的道路以及2042.22 km²的植被,其中预测的高风险区域主要为切吉乡、泉吉乡和金滩乡.该研究有望为青海湖快速扩张对当地居民的影响和潜在威胁提供重要的科学参考,并在气候变化背景下为制定缓解气候变化风险的预案提供科学依据.