Spatiotemporal changes of cropping structure in China during 1980-2011

Understanding the spatial and temporal variations of cropping systems is very important for agricultural policymaking and food security assessment, and can provide a basis for national policies regarding cropping systems adjustment and agricultural adaptation to climate change. With rapid development of society and the economy, China’s cropping structure has profoundly changed since the reform and opening up in 1978, but there has been no systematic investigation of the pattern, process and characteristics of these changes. In view of this, a crop area database for China was acquired and compiled at the county level for the period 1980-2011, and linear regression and spatial analysis were employed to investigate the cropping structure type and cropping proportion changes at the national level. This research had three main findings: (1) China’s cropping structure has undergone significant changes since 2002; the richness of cropping structure types has increased significantly and a diversified-type structure has gradually replaced the single types. The single-crop types—dominated by rice, wheat or maize—declined, affected by the combination of these three major food crops in mixed plantings and conversion of some of their planting area to other crops. (2) In the top 10 types, 82.7% of the county-level cropping structure was rice, wheat, maize and their combinations in 1980; however, this proportion decreased to 50.7% in 2011, indicating an adjustment period of China’s cropping structure. Spatial analysis showed that 63.8% of China’s counties adjusted their cropping structure, with the general change toward reducing the main food types and increasing fruits and vegetables during 1980-2011. (3) At the national level, the grain-planting pattern dominated by rice shifted to coexistence of rice, wheat and maize during this period. There were significant decreasing trends for 47% of rice, 61% of wheat and 29.6% of maize cropping counties. The pattern of maize cropping had the most significant change, with the maize proportion decreasing in the zone from northeastern to southwestern China during this period. Cities and their surroundings were hotspots for cropping structural adjustment. Urbanization has significantly changed cropping structure, with most of these regions showing rapid increases in the proportion of fruit and vegetables. Our research suggests that the policy of cropping structural adjustment needs to consider geographical characteristics and spatial planning of cropping systems. In this way, the future direction of cropping structural adjustment will be appropriate and scientifically based, such as where there is a need to maintain or increase rice and wheat cropping, increase soybean and decrease maize, and increase the supply of fruit and vegetables.     

农业土地利用遥感信息提取的研究进展与展望

农业用地占到全球土地面积近一半,农业土地利用（包括耕地及作物分布、种植制度、土地管理等）变化直接影响到粮食安全、水安全、生态安全和气候变化。遥感已经成为土地利用信息获取的重要手段,近年来中分辨率遥感卫星如Landsat、Sentinel以及中国高分卫星等的免费开放为国内外农业土地利用信息提取提供了前所未有的机遇,取得了一系列重要研究进展。本文从耕地分布、作物类型识别、农业种植制度以及农业土地管理4个角度分析了土地利用信息提取的最新研究进展。结果发现：① 耕地分布产品已经由过去的粗分辨率提升到10~30 m,耕地现状数据较为丰富,但挖掘遥感数据实现耕地变化历史回溯的能力有待加强;② 作物分类方面多采用地面调查数据和卫星遥感（Landsat和Sentinel-2为主）相结合的方式进行,在北美和欧洲得到了业务化运行,但对作物种植面积早期监测的能力有待加强;③ 基于遥感的农业种植制度信息获取（如撂荒）研究多集中在东欧等地区,在中国由于经济和政策因素导致的撂荒、轮作、休耕等现象也十分普遍,但具有针对性的遥感监测研究目前还相对缺乏;④ 农业土地管理措施信息提取方面,区域灌溉面积产品取得了重要进展,但数据的可靠性和准确性仍有待提高。在此基础上,我们结合遥感大数据、深度学习算法、云计算平台的发展对未来农业土地利用信息提取研究进行了展望：① 融合多源数据形成更高维度空间、光谱和时间信息的遥感大数据,提升特征提取和数据挖掘能力;② 机器学习和深度学习算法等智能化方法与基于地理学和物候信息的专家知识方法的耦合;③ 遥感云计算和大数据挖掘等前沿遥感和计算技术的应用。     

半潜式平台内孤立波载荷计算方法及其试验验证

针对半潜式平台的立柱群和沉箱群,设计了两套独立的载荷测量系统,利用大型重力式密度分层水槽,在不同来波方向下对孤立波中半潜式平台载荷进行了系列模型试验。研究表明,对平台立柱部分,其内孤立波载荷可以用Morison公式进行计算,基于试验结果建立了Morison公式中其拖曳力系数以及惯性力系数的经验公式;对于半潜式平台的沉箱部分,当来波方向与其中纵剖面不平行时,其水平内孤立波载荷同样可以使用Morison公式进行计算,并建立了Morison公式中其拖曳力系数以及惯性力系数的经验公式;当来波方向与半潜式平台中纵剖面平行时,沉箱群的水平内孤立波载荷可以采用Froude-Krylov公式进行计算;同时,在不同来波方向下沉箱群的垂向载荷同样可以采用Froude-Krylov公式进行计算。     

“高铁流”视角下的中国城市网络层级结构演变研究

中国短时间内大规模的高铁建设对城市可达性和连通性产生了巨大影响。随着“流空间”理论的兴起，高铁建设对城市网络的影响更值得关注。基于此，本文采用2007—2014年历年高铁列车频次全样本数据，通过构建高铁节点优势度指数、高铁线路强度指数、熵指数等定量分析模型，试图探讨基于高铁列车频次的中国城市网络结构及其变化。结果表明：随着高铁网络的空间扩展，城市之间的连通性不断加强，城市网络层级结构逐渐均质化演变；基于高铁网络的中国城市体系结构趋向于多中心化；长三角地区的高铁网络相较于其他地区更加完善。     

珊瑚礁地质大直径钢管打入桩承载特性研究

马尔代夫中马友谊大桥采用钻孔灌注桩基础,主墩基础施工过程中,将35根大直径钢护筒施沉至中等—强胶结礁灰岩地层,作为钻孔平台的临时桩基础。以主墩大直径钢护筒沉桩记录为依据,并结合高应变动力检测方法,对珊瑚礁地质大直径打入桩的承载性能进行研究。研究结果表明:1)以钙质砂为主的覆盖层侧阻力较小; 2)礁灰岩侧阻力随胶结程度的增加而增大; 3)中等—强胶结礁灰岩可以作为打入桩的持力层,端阻力约占总承载力的70%; 4)打入桩的承载力恢复系数较小,仅为1.1。     

异质性地表反照率遥感产品真实性检验研究现状及挑战

地表反照率直接决定了地表能够吸收到的太阳辐射能量,是研究气候变化、能量平衡的一个关键参数。遥感为大尺度、连续获取地表反照率提供了一种有效的观测手段。但遥感数据本身的精度限制和反演模型的不确定性,使基于卫星数据反演的反照率产品存在误差,而这种误差的存在又会影响产品的进一步应用。正确的认识这种误差有助于提高产品的应用精度,深化其应用的深度和广度。真实性检验就是正确认识卫星反照率产品准确性、稳定性的重要手段,它是卫星产品从生产到应用的桥梁。虽然目前已经开展了大量的真实性检验工作,但即使是针对同一种卫星产品,真实性检验的结果往往并不一致。其根本原因在于验证中所采用的参考值能不能够准确地代表卫星像元尺度的地面真值。地面观测和卫星产品像元之间巨大的尺度差异以及广泛分布的地表异质性,使地面观测并不能直接作为像元尺度真值与卫星产品进行简单的对比。因此真实性检验过程并不是直接的,而是需要经过一系列严格、独立的过程得到像元尺度真值后与产品在一定的空间和时间范围内进行对比。针对目前真实性检验结果准确性和可信度不高等问题,本文尝试从地面实测数据、尺度转换、验证方式、评价方法及验证中存在的问题等几个方面来论述反照率产品的真实性检验现状及挑战。     

中国空间辐射测量基准技术

为确保数据的定量化应用，国际航天遥感大国始终围绕定标技术开展研究，定标精度不断提高。在经历数十年发展之后，受传统的遥感载荷定标系统设计以及地面辐射校正技术理论极限的制约，目前遥感卫星辐射定标停留在太阳反射谱段2%，红外谱段0.2 K的不确定性水平，其精度难以继续提高。进入21世纪，气候变化问题成为全球关注的热点，全球气候变化研究对遥感卫星辐射测量精度提出了前所未有的要求。ASIC³（Achieving Satellite Instrument Calibration for Climate Change）报告指出，为了有效检测全球气候变化信号，准确预测气候变化，遥感卫星观测必须长期保持在太阳反射谱段0.3%、红外谱段0.1 K，太阳总辐射0.01%的不确定性水平。为了迎接这一挑战，欧洲和美国相继提出了CLARREO计划和TRUTHS计划，试图通过发射具有超高辐射测量精度的基准卫星，在监测气候变化信号的同时，标定其他遥感卫星，提升全球遥感卫星整体定标精度。同期，中国也提出了空间辐射测量基准技术的概念，并在“十二五”和“十三五”，通过国家高技术研究发展计划和国家重点研发计划持续支持星上相变固定点黑体、空间低温辐射计等尖端技术的研发，进而逐渐形成发射空间辐射测量基准卫星的路线图。从目前发展态势上看，中国有可能成为第一个建立空间辐射测量基准的国家，率先实现卫星平台辐射观测直接向国际单位（SI）的溯源。     

一种基于影像分割的城市建筑物变化检测方法

针对高分辨率遥感影像建筑物变化检测精度不高的问题,本文提出了一种改进城市建筑物变化检测方法。首先通过提取像元顶点构造像元图集,并以长宽比与矩形度作为变化检测测度,对后一期影像进行影像分割,识别建筑物轮廓对象。将建筑物轮廓进行几何关系筛选,完成建筑物变化信息提取。实验表明,该方法具有较高的变化检测精度,可明显削弱光照条件和成像角度对建筑物变化检测精度的影响,是一种普适性较强的城市建筑物变化检测方法。     

Spatial-temporal distribution of debris flow impact pressure on rigid barrier

Grain composition plays a vital role in impact pressure of debris flow. Current approaches treat debris flow as uniform fluid and almost ignore its granular effects. A series of flume experiments have been carried out to explore the granular influence on the impact process of debris flow by using a contact surface pressure gauge sensor(Tactilus~?, produced by Sensor Products LLC). It is found that the maximum impact pressure for debris flow of low density fluctuates drastically with a long duration time while the fluctuation for flow of high density is short in time, respectively presenting logarithmic and linear form in longitudinal attenuation. This can be ascribed to the turbulence effect in the former and grain collisions and grainfluid interaction in the latter. The horizontal distribution of the impact pressure can be considered as the equivalent distribution. For engineering purposes, the longitudinal distribution of the pressure can be generalized to a triangular distribution, from which a new impact method considering granular effects is proposed.     

三种常用叠加方法提取气枪信号的效果分析

基于安砂水库气枪震源实验资料,采用线性叠加、频谱白化叠加和相位加权叠加三种常用叠加技术进行处理,从信噪比、波形相关性和震相走时差等方面,分析评估三种叠加方法的实际应用效果。结果表明:(1)相位加权叠加方法提高信噪比的能力最强,但是与线性叠加一样,两者都无法有效地消除强干扰,而频谱白化则可以削弱强干扰的影响,有利于信号准确识别;对低信噪比波形,频谱白化提高信噪比的效果优于线性叠加,反之亦然。(2)以线性叠加结果为参考,相位加权的相关性高,走时差基本为零,但波形中较小幅值的信号可能会被压制,影响小幅值波形信号的判别;频谱白化在台站信噪比高时,波形相关性较差,且存在一定走时差,可能出现震相到时前的波形被放大,使震相初至变得模糊,影响到时拾取精度。