基于经验模态分解和小波分解估算海气通量涡相关计算中的截断时间尺度

基于时长38天的海表风场实测数据,应用经验模态分解(EmpiricalModeDecomposition,EMD)和小波分解(Wavelet Decomposition, WD)这两种数据处理方法首先对涡相关法中的截断时间尺度(CutoffTimescale,CTS)进行估算,结果显示:基于EMD与WD方法估算出的CTS一般都在40秒左右(EMD的结果略小),远远小于传统涡相关法中CTS的取值(固定为10分钟),且EMD和WD的使用使得每一段数据都能够根据自身的湍流特点而获得合适的CTS; EMD方法和WD方法有效的去除了计算结果中的非湍部分,且对通量传输方向的刻画也更加合理,极大提高了通量的计算精度,所得通量与传统方法计算的通量偏差平均值高达45%;研究还对EMD和WD的优缺点进行了对比分析,结果表明EMD相比于WD有更高的自主性,而WD对信号的分离程度则更高。     

Re-examining urban region and inferring regional function based on spatial–temporal interaction

Urban system is shaped by the interactions between different regions and regions planned by the government, then reshaped by human activities and residents’ needs. Understanding the changes of regional structure and dynamics of city function based on the residents’ movement demand are important to evaluate and adjust the planning and management of urban services and internal structures. This paper constructed a probabilistic factor model on the basis of probabilistic latent semantic analysis and tensor decomposition, for purpose of understanding the higher order interactive population mobility and its impact on urban structure changes. First, a four-dimensional tensor of time (T)?×?week (W)?×?origin (O)?×?destination (D) was constructed to identify the day-to-day activities in three time modes and weekly regularity of weekday/weekend pattern. Then we reclassified the urban regions based on the space clustering formed by the space factor matrix and core tensor. Finally, we further analysed the space–time interaction on different time scales to deduce the actual function and connection strength of each region. Our research shows that the application of individual-based spatial–temporal data in human mobility and space–time interaction study can help to analyse urban spatial structure and understand the actual regional function from a new perspective.     

HHT-EEMD用于IGS站高程时间序列分析

利用经验模态分解（EMD）和整体经验模态分解（EEMD）方法，将BJFS站2000~2015年高程时间序列进行分解，发现其不仅存在1 a、0.5 a、0.25 a、2个月、1个月以及长周期等周期项，还存在以往方法很难探测出来的近似2 a周期信号。与EMD分解结果对比，整体经验模态分解可以明显减弱模式混叠现象。对各分量进行Hilbert 变换（HHT），得到时间-频率-能量的Hilbert 频谱图。结果表明，年周期和2 a周期变化是高程运动的主要贡献项。利用小波变换方法对比验证EEMD的分解结果表明，与小波分析相比，EEMD重构信号与高程序列差异的RMS更小，证明了HHT-EEMD方法在数据资料分析过程中的有效性。对环境负载及GRACE负载造成的测站位移进行功率谱分析得出，环境负载确实会造成IGS站高程时间序列的1 a、0.5 a以及季节性运动，GRACE负载还验证了2 a信号的存在。     

福州市地表温度热点及时空变化分析

中国作为世界第一大发展中国家,近年来城镇化发展迅速,大量自然地表转化为人工地表,从而引起了一系列环境问题,其中以城市热岛问题最为显著。因此如何缓解因城市化进程的加快引起的城市热岛效应已成为热门研究方向。为精确分析城市空间格局对热集聚的影响,本研究利用2000年5月4日的Landsat ETM+和2016年7月27日获取的Landsat OLI两期遥感影像,获取福州市的土地覆盖信息并进行精度验证。在地表温度（Land Surface Temperature, LST）反演基础上通过热点分析（Getis-Ord Gi*）,并结合不透水面（Impervious Surface Area, ISA）信息来研究城市化进程中福州市16 年来 LST的变化特性,空间集聚特性及其产生的尺度效应。热点分析结果显示：① 通过分析福州市内各地和热点中心的距离与LST的关系可较好地反映空间热聚集。2000 年在距热点中心0.97、1.03、0.95 km范围内热聚集明显;2016 年则增长到分别在距热点中心半径1.89、2.01、2.10、2.05、2.13 km范围内热集聚显著且热点区数量也从3 个增加至5 个。热集聚区（热点区和较热区）总面积在此期间从15.7%增至47.3%;② 由于热点图中的热点区和冷点区的形成不单取决于LST的高低,因此热点分析与空间自相关分析方法相比,能更直观地分析土地覆盖变化对LST的影响,了解城市内部热强度变化的细节。本研究采用的热点分析方法可用于城市环境保护与规划,将来还可作为城市土地规划与热环境影响的分析依据。同时可利用热点分析图模拟城市微气候,估算城市绿地降温程度等。此外,未来还可基于此进一步探讨更多时相以及不同城市的对比分析,特别是对不同城市类型如带状城市,多中心城市及中心城市等的研究。     

EMD-Wavelet-ICA耦合模型及其在GPS坐标序列降噪中的应用

在分析比较经验模态分解(EMD)、小波变换(Wavelet)和独立分量分析(ICA)优缺点的基础上,提出一种新的EMD-Wavelet-ICA耦合模型。该模型充分利用了EMD的自适应性,对原始信号进行分解获得不同频率的模态函数(IMF),采用标准化模量的累计均值对IMF进行尺度划分;进而分别采用Wavelet和ICA对高频和低频IMF进行降噪,将降噪后的IMF进行多尺度重构,获得降噪后的信号;采用信噪比、标准差、偏差和相关系数等指标对降噪效果进行评价。仿真数据和GPS坐标序列的处理结果表明:与EMD模型和EMD-ICA模型相比,新模型的标准差、偏差均有不同程度的减小;信噪比和相关系数有一定程度的增大,可以获得更好的降噪效果。     

多尺度细节增强的遥感影像超分辨率重建

鉴于现有超分辨率重建方法难以突显重建影像细节信息的问题,提出多尺度细节增强的遥感影像超分辨率重建模型框架。首先,通过最小二乘滤波方法将序列影像分解成包含大尺度边缘的平滑信息和包含中小型尺度的细节信息;其次,利用插值方法得到相应的高分辨率细节信息和平滑信息,构造纹理细节增强函数,提升中小型细节的增强幅度;最终,融合细节信息和平滑信息,得到初始的超分辨率重建结果,并利用局部优化模型进一步改善重建影像质量。选取同时相和多时相遥感影像作为试验数据。试验结果表明,本文重建结果与插值方法、TV方法和MAP方法相比,在客观评价指标上均有显著提高,明显改善了重建影像的纹理细节。论文提出的多尺度细节增强的超分辨率重建方法,可以使重建影像提供更多高频细节信息,具有较好鲁棒性和普适性。     

结合像元分解和STARFM模型的遥感数据融合

高空间、时间分辨率遥感数据在监测地表快速变化方面具有重要的作用。然而,对于特定传感器获取的遥感影像在空间分辨率和时间分辨率上存在不可调和的矛盾,遥感数据时空融合技术是解决这一矛盾的有效方法。本文利用像元分解降尺方法(Downscaling mixed pixel)和STARFM模型(Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model)相结合的CDSTARFM算法(Combination of Downscaling Mixed Pixel Algorithm and Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model)进行遥感数据融合。首先,利用像元分解降尺度方法对参与融合的MODIS数据进行分解降尺度处理;其次,利用分解降尺度的MODIS数据替代STARFM模型中直接重采样的MODIS数据进行数据融合;最后以Landsat 8和MODIS遥感影像数据对该方法进行了实验。结果表明:(1)CDSTARFM算法比STARFM和像元分解降尺度算法具有更高的融合精度;(2)CDSTARFM能够在较小的窗口下获得更高的融合精度,在相同的窗口下其融合精度也高于STARFM;(3)CDSTARFM融合的影像更接近真实影像,消除了像元分解降尺度影像中的"图斑"和STARFM模型融合影像中的"MODIS像元边界"。     

随机误差对七参数转换模型的影响分析

针对在七参数坐标转换过程中,控制点本身含有的各种误差会对坐标转换的结果产生影响的问题,该文探讨了随机误差对七参数转换模型的影响:以七参数坐标转换模型为研究对象,模拟不同尺度范围的空间直角坐标,给定七参数数值求解另一组空间直角坐标,然后加入不同幅度的随机误差,利用最小二乘准则求解参数,从数值角度分析随机误差对七参数数值以及坐标转换结果的影响。实验结果显示,大范围的七参数模型解算的稳定性优于小范围的模型解算,以及X、Y、Z方向某一方向上的误差对另两个方向的解算结果影响较小。     

精细反演计算在镇江五洲山磁异常再解释中的应用

江苏镇江五洲山地区存在多个磁异常,通过对该地区地质背景、地磁场特征的分析研究,结合数据处理技术对DC-19异常开展了二维小波多尺度分解、三维物性反演以及2.5维剖面反演等精细处理计算。结果表明,矿孔的深部、旁侧还存在较大规模的磁铁矿体,认为该地区具有较好的寻找矽卡岩型磁铁矿的前景。说明利用计算技术,通过精细反演可进一步深化对以往异常的认识,达到重新评价异常的目的。     

Seismic attenuation estimation using a complete ensemble empirical mode decomposition-based method

The frequency attenuation gradient method can provide important information for hydrocarbon detection. In this paper, a method using Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition (CEEMD), Hilbert transform and the least-squares curve-fitting is proposed for seismic attenuation estimation as an effective frequency attenuation gradient estimation approach. We first use CEEMD to obtain the different Intrinsic Mode Functions (IMFs), which have a narrow band and can enhance the physical meaning of instantaneous attributes trace by trace. The time-frequency spectrum, which is computed using a Hilbert transform of each IMF, is represented as a spectrum with a single-peak that has narrow side lobes, which is conducive to frequency attenuation gradient estimation. Second, for each time sample, the frequency-amplitude spectrum of each IMF trace is extracted from the time-frequency spectrum to conduct the attenuation gradient computation. Then, the logarithm operation is performed for each IMF trace. Due to the very narrow bands of some IMFs in some seismic traces, a variable frequency window is adopted along the IMF trace according to the local data characteristics. Finally, the attenuation gradient for each IMF in a seismic trace can be computed using least-squares fitting. A different IMF reflects a seismic trace with a different spatiotemporal scale and can highlight different geologic and stratigraphic information. The correlation weighted average operation is used to highlight some useful details in seismic trace and obtains the attenuation gradient for each seismic trace. Field data examples demonstrate our method and its effectiveness. The proposed method can stably estimate the frequency attenuation gradient.