基于MODIS的青藏高原逐日无云积雪产品算法

青藏高原积雪对高亚洲地区水和能量循环起着重要的反馈和调节作用,其变化影响着融雪性河流流量,对下游水资源和经济活动具有重要影响。中分辨率成像光谱仪（MODIS）具有较高的时空分辨率,被广泛应用于积雪遥感动态监测,然而光学遥感积雪受云层影响严重,且青藏高原地区水汽分布不均,局地对流活跃,积雪的赋存时间变化快,这给高原地区逐日积雪监测及其气候学制图带来挑战。在考虑青藏高原地形和积雪分布特征情况下,结合现有的云覆盖下积雪判别算法,采用8个不同方法的组合,逐步实现MODIS逐日无云积雪算法。选取2009年10月1日-2011年4月30日两个积雪季为研究期,并采用145个地面台站观测雪深数据对去云算法各步骤过程开展精度验证,结果表明：当积雪深度>3 cm时,逐日无云积雪产品总分类精度达到96.6%,积雪分类精度达83%,积雪判对概率（召回率）达到89.0%,算法可实现青藏高原地区逐日无云积雪动态监测和积雪覆盖气候学数据重建,对高亚洲地区的水、生态和灾害等全球环境变化影响研究具有重要的意义。     

Some applications of humidity profiles estimated from INSAT infra red digital cloud imagery data

Moisture profiles have been estimated over the region bounded by the latitudes 40°N and 40°S and longitudes 30°E to 130°E using INSAT digital infra red cloud imagery data. The representativeness of these profiles in representing moisture field associated with the development and movement of synoptic scale systems during the period September 15th, 1996 to March 31st, 1997 has been examined. It has been shown that the changes in the moisture field associated with the withdrawal of the southwest and northeast monsoons from the Indian sub-continent, development and movement of synoptic scale sytems (depressions, tropical cyclones and waves in easterlies) and equatorial troughs in the Indian Ocean could be clearly seen in humidity profiles. The initial development of tropical systems is first seen in the humidity field in the upper troposphere. These profiles could be used in monitoring the initial development and subsequent movement of tropical systems. Further the data on moisture distribution from the data gap regions of the Indian Ocean could be used as an additional source of moisture in numerical analysis and prognosis.     

基于MODIS的青藏高原季节性积雪去云方法可行性比较研究

青藏高原地处中纬度地区,季节性积雪分布破碎,地面观测站点稀少,中分辨率成像光谱仪（MODIS）可为该地区提供每日积雪监测数据,然而云是光学遥感最大的影响因素,为研究MODIS每日积雪产品去云方法在青藏高原的适用性,根据原理将去云方法归纳总结为五大类,并对每种方法的“潜在假设”开展分析讨论。结果显示：基于时间连续性的方法适用性强,去云效果明显,上下午积雪连续的平均概率为72.5%,而2~5d的连续积雪的概率为5.6%~43%不等,可靠性差;临近像元法可去除零散分布的云,平均正确率达到95.5%,但去除云量较少;基于高程的去云算法在山区适用性好,而在高原腹地由于坡度较小而错判概率较大;采用被动微波遥感数据进行去云则依赖于微波对云的识别率,往往误差较大;采用数学方法拟合积雪边界在积雪破碎、降雪融雪较快的青藏高原地区,物理意义较弱。通过分析研究表明,青藏高原地区MODIS日积雪产品的去云,需综合多种算法的区域适用性,充分考虑青藏高原地形及积雪本身的特征,逐步完善每日积雪去云工作。     

半干旱草原浅覆盖区手持钻机化探取样技术的应用及探索

浅层钻探技术是覆盖区化探取样技术研究的新方向。手持钻机是轻便钻机的一种。为了探索手持钻机的化探取样效果,以内蒙古拜仁达坝银铅锌矿区为代表的大兴安岭南部半干旱草原浅覆盖区作为研究区,采用回转式和冲击式手持钻机开展浅钻化探取样试验,分析该方法相对于常规化探方法的优势。结果表明,浅钻化探取样具有方便快捷、效率较高、成本较低等优点。通过对比两类钻机的钻进、取样工艺及效果,分析总结两类钻机对于草原覆盖区不同覆盖物的适用性及存在问题,为覆盖区浅钻化探技术和取样钻机的发展和推广提供借鉴和参考。     

基于不同土地覆盖类型NDSI阈值优化下的青藏高原积雪判别

美国国家雪冰数据中心（NSIDC）发布的MODIS第6版本逐日积雪范围产品（V6）仅提供了归一化积雪指数（NDSI）,而用户往往关心的是积雪范围或积雪覆盖率。NSIDC推荐全球积雪范围最佳的NDSI阈值为0.4,但是青藏高原地形复杂,积雪斑块化特征明显,单一的NDSI阈值并不能精确地判识不同下垫面上的积雪。不同的土地覆盖类型可能影响积雪判别的NDSI阈值。以青藏高原为研究对象,基于高分辨率卫星Landsat-5 TM数据,获取了青藏高原不同土地覆盖类型下判识积雪的最优NDSI阈值。结果表明,在草地和稀疏植被地表类型下,最优NDSI阈值分别为0.33和0.40;在其他下垫面类型下,最优NDSI阈值为0.47。以Landsat 8 OLI数据为"真值"对该NDSI阈值确定的积雪范围进行了精度检验。结果表明,采用新的NDSI阈值获取的MOD10A1 V6积雪范围产品的总体精度OA、错分误差OE和漏分误差UE分别为87.88%、5.20%和6.87%。而采用传统的0.4阈值时,其OA、OE和UE分别为87.36%、3.98%和8.60%。这表明考虑不同土地覆盖类型下的NDSI阈值优化可以有效地提高青藏高原积雪判别精度,特别是对占比面积较大的草地区域,通过NDSI阈值优化可以更加准确地识别积雪范围。     

六面体单元等参逆变换的一种迭代解法

提出了六面体等参逆变换的一种迭代解法,它不仅克服了三维问题中线性迭代格式因初值不同而不能保证收敛的缺陷,而且也避免了求解高次方程,只需进行简单的迭代就可以方便求出局部坐标。     

积沙对铁路道碴层反射率的影响研究

青藏铁路建成后,随着全球气温的升高及人类活动的影响,青藏高原地表沙化正在呈现加速发展的趋势,地表积沙入侵路基,填堵和覆盖青藏铁路道碴层,影响了青藏铁路道碴层的反射率。为此开展了积沙对于铁路道碴层反射率影响的研究。为此本文将测量碎石层等粗糙表面的反射率的方法进行了改进,使其适用于测量混有流动性材料（如积沙等）的粗糙表面（如铁路道碴层等）的反射率。结果表明：随着铁路道碴层模型积沙覆盖率的增大,铁路道碴层的反射率先减小后增大,当积沙完全覆盖道碴层时,其反射率达到最大。并将该测试方法与ASTM-E1918A标准测试方法进行对比分析发现,在天气晴朗、无云、无雾霾且太阳辐射入射量瞬时强度变化<20W·m^-2时,两种测试方法计算非常接近,其测量差值0~0.002,综合分析认为在测量带有流动材料的反射率时,采用本测试方法方便可靠。但积沙对道碴层的热流平衡影响有待进一步研究。     

改进的区域生长算法在三维激光点云识别岩体结构面中的应用

交错分布的结构面构成了岩体中的薄弱部位,准确高效的岩体结构面识别和特征信息提取可为岩体稳定性评价提供重要依据。三维激光扫描技术可以极大地提高结构面勘测效率和精度,但目前主流的点云分析算法存在结构面边缘识别模糊、点云分割准确性不能满足结构面特征信息提取精度等问题。因此,考虑岩体结构面点云位置与其邻域的空间关系,利用KD-tree数据结构进行最邻近搜索的体素下采样,在稳健随机Hough变换的基础上改进了区域生长算法,通过多特征值对区域生长分割参数进行修正,依据点云法向量差值和特征终值进行结构面分割,实现了结构面产状、间距、延展度信息的提取。研究结果表明：与传统的主成分分析法和随机抽样一致法相比,在室内块体模型组成的24个结构面中,该方法在相同区域具有更高的识别率和准确率,既能在复杂变化的平面区域保证数据的完整识别,也能在平面的尖锐位置较好地分割边缘点云。利用该方法可以将24个结构面分为6组,并在识别数据中获取对应的结构面特征信息,与实际测量结果相比,角度信息误差约为1°,距离信息误差1 cm以内。利用该方法在长江干流蟒蛇寨斜坡岩体中成功识别出3组结构面同时计算各组结构面间距与延展度信息,并采用赤平投影图分析不同结构面组对斜坡稳定性的影响。所提出的方法在室内模型及现场斜坡验证效果良好,可以为岩体结构面识别分割提供稳定且有效的技术支撑。     

地形对天山积雪冻融变化的影响分析

天山积雪是新疆水资源的重要来源,地形对积雪的空间分布和消融有重要影响,分析地形对天山积雪冻融过程的影响具有重要的理论意义.基于2005-2014年的MODIS/Terra积雪8 d合成数据（MOD10A2）与数字高程模型（DEM）数据,分析了天山积雪覆盖随高程、坡度和坡向的季节变化规律.分析结果表明：（1）在不同季节里,不同高程中的融雪和积雪过程同步发生,其中在春季和冬季,雪盖变化较大的区域主要分布在低海拔和高海拔地区;而在夏、秋两季,雪盖变化较大的区域主要分布在中海拔地区.（2）在不同季节,不同坡度的积雪冻融过程也同步进行,但春季和冬季积雪呈线性变化,在缓坡和陡坡地区变化明显;夏季和秋季积雪变化缓慢,在中坡变化显著.（3）天山积雪变化随坡向具有对称性和周期性.积雪变化呈现北坡大、南坡小,春、冬季大,夏、秋季小的特点.在波动周期内,夏秋季积雪变化波动较大,变化趋势与春、冬季相反.研究结果可为融雪型洪水预报提供科学依据.     

基于Google Earth Engine云平台的植被覆盖度变化长时间序列遥感监测

基于Google Earth Engine遥感大数据云计算平台,以云南省南洞地下河流域为例,利用近2 000景30 m分辨率Landsat-NDVI长时间序列数据,采用像元二分模型对研究区1988-2016年的年最大植被覆盖度进行定量估算,并分别从流域整体和像元尺度分析近29 a间植被覆盖度的时空变化特征。研究结果表明:（1）南洞地下河流域大部分区域处于中等覆盖度和中高覆盖度,覆盖度随高程和坡度的增加而增大,其中年最大植被覆盖度 > 60%的区域占流域总面积的45.75%;（2）近29 a来,流域年最大植被覆盖度整体呈现不断增加的趋势,年均增长速率为0.56%,其中植被覆盖度轻微改善或是明显改善的面积占38.84%;（3）相比1988年,2016年高植被覆盖区和中高植被覆盖区面积分别增长50.51%、18.40%;而中等植被覆盖区、中低植被覆盖区和低植被覆盖区面积分别减少24.05%、47.95%和37.72%。封山育林等石漠化治理工程以及气候变化对于流域植被恢复和生态环境重建具有重要影响,其研究成果可为后续石漠化监测提供重要的基础研究数据。      

Inclusion of ice cover in a storm surge model for the Beaufort Sea

Storm surges in the Beaufort Sea present a severe problem for navigation as well as for offshore oil drilling activities. Influence of ice cover on storm surges in the Beaufort Sea is examined making use of a numerical model as well as a set of observations.The automated shallow-water model of Henry has been modified to incorporate ice cover and is adapted to the Beaufort Sea. The leading edge of the permanent ice is calculated from the loci of identifiable points. Generalized similarity theory is employed to compute wind stresses. Simulations are made using model-predicted ice concentrations and observed ice concentrations. Ice motion is relatively small in units of model grid distance (approximately 18 km) during surges. Spherical effects are important and should be included in future adaptations of the model. Comparison of the computed surges with observed surges for eight different events showed reasonable agreement.     

黏弹性和速度各向异性对薄层反射的影响

煤层具有强波阻抗差、低阻抗的特性,对地震勘探来说是一种典型的薄层。因为其黏弹性和速度各向异性导致薄层反射波场异常,为了定量分析黏弹性和速度各向异性对薄层地震反射的影响,针对强波阻抗差薄层模型,基于波动方程数值模拟方法,正演得到弹性速度各向同性、黏弹性速度各向同性及黏弹性速度各向异性的地震波场,并对比分析了3种模型的弹性波地震反射特征。研究结果表明：黏弹性对薄层的反射产生不可忽略的影响,会明显降低薄层弹性波的反射振幅,但黏弹性速度各向同性与各向异性对薄层的弹性波反射影响差异不大。相比于弹性各向同性情况,黏弹性会引起反射纵波（PP波）瞬时频率最大可达8%的改变量,而对转换横波（PS波）仅有3%的改变量,可以忽略不计。上述研究为利用构造煤品质因子极低的特征来预测构造煤提供了可能。     

京津风沙源区2000—2015年植被覆盖状况的区域差异研究

植被覆盖状况是监测与表征区域生态建设成效的重要指标。以往研究注重区域植被覆盖状况的整体变化分析,对长时期区域内部植被覆盖变化及其差异研究较少。文中基于京津风沙源区遥感影像数据,采用GIS空间分析技术,重点评估了2000—2015年植被覆盖度的年际变化及其区域差异。研究结果表明,2000—2015年京津风沙源区植被覆盖度变化为35%~45%,且随年份变化呈波动增加趋势,年均增速为0.4%(P<0.05),生态治理取得明显植被恢复成效。8个治理分区植被覆盖均有所增加,但区域差异明显,晋北山地丘陵亚区和燕山丘陵山地水源保护亚区植被覆盖度年均增速超过0.6%,浑善达克沙地亚区与荒漠草原亚区植被覆盖度年均增速不及0.2%,这与区域地表组成和气候背景有关。从地市来看,北京、天津和承德植被覆盖度较高,但朔州和张家口植被覆盖度增速明显,而乌兰察布和包头植被覆盖度年均增速低于0.1%。相比2000年,2015年京津风沙源区有51%的区域植被覆盖度增加,49%区域植被覆盖度未变或降低,主要集中在京津风沙源区的中部和西部县市(旗),未来生态治理过程中应加以重点关注。     

植被影响下坡面侵蚀临界水流能量试验研究

坡面侵蚀临界水流能量是反映土壤抗蚀作用强弱的重要特征值.利用人工模拟降雨试验,定量研究了在45mm/h、87 mm/h和127 mm/h降雨强度下、20°陡坡面裸地、草地和灌木地的坡面侵蚀临界水流能量.结果表明,不同植被条件下坡面输沙率随径流切应力、单位水流功率和断面比能的增大而增大,有良好的响应关系.裸地、草地和灌木...     

新疆冬春季积雪及温度对冻土深度的影响分析

利用新疆64个气象台站1960-2010年的气象资料,分析了新疆50 a来冻土深度的变化趋势,并讨论了温度（平均地温、平均气温）、降水（冬春季年降水、平均积雪深度）与冻土深度（平均冻土深度、最大冻土深度）的相关关系. 结果表明：以10 a时段的年代际变化分析,新疆50 a来平均冻土深度和最大冻土深度均呈明显减小趋势. 50 a来平均冻土深度全疆、北疆、南疆分别减小了约7 cm、10 cm、4 cm,最大冻土深度则分别减小了约11 cm、16 cm、9 cm. 新疆50 a来平均气温和平均地温均呈波动上升趋势,且与冻土深度均有着良好的相关性,其与平均冻土深度的相关系数分别达到了-0.67、-0.77,与最大冻土深度的相关系数也分别达到了-0.51、-0.65,地温与气温的上升对应着冻土深度的减小. 新疆冬春季年降水与冻土深度有着较好的相关性,其与平均冻土深度、最大冻土深度的相关系数分别达到了-0.40、-0.37. 新疆的平均积雪深度与冻土深度也有着一定的弱相关,其原因与积雪对地面的保温作用有关.     

2001—2019年横断山区积雪时空变化及其影响因素分析

基于MOD10A2积雪产品提取横断山区积雪日数及积雪覆盖率等信息,结合横断山区129个地面气象站点的气象数据,采用趋势分析、相关分析及随机森林回归模型等方法分析了横断山区积雪时空分布特征及其影响因素。结果表明：年平均积雪覆盖率的年际变化呈不显著的下降趋势;年内变化呈“单峰”型曲线,其中3月积雪覆盖率最大,为55.04%。海拔3 000 m以上的积雪覆盖率较为稳定,海拔1 000~3 000 m之间的积雪覆盖率波动较大。受暖湿气流和地形影响,阴坡积雪覆盖率大于阳坡。横断山区积雪日数的分布具有纬度地带性,北部山区积雪分布广泛且积雪日数高,南部云贵高原积雪日数低。年均积雪日数介于55.16~79.47 d,积雪日数在28.46%的地区呈减少趋势,在21.66%的地区呈增加趋势,其中呈显著减少和显著增加的地区分别为2.65%和0.68%。中部康定市、九龙县及其周边地区减少趋势明显,北部杂多县—若尔盖县一线的高海拔山地增加趋势明显。积雪日数整体上与降水量、相对湿度呈正相关,与风速、气温和日照时数呈负相关。与降水量呈显著正相关的地区主要分布在西北部杂多县、称多县;与风速呈显著负相关的地区主要分布在西北部称多县、中部康定市;与气温呈显著负相关的地区主要分布在中部九龙县、西北部称多县;与相对湿度呈显著正相关的地区主要分布在北部杂多县—石渠县一线;与日照时数呈显著负相关的地区主要分布在东北部玛曲县、西北部称多县。积雪日数受气温和高程的影响最大,而日照时数和风速为次要因素。     

三江源地区1980—2019年积雪时空动态特征及其对气候变化的响应

三江源地区气象站点稀疏,依靠地面台站数据难以反映地面真实积雪情况。利用卫星遥感数据引入重心模型分析了三江源地区1980—2019年4个积雪参数（积雪日数、积雪深度、积雪初日和积雪终日）的时空动态特征,利用Mann-Kendall检验和Sen斜率估计分析了积雪和气候因子的变化趋势,并探究积雪对气候变化的响应。结果表明：1980—2019年三江源地区呈现积雪日数和积雪深度减少、积雪初日推迟、积雪终日提前的变化趋势,而该区域同期的气温和降水量则呈现上升趋势;4个积雪参数重心均呈现出东移趋势,而同期气温重心则呈现西移趋势,气温重心位置西移速率分别是积雪日数和积雪深度重心位置东移速率的6倍和2倍。这表明该区域4个积雪参数以及气候因子的变化趋势具有较强的空间异质性,西部气温升高速率大于东部,导致西部积雪日数和积雪深度减少速率同样大于东部,从而导致气温重心西移而积雪参数重心东移。澜沧江源区积雪日数减少、积雪深度减少、积雪初日推迟以及积雪终日提前的速率最大,其次是长江源区和黄河源区。进一步的相关性分析表明,三江源地区年平均气温的升高是导致积雪日数和积雪深度减少、积雪初日推迟、积雪终日提前的主要影响因子,积雪日数对气温升高响应最敏感,其次是积雪深度、初日和终日;而年降水量与4个积雪参数的相关性均不显著。研究可为三江源地区水资源和生态环境保护提供基础资料和理论依据。     

Assessing the transition from deforestation to forest regrowth with an agent-based model of land cover change for south-central Indiana (USA)

The Midwest and Northeast United States has experienced a net increase in forest cover since the beginning of the 20th century. However, we lack a detailed understanding of the transition to net forest cover increase because this forest regrowth occurred prior to the use of tools like household-level surveys focused on land use decision-making and availability of remote sensing data. Agent-based modeling presents an appealing means to explore what social and biophysical dynamics may have contributed to this forest regrowth process. In this paper we employ an agent-based model to analyze the process of forest regrowth in south-central Indiana from 1939 to 1993. Simulation results are presented for assumptions regarding pre-existing forest age and the stand age at which landowners harvest timber with a goal of understanding the influence of these factors on future trajectories of land cover change. The results demonstrate both the value and the burden of having many time points to evaluate the success of the model. Is the best simulation the one with the smallest net residuals across all time points? Or is the best simulation the one that best reproduces the correct trajectory of land cover change for each time interval? Model simulations that assume a harvesting frequency of 30 years all produced landscapes within 2% of the actual forest cover in 1993, the end point of the study period. However, the trajectories of these simulations did not all mimic the gradual forest regrowth found in our observed data. The model simulation with the smallest residual values across all time points assumed a initial forest age of 5 years in 1939 and a harvesting frequency of 30 years. Ultimately, we cannot definitively conclude that one model simulation is a better representation of reality than another because we have no way of comprehensively validating the model assumptions. However, we can more plausibly conclude that the age of forest regrowth in 1939 and the frequency of timber harvesting by landowners both had an influence on the successive trajectory of land cover change in the study area.     

新疆喀什噶尔河流域1990-2010年土地利用/覆被及景观格局的变化特征

采用新疆喀什噶尔河流域1990、2000和2010年的Landsat-TM影像数据和中巴资源卫星数据, 结合GIS技术, 分析了喀什噶尔河流域近20 a土地利用/覆被及景观格局动态变化特征, 并对其变化原因进行探讨. 结果显示: 在1990-2010年喀什噶尔河流域耕地、建设用地、盐碱地、水域湿地、裸土地和其他未利用地面积呈不断增加趋势, 变化幅度分别为73.92%、51.44%、24.27%、10.24%、6.47%和2.98%; 林地、草地和沙地面积减少, 变化幅度分别为-4.13%、-17.16%和-0.73%; 裸石岩砾面积近20 a基本维持不变. 利用转移矩阵可知, 流域新增耕地面积主要来自于16.46%的草地和3.36%的林地; 新增建设用地主要来自于1.46%的耕地和0.22%的草地; 新增水域湿地面积主要来自于0.18%的草地; 新增盐碱地面积主要来自于0.28%的草地. 1990-2010年的20 a里喀什噶尔河流域耕地和水域湿地分布趋于集中, 景观优势度增强, 且斑块之间的联系不断增强. 林地和草地面积减少, 景观趋于破碎化, 景观优势度降低. 喀什噶尔河流域土地利用类型及景观指数的变化受人口、经济、政策和技术的多重影响, 导致流域耕地面积增加、植被退化. 因此, 合理利用流域水土资源对流域生态环境安全十分重要.     

X-ray imagery and physical core logging as a proxy of the content of sediment cores in cold-water coral mound provinces: a case study from Porcupine Seabight,SW of Ireland

Three provinces, characterized by the presence of carbonate mounds interpreted as cold-water coral banks have been reported in Porcupine Seabight, SW of Ireland and were recently subjected to many detailed studies. This contribution discusses the use of X-ray imagery and physical properties in deciphering palaeoceanographic, sedimentological and biological processes. Physical property core logging and X-ray imagery are used to identify and describe sedimentation regimes and so their respective palaeoceanographic and palaeoclimatological settings in two mound provinces, respectively the Belgica mound province and the Magellan mound province. Both provinces show at present time clear differences in the hydrodynamic environment. This study confirms that also during the past the oceanographic and sedimentological environment of both provinces differ clearly. Impacts of glacial–interglacial variations and locally derived ice rafting events (IRE), comparable with the North Atlantic Heinrich events (HE) have been recognized in both provinces. Moreover, the combination of X-ray imagery, magnetic susceptibility, gamma density and P-wave velocity makes it possible to estimate the coral content and coral distribution in unopened cores localized on top of carbonate mounds. A comparison between on-mound and off-mound cores in both provinces allowed revealing some mechanisms of mound evolution and coral growth versus time.