南京市九乡河流域土地利用程度空间异质性分析

定量分析九乡河流域土地利用程度及其空间异质性,对确定该流域土地资源利用和保护方向、实现土地资源可持续利用具有重要意义.以2003和2009年2期遥感影像为基本信息,利用空间自相关以及半变异函数分析方法,探讨了2003- 2009年九乡河流域土地利用程度的空间异质性特征,结果表明:流域土地利用程度的空间自相关表现出较强的...     

基于半变异函数的重庆市地表温度空间异质性建模及多尺度特征分析

城市地表温度空间异质性的研究对理解城市地表温度空间结构有重要意义。本文利用大气校正法反演地表温度,基于半变异函数构建城市地表温度空间异质性模型,并进一步分析不同空间尺度下地表温度空间异质性结构参数的变化规律。以2013年6月16日的Landsat 8为数据源,以重庆为研究区开展实验,研究结果表明：① 不同空间尺度下重庆地表温度空间异质性均呈现指数模型分布特征;② 在30 m空间尺度下,地表温度空间异质性主要是由空间结构引起,但随机因素引起的空间变异占比为0.45,呈现出明显的块金效应,表明该尺度下随机因素引起的空间变异不可忽略;③ 从空间尺度（30~1500 m）整体变化上看,地表温度空间异质性主要由空间结构引起,同时表现出明显的尺度效应;随着空间尺度增大,块金值（C₀）、偏基台值（C）、基台值（C₀+C）以及块基比（C₀/（C₀+C））逐渐减小,表明地表温度空间异质性逐渐减弱但空间自相关性逐渐增强。变程（A）逐渐增大,表示空间自相关性范围逐渐扩大;④ 随机因素引起的空间变异占比为0.23~0.46,呈现出波动变化,这是因为地表温度在像元内部也存在空间异质性。空间结构引起的空间变异相对平缓,这是因为空间尺度的变化不会改变地形结构;⑤ 从尺度域来看,基台值与块金值在尺度域（690 m,1500 m）内呈现出较大幅度波动变化状态,且变化趋势相似,表明地表温度空间异质性的变化与随机因素有较大关联。综上所述,分析地表温度空间结构需要选取合适的空间尺度,尺度较小时,容易受到随机因素干扰,从而影响地表温度在空间结构上的空间变异性;尺度较大时,地表温度空间异质性较弱且变化不稳定。     

基于HASM方法的黑河流域潜在蒸发量的模拟

潜在蒸发作为研究蒸发及区域水循环的重要因素之一,其模拟结果对相关领域的研究应用具有重要影响。利用 2000-2009年“黑河流域每日四次常规气象观测数据集”所提供的12个气象站点的潜在蒸发数据,对黑河流域潜在蒸发量进行模拟。首先针对潜在蒸发的特点,分析影响研究区域潜在蒸发的气象因素、地理及地形因素,使用多项式回归和逐步回归的方法对研究区域潜在蒸发进行了背景趋势模拟,选出影响潜在蒸发的最优影响因素组合,在此基础上采用高精度曲面建模（HASM）方法,结合站点实测数据,对去掉趋势后的残差进行精度修正。本文使用kriging法、IDW法和Spline法插值所得潜在蒸发数据,以及“黑河流域1980-2010年3 km 6 h模拟气象强迫数据”作为对照,比较验证模拟精度。模拟结果表明：HASM方法模拟精度最高,模拟结果分布合理,表明该方法在潜在蒸发模拟中具有应用前景。该方法所得到的潜在蒸发数据可作为基础地理数据供相关研究应用。     

黑河流域植被类型分布模拟分析

针对黑河流域植被类型空间分布的垂直地带性特征,本文基于支持向量机算法构建黑河流域植被类型空间分布的模拟分析模型,并运用Kappa系数和混淆矩阵检验方法对模拟精度进行检验。验证结果显示,模型总体精度（OA）值为75.54%,Kappa系数值为0.66,表明了该方法在植被分布模拟上具有较好的结果,适用于区域尺度下植被类型分布的空间模拟。模拟结果表明,该方法对半灌木-矮半灌木荒漠和温带禾草-杂类草草甸草原类型的模拟精度最高,分别为（90.20%和90.02%）;分布面积最大的植被类型（如半灌木-矮半灌木荒漠,灌木荒漠、嵩草-杂类草高寒草甸等）相比于其他面积较小的植被类型具有显著优异的模拟结果;人工经济作物、荒漠植被类型以及草原草甸等植被类型对于所选环境因子的敏感性更强,而灌丛类型和乔木类型的模拟结果在不同类型间的波动较大;空间分布上,环境要素差异性明显、植被类型丰富的上游地区具有更好的模拟结果,优于地势平坦、气候差异性小的黑河中下游地段,但模拟结果在景观形态上具有更高的破碎度。     

黑河流域中游地区作物种植结构的遥感提取

及时、准确地获取农作物种植结构对区域水资源管理与作物产量估测等具有重要意义。随着对通过遥感手段获得作物种植结构的深入研究,如何优选遥感数据和分类器成为需要重点考虑的关键问题。针对黑河流域中游地区的作物分布与种植特点,提出一种基于多时相遥感影像与多分类器组合的作物种植结构提取方法。利用2018年18景16 m分辨率的GF-1 WFV影像,构建NDVI时间序列。根据NDVI时间序列表征的作物季相节律和物候变化规律特点,采用分层的策略,首先解译一级土地覆被类型,再解译二级土地覆被类型。一级土地覆被类型解译中,使用决策树分类方法先将NDVI特殊且易提取的水体进行解译,再使用面向对象分类方法通过分区将需借助NDVI纹理信息提取的建设用地进行解译,最后使用随机森林分类方法解译耕地、林地、草地、裸地和湿地。在对耕地的进一步分类中,使用决策树分类方法首先将具有特殊物候规律且易于区分的苜蓿类别解译出来,再将与其他类别物候差异较大的小麦解译,最后将物候相似的玉米、蔬菜及其他解译。黑河流域中游研究区内一级土地覆被分类总体精度为97.24%,卡帕系数为0.96;作物种植结构解译总体精度为86.58%,卡帕系数为0.80。此外,还分析了影响黑河流域中游研究区解译精度的4个因素：对土地覆被类别的定义、混合像元、影像分割时基础影像的选择以及分类方法的选择。通过对不同分类方法的比较发现,与仅使用最大似然分类方法、支持向量机分类方法或随机森林分类方法相比,本文提出方法的解译结果更好,解译精度更高。     

虚拟站点在黑河流域降水模拟中的应用

降水作为气候系统的关键因素,也是影响区域植被生长以及生态变化规律的重要因子。本文针对黑河流域气象站点分布稀疏情况,采用信息熵及半变异函数理论构建该流域虚拟气象站点,并结合部分已有站点对整个流域降水进行插值模拟。信息熵可以计算每个站点降水值所包含的信息,通过联合熵以及条件熵来依次选取所含信息量多的站点,同时结合半变异函数模型来观察各站点之间的空间相关性,以此构建最优站点数据集。利用1991-2003年该流域15个气象台站的年平均降水量作为基础数据,考虑高程、坡度、坡向对降水的影响,对降水进行相关性分析,建立回归方程反演虚拟站点降水值。最后,采用协同克里金（Co-Kriging）与具有漂移的克里金（KED）方法对该流域进行插值,对比插值精度。结果表明,增加虚拟站点有效提高了降水插值精度,在该情况下使用KED方法插值结果与观测值最接近。     

新疆阿克苏河流域降水空间变异特征分析

根据阿克苏河流域降水空间观测数据,其降水稀疏且分布不均匀的特点,选取不同模型对降水空间变化规律进行研究,其结果精确性差异很大。通常应用地统计理论研究降水空间变异性,一般只涉及单个变量,传统的多元回归分析虽然涉及多个变量的影响,但缺乏区域化的空间结构特征。揭示具有协同区域化特征的降水空间变异现象及建立其空间分布模型,既要考虑多元信息的空间位置关系,即同一变量在不同地理位置上的相关性,又要考虑多元信息由于空间重复性引起的协同关系,即同一地理位置上不同变量的相关性。本文用阿克苏河流域范围内的降水观测数据建立析取-协克立格模型,考虑高程变量对降水量空间分布的影响,定量地揭示降水区域化变量的空间变异规律,并将其结果用于降水量的空间最优插值。     

Evaluating Suitability of Multiple Precipitation Products for the Lancang River Basin

Global reanalysis precipitation products could provide valuable meteorological information for flow forecasting in poorly gauged areas, helping to overcome a long-standing challenge in the field. But not all data sources are suitable for all regions or perform the same way in hydrological modeling, so it is essential to test the suitability of precipitation products before applying them. In this study, five widely used global high-resolution precipitation products—Asian Precipitation Highly Resolved Observational Data Integration Towards Evaluation of Water Resources(APHRODITE), National Centers for Environmental Prediction Climate Forecast System Reanalysis(NCEP-CFSR), Climate Hazards Group InfraRed Precipitation with Station Data(CHIRPS), China Gauge-based Daily Precipitation Analysis developed by China Meteorological Administration(CMA) and Agricultural Model Intercomparison and Improvement Project based on the NASA Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications(AgMERRA)—were evaluated using statistical methods and a hydrological approach for their suitability for the Lancang River Basin. The results indicated that APHRODITE, CMA, AgMERRA and CHIRPS were more accurate precipitation indicators than NCEP-CFSR in terms of the multiyear average and seasonal spatial distribution pattern, all of the CHIRPS, Ag MERRA and APHRODITE perform better than CMA and NCEP-CFSR at the small, medium and high precipitation intensities ranges in subbasin11 and sunbabsin46. All five products performed better in subbasin46(a low-altitude region) than in subbasin11(a high-altitude region) on the daily and monthly scales. In addition to NCEP-CFSR, the other four products all presented encouraging potential for streamflow simulation at daily(Yunjinghong) and monthly(Yunjinghong, Jiuzhou and Gajiu) scale. Hydrological simulations forced with APHRODITE were the best of the five for the Yunjinghong station in capturing daily and monthly measured streamflow. Except for NCEP-CFSR, all products were very good for hydrological simulations for the Gajiu and Jiuzhou stations.     

中国陆表水空间展布及动态变化分析

陆表水是维持人类生存的重要资源之一,而中国是水资源严重匮乏的国家之一。因此,掌握中国陆表水的空间分布及其变化状况对合理利用水资源、提高人们节约用水意识等具有重要作用。利用全球首套空间分辨率为30m的全球地表覆盖数据(Globe Land30))中的2000年和2010年两期数据,首先采用重分类的方法提取出我国2000年和2010年的内陆地区水体数据,再根据我国的主要流域和等降水量线数据,统计出各流域及各降水区域的水域面积、水域率数据,并对其动态变化进行分析。结果表明,我国水资源分布不均,呈现明显的南多北少、东多西少的态势。从2000到2010年,我国的陆表水水域面积趋于减少,其中以长江流域水域面积的减少最为明显。     

海河流域降水空间插值方法的选取

在水资源承载力模型的研究中,空间插值可以提供每个计算栅格的气象要素资料。在众多的气象要素空间插值方法中,并没有一种适合每一个气象要素的最佳插值方法,因此在不同的区域进行气象插值时,宜采用不同的方法进行比较,从而得到最佳的插值方法。本文以京津冀地区43个站1961-2000年降水资料为数据源,选用了距离平方反比法(IDS)、梯度距离平方比和普通克里格法。交叉验证结果表明:在海河流域进行降水插值分析时由于各月份降水与高程之间的相关系数较弱,不宜采用GIDS方法;在本研究区内大部分月份降水数据进行对数变换后进行插值,插值精度得到了提升;对于月降水的插值Kriging方法比IDW方法更加优越。     

Effects of wetland utilization change on spatial distribution of soil nematodes in Heihe River Basin,Northwest China

The first account of the effects of wetland reclamation on soil nematode assemblages were provided, three sites in Heihe River Basin of Northwest China, that is grass wetland(GW), Tamarix chinensis wetland(TW) and crop wetland(CW) treatments, were compared. Results showed that the majority of soil nematodes were presented in the 0–20 cm soil layers in CW treatments, followed by in the 20–40 cm and 40–60 cm layers in GW treatments. Plant-feeding nametodes were the most abundant trophic groups in each treatment, where GW(91.0%) TW(88.1%) CW(53.5%). Generic richness(GR) was lower in the TW(16) than that in GW(23) and CW(25). The combination of enrichment index(EI) and structure index(SI) showed that the soil food web in GW was more structured, and those in TW was stressed, while the enrichment soil food web was presented in the CW treatment. Several ecological indices which reflected soil community structure, diversity, Shannon-Weaver diversity(H′), Evenness(J′), Richness(GR) and modified maturity index(MMI) were found to be effective for assessing the response of soil namatode communities to soil of saline wetland reclamation. Furthermore, saline wetland reclamation also exerted great influence on the soil physical and chemical properties(p H, Electric conductivity(EC), Total organic carbon(TOC), Total nitrogen(Total-N) and Nitrate Nitrogen(N-NO3–)). These results indicated that the wetland reclamation had significantly effects on soil nematode community structure and soil properties in this study.     

三亚热带雨林环境植被和地表能量空间分布特征

遥感地表能量信息通过空间分布及变化趋势体现生态系统要素的格局、状态、质量,客观反映城市生态系统的状态,是度量区域生态系统要素生态过程的重要内容。本文以三亚市热带雨林植被环境的地表能量综合响应特征和作用、影响关系特征为基础,采用植被指数分级、地表能量分级和植被-能量关系等指标,结合雨林垂直分带和植被分布信息,探讨近30年（1987-2016年）不同时期热带雨林环境的水平地带性、垂直地带性及其时空变化特征。结果表明：①近30年三亚市域植被覆盖比例维持在90%左右,植被指数分级构成以高、中数值分布为主,并呈现整体趋高态势。②各级地表能量分布比例的波动幅度在10%之内,中等地表能量级别范围呈现向低地表能量区域扩展趋势。③随着海拔高度的提升,植被指数高数值的热带雨林分布比例增加,地表能量值降低。④热带雨林的地表能量和植被指数的时空分布稳定性均高于人工植被。本文基于遥感地表能量综合响应特征和作用、影响关系特征建立的指标评价体系,可以为热带雨林生态系统的量化评价提供支持。     

Examining the Relationship Between Spatial Configurations of Urban Impervious Surfaces and Land Surface Temperature

The urban heat island(UHI) effect has significant effects on the quality of life and public health. Numerous studies have addressed the relationship between UHI and the increase in urban impervious surface area(ISA), but few of them have considered the impact of the spatial configuration of ISA on UHI. Land surface temperature(LST) may be affected not only by urban land cover, but also by neighboring land cover. The aim of this research was to investigate the effects of the abundance and spatial association of ISAs on LST. Taking Harbin City, China as an example, the impact of ISA spatial association on LST measurements was examined. The abundance of ISAs and the LST measurements were derived from Landsat Thematic Mapper(TM) imagery of 2000 and 2010, and the spatial association patterns of ISAs were calculated using the local Moran’s I index. The impacts of ISA abundance and spatial association on LST were examined using correlation analysis. The results suggested that LST has significant positive associations with both ISA abundance and the Moran’s I index of ISAs, indicating that both the abundance and spatial clustering of ISAs contribute to elevated values of LST. It was also found that LST is positively associated with clustering of high-ISA-percentage areas(i.e.,>50%) and negatively associated with clustering of low-ISA-percentage areas(i.e.,<25%). The results suggest that, in addition to the abundance of ISAs,their spatial association has a significant effect on UHIs.     

基于DEM修正的MODIS地表温度产品空间插值

地表温度是资源环境、气候变化、陆地生态系统等科学研究的重要参数之一。MODIS LST（Land Surface Temperature, LST）产品是地表温度相关研究的重要数据源。而现有MODIS LST产品均存在云覆盖区域,因此云覆盖区域地表温度估计已成为热红外遥感的前沿性研究难题。为解决MODIS LST产品云遮挡区域地表温度信息缺失,以秦岭地区为研究区,选用2001-2017年的MOD11A2数据,在传统的反距离权重（IDW）、规则样条函数（SPLINE）、普通克里金（OK）、趋势面（TREND）空间插值方法中引入高程因子,通过反复试验形成基于DEM修正的MODIS LST空间插值方法。分析空间插值结果表明： ① 空间插值精度由高到低为：OK>SPLINE>IDW>TREND,基于DEM修正后精度分别提高了约0.38、0.31、0.32和0.78℃; ② 空间插值结果的精度呈现季节差异,夏季6、7、8月的精度较高,1月的精度最低;③ 插值精度与云区的范围存在一定的关系,当云覆盖区域<1.1 km²时,DEM+OK方法的插值误差<0.55 ℃,当云覆盖区域<3.1 km²,插值误差<1 ℃;DEM+SPLINE方法在云覆盖区域<2.7 km²时,插值误差<0.55 ℃,云覆盖区域<10.4 km²,插值误差<1℃;当云覆盖为1.1~2.7 km²时,DEM+SPLINE方法的插值精度高于DEM+OK方法。     

空间异质性定量研究方法

空间异质性是景观生态学定量化研究的核心,其定量研究方法包括景观综合图、数学模型和地学信息图谱.本文概括总结了景观综合图的内容和定量化指标,分析了这种定量化方法的优势和局限;对数学模型的复杂性、优点和与景观综合图的互补性作了简要分析,指出了数学模型研究需要进一步探讨和重视的问题;通过对地学信息图谱三个阶段(景观制图实验,图谱概念的提出和地学信息图谱理论的形成)的回顾和对其特点的分析,我们认为地学信息图谱综合了景观综合图和抽象的数学模型可以提供的互补信息,吸收了两者的优点,是空间异质性的综合定量研究方法.     

湘江流域各城市间土地利用变化异同性聚类分析

在遥感和GIS支持下,提取了湘江流域2004年、2013年土地利用信息。以土地利用、经济社会、气候环境指标等为因子,采用质心聚类法,对湘江流域各类城市土地利用变化与经济社会环境因素的关系,及其异同特征进行分析。研究结果表明:(1)湘江流域各城市的土地利用变化可以分为三类:中速变化型、快速变化型和慢速变化型;(2)共同特征为:这三类的雷达统计图基本都呈"扇形",固定资产投资变化率最大,故"扇柄"的端头较尖,其他指标变化率小,故"扇头"较圆。建设用地增加,耕地减少是主线,水域、未利用地和林地呈上下波动的变化趋势。社会和经济的发展对促进土地利用变化起决定性作用;气候环境、人类活动及政策在一定程度上影响了土地利用变化。(3)不同之处为:三类变化率雷达图分别呈"水滴状""犄角状"和"流星状"。建设用地和未利用地变化幅度较大,耕地、水域和林地波动幅度较小。建设用地和耕地变化趋势主要由社会和经济发展所决定,人类活动和自然环境对未利用地的影响较明显,水域受气候和环境的影响较大,人类活动和政策对林地变化起着至关重要的作用。本研究揭示了湘江流域土地利用交替转化规律以及土地利用变化与经济社会、环境因素之间的联系。     

Spatio-temporal Pattern and Spatial Heterogeneity of Ecotones Based oh Land Use Types of Southeastern Da Hinggan Mountains in China

Ecotones have received great attention due to its critical function in energy flux, species harbor, global carbon sequestration, and land-atmosphere interaction. This study investigated land use pattern and spatial heterogeneity of the ecotones among agricultural land, forest land, and grassland of the southeastern Da Hinggan Mountains in the northeastern China. The change of these delineated ecotones under different slopes and aridity conditions was analyzed by two landscape indices, edge density(ED) and core area percentage of landscape(CPL), to explore the inter-linkage between spatial structure of ecotones and socioeconomic development and land management. Specifically, the ecotones such as agriculture-forest(AF) ecotone, forest-grassland(FG) ecotone, and agriculture-forestgrassland(AFG) ecotone moved from the arid southeast to the humid northwest. The flat area with small slope is more edge-fragmented than the steep area since the ED decreases as the slope increases. The AF ecotone mostly found in the humid region is moving to more humid areas while the agriculture-grassland(AG) ecotone mostly found in the dry region is moving towards the drier region.     

四川盆地区表层土壤湿度时空变化特征分析

分析常年土壤干湿状况及其影响因子,是监测评价四川盆地区土壤水分变化的基础,有利于农业干旱防灾减灾.利用四川盆地区农业气象站近17年0～20cm的逐旬土壤湿度观测资料,运用旋转正交函数分解(RE-OF)、相关分析、趋势倾向率分析等方法,对四川盆地区表层土壤相对湿度的时空变化特征进行分析,并分区域选取代表站建立表层土壤湿度与气温、降水量、日照时数的多元回归方程.结果表明,盆地表层土壤相对湿度空间分布大致是从南到北逐渐减小;年际变化呈现弱的上升趋势;常年季节变化呈双峰型特点,秋季高,春季低,夏季波动明显,初夏高盛夏低;表层土壤干湿状况总体呈现出冬春季相对偏干、夏秋季相对偏湿的季节变化.盆地表层土壤湿度变化与气温、日照显著负相关,与降水显著正相关性,气温、日照、降水因子分别对盆地东北部、中南部、西北部表层土壤湿度变化影响大.     

四川盆地区表层土壤湿度时空变化特征分析

分析常年土壤干湿状况及其影响因子,是监测评价四川盆地区土壤水分变化的基础,有利于农业干旱防灾减灾.利用四川盆地区农业气象站近17年0～20cm的逐句土壤湿度观测资料,运用旋转正交函数分解(REOF)、相关分析、趋势倾向率分析等方法,对四川盆地区表层土壤相对湿度的时空变化特征进行分析,并分区域选取代表站建立表层土壤湿度与气温、降水量、日照时数的多元回归方程.结果表明,盆地表层土壤相对湿度空间分布大致是从南到北逐渐减小;年际变化呈现弱的上升趋势;常年季节变化呈双峰型特点,秋季高,春季低,夏季波动明显,初夏高盛夏低;表层土壤干湿状况总体呈现出冬春季相对偏干、夏秋季相对偏湿的季节变化.盆地表层土壤湿度变化与气温、日照显著负相关,与降水显著正相关性,气温、日照、降水因子分别对盆地东北部、中南部、西北部表层土壤湿度变化影响大.     

昆仑山提孜那甫河流域雨雪分离的温度条件分析

气候变暖背景下高海拔山区融雪（冰）以及强降水引发的洪水愈加难以预测,通过山区雨雪分离可判定引发洪水的温度条件,从而为山洪准确预报提供简单而科学的参考依据。本研究以昆仑山提孜那甫河流域为例,基于流域内不同海拔气象站2012-2016年的降水以及温度数据,结合MOD10A2积雪数据,采用温度积分法和概率统计方法,利用研究期内的平均温度,确定出不同降水形态对应的温度条件,以达到雨雪分离的目的。研究结果表明,莫木克站最大温和积温分别达到20.91 ℃和51.82 ℃时,降水可判定为降雨,最大温和积温分别低于18.13 ℃,43.69 ℃时,降水可判定为降雪;库地站最大温和积温分别达到14.51 ℃,33.17 ℃时,降水可判定为降雨,最大温和积温分别低于13.57 ℃,31.68 ℃时,降水可判定为降雪;西合休站最大温和积温分别达到9.43 ℃,19.53 ℃时,降水可判定为降雨,最大温和积温分别低于8.22 ℃,19.4 ℃时,降水可判定为降雪。利用流域内气象站点附近乡镇的气象统计数据对温度条件及分离结果进行验证,在海拔2000 m以下、2000~3000 m以及3000 m以上不同海拔地区的准确率分别为92.86%、79.49%以及88.3%。本研究可为判别洪水类型和洪水预报提供科学参考。