GPM卫星降水数据的降尺度研究 ——以陕西省为例

以陕西省内2019年33个地面气象观测站点的测量数据为真实值,选取相关系数(CC)、均方根误差(RMSE)以及相对误差(BIAS)等多种统计分析指标对GPM(Global precipitation measure?ment)卫星降水数据进行精度验证,并引入地形因子作为空间参考要素,基于地理加权回归模型(GWR)对GP...     

热带森林植被生物量遥感估算探讨

该文以我国云南省西双版纳的热带森林植被为例,对热带森林植被生物量的遥感地学估算进行初步探讨。研究表明,只用LANDSAT TM的波段数据建立生物量的回归估算模型时,其模型的复相关系数只有0．118,而利用其主成分或植被指数建立回归估算模型时,其模型的复相关系数不仅没有提高,反而在一定程度上有所降低。原始波段与其主成分结合能提高估算模型的复相关系数,其效果比原始波段与植被指数结合的效果要好。模型中如果考虑气象因子中的年平均降雨量,能在很大程度上提高其复相关系数。在此基础上引入地形因子,未能显著提高模型的复相关系数。有气象因子参与建立的遥感气象模型和遥感地学模型在0．01水平上回归显著。     

基于HASM的黄土侵蚀地形重建方法研究

黄土高原是世界上侵蚀最强烈的区域之一,基于当前的地形信息对其地形进行重建可有效估算侵蚀量。该文基于高精度曲面建模(HASM)方法首先建立了黄土高原流域地形重建模型,并以多期人工模拟小流域为实例数据,从微观(坡度)和宏观(等高线)的角度分析了不同侵蚀阶段模拟小流域的地形重建结果,该地形重建结果具有较高精度,且处于侵蚀发育中期的小流域重建结果要优于处于侵蚀发育晚期的小流域重建结果。最后,以高程相对误差为指标定量分析了小流域地形重建的精度,结果显示,两个时期小流域重建结果的相对误差平均值分别为0.55%和0.57%,均方根误差分别为1.99%和2.73%,表明基于HASM方法的黄土流域地形重建方法是可行的。     

基于GIS的方向异性地形起伏度的地理日照时数计算

地形起伏是对日照形成遮挡的重要因素之一。随着太阳的运行, 相同的地形起伏在不同方位对日照的影响不同。基于此思想, 讨论了基于方向异性的地形起伏度的地理日照时数的计算, 并以全国634 个气象台站为对象, 推导了关于地形起伏度的地理日照经验模型。结果表明, 模型具有很好的拟合精度, 回归系数R²为0.841。由经验模型计算得到的全国地理日照时数与理论模型计算得到的日照时数, 两者相关系数为0.953。此模型只需地形起伏度便可计算地理日照时数, 参数简单易获取。气象站点坐标固定, 一定范围内地形起伏度也是一个定值, 地形起伏度可以作为站点计算地理日照的固定参数, 推广也较方便。     

复杂地形下长江流域太阳总辐射的分布式模拟

利用长江流域气象站1960-2005年的观测资料(包括常规气象站点资料和辐射站点资料)、NOAA-AVHRR遥感数据(反演地表反照率),以1km×1km的数字高程模型(DEM)反映地形状况的主要数据,通过基于DEM数据的起伏地形下天文辐射模型和地形开阔度模型,分别建立了长江流域太阳直接辐射、散射辐射和地形反射辐射分布式模型,实现了长江流域太阳总辐射模拟,并对总辐射模拟结果进行了时空分布规律分析和对其受季节、纬度、地形因子(高度、坡度和坡向等)影响的局部规律分析,以及模拟结果的误差分析和站点验证分析。结果显示:太阳总辐射在季节上受影响的程度依次是春季>冬季>夏季>秋季;随着高度、坡度、纬度的增加,太阳总辐射受坡向影响的程度呈增强趋势,从坡向上看,向阳山坡(偏南坡)对太阳总辐射量明显高于背阴坡(偏北坡)。模拟的平均绝对误差为13.04177MJm^-2,相对误差平均值3.655%,用站点验证方法显示:模拟绝对误差为22.667MJm^-2,相对误差为4.867%。     

基于DEM的黄河流域天文辐射空间分布

基于1 km×1 km分辨率的数字高程模型(DEM) 数据,利用建立的起伏地形下天文辐射分布式计算模型,计算了黄河流域1 km×1 km分辨率各月天文辐射的空间分布。结果表明:局部地形对黄河流域年和四季天文辐射的空间分布影响明显;在太阳高度角较低的冬季,地理和地形因子对天文辐射的影响相当强烈,山区天文辐射的空间差异大,1月份向阳山坡(偏南坡) 天文辐射可为背阴山坡(偏北坡) 的2~3倍,极端天文辐射的差异可达10倍以上;而在太阳高度角较高的夏季,天文辐射空间差异较小,7月份不同地形极端天文辐射的差异仅在16%左右;四季中,地形对天文辐射影响的程度为冬季>秋季>春季>夏季。     

Budyko方程和单作物系数法在区域蒸散发估算中的耦合及应用

实际蒸散发(ET)是水文循环的关键环节,分布式量化ET是区域水量平衡计算的重要内容。本文基于Budyko水热耦合方程推算单作物系数,在单作物系数和基于遥感方法的叶面积指数(LAI)之间进行统计回归,建立计算LAI的模式,实现Budyko方程进行区域ET估算的空间分辨率提升。洮河流域的范例研究证实了两种方法耦合在复杂地理-生态区间应用的合理性。本文为区域ET的分布式量化研究提供了一种新的思路。     

基于地理实体的面向对象矢量模型设计

空间数据模型是GIS实现地理空间数据组织、表达、分析、处理和应用的基础。针对基于要素的地理实体矢量描述方法的不足,从地理空间信息一体化管理角度,提出面向对象矢量模型(OOVM),探讨模型体系结构、空间对象的描述方法和空间数据管理模式。该模型利用面向对象的技术,将地理实体抽象为不同的空间对象,并将各空间对象的标识符、属性与方法封装在一起,便于网络环境下地理空间信息的存储和分布式管理。以公司信息管理为例,设计了基于OOVM的分布式空间数据组织过程,为空间数据库的建设和数据共享提供新的方法和思路。     

矿区植被物化参数高光谱遥感估算研究

基于高光谱遥感数据Hyperion和植物冠层反射光谱,应用指数法、回归统计法和基于光谱位置变量的方法对矿区植被生物量和叶绿素浓度(SPAD)进行估算.结果表明:植被指数R752/R548与植物鲜重相关性最高,相关系数为0.88;选用植物像元光谱,基于植被指数R752/R548,利用三次函数法构建植物鲜重估算模型精度较高,多重判定系数R2达0.883;植被指数DVI[752,640]与植物干重相关性最高,相关系数为0.42;基于植被指数DVI[752,640],应用线性回归法构建植被干重估算模型精度较低,多重判定系数R2为0.177;基于四点内插法提取的红边位置与叶绿素浓度显著相关,相关系数为0.433;Datt(1)和Datt(2)植被指数与叶绿素浓度存在显著相关,相关系数分别为0.871和0.868;基于红边位置(REP)、Datt(1)和Datt(2)植被指数构建植物叶绿素浓度估算模型精度较高,多重判定系数R2分别为0.814、0.805和0.781.应用高光谱遥感技术可有效地检测矿区受损生态环境下的植被,为矿区植物生态修复工程提供本底资料.     

基于HJ-1数据的木孜塔格峰地区雪深时空变化

以木孜塔格峰地区为研究区,从不同坡度、坡向的样方内测量雪深和采集光谱,通过分析归一化差分雪盖指数（Normalized Difference Snow Index,NDSI）、反照率、HJ-1卫星的红外波段反射率与雪深的相关关系,建立了适用于HJ-1星的积雪深度反演模型,估算出2012年4月14日-25日木孜塔格峰地区的雪深时空变化,并结合实测数据进行验证。结果表明:反照率反演模型的复相关系数为0.992;通过NDSI阈值区分混合雪盖像元和积雪像元,雪深估测精度可达92.78%。冰川区的反照率、NDSI与海拔的相关系数分别为0.626和0.733,且高海拔带反照率值明显高于低海拔带的反照率值。受西风带降雪的影响,非冰川区的北坡雪深值较大;西坡、南坡次之;东坡最小,且雪深最大值出现在坡度约等于10°处。雪深估测的相对误差随着样地的坡度增大而增加,坡度为15°时相对误差较大。     

龙潭喀斯特槽谷倾坡土壤水分变异性研究

保水保土是石漠化治理的关键,掌握石漠化区土壤水分的变化规律对石漠化治理有重要的作用。2017年6月—2018年11月在重庆酉阳县龙潭槽谷两侧顺、逆倾坡(典型石漠化治理区)选择4个土壤剖面分15 cm、30 cm土层深度埋设探头,开展高分辨率土壤水分和土壤温度的动态监测。结果表明:(1)季节尺度上,土壤水分与降雨量的关系较大,与土温的关系较小;顺倾坡土壤水分高于逆倾坡,且多雨季节比少雨季节明显;多雨季节,裸岩出露影响降雨的再分配:顺倾坡得到双重补给,即降雨补给、裸岩地表径流补给。(2)降雨间歇期,顺倾坡失水量较逆倾坡少,这主要与坡面坡度和土壤质地的差异有关。(3)降雨期间,降雨强度较小时,土壤水分随土层深度的增加而增加;但降雨强度较大时,顺倾坡土壤监测点出现表层土壤水分大于底层土壤水分的现象,这主要与强降雨引起坡面的超渗产流有关。(4)受龙潭槽谷顺、逆倾坡空间差异的影响,槽谷两侧裸岩出露率、土层厚度、土壤有机质等自然要素差别明显,进而对该区土壤水分的时空分布有重要影响,因此在石漠化治理过程中应采取不同的保水保土措施。     

国家重点研发项目:中国陆地生态系统生态质量综合监测技术与规范研究（英文）

生态质量是指一定时空范围内生态系统要素、结构和功能的综合特征,具体表现为生态系统的状况、生产能力、结构和功能的稳定性、抗干扰和恢复能力。生态系统的质量是我国生态文明建设和生态环境监测的重要内容,多时空尺度观测技术的发展为生态系统质量监测与评价提供了新机遇,但同时也对国家尺度生态要素、生物多样性和生态功能的观测标准与技术规范提出了新的要求。本国家重点研发项目自2017年7月立项以来,围绕国家尺度生态质量监测技术与规范,开展了生态系统网络观测技术规范、台站生态要素监测、区域生物多样性和区域生态功能监测技术与规范的研究,在典型农林草湿地生态系统开展应用示范。项目在生态质量综合监测指标体系构建、生态系统研究网络观测技术、区域生物多样性和区域生态功能监测、基于无人机和机器学习的荒漠植被监测等方面取得了重要进展,促进了生态质量监测技术的发展。我们组织本专辑从不同视野集中系统介绍本项目已取得的生态质量监测技术和评价方法,以期促进生态学及其观测技术的发展。     

精准高效、共建联防:山地城市灾害识别、综合防治及空间响应——恩施市中心城区的实践

山地城市地形特殊、灾害类型众多、灾种关联性强,极易引发次生灾害等连锁反应,进行多灾种综合防治尤为重要。以恩施市中心城区为例,采用“精准高效、共建联防”的综合防灾规划思路,形成恩施市中心城区“灾前—灾时—灾后”全过程关注和“规划—建设—管理”多层次应对的综合防灾指导方案:(1)综合中心城区地理条件和行政管辖功能划定防灾分区;(2)根据中心城区综合防灾对象保障规模和现有设施情况建设应急保障基础设施和应急服务设施;(3)对各分区内防灾设施进行“四线”管控和使用管理。以此提高中心城区灾害适应性和应急能力,达到城市安全的综合防灾效果。恩施市中心城区综合防灾实践丰富了山地城市防灾理论体系,并可为相关山地城市综合防灾规划建设提供借鉴。     

桂东南容县花岗岩残积土粒度分形与物理参数的关系

桂东南容县花岗岩残积土滑坡灾害频发。为明确残积土粒度组成以便揭示滑坡形成机制,文中基于花岗岩残积土的土工试验数据和详查资料,利用分形理论揭示四个深度(0~30cm、30~50cm、50~70cm、滑动面(1~3m))土体粒度分形特征与颗粒含量、物理性质参数的关系。结果表明:(1)花岗岩残积土主要由细砾(粒径2~5mm)和砂粒(粒径 0.075~2mm)组成,粒度分布在无标度区间[0.075,5]内具有一重分形特征;(2)残积土平均分形维数由大即小依次是:D50-70(2.7244)>D滑动面(2.6910)>D0-30(2.6893)>D30-50(2.6480);(3)分形维数与粉砂含量呈极显著正相关,正相关性随深度增加而增大,与细砾和粗砂含量呈负相关性,即分形维数越大,粉砂含量越高,而细砾和粗砂含量越低;(4)D30-50、D滑动面与渗透系数、干密度呈显著负相关。     

1992–2015全球耕地时空变化（英文）

人口和人均食物需求的增加对全球耕地产生了显著的影响。利用欧空局提供的精度为300m的最新土地覆被产品,文章分析了1992-2015年全球耕地的时空变化趋势和耕地转化特征。结果显示:1)在1992-2004年间全球耕地面积增长迅速,而在2004-2012年间耕地增长缓慢,2012年后耕地有缓慢减少的趋势。2)在洲尺度上,非洲耕地有一直增长的态势,而其他洲耕地都经历了耕地转型,有先增长后下降的趋势;在收入较高的国家,耕地多有下降的趋势。3)全球耕地增长的热点区域主要分布在亚马逊林地、欧亚大草原和撒哈拉沙漠边缘。全球耕地减少的中心从欧洲转移到亚洲。由于迅速的城市化,亚洲耕地扩张侵占了大量农田。     

基于长期密度试验的杉木人工林自然稀疏线研究（英文）

采用杉木人工同龄纯林26年连续观测数据,拟合Reineke(1933)经典的林分密度效应法则、Yoda(1963)基于欧几里德几何的自疏法则以及West, Brown和Enquist的分形几何(1997, 1999)。通过OLS、RMA和SFF算法得到7种枯损率区间(2%-80%, 5%-80%, 10%-80%, 15%-80%, 20%-80%, 25%-80%and 30%-80%)的自稀疏指数,对这些指数与考虑的几种法则相应指数进行验证。发现Reineke密度效应法则的指数显著区别于-1.605和-2,而不是预想的欧几里德分形几何结果。Yoda自疏法则指数在-3/2左右变动,但显著区别于-4/3。West、Brown和Enquist的分形几何式中指数参数既不趋向于8/3,亦不趋向于3。     

基于CiteSpace的北极研究综述

以北极研究为中心,基于CNKI和Web of Sciences Core Collection数据库2000—2017数据,采用CiteSpace,系统展示了中国和国际(含中国)在北极科研领域的发展趋势、前沿、热点和机构合作特征。研究表明,国内的北极研究经历了由气候海冰—航运—北极治理的研究过程,发文量以北极航运为主导。国际针对北极的研究经历了三个逐步加速阶段:1990、2000和2005,北极八国和德、英、法是北极研究的主力军。北极科技合作仍主要以国家内部合作为主,但科研机构合作频率高度爆发且出现一批以“Helmholtz Centrefor Polar and Marine Research(德国)、The Arctic University of Norway(挪威)、Aarhus University(丹麦)和KoreaPolar Research Institute(韩国)”为代表的北极研究合作爆发单位;北极研究领域多样,呈现出以“arcticocean”、“climate”、“arctic temperature”、“variability”、“sea ice”、“model”等为重点的关键词,表明近年国际北极研究主要热点在气候变化、海冰、洋流等领域,这些领域相互交叉。通过对国内外北极通航经济性的系统综述分析得出:国内外学者均认为与北极海冰有关因素是制约北极通航的关键;国内学者对北极通航的经济效益较为乐观,而国外学者则较为辨证且谨慎。这与研究所考虑的角度有关,国内学者较多考虑北极通航的技术管理、人力资源、能耗、时间和政治等因素,而国外学者在这些因素的基础上,还侧重于贸易需求、通航意愿性和通航对气候的影响等因素。     

基于模型模拟的中国秸秆还田固碳潜力空间格局分析（英文）

农作物秸秆还田作为农田土壤和养分管理的推荐做法之一,对于土壤有机碳(SOC)固定和CO_2减排具有重要意义。本研究利用环境政策综合气候模型(EPIC)模拟了4种作物秸秆还田情形下2001年至2010年中国农田表层土壤有机碳变化及其空间格局。模拟结果显示,秸秆完全移除(CR0%)下的土壤有机碳损失为28.89 Tg yr^–1,当前30%的秸秆还田(CR30%)能够减缓22.38 Tg C yr^–1的碳损失。若秸秆还田率从30%提高至50%(CR50%)乃至75%(CR75%),中国农田表层土壤将变为净碳汇。中国农田表层土壤固碳潜力在CR50%和CR75%情形下分别可达25.53 Tg C yr^–1和52.85 Tg C yr^–1,且在不同农业区存在空间异质性。单位面积土壤固碳潜力在西北和华北地区最高,而华东最低。华北地区具有最高的区域固碳潜力。在这十年间,CR50%和CR75%情形下增加的土壤表层有机碳相当于减少了1.4%和2.9%的中国CO_2排放总量。总之,我们建议鼓励我国农民将原本直接焚烧或用作家用燃料的秸秆返还田间以改善土壤性质和减缓大气CO_2增加,尤其是华北地区更应推行这一举措。     

加拿大海盆莫霍面分布特征及其构造意义

利用北极加拿大海盆及其周边最新的重力数据,经过水深、沉积层厚度以及平均地壳厚度的重力效应改正,收集了该地区的声呐浮标数据,数字化得到57个控制点,基于Parker方法,使用带控制点的界面反演计算了研究区的莫霍面深度。结果表明,莫霍面深度由西向东逐渐加深。边缘地与海盆西侧交界处莫霍面深度最浅,在12 km左右,说明此处可能存在补偿不足;阿拉斯加处的莫霍面深度最深,至少30 km,推测该区域受到的挤压较为强烈或者沉积物供给充足使得地壳增厚。深度值变化与其洋壳-洋陆过渡带-陆壳的地壳结构变化也相吻合,支持了逆时针旋转模式。     

红层盆地岩性差异对丹霞地貌发育的控制

陆相红层盆地的岩性在横向上和纵向上都有比较明显的变化,导致发育的丹霞地貌形态迥异。本文以赣东北信江盆地、粤北丹霞盆地、陕北地区为例,采用对比分析、数值模拟等研究手段,总结了红层盆地中常见的岩石及地貌类型,提出岩性在丹霞地貌坡面演化过程中的关键作用。在信江盆地中,龙虎山、龟峰等挺拔高耸的山峰主要发育在盆地南缘的河口组厚层砾岩中,而盆地中部贵溪、弋阳地区的近圆形山丘则产在塘边组大型交错层理风成砂岩中;与其类似,丹霞山的赤壁陡崖主要发育在丹霞组厚层砾岩夹风成砂岩中;相反,陕北地区波浪状地貌主要发育在洛河组风成砂岩中。利用河道-山坡综合地形演化(CHILD)地貌模拟软件,假设在同样的构造抬升和河流侵蚀作用下,分别模拟了细砂岩、细砾岩、中砾岩构成的山体坡面的演化过程。模拟结果显示,细砂岩山体易形成较为平缓的坡面,中砾岩易形成陡峻崖壁和巷谷,而介于二者之间的细砾岩则形成较为明显的沟壑系统。CHILD模拟结果与实地观测一致。因此,红层岩性差异在丹霞地貌演化过程中扮演了重要的角色,也是未来地貌定量模拟研究中需要考虑的关键因素。