基于遥感和典范对应分析方法优化生态地理分区——以中国区域为例

选取适当生态地理边界对遥感影像进行分割,降低分区单元内土地覆盖复杂程度,可有效提高遥感土地覆盖分类精度.本研究将气象、高程、土壤等环境数据与季节性植被遥感信息相结合,利用典范对应分析(CCA)和k均值聚类等进行生态地理分区的划分,旨在提出适用于区域遥感地表分类的生态地理分区方案.以我国为例的研究结果表明,季节性植被遥感信息与CCA相结合,能够有效筛选出区域生物地理格局主导环境因子,可将这些主导因子作为生态地理分区的区划指标.本研究中,温度要素是我国生物地理格局的主导驱动力,水分要素次之.以MODIS MCDl2C1(2005年)和GlobCover(2004~2006年)全球土地覆盖分类产品来评价生态地理分区内土地覆盖复杂程度,结果表明,本研究的生态地理分区在土地覆盖类型均数、主要土地覆盖类型面积比例以及主、次要土地覆盖类型面积比例之和等方面,均优于已有研究结果,且主、次要土地覆盖类型的植物物种和性状特征差异比较明显,表明利用表征植被季节特征的环境主导因子进行生态地理区划,可以有效降低生态地理分区内地表覆盖复杂程度,更利于地表覆盖遥感分类.     

中国气候变化区划（1961-2010年）

气候条件是人类生存与发展的重要基础,亦是经济与社会可持续发展的重要影响因素.应对气候变化已成为世界各国政要、科学家、政府和公众高度关注的全球性问题.现行的中国气候区划均是以不同气候要素指标的多年均值为基础的,旨在表征气候状态的区域差异.然而在气候变化速率不断加快的今天,已有的气候区划并不能表达气候变化的区域差异,也不能反映由气候变化所带来的灾害与环境风险.本文利用1961-2010年气温和降水量的变化趋势值、波动特征值定量识别气候变化,结合中国地形特点,以县级行政区划为单元,完成了中国气候变化区划（1961-2010年）.一级区划根据气温和降水量的变化趋势将中国气候变化（1961-2010年）划分为5个变化趋势带,即东北-华北暖干趋势带、华东-华中湿暖趋势带、西南-华南干暖趋势带、藏东南-西南湿暖趋势带以及西北-青藏高原暖湿趋势带;二级区划根据气温和降水量的波动特征,在一级区划基础上划分为14个波动特征区.     

山西断陷带地球物理场特征与强震活动

从重力场、地磁场和地热场等方面分析了山西断陷带地球物理场所具有的特征,论述了地球物理场特征及其揭示的深部构造与强震活动的关系,初步建立了山西断陷带强震发生的模式,指出,与强震活动密切相关的区域地球物理场特征及深部构造,是进行地震预报和地震区划等不可缺少的依据,也是今后进一步研究地震成因必须十分重视的问题.     

基于流域的我国生态功能区划方法研究

生态功能区划是我国正在开展的一项关于资源与环境管理的重大基础性工作.生态功能区划的理论和方法是当前生态学、环境科学、地理学等学科面临的一项新的热点课题.本文首先讨论了生态功能区划的概念,从认识区划看,生态功能区划属于生态系统区域划分的范畴,从实践的角度,则强调人文活动对生态系统可持续能力产生的影响,指出自然生态区不是生态功能区,生态功能区须反映人类的利用和价值判断.生态功能区划,不单是以自然要素或自然系统的"地带性分异"为基础,更是以生态系统的等级结构和尺度原则为基础,用生态系统完整性的评价测量人类活动对生态系统的影响,将生态功能区划的科学基础落在"基于生态系统的管理"平台上.文章提出了基于流域的我国生态功能区划的初步思想,讨论了区划的原则和方法,建立了生态系统完整性评价和功能区划分的指标体系.其基本内容是,认识并按照生态系统的自然边界划分生态系统单元;进行生态系统完整性评价;在此基础上划分不同的生态功能区,确定主导生态功能.     

南海区域断裂特征及其基底构造格局

基于覆盖南海的水深、重力、磁力以及地震资料,结合区域地层特征,通过地质与地球物理综合解释研究,明确了南海区域断裂和前新生代基底构造格局特征.古生代以来,受控于特提斯和太平洋两大构造域影响,导致南海地区板块汇聚与分离,不同时期南海构造应力环境各异,形成了性质不同的四周陆缘,致使北部陆缘主要为拉张型断裂,南部陆缘为挤压型断裂,西部陆缘为走滑型断裂,而东部陆缘则为海沟俯冲型断裂,以NE-NEE向、NW向和近SN向3组走向为主.在此研究基础上,海陆综合考虑,结合地块构造层序列、沉积建造、变质作用以及构造演化历史,以地块拼接带(蛇绿岩带、蛇绿混杂岩带及扩张边缘带)作为二级构造单元的分界线,以主要走滑断裂作为三级构造单元的分界线,将南海及其围区划分为8个二级构造单元以及9个三级构造单元.南海地区基底构造单元具有不同的构造层,沉积建造以及变质作用,显示出不同时期具有不同的构造属性.本文的研究结果将有助于进一步了解南海地区基底构造格局以及揭示前新生代构造演化过程,为该区新生代构造演变提供基底制约.     

兴安盟区域断裂带与地表温度场变化特征研究

本文基于Landsat 8 OLI/TIRS遥感影像及最新断裂带矢量数据,分析研究兴安盟区域断裂带与地表温度变化的相关特征。为了提高地表温度反演的准确性,使用最大似然分类算法进行了地表物的分类,然后使用辐射传输方程求解算法分类逆推地表温度。根据研究区域矢量数据绘制的断裂带构造图与遥感影像反演的相同区域的地表温度图,使用Arcmap处理软件,将两幅影像叠加在同一图层上,使用等间距分段均值划分方法,研究分析兴安盟区域断裂带构造地表温度场变化特征,绘制等分断裂带内的平均距离与平均地表温度数据的相关性曲线,进一步确认了断裂带与地表温度场变化的相关性特征。最后,利用同月份不同年份的遥感影像数据进行实验结果的准确性验证。结果表明：兴安盟区域断裂带与地表温度场之间存在一定的相关性,地表温度会随着断裂带等分带距离远近表现出不同程度的变化,越靠近断裂带,地表温度值越高,越远,地表温度值越低。     

基于快速聚类方法的30m分辨率中国土地覆盖遥感制图

大范围遥感土地覆盖制图通常费时费力.本文采用一种基于特征空间变换的快速聚类方法(CBEST)对覆盖中国的508景Landsat Thematic Mapper(TM)影像进行土地覆盖制图.将中国划分为50个生态分区,每个生态分区内采用CBEST方法对TM影像进行快速聚类,CBEST平均聚类时间约为每2 min一景;通过对自动获得的光谱簇人工土地覆盖类型识别,归并光谱簇,绘制30 m空间分辨率的中国土地覆盖图,统计土地覆盖类型面积,生成主要土地覆盖类型专题图.采用2159个分布全国的验证样本对制图结果进行精度验证,得到总体精度为71.7%,Kappa系数为0.641.与当前两套全球地表覆盖产品(FROM-GLC和GlobCover 2009)的局部对比表明CBEST分类结果在各类型土地覆盖面积统计及视觉效果上存在优势.     

一种综合地学数据的矿产资源潜力制图方法

研究适应信息化时代特征的矿产资源潜力制图新技术、新方法对推动矿产资源评价理论与技术的发展具有重要的意义.笔者把GIS技术、图像分类算法和空间统计学理论进行有机集成,在空间统计学的空间结构分析技术和遥感图像纹理分类算法的基础上,提出了一种以综合地学数据（地质、地球物理、地球化学和遥感图像数据等）为基本数据源的矿产资源潜力自动制图方法.该方法的技术流程为：①数据准备,即对地球物理和地球化学勘探数据进行预处理,生成一个物化遥综合图像文件;②图像空间结构性分析和纹理图像生成,以综合地学图像为研究对象,用空间统计学的结构分析技术研究地学数据综合图像的空间结构性,生成纹理图像;③纹理图像多元分类,用实验变差函数纹理分类方法对研究区进行多元分类,生成分类专题图;④分类后处理,用叠置分析修正空间分类结果,生成区域矿产资源潜力分布图.     

横断山地区气候-植被区划

横断山地区是中国今后生态保护、清洁能源生产、川藏和滇藏铁路等重大基础设施工程建设的重要布局区.这里高山峡谷纵横,气候和植被分布区域性与垂直地带性显著,孕灾环境复杂,亟待开展横断山地区气候-植被区划,以便有效服务于农业生产与生态建设、山地灾害风险防范和重大工程建设等国家需求.为此,本文基于横断山地区最新划界成果,采用横断山地区及其周边122个气象站点1990～2019年气温、降水量、气压、日照时数、风速、相对湿度等地面观测数据和高精度土地覆被类型遥感反演数据,制定了适用于横断山地区高山峡谷复杂大地貌格局、气象站点稀少、气候和植被分异显著等综合自然地理特征的气候-植被区划方案,并将横断山地区划分为5个温度带、20个干湿区、55个植被小区.该气候-植被区划方案分别以日平均气温稳定通过10℃日数、年干燥度指数、主要植被类型作为划分温度带、干湿区、植被小区的主要指标,且以≥10℃积温、最冷月气温、最暖月气温等为辅助指标.与之前区划方案相比,本方案遴选并优化了适用于横断山地区复杂地形的薄盘光滑样条气候空间插值模型;结合地理探测器,科学厘定了存在争议的气候带(区)间区划指标阈值;提出逐步降尺度窗格划...     

博斯腾湖最低生态水位计算

随着城市化和工业化进程加快,无锡等太湖周边城市的土地利用方式发生了巨大变化,特别是建设用地蔓延,侵占了湖滨带生态保护区,使湖泊生态系统的功能和健康受到威胁,太湖水体污染严重.以生态-经济为导向的土地开发适宜性分区,就是通过对不同地区的土地开发方式和强度的管制,使土地利用的空间结构与健康太湖的保护目标相适应.这样的分区强调因地制宜地将评价区域划分为不同开发强度类型的地区,鼓励资源环境容量大的地区承担高强度的社会经济活动,同时限制生态敏感区域的开发强度.论文在借鉴已有区划方法的基础上,讨论了评价单元的划分、评价指标选择与处理等技术方法,并以无锡市为例,将其划分为优先开发区域、适度开发区域、控制开发区域、适度保护区域以及绝对保护区域等五大类型区,提出各类型分区管制的相应政策保障.     

一种城市地震动区划方法

文中从场地划分入手,提出了一种城市地震动参数区划方法新思路:即首先利用专业软件Surfer和ArcGis对区域内的钻孔资料进行处理,构建包含土层厚度、波速分布和建筑场地分类等信息的三维地下模型,并对地表进行场地分区和网格划分。然后在每一场地分区内,选取若干个典型钻孔,进行一维土层地震响应分析,计算结果代表该类场地的地震反应,再根据区域内所有离散点(网格点)的信息,即可获得整个计算区域的地表地震反应结果,进而得到整个区域的地震动参数区划,以及不同加速度峰值的等值线。这一方法可用于计算不同强度地震输入下,区域内地震动的分布,其结果可用于城市震害预测,特别是震后快速评估。     

中国大陆地震构造带的初步划分及其应用

本文依据深部地球物理场、区域大地构造、地表活动断裂、地震活动等，划分了中国大陆的地震构造带，同时分析了地震构造带的活动特征和孕震构造条件，在此基础上，具体地把地震构造带的概念应用于地震危险区分析之中，探讨了地震危险区及地震前兆异常与地震构造带的关系，本文提出以地震构造带研究作为地震监测和预报工作的基础，将地震构造带作为系统性的活动构造条件应用于地震危险区划分之中。     

全球30m分辨率人造地表遥感制图研究

伴随着全球人口增长与经济发展,城镇化进程预计将在全球范围内持续加速,而人造地表是城镇化在地表覆盖上的直接体现.一方面,人造地表的扩张为工业生产、经济活动、人员居住等提供合适的场地;另一方面,人造地表深刻改变了地球的自然表面,进而影响地表热量交换、水文过程以及生态系统等自然过程.因此,对全球人造地表进行精确制图对于自然科学与社会科学等相关领域研究都具有重要意义.本研究以全球2000与2010年两个基准年的30m分辨率遥感影像为基础,完成了全球两期30m分辨率的人造地表制图任务.首先,根据人造地表的地理内涵与30m分辨率影像上提取的可行性,从斑块层面上提出适用于该尺度的人造地表定义;其次,考虑到人造地表的光谱复杂性与空间异质性,对现有像素级分类与对象级分割技术进行组合,以实现较高精度的人造地表斑块提取;最后,通过人工编辑与质量控制的手段,进一步保证全球范围内的人造地表制图精度.独立精度评价结果显示,该地表覆盖分类产品的用户精度达到80%以上.可以认为,该套产品是目前全球尺度上,人造地表或相关地表覆盖类型产品中分辨率与精度都最高的分类成果.该数据将为开展全球城镇时空格局分析、生态环境健康诊断等相关研究工作提供重要的基础数据.     

亚洲人造地表覆盖遥感精细化分类与分布特征分析

人造地表覆盖是刻画人类活动对陆地表层生态系统影响的重要因素,具有高度动态、结构复杂和类型镶嵌等特征.由于当前缺乏有效的洲际尺度人造地表覆盖精细化遥感探测方法和高精度的数据产品,由此影响了城市化对区域气候、生态系统过程和全球环境变化影响评估的可靠性.本研究构建了人造地表覆盖等级层次结构分类系统,发展了基于2010年全球地表覆盖30m分辨率产品(GlobeLand30)的人造地表覆盖二级类型像元组分提取的技术方法,研发了亚洲2010年高精度城市建成区及其内部城市不透水地表和植被覆盖组分比例数据产品.基于多源数据融合和专家知识方法获取的城市建成区及其内部组分分类的总体精度为90.79%;城市内部不透水地表比例组分信息提取平均相对误差为0.87,总体上数据产品具有较高的质量和可靠性.遥感精细化信息提取局部误差与不同气候带城市建筑与植被镶嵌程度密切有关.遥感精细化分类表明,亚洲城市建成区面积181785.96km~2,占亚洲陆表面积的0.59%;城市内部结构组分中,城市不透水地表总面积为116504.72km~2,占亚洲城市建成区面积的64.09%,植被和裸土面积占34.56%.在空间上,城市不透水地表自东向西呈现集聚式、分散式和无显著分布特征三级梯度.中国、印度和日本等国家,城市不透水地表总面积排在前三位,分别占亚洲城市不透水地表面积的32.77%、16.10%和11.93%.研究发现,城市建成区内部不透水地表与植被覆盖组分比例与国家的经济发展程度及区域气候环境密切相关,对于经济较为发达的国家,城市建成区内部镶嵌类型中不透水地表比例相对较低,如韩国、新加坡城市不透水地表比例约为50~60%,公共绿地植被面积比例相对较高,而对于经济发展水平较低的国家,城市建成区内部镶嵌类型中城市不透水地表比例则接近或超过80%.城市建成区内不透水地表、植被组分及空间分布特征集中反映了亚洲地区人口集聚和经济发展水平以及对子流域环境健康状况影响程度.     

基于烃渗漏理论的油气异常地球物理判别系统的关键技术研究

烃渗漏效应会在近地表形成磁性蚀变带,因而可以根据磁性蚀变带产生的磁异常寻找油气异常区.为了减少利用磁力资料识别油气渗漏异常的不确定性和多解性,满足多种地学资料集成管理和综合分析的需要,有必要建立一个集数据管理、实时处理、综合评价和制图功能为一体的判别系统.本文对建立判别系统的关键技术进行了讨论.该系统以ArcGIS为二次开发平台,在继承ArcGIS现有功能的基础上,开发了常规位场数据处理方法模块和基于图像处理和分析技术的重磁异常信号增强和特征提取等功能模块,用于实现近地表油气渗漏异常的地球物理检测与判别,能够为油气有利区的确定提供技术支持,有利于提高地球物理数据处理和解释的效率.     

中国湖泊综合分类原则、级别划分及分类程序之初探

在略述了国内外湖泊分类研究现状的基础上.探讨了开展我国湖泊综合分类的原则、级别划分以及综合分类所应遵循的程序。主导因素与综合因素相结合,建立分类的主导标志,是湖泊综合分类系统中高层次分类的关键;区域相似性(相对一致性)与差异性的对比分析是低层次分类的重要环节。在此基础上.还应充分考虑到人类经济活动的方式与强度对湖泊诸自然因素的影响,以便使湖泊综合分类工作既具有理论上的意义,同时又具有实用价值。级别划分应从以下标准衡量:分类结果是否能充分揭示或反映出湖泊所具有的区域综合特性以及地貌、水文、化学、生物等各因子之间的有机联系和相互影响;能否展示出湖泊的动态变化和今后的演变趋势;是否简明扼要,便于实际应用。工作程序可大致分解为四个相对独立又彼此有着紧密联系的阶段,即系统搜集与占有资料、资料分析整理与单因子分类、综合分类、理论诠释。     

2010年玉树地震地表破裂带典型破裂样式及其构造意义

野外调查表明,青海玉树M_S7.1地震发生在青藏高原中部甘孜-玉树断裂的玉树段上,在玉树县结古镇至隆宝镇之间产生了一系列包括剪切破裂、张剪切破裂、压剪切破裂、张性破裂及其不连续岩桥区出现的鼓包或陷落坑(拉分盆地)、高寒地区特有的冰裂缝等地表破裂单元,它们斜列组合成整体走向约300°、长约65 km、最大同震左旋位移2.4 m的地表破裂带,具有变形局部化的基本特征.玉树地震地表破裂带整体上可划分为长约15 km的结隆次级地表破裂带和长约31 km的结古次级地表破裂带,两者呈左阶羽列,其间无地表破裂段长约17 km,对应于M_W6.4和M_W6.9两个次级地震事件.地表破裂类型、基本组合特征等显示出甘孜-玉树断裂两盘块体的运动方式以纯剪切的左旋走滑为主,从一个方面反映了青藏高原物质存在着向东的逃逸和挤出现象.     

中国湖泊综合分类原则、级别划分及分类程序之初探

在略述了国内外湖泊分类研究现状的基础上,探讨了开展我国湖泊综合分类的原则、级别划分以及综合分类所应该遵循的程序。主导因素与综合因素相结合,建立分类的主导标志,是湖泊综合分类系统中高层次分类的关键;区域相似性（相对一致性）与差异性的对比分析是低层次分类的重要环节。在此基础上,还应充分考虑到人类经济活动的方式与强度对湖泊诸自然因素的影响,以便使湖泊综合分类工作既具有理论上的意义,同时又具有实用价值。级     

基于FY-3B/MWRI数据的青藏高原地区地表发射率反演

以青藏高原地区为研究区域,利用FY-3B/MWRI(Microwave Radiation Imager)一级亮温数据和NCEP(the National Centers for Environmental Prediction) FNL(Final)全球业务分析资料,通过简化的微波辐射传输方程反演了晴空大气条件下的地表微波发射率.进而根据IGBP(International Geosphere-Biosphere Program)陆表覆盖分类数据,进一步分析了青藏高原地区微波地表发射率的频谱和空间分布特征,并分析了反演误差的来源.结果表明:青藏高原地区微波地表发射率的空间分布、频谱特征都与地表覆盖类型分布特征高度吻合,呈现出西北部地表发射率极化差异大,东南部极化异差小的分布特征.本研究中地表发射率的反演误差主要来自降水像元判别方案、再分析资料的时空匹配.还需要进一步研究定量误差,以期提高反演精度,进而建立长时间序列的地表发射率数据库,为青藏高原地球物理参数的遥感反演提供数据支持.     

抽取承压水对区域地表沉降影响分析——以西安高新区为例

地下水超采引发的地面沉降灾害,目前成为影响我国多个重大城市经济可持续发展、城市规划建设及人们日常生活的主要区域性地质灾害,并已引起国内外众多学者的关注,但目前针对城市地面沉降灾害机理的研究多仅从纯数值模拟的角度进行分析,缺少综合多类实测资料从而构建与客观实际更为切合的地下水流模型,获得对地下水超采引发地面沉降机理的深入认知.基于此,本文选取我国地面沉降严重的西安市作为主要研究对象,并针对西安市高新技术开发区近年来越发严重的地面沉降现象,依据Leak夹层理论与太沙基有效应力原理,结合区域地下水与钻孔等实测资料,根据研究区土层结构及地下水流渗透特性将研究区在垂向上划分为5层结构体,构建了该区域较完备的地下水流模型,反演获取了该区域1992—2007年间地表沉降量及其分布特征,并据此分析了抽取地下承压水对区域地表沉降的影响,有效刻画出了研究域地面沉降发展的三个重要时期-快速发展期(1990—1995年)、持续发展期(1996—2001年)、减速期(2002—2008年).最后通过选取典型特征点并利用实测In SAR与GPS监测结果与模型模拟值进行了对比分析,验证了本文模型反演结果的可靠性.本文研究结果可有效弥补区域内其他监测手段数据空白区问题,对于深入理解及预测由于抽取地下承压水导致区域地表沉降具有一定的参考意义.