基于深度学习的高时空分辨率降水临近预报方法

降水临近预报在强对流天气监测预警中具有重要地位,对于防灾减灾至关重要。在气象业务中,主要采用雷达回波外推方法解决高时空分辨率的临近预报问题。针对传统雷达回波外推方法中普遍存在的资料信息利用率不足和预报准确率低的问题,利用上海地区多年的高时空分辨率天气雷达探测资料,基于数据驱动的深度学习方法进行雷达回波外推,提出了一种新的降水临近预报模型——SwinAt-UNet模型。该预报模型通过融合UNet模型和Swin Transformer结构捕捉历史天气雷达探测资料中的短期和长期动态变化特征,可以自适应地学习潜在的雷达回波生消演变规律。此外,为提高模型的泛化能力和预报准确率,引入深度可分离卷积和卷积块注意力模块。结果表明：在不同基本反射率阈值下,SwinAt-UNet模型的预报准确率均高于UNet、SmaAt-UNet、TransUNet和AA-TransUNet模型;在45 dBZ的基本反射率阈值下,SwinAt-UNet模型临界成功指数提高了13%,同时在预报时效上具有一定的优越性;SwinAt-UNet模型外推图像具有更加清晰的边缘和细节性纹理,对降水范围、移动方向和强度变化的预测更为准...     

DEM空间分辨率对毒气扩散模型模拟结果的影响分析

突发性毒气泄漏事故的频繁发生对市民的安全造成了极大威胁,有必要对常见毒气泄漏事故发生后的成灾模型进行探讨,以便从理论上指导应急部门实施应急救援行动。本文在研究和分析典型毒气泄漏扩散模型的基础之上,引入地形因子对原有毒气泄漏扩散模型进行改进,使之适应三维地形下的危化品气体扩散模拟,并将模型与GIS集成可视化,分析比较了模型修正前后气体扩散浓度的分布情况。在此基础上,进一步分析了DEM空间分辨率对毒气扩散浓度的分布影响,发现DEM空间分辨率对毒气浓度分布区域有一定影响,并分析了其影响原因。结果表明,加入地形因子的高斯烟羽模型比之前没有考虑地形因子的高斯模型计算要更加精确,更贴近现实状况;同时,DEM分辨率对改进后的高斯烟羽模型的模拟影响较大,选择适当分辨率的DEM能帮助应急部门在短时间内模拟出真实可靠的浓度分布区域,对毒气泄漏事故的应急有一定的实际参考价值和指导意义。     

多色彩高空间分辨率遥感影像矢量边缘信息提取算法与应用

相对单波段灰度影像而言,多波段高空间分辨率遥感影像中可用于边缘检测的光谱信息更加丰富。鉴于Canny算子在灰度图像边缘检测中的优越性能,本文利用输出融合策略对其适用于高空间分辨率遥感影像矢量边缘检测作了改进。基于可视化开发平台VC++.NET,编程实现了福州市航拍的高空间分辨率遥感影像红绿蓝三个标准波段在RGB、IHS、Y IQ、YUV、C IELUV色彩空间中对各种地物矢量边缘信息的有效提取。对高空间分辨率遥感影像矢量边缘各分量的分析认为,由于波谱范围差异的影响,在上述色彩空间中不同地物类型边缘检测时响应程度具有显著的不同。本文研究结果表明,该算法参数设置和色彩空间选择对高空间分辨率遥感影像矢量边缘信息提取有较大的影响。     

DEM栅格单元异质性对地形湿度指数提取的影响分析

 地形湿度指数可定量模拟流域内土壤水分的干湿状况,是静态土壤含水量的最常用指标,具有明确的物理意义。但是,由于DEM本身的结构特点,其提取的地形湿度指数具有尺度依赖性。本文主要探讨因DEM水平分辨率不同而导致的DEM栅格单元异质性,对地形湿度指数提取的影响。以厦门市地貌类型比较复杂的西源溪流域为实验区,使用1 ∶1万等高线生成的2.5m和20m分辨率DEM数据,分别提取地形湿度指数并计算栅格单元地形异质性指数,分析DEM栅格单元异质性指数与地形湿度指数之间的关系。研究表明,基于高程标准差、地势起伏度、景观破碎度和多样性的栅格单元异质性指数与地形湿度指数偏差之间均存在显著的负相关性,这4个异质性指数对地形湿度指数差值的对数回归模拟效果良好且显著有效。这对低分辨率DEM提取地形湿度指数的误差纠正,以及描述区域土壤含水量等地形湿度指数的应用研究具有积极意义。     

降雨数据空间分辨率在城市流域洪峰变化分析中的影响

在气候变化和城市化背景下,城市暴雨的局部特征愈发明显,而降雨监测和预报数据空间分辨率难以满足空间分布描述要求,造成城市洪涝模拟和预测结果存在不确定性。本文选择深圳市城区的3个流域,基于118场实测降雨数据,通过逐步增大网格尺寸以达到降低降雨空间分辨率的效果,同时以流域边界作为限制,保证流域内面平均雨量不变,然后将不同空间分辨率的降雨数据分别作为城市洪涝模型的输入条件,对流域出口断面的洪水过程进行模拟计算,每场降雨得到6种不同空间分辨率下的洪峰流量。结合降雨中心、流域几何中心等空间特征参数,分析降雨空间分辨率对流域洪峰的影响。研究结果表明,针对118场实测降雨,随着降雨数据空间分辨率逐渐降低,3个流域的出口断面的洪峰变化幅度逐渐增大;如果忽略了流域内部降雨数据的空间分布差异,洪峰变化幅度和方向与降雨中心和流域几何中心的空间关系具有相关性,降雨中心在流域几何中心上游方向的距离越大,洪峰降低的幅度越大。本文基于3个城市流域得到了相似的研究结论,研究方法可为城市流域洪涝模拟提供借鉴,研究结果可为河道洪水风险评价提供参考。     

利用贝叶斯时空模型分析山东省手足口病时空变化及影响因素

手足口病是一种常见的传染病,多见于5岁以下儿童。近年来,中国手足口病发病人数逐年上升,疾病疫情也越来越受到公共卫生部门与社会大众的关注。虽然已有不少手足口病相关的研究,但对其时空变化及影响因素驱动效应的研究仍然较少。本文采用贝叶斯时空模型,对2008年山东省手足口病高发时间段（5-8月）的发病时空演变特征进行系统分析,并探究影响手足口病发病风险的气象因素。结果表明：① 空间上不同区县的手足口病发病风险存在一定差异,且区县间的发病风险随时间变化趋势也各不相同;② 5月和6月手足口病发病风险明显高于整个研究阶段（5-8月）平均发病风险;③ 对手足口病发病风险影响较大的气象因素依次是：周平均温度、平均风速和平均气压。本文针对山东省手足口病时空演化特征及气象影响因素的研究,能为高发时间段内手足口病的区域化防控提供科学依据。     

SARS与COVID-19时空传播差异性及影响因素分析

SARS和COVID-19的暴发对我国公众健康、社会经济等造成了严重影响,为揭示呼吸道烈性传染病的时空传播的共性规律和差异特征及背后原因,运用时空统计方法,系统分析并对比了SARS与COVID-19的时空传播差异性特征,并结合病毒本身传播特性及交通、温度等因子进行原因分析。研究表明：① 时间序列上,SARS从发病初始到结束经历了2个阶段,即上升期-平缓期,COVID-19经历了3个阶段,即上升期-急剧上升期-缓升期。② 空间传播模式上,COVID-19传播强度及传播范围大于SARS,且COVID-19的整体连通性较大,各省份与病毒暴发地的联系更为紧密;SARS和COVID-19的传播都存在明显的空间聚集性特征;二者均以邻近传播、远距离飞跃式为主,且SARS存在中次级传播中心,COVID-19扩散中心未发生转移。③ 空间传播方向上,SARS以北京市、香港特别行政区、广东省为中心,空间传播方向性更强,COVID-19仅以湖北省为中心向外扩散。④ 空间传播速度上,SARS各省份首例病例传播时间跨度较大,COVID-19各个省份首例病例传播时间大致以胡焕庸线为分界线,呈现出“东快西慢”的现象,传播时间跨度较短。⑤ R0是造成SARS和COVID-19空间传播范围与空间传播速度差异的主要原因;SARS和COVID-19病毒温度适宜性有所差异,但在温度接近的区域均发生了空间聚集性传播和邻近区域传播;除病毒本身传播能力、温度影响外,交通是影响SARS和COVID-19空间远距离飞跃式传播的主要原因,二者空间传播速度均与路网密度呈负相关关系。     

六盘水市土壤侵蚀时空特征及影响因素分析

六盘水市是我国生态地位极其重要,水土流失又较为严重的城市。近些年,六盘水市实施了一系列生态工程,为了定量分析六盘水市土壤侵蚀状况及其影响因素,本文基于RUSLE模型,利用降雨数据、遥感影像数据、土地利用数据等,对贵州省六盘水市1990-2015年土壤侵蚀模数和土壤侵蚀量进行定量模拟,分析其时空动态变化,利用地理探测器定量分析影响因素,并进行空间相关性分析,结果表明： ① 六盘水市土壤侵蚀以微度和中度侵蚀为主。土壤侵蚀严重地区主要分布在北盘江流域与南盘江流域交界处以及喀斯特山地地区,煤矿开采使植被覆盖等抑制土壤侵蚀因子减少作用,使局部地区土壤侵蚀程度加剧。② 1990-2010年平均土壤侵蚀模数整体为下降趋势,2010-2015年为上升趋势。其中2000年平均土壤侵蚀模数最大,2010年平均土壤侵蚀模数最小。该变化由降雨可蚀性因子和植被覆盖度因子综合影响所致。③ 植被覆盖度因子和多年平均降雨量因子是影响区域土壤侵蚀空间分布的重要因素。未利用土地、植被覆盖度小于0.3、坡度在25°以上和降雨量在1543~1593 mm之间的地区为高风险侵蚀区域。④ 植被覆盖度与土壤侵蚀在空间上全部呈负相关性,降雨因子与土壤侵蚀在空间上存在负相关性和正相关性。⑤ 土壤侵蚀改善区域大多分布在生态工程区域内,生态工程建设能够改善土壤侵蚀情况,不同生态工程保护侧重点不同导致土壤侵蚀改善程度不同。退耕还林还草工程对六盘水市土壤侵蚀的改善具有重要意义,六盘水市更宜退耕还林。     

山东省绿色发展效率时空演化及影响因素分析

运用基于非期望产出的SBM模型,对2007—2017年山东省17地市绿色发展效率进行测度,分析其时空演化特征,进一步构建Tobit模型探究其影响因素。研究表明:2007—2017年山东省各地市间绿色发展效率变化趋势呈现地域差异,东部地区效率提升快于中西部地区,且存在个别地市绿色发展效率下降与个别地市绿色发展效率上升并存的趋势特征。山东省绿色发展效率存在明显的空间分异性,且存在高效率区向东发展,低效率区转向中西部的演化特征。山东省绿色发展效率与经济发展水平之间存在U型曲线关系,且现阶段经济发展水平及城镇化水平对绿色发展具有显著的负向影响,产业结构、对外开放程度及科技创新对绿色发展效率具有显著的正向驱动作用。推动产业结构优化升级,以创新驱动发展,推动更高层次的对外开放是山东省绿色发展提升的重要途径。     

青藏高原城镇化格局的时空分异特征及影响因素

研究青藏高原城镇化格局的时空分异及其影响因素,有利于推动青藏高原现代人类活动时空过程的认知,对青藏高原就地就近城镇化及可持续发展具有参考意义。根据历次人口普查数据,本研究构建青藏高原县市尺度城镇化空间数据集,参考城镇化发展阶段,采用LISA空间类型划分法和空间计量回归模型,系统分析1990-2010年青藏高原内部城镇化格局的时空分异特征及影响因素。主要结论包括：① 青藏高原整体城镇化水平偏低,2017年底,青藏高原主体部分青海省和西藏自治区的常住人口城镇化水平分别为53.07%和30.8%,低于全国同期水平的58.52%,但青藏高原内不乏高水平城镇化地区,而且各地区间城镇化水平的空间差异缩小;② 青海西部柴达木盆地是高水平城镇化集聚区,羌塘地区是低水平城镇化集聚区,地级行政中心所在县市多呈现自身高、周边低的城镇化格局;③ 与内地相似,第二、三产业从业机会是推动青藏高原城镇化发展重要因素,社会公共服务资源对城镇化拉动作用开始凸显。研究结果可以为青藏高原人类活动研究和青藏高原就地就近城镇化可持续发展政策提供参考。     

武陵山区植被净第一性生产力的时空格局及其与地形因子的关系

本研究旨在探讨2001-2010年武陵山区植被净第一性生产力(NPP)的时空变化格局及其与主要地形因子间的关系。利用MODIS MOD17A3数据、地形数据,以及土地覆盖等数据,基于回归分析和分级统计等方法,开展了武陵山区植被NPP的时空变化格局及其与高程和坡度2个基本地形因子间关系的研究。结果表明：(1)10年间武陵山区植被年NPP的平均值为590.72 gC·m^-2·yr^-1,森林、灌草和农田的NPP平均值分别为596.79 gC·m^-2·yr^-1、586.98 gC·m^-2·yr^-1和563.31 gC·m^-2·yr^-1;(2)2001-2010年武陵山区植被NPP总量的平均值为98.90 TgC·yr^-1,波动范围为92.79 ~ 106.99 TgC·yr^-1,从NPP年际变化的空间分布来看,武陵山区植被NPP的变化趋势整体上呈北增南减的格局;(3)分别以30 m和3°为高程和坡度的分级级差时,发现武陵山区平均植被NPP随海拔和坡度的升高有明显的先增加后缓慢下降的趋势,但在海拔高于1500 m及坡度大于50°的地区,平均植被NPP出现了较大波动,然而,在波动中均有随海拔和坡度的增加而先上升后再下降的趋势;(4)在地理区间尺度上,200~1000 m的高程段以及5~25°的坡度段内植被NPP的平均值较高,500 m以上的高程区间平均植被NPP依次递减,但50°以上的坡度区间平均植被NPP反而有所增加,这在一定程度上反映了坡度高于某一临界值后坡面侵蚀强度又有所下降的趋势。     

巴什布拉克铀矿区褪色蚀变Quickbird高分图像地学分析

 位于新疆塔里盆地西北缘的巴什布拉克铀矿床是与油气还原褪色蚀变密切相关的铀矿床,但有关油气还原褪色蚀变的依据大多是地质和地球化学方面的微观依据。本文在分析巴什布拉克铀矿化褪色蚀变岩石地质特征的基础上,根据Quickbird高空间分辨率卫星遥感数据的特点,开展了数据的增强处理,进一步提高了Quickbird数据对褪色蚀变岩石的分析和解译能力,并利用经过增强的Quickbird数据,对铀矿区出露的油气还原褪色蚀变岩石的空间形态和分布特征进行了分析:(1)从铀矿区及周围地区的较大视野,分析了油气还原褪色蚀变岩石的总体分布特征;(2)从整个铀矿区的尺度,分析了未发生褪色蚀变的紫红色砂岩残留体的形态特点、空间展布特征等;(3)从东矿区段更大尺度,分析了处于大片未蚀变紫红色砂岩内部的灰黄色褪色蚀变砂岩的形态特点和空间展布特征。上述分析,从正反两个方面,为铀矿化褪色砂岩的油气还原成因提供了大尺度的宏观依据,并为外围找矿提供了重要信息,充分展示出Quickbird高空间分辨率遥感技术在铀矿找矿中的应用潜力。     

高空间分辨率遥感影像分割尺度参数自动选择研究

面向对象解译技术在高分辨率遥感影像信息提取中得到广泛应用,但影像分割的基础问题仍严重制约其自动化水平,尤其是分割参数选择。因此,本文以广泛使用的分型网络演化分割算法为例,开展尺度参数选择研究。借鉴对遥感影像分辨率敏感的局部方差指标,引入边长和面积权重,构造加权局部方差（WLV）指标,对多个分割结果进行评价,进而实现最佳尺度参数选择。在珠江区域2.5 m的SPOT 5融合影像上进行实验,通过计算最佳分割结果与人工分割结果的相似度对WLV进行定量验证。此外,还对WLV在分割对象最小为一个像元、最大为整景影像的全范围尺度参数的变化规律进行了实验,结果表明：在WLV随尺度参数的变化曲线中,不同极大值点的分割结果反映了实验区不同景观层级上的斑块,其中第1个极大值点对应的分割结果能够较好地反映影像的最小可识别单元。     

中国科技型初创企业的时空格局及影响因素研究——基于创业生态系统视角

创新驱动战略的深入推进促使创业型经济繁荣发展,科技型初创企业日益成为促进中国科技进步和经济高质量发展的决定性力量。本文基于2015—2020年中国科技型初创企业数据,运用泰尔指数、核密度估计等方法解析了科技型初创企业的时空格局,并利用OLS模型与SARAR模型定量识别了科技型初创企业分布的影响因素。研究发现:(1)从时间序列来看,2015—2020年中国科技型初创企业的数量快速增长,但是在城市体系的分布呈现持续的层级结构特征;(2)从空间格局看,中国科技型初创企业呈现出以长江三角洲、珠江三角洲为主要核心,京津冀为次要核心的多核心分布模式,创业热点从三大核心扩张到更多地区,东中西三大地带的不平衡性日益增强;(3)风险投资、知识厚度、人力资本、市场规模、孵化环境和政策环境对城市科技型初创企业的发展具有积极影响,创业生态系统的影响也表现出空间依赖性和空间异质性特征,而且不同影响因素的作用强度和相对重要性在不同发展阶段存在差异。未来应重视高质量科技创业生态系统建设,因地制宜地选择适合本地科技型初创企业发展的驱动路径。     

高分辨率遥感影像阴影与立体像对提取建筑物高度比较研究

建筑物高度信息的快速准确获取对于城市规划管理、生态环境评价具有重要意义。本文以南京市主城区为研究区,选择2011年Geoeye-1卫星高分辨率遥感影像立体像对数据,结合Google Earth数据及实地建筑物高度测量,分别利用单幅遥感影像和立体像对计算建筑物高度,并以实测建筑物高度数据验证不同方法的提取精度,进而比较这2类方法的优缺点。结果表明：利用立体像对提取建筑物高度的方法更加精确,提取结果误差在2.8 m以内,能够快速地获取大范围建筑物高度,具有实用价值;单幅遥感影像阴影提取建筑物高度适用于建筑物高大、毗邻建筑物间隙大、周围无遮挡的情况,而立体像对提取建筑物高度不受建筑四周环境影响,在建筑物密集分布、高度均一的情况下,其普适性更强。