复杂起伏地表的POD数值模拟

对油气勘探和大地测量中的复杂起伏地表采用POD方法进行数值模拟.从大量的观测数据中提取出标准正交的基函数,用这些基函数对起伏地表进行拟合.模型试验表明:这种方法是高效可行的,可广泛应用于数据压缩、图像处理、信号分析和流体的优化控制中.     

荷载作用下地表和岩层移动变形规律的数值模拟

运用东北大学岩石破裂中心研制的RFPA2D软件,以山西省霍州市辛置煤矿2204工作面为试验研究基地,当不同采深和上覆松散层厚度一定时,模拟在采空区上方地表三个不同位置施加大小不同的荷载时,覆岩和地表的变化过程,系统地分析了荷载大小、荷载作用位置及不同采深对老采空区地表和岩体移动变形影响.     

基于数值模拟的含水层参数识别

利用地下水流数值模拟软件Modflow耦合大型抽水试验和长观孔水位两个模型的方法,对含水层参数进行了识别与校验,该方法求得的含水层参数避免了只利用抽水试验模型校验所带来的不确定性.同时利用抽水实验数据进行抽水与恢复的全过程曲线拟合,水位降深模拟相对误差小于6%,并且对均衡水量、泉水的溢出量以及末流场拟合程度进行了分析,均衡水量模拟相对误差最大为2.6%,泉水溢出量模拟相对误差最大为8.14%,末流场拟合程度也较好,从而提高了含水层参数的准确性.实例研究表明,这种求参方法精度高、切实可行,可以推广到其他的含水层参数确定中.     

基于正交贴体网格的VTI介质地震波数值模拟

为了解决规则网格有限差分法在处理起伏地表自由边界条件时需进行复杂坐标转换和插值运算的问题,以及对起伏地表进行阶梯状离散近似所产生的虚假散射波问题,将计算流体力学中的正交贴体网格生成技术引入到起伏地表下VTI介质的网格剖分中,采用基于同位网格的DRP/opt MacCormack有限差分法模拟起伏地表下VTI介质中的地震波场。网格的正交性使实施自由边界条件时无需做复杂的坐标转换和插值运算。数值算例表明,本文提出的网格剖分法能够有效消除阶梯状网格产生的虚假散射波,从而提高起伏地表下VTI介质地震波数值模拟精度。     

顾及开发强度的长江中下游土地变化模拟及规划对策

土地变化模拟能够判断不同规划政策对当前土地空间格局的影响.传统土地变化模拟侧重于从土地利用/覆盖类型预测土地变化情况,较少关注土地的开发强度.本文以长江中下游为例,在土地利用/覆盖的基础上构建一套考虑开发强度的土地系统,聚焦长江中下游价值突出的两种土地类型提供的服务,在共享社会经济路径下实现同时满足两种土地服务需求的土地变化模拟,并对结果进行对比分析.模拟结果显示,未来人口增加会使当前建设用地面积扩张,向着更加集约的方向变化;同时,人口的增加会带来粮食需求,农业用地中开发强度最高的高利用率耕地面积扩张.模拟结果可为区域规划提供对策和建议.     

江苏沿江开发带地下水开采与地面沉降三维数值模拟

根据江苏沿江开发带地下水系统的水文地质机制以及地面沉降机理,在概化出江苏沿江开发带的地下水系统水文地质概念模型和地面沉降模型的基础上,建立了江苏沿江开发带地下水开采与地面沉降三维数值模型。并针对各种开采方案下地面累积沉降量最少的原则,给出了各含水层的最优开采方案。     

滇西北地区近年来应力场的数值模拟研究

建立滇西北地区三维有限元地质模型,将2009~2016年GPS速度场数据作为数值模拟的位移边界条件,模拟获取该地区的构造应力场。结果表明,在楚雄至滇西北地区整体显示张性应力区;出现由“洱源鹤庆断裂-红河断裂-程海断裂”圈起的低值张性区,区域内部张性应力明显低于外部,这种张应力低值区尤其在区域四周断裂边界处,往往是地壳断裂活动的频发区;曲江断裂北端及元谋-绿汁江断裂南端出现张性应力集中区,是今后重点关注的断裂结点。     

植被变化引起我国气候变化的数值模拟

使用区域气候模式RegCM3,进行植被变化对中国区域气候影响的数值模拟试验。模拟结果表明：植被退化使气候变得更加恶劣,退化区降水减少,大气变得干燥,气温升高;而植被增加使得降水增加,大气湿度增大,气温降低。地表植被的变化可通过地气问相互作用激发出大气偏差风环流,从而影响大范围气候,乃至全球气候。     

成矿动力学数值计算模拟研究进展：理论、方法与技术

成矿动力学数值模拟以数学、物理及化学的基本规律为原理,结合实际地质资料,建立定量表征成矿过程的数学模型(数学-物理方程),再利用有限元或有限差分等方法通过计算机的高效计算进行求解,模拟成矿作用动力学过程及其成矿响应,揭示成矿规律并指导找矿。它集合了地质、数学、物理、化学及计算机等多个学科的研究理论与方法,具有鲜明的多学科交叉融合的特点。近年来,在计算科学与数学地质理论与方法快速发展的推动下,成矿动力学数值模拟研究取得了重要研究进展。为此,归纳和梳理了成矿动力学数值模拟的基本理论与方法,对比了目前4种常用的(成矿)数值模拟软件的特点,结合当前开展这方面研究所取得的进展,介绍了近10年来成矿动力学数值模拟的发展与应用现状。得出以下主要结论与认识：(1)多场耦合成矿动力学数值模拟是当前能够重现大尺度复杂成矿过程的唯一可行方法,随着高性能计算技术与非线性动力学理论的快速发展与日趋完善,它已成为现代数学地球科学的研究热点和发展方向之一,是揭示成矿机制及获取矿产勘查信息的重要手段,具有很大的发展潜力;(2)成矿动力学数值模拟目前仍存在模拟参量不确定、多场过程耦合不完全等局限性,是其未来的发展重点,...     

植被变化引起我国气候变化的数值模拟

使用区域气候模式RegCM3,进行植被变化对中国区域气候影响的数值模拟试验。模拟结果表明：植被退化使气候变得更加恶劣,退化区降水减少,大气变得干燥,气温升高;而植被增加使得降水增加,大气湿度增大,气温降低。地表植被的变化可通过地气问相互作用激发出大气偏差风环流,从而影响大范围气候,乃至全球气候。     

长沙市热岛效应时空特征变化研究

本文基于1991-2015年长沙市9景Landsat TM/ETM影像,采用单窗算法反演了长沙市建成区的地表温度,提取了土地利用/覆盖类型,并结合相关资料对长沙市热岛效应时空变化特征以及城市热环境与城市土地利用/覆盖变化之间的关系进行了分析。结果表明长沙市热岛范围随着建成区范围的扩大不断增大,并且热岛的时空演变与建成区扩大的趋势一致：1991-1996年,长沙市热岛向东发展迅速,截至1996年东部热岛面积增加达53.54 km² ;1996-2003年,受城市建成区扩展影响,热岛向西部延伸,增加面积达39.88 km²;2003-2007年,建成区热岛向西部、南部加速发展,热岛增加总面积达33.55 km²;2007年后,长沙市建成区与热岛范围开始向东、西、南、北4个方向全面扩展。此外,建成区土地利用/覆盖情况发生了很大的变化,大量绿地转变为建设用地和耕地,极大地影响了地表温度的空间分布,各土地类型之间的温度差异显著缩小,水体良好的吸热性能明显地体现出来,建筑用地和裸地则对地表温度的贡献显著增大。     

Simulation of land-use scenarios for Beijing using CLUE-S and Markov composite models

This study investigated and simulated land use patterns in Beijing for the year 2000 and the year 2005 from the actual land use data for the year 1995 and the year 2000,respectively,by combining spatial land allocation simulation using the CLUE-S model,and numerical land demand prediction using the Markov model.The simulations for 2000 and 2005 were confirmed to be generally accurate using Kappa indices.Then the land-use scenarios for Beijing in 2015 were simulated assuming two modes of development:1) urban development following existing trends;and 2) under a strict farmland control.The simulations suggested that under either mode,urbanized areas would expand at the expense of land for other uses.This expansion was predicted to dominate the land-use conversions between 2005 and 2015,and was expected to be accompanied by an extensive loss of farmland.The key susceptible to land-use changes were found to be located at the central urban Beijing and the surrounding regions including Yanqing County,Changping District and Fangshan District.Also,the simulations predicted a considerable expansion of urban/suburban areas in the mountainous regions of Beijing,suggesting a need for priority monitoring and protection.     

北京市热岛效应时空变化的HJ-1B监测分析

 本文利用2008-2011年HJ-1B/CCD可见光-近红外数据,以及HJ-1B/IRS热红外数据,采用遥感算法反演北京市地表温度,并用MODIS地表温度产品对反演结果进行了初步验证。同时分析了北京市热岛效应的年际、年内变化趋势。另利用热场变异指数分析其空间分布特征,以及NDVI、NDBI与城市下垫面对热岛效应的影响。结果表明:(1)2008-2010年北京市热岛强度总体呈上升趋势,2011年有所缓解,4年热岛强度分别为:5.2℃、5.2℃、9.2℃、8.2℃;(2)北京市2010年四季存在明显热岛现象,夏季最强,春、秋次之,冬季最弱,四季热岛强度分别为8.2℃、9.4℃、9.2℃、4.3℃;(3)2008-2011年北京市热岛空间分布特征表明,房山区和大兴区的南部热岛效应逐年缓解,2011年昌平区热岛效应比前3年明显,植被和水体形成城市冷岛;(4)地表温度与NDVI呈明显负相关,与NDBI呈正相关,城市热岛效应与下垫面类型存在明显相关性。     

郑州市市区风环境模拟研究

城市风环境是城市微气候研究的一个重要方向,对分析城市热岛效应、空气流通等具有重要意义。本文以郑州市市区为例,使用1971—2018年气象观测数据、2018年建筑分布数据（OSM）和2016年资源三号卫星数据作为数据源,通过运用气象学和GIS技术结合的方法,探究潜在通风廊道,科学量化城市形态对风环境的影响。研究首先借助WindNinja软件,对城市背景风环境进行模拟分析,该计算方法提高了风道定位的精度。然后利用卫星遥感数据制作了数字高程模型（DSM）,结合OSM计算下垫面地表粗糙度。进一步借助ArcGIS软件,利用最小成本路径法（LCP）确定城市潜在通风廊道的位置。结果表明：① 郑州市近年来平均风速缓慢下降,平均每10年下降0.26 m/s;全年主导风向东北风进入城市后受城市形态影响在京广铁路线附近以西逐渐转为东北偏东风,其中在京广快速路以东风速较高,在京广快速路以西风速较低;② 金水区西部、中原区、二七区以及管城区的地表粗糙度较高,通风环境较差;金水区东部和惠济区的地表粗糙度较低,通风环境较好;③根据盛行风向模拟的潜在通风廊道,其共同特点是趋向于低粗糙度的地区。     

Spatio-temporal patterns of intra-urban land use change in Beijing, China between 1984 and 2008

Urban internal structure is essential information for urban geography researchers and urban planners or managers. This research aims to examine the spatial structure changes of internal urban land use based on the interpreted datasets of 1984 and 2008. Spatio-temporal patterns of internal land use conversion and urban expansion are analyzed, and then dominant driving factors (e.g., social economy, population growth and urban planning) were identified. The results indicate that Beijing′s intra-urban layout has experienced tremendous adjustment from compact to disperse configure, otherwise its function objects have shifted from the major economic and industrial development before the 1990s to the combination with cultural, high-technological and inhabitable city at present. The dominant urban land use transformations include the relocation of industrial lands from core districts to suburban or other provinces, and the accelerating expansion of residential areas and green spaces for supplying the demand of housing and ecological protection. Although Beijing′s urban planning has experienced three major adjustments and improvement since the 1980s, its optimization of urban internal patterns still remains a challenge.     

城市地表净辐射通量的季相变化及与地表覆盖格局的关系研究

本研究利用厦门市4个季节的Landsat-5 TM遥感影像和气象资料,反演地表净辐射通量,进而分析其季相变化特征;使用景观格局指数表征和描述地表覆盖的空间组成与配置,采用相关分析、偏相关分析、逐步回归和方差分解相结合的方法,从多季节角度研究地表覆盖格局对地表净辐射通量的影响。结果表明：① 厦门市地表净辐射通量平均值夏季最高,春季次之,秋季和冬季较低,地表净辐射通量在水体和林地区域较高,建设用地和裸地等其他地表覆盖类型区域较低;② 地表覆盖的空间配置对地表净辐射通量没有显著影响;③ 地表覆盖的空间组成对地表净辐射通量产生重要影响,全年内林地和裸地所占面积比例对地表净辐射通量的影响最显著,林地所占面积比例是影响和解释地表净辐射通量跨季节差异的最重要和持续有效的因素。该研究加深了关于地表覆盖格局对地表净辐射通量的影响的科学认知,有助于探索城市热岛的形成和演变机制,也可为城市规划和可持续发展提供理论依据和实践指导。     

2000～2010年北京市地表覆盖变化分析

利用地表覆盖产品GlobeLand30数据,对2000～2010年北京市行政区划范围内的地表覆盖变化原因进行综合分析.研究发现:①北京市地表覆盖变化呈地带性变化,具有圈层结构特点及显著的区域差异性;②北京市地表覆盖变化较大,其中,人造地表显著增加,森林亦呈增加态势,而耕地、草地及水体面积则大幅度减少;③引起地表覆盖变化的因素主要包括经济因素和政府政策、人口因素及地形因素等.     

2005-2016年北京中心城区热岛时空格局及影响因子多元建模

城市热岛效应作为城市范围的一种典型气候特征,在近年来受到了广泛的关注。了解城市热岛时空演变及形成原因对缓解城市热环境和提高人居舒适性有着重要意义。以北京市中心城区为例,首先,基于Landsat卫星2005、2010、2016年的热红外影像数据反演得到地表温度,采用均值标准差方法对地表温度进行划分得到多等级的热岛强度,分析城市热岛的空间格局和随时间的演变规律;其次,提取不透水层、植被、裸土和水体4种典型地物类型,统计不同年份下各热岛强度之间的转移信息并计算相关的热力景观格局指数;接着,依据离市中心的距离将中心城区分为30级缓冲区,统计分析每一级缓冲区内各地物类型的面积比例与热岛强度信息。最后,以各地物类型的统计数据,结合离市中心的距离,建立各影响因子与热岛强度之间的多元关系模型,综合分析地物类型和市中心的距离变化对城市热岛的影响。结果表明：北京中心城区整体热岛强度呈逐年增长的趋势,高等级热岛强度的热力斑块面积逐步扩张,热力景观类型的多样性随时间推移呈下降态势。不透水层对热岛强度的影响较大,具体表现为不透水层盖度越高,热岛强度越大;热岛强度随离市中心距离的增大逐渐降低。     

Spatiotemporal evolution of urban land uses in modern urbanization of China

Taking social statistic data as basic data,this paper extended the meaning of urban land uses,highlighted the meaning of urban land uses in modern urbanization,which includes direct,indirect and induced land uses,quantitatively simulated the indirect and induced land uses by the substitution method of agricultural consumption and urban carbon emission and then,analyzed the spatiotemporal evolution of urban land uses in China during 1952–2005 by spatial analysis tool of Geographic Information System. The results indicate that the area of urban land use in China had been increasing since 1952,showing an inversed pyramid structure,i.e.,the directthe indirectthe induced. Specifically,Chinese urban land use has changed from concentrated distribution in Northwest China to balanced spatial distribution,and the eastern coastal area is under great pressure. Moreover,the northeastern region has moved into the induced dominant stage,while the western region remains at the indirect dominant stage. Finally,it is proposed that in order to guarantee the future demand of urban land use in China,ensuring the induced land use in the eastern region should be taken as a priority goal of Chinese developing policy.     

Object-oriented Urban Dynamic Monitoring——A Case Study of Haidian District of Beijing

It is crucial to conduct the land use/cover research to obtain the global change information.Urban area is one of the most sensitive areas in land use/cover change.Therefore land use/cover change in urban areas is very im-portant in global change.It is vital to incorporate the information of urban land use/cover change into the process of decision-making about urban area development.In this paper,a new urban change detection approach,urban dynamic monitoring based on objects,is introduced.This approach includes four steps:1)producing multi-scale objects from multi-temporal remotely sensed images with spectrum,texture and context information;2)extracting possible changed objects adopting object-oriented classification;3)obtaining shared objects as the basic units for urban change detection;4)determining the threshold to segment the changed objects from the possible changed objects using Otsu method.In this paper,the object-based approach was applied to detecting the urban expansion in Haidian District,Beijing,China with two Landsat Thematic Mapper(TM)data in 1997 and 2004.The results indicated that the overall accuracy was about 84.83%,and Kappa about 0.785.Compared with other conventional approaches,the object-based approach was advantageous in reducing the error accumulation of image classification of each datum and in independence to the radiometric correction and image registration accuracy.