基于高光谱数据的戈壁地表砾石粒径反演研究

戈壁地表砾石粒径组成特征反映戈壁形成过程信息,且在很大程度上决定戈壁改造利用的难易,是开展戈壁研究的基础和前提。结合高光谱数据的微分变换,遴选出砾石粒径的敏感波段与反演方程,进行戈壁地表砾石粒径反演研究。结果表明：微分变换后的砾石光谱反射率与粒径有较好相关性,相关性最好的波段为908nm、983nm和985nm。其中,对数倒数微分变换之后的反射率与粒径成正相关（R² =0.61）,而一阶微分、平方根微分、对数微分3种变换形式之后的反射率与粒径呈负相关,相关系数分别为-0.633、-0.646、-0.649。将一阶微分变换后的光谱数据与粒径进行回归分析,发现一元三次回归模型具有较好的拟合精度,其中对数微分在回归分析中表现最好（R² =0.851）,经过验证得出对数微分预测精度（75.27%）高于其他4种微分形式的精度,表明砾石光谱的对数微分变换之后的908nm波段可应用于戈壁地表砾石粒径的反演。     

基于高光谱影像数据的戈壁表面砾石粒径定量反演潜力评估

在新疆哈密境内的噶顺戈壁选取样地,采集不同粒径砾石的光谱数据,分析光谱吸收特征,并利用光谱混合分析技术,以地物光谱为端元从EO-1 Hyperion 高光谱影像中提取了不同粒径的丰度图,分析戈壁表面砾石与高光谱影像的相关关系。结果表明:获取的地物光谱特征显示出粒径的差异对光谱具有明显的影响。所有光谱都展现出在2 250 nm处具有Al–OH 的吸收特性,而且粒径d=41 cm的吸收特性比其他粒径都更显著。而与更小粒径相比,粒径d=53 cm和d=83 cm在480 nm和920 nm处具有较弱的Fe³⁺ 吸收特性。粒径d=0.8 cm(R²=0.637)、d=3.4 cm(R²=0.687)、d=16.3 cm(R² =0.644)及d=41 cm(R²=0.622) 与相应的丰度影像具有显著相关性,而粒径d=53 cm(R²=0.181)和d=83 cm(R²=0.167)与相应的丰度影像相关性不显著。EO-1高光谱影像适用于对戈壁区砾石分布特征的确定,在进一步的研究中将高分辨率影像与高光谱影像相结合,可以提高判别精度。     

利用主成分分析法提取绿洲水体专题信息的研究

水资源对于以荒漠为背景的绿洲具有极其重要的作用,及时掌握绿洲水体的动态变化定量信息,对于合理调控绿洲区域生态环境,可持续发展区域经济活动具有重要意义。针对塔里木盆地南部特有的极端干旱地区,选择策勒绿洲为重点研究靶区,采用主成分分析方法,提取1990和1998年两幅卫星图像中水体专题信息。与以往方法相比,该方法不仅可有效避免常规分类法中存在的误差累积,结果出现较多伪变化信息的缺陷;亦可减小辐射差异对光谱比较法的极大限制,从而直接获得水体变化信息,实现过程简单、清楚,可操作性强。     

基于数字图像的中国西北地区戈壁表面砾石形貌特征研究

中国戈壁面积约66.08万km²,超过了流动沙丘和半固定沙丘的面积之和,但目前对戈壁沉积特征的研究程度相对较低。本文采用ImageJ软件,对中国西北地区戈壁原位无干扰的表面数字图像进行量算,获取了砾石覆盖度、粒径、磨圆度和形状比率等形貌参数。结果表明：中国西北地区戈壁表面的砾石覆盖度介于31.5%～84.6%,以中覆盖度为主,70%的戈壁属于空气动力学稳定表面;90%以上的戈壁表面砾石平均粒径为细砾和中砾。不同区域戈壁表面砾石磨圆度的平均值介于0.50～0.76,形状比率变化范围在1.38～2.46。戈壁表面砾石形貌特征与其成因类型密切相关：以剥蚀（侵蚀）-洪积作用为主形成的戈壁,砾石粒径较粗、形态比率较大、磨圆度低、覆盖度较高;以冲洪积为主形成的戈壁,砾石粒径和形态比率变小,磨圆度变好而覆盖度降低。砾石形貌特征可为追溯戈壁物源区和反演沉积物的搬运堆积过程提供参考。     

基于主成分分析法的江苏省土地利用综合分区研究

在回顾国内外关于土地利用分区研究的基础上,以县市为研究单元,从土地资源利用的结构、投入、产出、生态、动态和潜力等6个方面,遴选出25个指标,组成区域土地利用分区的综合指标评价体系,借助SPSS软件,利用主成分分析法,对江苏省各县市的土地利用程度进行综合评价。结果表明:江苏省县市土地利用程度呈现明显的城乡差异和南北区域不平衡,经济发达的县市,土地利用的综合水平相对较高,并由南向北逐渐递减,梯度差异地域特征显著;参考综合自然条件、土地利用特点和区划单元空间位置的连续性,将江苏省划分为3个一级土地利用区域,即江南地区、江淮地区和淮北地区;并进一步划分为环太湖地区、宁镇山地丘陵地区、江淮沿江地区、江淮沿海地区、里下河平原地区、淮北沿海地区和沿黄河故道地区等7个二级土地利用区域。     

基于遥感影像识别的戈壁分类体系研究

戈壁是中国西北干旱地区的一种主要地表景观类型。由于戈壁所处地带自然条件恶劣,人烟稀少,不便于实地调查研究的开展,所以目前关于戈壁的研究资料非常少,就现有为数不多的研究来看,现有戈壁类型划分存在交叉问题,难以将戈壁分清,且分类没有从全局考虑。为了促进戈壁研究的规范化,本文首先对戈壁进行明确定义,然后从戈壁分布的气候区、动力条件、地貌特征、地表物质组成、植被、水文与土壤等7个方面,对戈壁内涵进行界定。同时,本文在参照现有戈壁分类基础上,从戈壁的形成原因、地表物质组成与植被盖度角度,分三级建立了一套既考虑戈壁区生态保护与利用,又易于遥感影像识别的戈壁分类体系,对每一级每一类戈壁在影像上表现的特征以及通过遥感影像如何提取进行了较为详细的阐述。     

戈壁砾石覆盖度与风蚀强度关系实验研究

戈壁表面的砾石覆盖度对风沙物质的运移有不可忽略的影响,在极端干旱区砾石覆盖是防沙治沙的重要手段。通过风洞实验模拟了阿拉善戈壁区砾石覆盖度与风蚀强度的关系。结果表明,当因地表风化作用等产生的松散颗粒物被吹蚀后,不同地点、不同样品之间风蚀强度有明显的差异,因而砾石覆盖度与风蚀强度之间的相关关系并不显著;但数据标准化后则表明,当砾石覆盖度在40%以下时,随砾石覆盖度的增加风蚀强度也有所增大。戈壁地区的风沙运动中,在砾石覆盖度小于40%条件下,不同风速下风蚀强度的变异系数是不同砾石覆盖度下的风蚀强度的变异系数的2倍左右。在极端干旱的戈壁区,影响风蚀强度的因素十分复杂,砾石覆盖度增大不仅不能控制风蚀现象的发生,反而增强气流对地表的风蚀能力,这一因素可能是阿拉善高原戈壁区成为中亚强沙尘暴主要源地的重要原因之一。     

中国沙漠、沙地及砾质戈壁现状的遥感研究

根据一系例地表景观指征将沙漠、沙地分为流动、半流动、半固定和固定四种类型.据此标准以TM影像为信息源,在全数字方式下运用遥感技术与地理信息系统技术结合建立了我国1:10万比例尺的砾质戈壁和沙漠、沙地空间数据库.通过分析得出:2000年全国有砾质戈壁387,347km2,有沙漠、沙地1,242,301 km2,其主要以流动沙(丘)地为主,占41.46%;其次是半流动和半固定沙(丘)地,分别占24.21%和20.38%;固定沙(丘)地最少,仅占13.94%.全国沙漠、沙地分布在28个省区的719个县市的不同生物气候带,有62.33%分布在极干旱区,以流动与半流动类型为主;有21.94%分布在干旱区,固定半固定类型超过流动半流动类型之和.有8.78%分布在半干旱区,也以固定半固定类型为主.有6.78%分布在半湿润区,绝大部分是固定类型.有0.15%分布在湿润区,以固定半固定为主,但流动类型比例高于半流动与半固定类型.     

基于主成分分析法的土地利用/覆被变化驱动力研究

分析1990-2007年山东省胶南市土地利用/覆被变化情况,为进一步确定土地利用/覆被变化的驱动因子,选取GDP、农业人口比重和固定资产投资等33个社会经济指标,借助SPSS进行相关分析和主成分分析,将胶南市的土地利用/覆被变化驱动因子概括为人口和经济发展、城镇化水平、产业结构优化、农业生产条件4个主要驱动因子,为政府制定土地利用规划和土地保护政策、优化土地利用结构提供借鉴.     

基于主成分回归分析法预测中国铁矿石需求

在论述铁矿石需求预测途径的基础上,选取影响我国铁矿石需求的8个基本因素,采用回归分析方法进行了铁矿石需求的单因素分析.单因素分析结果表明,选取的8个基本因素与铁矿石需求的相关度基本都大于0.9.对8个基本影响因素进行了主成分分析,最终降维为4个主成分.将主成分分析方法与回归分析方法相结合,建立了铁矿石的需求预测模型,并对我国2015年和2020年铁矿石的需求量进行了预测,分别为29.76亿t和26.68亿t.     

基于核主成分元胞模型的城市演化重建与预测

通过元胞自动机(CA)模拟和重建城市演化的复杂非线性过程,对于城市土地利用规划和决策具有指导意义。利用传统线性方法获取的地理CA转换规则,较难刻画城市演化的时空动力学过程。基于核主成分分析方法(KPCA),通过核函数映射,在高维特征空间下不仅能够对多重共线的空间变量进行非线性降维,且由此建立的地理元胞模型KPCA-CA参数物理意义明确,能够较好地体现城市化过程的非线性本质。基于GIS环境下自主研发的地理模拟框架SimUrban,利用该KPCA-CA模型模拟和重建了快速城市化区域上海市嘉定区1989-2006年城市演化过程,并预测了研究区2010年的城市空间格局。模拟结果显示,嘉定区城市主要沿中心区域及主干道路而扩展,体现了KPCA方法提取的前两个主成分的作用,与城市实际发展情况相符。利用混淆矩阵和面积控制精度等指标,对模拟结果进行了评价,得到总体精度为80.67%、Kappa系数为61.02%,表明模拟结果与遥感分类结果及统计结果符合程度较好;与传统基于线性方法的地理CA模型比较,KPCA-CA模型模拟结果精度更高。     

戈壁沙砾质地表沉积物全粒径分布模式及其对分选作用的指示意义

戈壁地表沉积物组分呈多峰态分布的特征,研究其全粒径分布模式是认识戈壁成因及形成过程的基础。目前粒度分布模式(对数正态分布、Weibull分布等)难以正确表达呈多峰态的沉积物粒度分布特征,本文利用单调递减函数P(d_i)=Cd_i^-μexp(-d_i/Dc),对戈壁地表沉积物粒度的全粒径分布模式进行解析。结果表明:(1)该函数能够反映出戈壁地表沉积物组分的全粒径分布特征,拟合优度R^2>0.99,参数C值范围为52.64～166.75,μ为-0.083～0.108,Dc为0.103～2.336;(2)在分选作用下,以富沙组分为主的戈壁地表,跃移组分含量高,μ值、Dc值偏小,以富砾组分为主的戈壁地表,蠕移及风蚀残余组分含量高,μ值、Dc值偏大;(3)全粒径分布模式参数值可以揭示洪积扇戈壁的分选沉积特征,为解析戈壁地表的成因以及风蚀风积作用提供新的指标参数。     

50年来新疆粮食增产因素的主成分分析

用主成分分析的方法研究新疆建国以来粮食增产的主要因素的贡献率。总结出新疆粮食增产不同阶段的相应特点：1949～1967年为面积推动阶段;1968～1974年为面积稳定与水利联合推动阶段;1975～1995年为单产提高与化肥联合推动阶段;1996～2001年为农机与水利联合推动阶段。由此总结出各要素的相互协调配合是粮食产量进一步提高的关键。在上述分析的基础上提出新疆粮食生产发展趋势是提高单产;大力发展节水农业;发展后续加工业。加快市场化进程。     

砾石直径和补灌量对砂田西瓜根系分布的影响

采用剖面取样分析方法对砂田西瓜4种补灌量（0 mm,23 mm,4 mm 5和68 mm）和三种粒径（2~5 mm,5~20 mm和20~60 mm）砾石覆盖及不覆盖对照的根系分布进行了研究。结果表明,砂田西瓜有一个发达的根系,根系最长可扩展到1.5 m的深度,但83%以上的根系集中在1 m以上的土层,西瓜田覆盖砾石比对照的根系长度密度增加75%以上。砾石直径20~60 mm的覆盖处理,RLD显著高于2~5 mm直径的处理,降雨量较高的2002年,顶部50 cm土层有更多的根系,降雨量少的年份,下部土层的根系明显增多,但整个土层的总根系长度低于降雨较多的年份。2001年补灌45 mm和68 mm处理的根系长度密度明显高于不补灌的处理,但2002年随补灌量的增加,下部土层根系长度密度减少。降雨少的2001年,补灌增加了西瓜根系的长度密度、蒸散量、产量和水分生产率,而降雨多的2002年,补灌后根系长度密度减少,水分生产率降低。不同直径的砾石覆盖,产量没有显著差别,但由于大粒径砾石覆盖增加了土壤蒸发,虽然根系长度密度增加,但水分生产率降低。结果说明,砾石直径、降雨和补灌量对砂田西瓜的根系分布有明显的影响,用5~20 mm粒径砾石覆盖,并保持适度的水胁迫不仅有利于根系的扩展,而且能提高西瓜的水分利用率。     

不同扰动方式对沙砾质戈壁地表风蚀量的影响

通过野外风洞实验,测定了不同破坏方式、破坏面积和风速下的沙砾质戈壁风蚀量。结果表明：不同破坏方式引起的风蚀量不同,扰动强度越大造成的风蚀量越多;相同扰动方式下连续破坏造成的风蚀量稍高于间隔破坏。风蚀总量随破坏面积的增大而增加,且服从指数函数。风速为8～10 m·s^-1时,扰动的戈壁地表以轻微侵蚀为主;10～12 m·s^-1 是风蚀量增幅最大阶段;当风速大于 12 m·s^-1时,以强烈风蚀为主。风沙流中沙物质的主体是细沙和极细沙,在20 cm高度范围内,自风沙流下层至上层细沙含量比较稳定,极细沙含量逐渐降低,中沙含量逐渐上升。     

一种基于AMSR-E的地表温度半经验反演模型

基于被动微波辐射传输方程,结合De Jeu建立的透过率与微波极化差异指数的通用关系式,以及Smiths建立的地表温度与大气总可降水量的经验关系,构建了一套基于AMSR-E影像的地表温度半经验反演模型,该模型无需借助其他辅助数据,便可从AMSR-E 6.9GHz和10.7GHz两个波段的亮度温度模拟得到地表温度变量。对2009年我国地表温度进行实例模拟和验证,结果显示,该地表温度模型的平均反演精度达到2.54℃（R2=0.79）,是一种简单有效的被动微波遥感地表温度模拟方法。