河南省雨季降水时空变异特征分析

降水的时空变异分析是认识区域水资源形成与演变的重要方法。时空变异特征分析不仅可以系统地对降水的时间序列进行分析,而且能从空间上把握降水的分布格局。本文将河南省近51年雨季降水资料,结合数字高程模型(DEM),利用回归分析、空间自相关分析、空间插值模拟及交叉验证等,对河南省降水时空变异特征进行分析。结果表明:(1)河南省雨季降水整体来看呈增加趋势,近年来尤为明显;但9月份表现异常,呈下降趋势。(2)月降水量差异明显,最大降水量在7月份,平均达到178.3 mm;(3)在空间上降水呈现出明显的南多北少,东多西少的格局;有明显的集聚特点,在南部以罗山、潢川为中心形成降水丰沛聚集区,北部以辉县为中心形成降水稀少聚集区;林县、栾川和西峡表现为空间例外,明显高于相邻区域的降水量。     

新疆阿克苏河流域降水空间变异特征分析

根据阿克苏河流域降水空间观测数据,其降水稀疏且分布不均匀的特点,选取不同模型对降水空间变化规律进行研究,其结果精确性差异很大。通常应用地统计理论研究降水空间变异性,一般只涉及单个变量,传统的多元回归分析虽然涉及多个变量的影响,但缺乏区域化的空间结构特征。揭示具有协同区域化特征的降水空间变异现象及建立其空间分布模型,既要考虑多元信息的空间位置关系,即同一变量在不同地理位置上的相关性,又要考虑多元信息由于空间重复性引起的协同关系,即同一地理位置上不同变量的相关性。本文用阿克苏河流域范围内的降水观测数据建立析取-协克立格模型,考虑高程变量对降水量空间分布的影响,定量地揭示降水区域化变量的空间变异规律,并将其结果用于降水量的空间最优插值。     

重庆地区夏季降水时空分布特征分析

采用车贝雪夫正交多项式分解方法展开重庆地区夏季降水场,揭示了最近４０年来重庆地区夏季降水时空分布特征。研究结果表明：大部分年份重庆各地夏季降水变化趋势一致;近４０年来重庆地区夏季降水８０年代中期以前有增加趋势,而８０年代后期至今则有减少趋势,洪涝灾害主要集中发生在８０年代,７０年代干旱发生频繁,从８０年代末期开始至今,重庆地区又进入了一个干旱的相对高发期。     

虚拟站点在黑河流域降水模拟中的应用

降水作为气候系统的关键因素,也是影响区域植被生长以及生态变化规律的重要因子。本文针对黑河流域气象站点分布稀疏情况,采用信息熵及半变异函数理论构建该流域虚拟气象站点,并结合部分已有站点对整个流域降水进行插值模拟。信息熵可以计算每个站点降水值所包含的信息,通过联合熵以及条件熵来依次选取所含信息量多的站点,同时结合半变异函数模型来观察各站点之间的空间相关性,以此构建最优站点数据集。利用1991-2003年该流域15个气象台站的年平均降水量作为基础数据,考虑高程、坡度、坡向对降水的影响,对降水进行相关性分析,建立回归方程反演虚拟站点降水值。最后,采用协同克里金（Co-Kriging）与具有漂移的克里金（KED）方法对该流域进行插值,对比插值精度。结果表明,增加虚拟站点有效提高了降水插值精度,在该情况下使用KED方法插值结果与观测值最接近。     

近55年来澜沧江流域降水时空变化特征分析

本文利用澜沧江流域及周边共30个气象站点1960-2014年的逐月降水数据,采用气候倾向率、Mann-Kendall趋势检验、Morlet小波分析、Co-Kriging插值以及重心模型等方法,分析了澜沧江流域降水的时空变化特征。结果表明：① 分析时段内全区、北部和中部年降水量呈现增加趋势,南部年降水量出现减少趋势。春季全区、北部、中部和南部降水均呈增加趋势;夏季均呈减少趋势;秋季全区和南部降水呈现减少趋势,北部和中部呈增加趋势;冬季全区、中部和南部呈下降趋势,只有北部呈增加趋势。② 近55年来,全区包括北部、中部和南部年降水都存在近29年、近22年和5-10年左右的周期,这3个周期在分析时段内表现很稳定,具有全域性。全区、北部和南部还存在明显的13年左右的周期,中部1975年前和1995年后也存在13年左右的周期,北部1975年前存在明显的7-10年的周期,1995年后,7-10年的周期表现也比较稳定。降水量变化的第一主周期是近29年,第二主周期是近22年。③ 澜沧江流域多年平均降水量由南部向北部减少,流域南部降水最多,多年平均降水量在1200 mm以上,中部多年平均降水量处于800~1100 mm,北部多年平均降水量多小于800 mm,大部分在400~800 mm;澜沧江流域年降水重心和月降水重心都集中在中部,其中11月的降水重心迁移距离最大,向东南方向迁移了131.82 km。从季节来看,春季、夏季和秋季降水重心向东南迁移,冬季的向西北方向迁移,雨季降水重心相对比较集中,旱季降水重心相对 比较分散。     

基于GIS的汉江流域水汽输送与降水时空模式研究

水汽输送及降水模式对流域水文模型及水资源研究具有重要意义。汉江流域水资源对南水北调以及下游生态环境有重要影响,研究汉江流域水汽输送和降水的时空分布特征是水文模拟和水资源环境管理的基础。本文利用NCEP/NCAR再分析资料和汉江流域19个气象站点的降水资料,以及GIS数据库和分析工具,分析了汉江流域的水汽通量、可降水量、实测降水量和降水转换率的计算方法;以汉江流域1998年7月的气候再分析资料和降水资料为例,计算并分析了汉江流域1998年7月可降水量与实测降水量的空间分布特征,以及降水转化率的分布特征;探讨了水汽输送、可降水量、实测降水量,以及降水转化率的相关性和空间分布特征。通过分析汉江流域1981-2010年的可降水量和实际降水量的分布表明,汉江流域可降水量与降水量变化趋势基本相同,降水转换率近年有所增加。     

多源融合降水产品SUPER在汉江流域的时空精度评估

当前的多源降水数据融合技术多基于地面雨量站观测进行校正与融合,但地面观测本身存在一定的不确定性,尤其在地面雨量站点匮乏的地区,基于数理不确定性理论的多源降水融合技术可以在不依赖于地面观测数据的基础上确定各降水数据集的误差及其互相关性,逐格点确定最优晴雨分类时间序列,有效提高了融合产品的可靠性。为了评估由该理论框架发展而来的新一代降水数据优化融合产品SUPER(Statistical Uncertainty Analysis-based Precipitation mERging Framework),本研究在汉江流域上游汉中流域以及中游郭滩流域,利用地面高密度雨量站点的观测数据,选取再分析降水数据ERA5(ECMWF Reanalysis v5)、卫星降水产品IMERG(Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM),从不同时空尺度,对比SUPER的精度及性能。结果表明：(1)相比ERA5与IMERG,SUPER产品在日、月两种尺度上均具有更优表现,与地面站点实测降水一致性更高、误差更小、误报率最低、探测成功率最高;(2) SUPER产品在...     

滇池湖滨带植被时空变化及其对滇池总磷浓度的影响

滇池是中国最大的高原淡水湖泊,是长江上游生态安全格局的重要组成部分。自2008年起政府在滇池湖滨带大规模退耕还草还林,以恢复滇池及其湖滨生态。湖滨带植被对滇池总磷浓度的影响是一个长期过程,需要通过遥感长时间连续监测的数据来评价。本文以滇池和滇池湖滨带为研究区,从空间分布、季节差异2个角度,结合入湖河流总磷负荷,研究2005—2018年滇池湖滨植被时空变化对滇池总磷浓度的影响。主要结论如下：① 滇池总磷浓度由湖缘向湖心逐渐降低,并且北部和南部偏高;2005—2018年,滇池总磷浓度呈现显著下降趋势;② 2011—2018年滇池总磷浓度显著减小与湖滨带植被的拦截作用密切相关;③ 2005—2018年滇池湖滨带草本和木本植物面积都显著增加,增加最剧烈的年份是2010—2011年;④ 相比于平水期和丰水期,枯水期NDVI与强影响区总磷浓度负相关关系最强,且木本植物NDVI与强影响区总磷浓度负相关性强于草本。本文利用长时间序列数据评价滇池总磷浓度与其湖滨植被的响应关系,可为滇池湖泊生态恢复提供科学依据。     

青藏高原冬季降水时空分布特征研究

青藏高原冬季降水的气候特征认识对高原冬季雪灾的防御有着重要意义。基于青藏高原54个气象站1971~2010年冬季(12~2月)逐月降水量资料,利用现代统计方法分析了青藏高原冬季降水的时空分布特征及突变现象,利用经验正交函数(EOF)和旋转经验正交函数(REOF)概括出高原冬季降水的6种主要空间分布型以及区域性特征进行分析。结果表明:冬季降水分布不均匀,偏东偏南部降水量相对较多,冬季降水在12月最少,2月最多;EOF对青藏高原地区冬季降水分解为6种模态,全区一致型、南北部型、东西部型、川西型、高原腹地型和西部型模态;EOF第1模态时间系数表明高原大部分地区冬季降水在20世纪90年代有显著增加、且存在14年左右的周期变化特征。REOF分析表明,高原地区冬季降水的局地特征显著,而高原腹地与中东部地区变化特征显示了高原冬季降水的主要变化特征,与EOF分析第1模态的变化特征较为一致。     

西南太平洋海域涡动能时空变异特征

【目的】西南太平洋中尺度涡旋过程十分活跃,其涡动能占据海洋中绝大部分能量,本研究探究该海域涡动能时空变异的调控机制。【方法】从原始能量方程出发,基于1991―2017年ECCO2数据和1993―2018年SLA数据进行涡动能（EKE）时空变异分析,包括EKE的季节变化分析和年际变化分析。【结果和结论】季节变化分析中,发现该海域EKE水平分布在12―3月份呈现低值、垂向影响深度较浅,而6―8月份的水平分布呈现高值、垂向影响深度较深。将西南太平洋EKE高值区域划分为3个区域,即A区域（150°―160°E/28°―36°S）,B区域（150°―160°E/28°―32°S）与C区域（150°―160°E/32°―36°S）。从能量方程出发,对于EKE和正压转换、斜压转换以及对风应力做功进行相关分析。基于EKE季节变异与影响因素的超前-滞后的相关性分析,发现BT是EKE季节变化的主要调控因子,其中,A、C区域分别有0.70和0.58的相关度滞后BT 1个月,B区域有0.53相关度与BT同期变化。针对EKE的年际变化,进行Nino3.4指数、南半球环状模指数以及水平流速垂向剪切信号与EKE年际...     

一种逐级合并OD流向时空联合聚类算法

现有OD流向聚类多将O点和D点相分离或者将OD流向看作4维空间的数据点进行聚类处理,忽视了流向长度、方向、时间对流向聚类的影响。本文以流向作为研究对象,提出一种基于流向间相似性度的逐级合并OD流向时空联合聚类算法。首先在充分研究OD流向的空间信息和时间信息的基础上,构建合理的OD流向间时空相似性度量方法,对OD流向间的时空相似性进行量化;然后提出逐级合并OD流向聚类策略,优化类簇合并的顺序,以减少层次聚类的时间开销,实现OD流向的时空联合聚类。以成都市的滴滴出行OD数据和纽约市出租车数据为例对本文方法进行了验证,结果表明：① 本算法聚类获得的流向类簇不仅带有空间特征还具备时间特征;② 在不同参数下本方法可以得到不同时空尺度的聚类结果;③ 与现有较高水平的流向聚类算法相对比,本文方法的聚类效果更好。这体现在流向类簇内部的流向之间有着充分的相似性,以及本文方法不仅可以提取出显著的流向类簇,还可以提取出非热点区域之间的流向类簇。本算法顾及空间因素和时间因素,可以通过调整时空相似性度量方法中的时间参数和空间参数以实现不同时空尺度的流向聚类,这使得从不同时空角度研究城市居民出行模式成为可能。本文提出的OD流向时空联合聚类算法从联合时间信息和空间信息的角度获得对运动数据的新见解,有助于合理全面地研究居民的移动模式、区域之间的空间联系、已知出行结构的确定以及出行目的的探索,是后续一系列分析工作的基础。     

北京主城区伪基站时空规律分析

随着公众移动通信的快速发展,伪基站的泛滥不仅破坏正常电信秩序,危害公共安全,而且严重损害群众财产权益,侵犯公民个人隐私,已成为社会一大公害。如何从垃圾短信大数据中挖掘出伪基站活动的时空规律,寻找有效的防控方案,从源头上进行打击和治理成为管理部门和研究者共同关注的焦点。本文基于北京市垃圾短信数据,利用非负矩阵分解的方法分析伪基站的时空分布规律;并利用TF-IDF构建垃圾短信分类模型,对垃圾短信进行分类,结合土地利用数据,分析伪基站在发送不同类型垃圾短信时的时空分布规律。结果显示：北京市垃圾短信多分布于路网和中心城区;白天垃圾短信数量远远多于晚上;垃圾短信的分布随时间的推移沿着路网逐渐向内收缩;发送不同类型垃圾短信的伪基站的时空分布具有一定的差异;通过非负矩阵分解得到的结果,与垃圾短信分类后得到的结果有很好的匹配。研究表明,非负矩阵分解具有实现上的简便性、分解形式和分解结果上的可解释性等优点,可以有针对性的为有关部门建言打击伪基站的有效方案,对于伪基站违法行为的治理具有一定的意义。     

江淮梅雨期各类降水的变化分析

为了揭示江淮梅雨降水量的长期变化规律,利用1957~2008年中国740站逐日降水资料,使用线性倾向估计、小波分析等方法,在将日降水划分为小雨、中雨、大雨、暴雨和大暴雨5类降水的基础上,重点分析了江淮梅雨期间上述5类降水的趋势变化特征,结论如下:暴雨频率、暴雨强度是决定江淮梅雨降水多寡的主要内在因子;小雨、中雨的频率及其对梅雨量的贡献率的趋势变化在1970年代中期发生了显著的年代际变化,即由1970年代中期前的显著上升趋势改变为其后的显著下降趋势;大雨及其以上等级降水的频率、贡献率的趋势变化特征并不显著。     

中国艾滋病空间格局和时空演化分析

探索艾滋病疫情的空间格局和时空演化特征,发现其分布和流行规律,对促进艾滋病防控工作具有重要意义。本文基于1997—2016年中国艾滋病省级发病率资料,利用空间自相关技术探测艾滋病疫情的空间格局,并使用重心轨迹迁移算法进行时空演化分析。结果表明：中国艾滋病疫情在省级尺度上具有较强的空间依赖性。1997—2016年,中国艾滋病疫情的全局空间关联程度从弱变强,而且存在进一步强化的趋势;疫情总体呈现“南重北轻,中部过渡”的空间格局,可将中国艾滋病发病率在局部发生空间自相关的区域划分为以内蒙为代表的北方疫情冷点片区和以广西为代表的南方疫情热点片区;中国艾滋病疫情的总体流行程度不断加深,且具有明显的地域差异性,在空间上表现为非均衡增长。因此,今后的艾滋防控工作必须在传统预防手段的基础上注重疫情扩散的时空规律,重点加强对疫情热点区域和高风险传播方向的管控,以达到区域协同、精准防控的目的。     

Hydrological Simulation Using TRMM and CHIRPS Precipitation Estimates in the Lower Lancang-Mekong River Basin

Satellite-based products with high spatial and temporal resolution provide useful precipitation information for data-sparse or ungauged large-scale watersheds. In the Lower Lancang-Mekong River Basin, rainfall stations are sparse and unevenly distributed, and the transboundary characteristic makes the collection of precipitation data more difficult, which has restricted hydrological processes simulation. In this study, daily precipitation data from four datasets(gauge observations, inverse distance weighted(IDW) data, Tropical Rainfall Measuring Mission(TRMM) estimates, and Climate Hazards Group InfraRed Precipitation with Stations(CHIRPS) estimates), were applied to drive the Soil and Water Assessment Tool(SWAT) model, and then their capability for hydrological simulation in the Lower Lancang-Mekong River Basin were examined. TRMM and CHIRPS data showed good performances on precipitation estimation in the Lower Lancang-Mekong River Basin, with the better performance for TRMM product. The Nash-Sutcliffe efficiency(NSE) values of gauge, IDW, TRMM, and CHIRPS simulations during the calibration period were 0.87, 0.86, 0.95, and 0.93 for monthly flow, respectively, and those for daily flow were 0.75, 0.77, 0.86, and 0.84, respectively. TRMM and CHIRPS data were superior to rain gauge and IDW data for driving the hydrological model, and TRMM data produced the best simulation performance. Satellite-based precipitation estimates could be suitable data sources when simulating hydrological processes for large data-poor or ungauged watersheds, especially in international river basins for which precipitation observations are difficult to collect. CHIRPS data provide long precipitation time series from 1981 to near present and thus could be used as an alternative precipitation input for hydrological simulation, especially for the period without TRMM data. For satellite-based precipitation products, the differences in the occurrence frequencies and amounts of precipitation with different intensities would affect simulation results of water balance components, which should be comprehensively considered in water resources estimation and planning.     

政府严控期我国地级市COVID-19疫情的时空集聚、演变及自相关效应研究

突发性重大公共传染性疫情在地级城市层面政府严格防控时期的时空演变特征能够有效反应我国综合应急防控能力.基于中国2020年1月24日-3月5日312个城市的COVID-19累计确诊数、现有确诊数、治愈数等统计数据,采用ESDA、优化的热点分析、空间马尔科夫链、空间面板数据模型等方法分析了政府严控期COVID-19疫情在3...     

基于时空域的全空间数字世界时空对象组织与管理研究

全空间数字世界是在计算机系统中由描述现实/虚拟世界各种实体与要素的时空对象数据所构成的综合数据体,是一种对从宏观到微观的现实/虚拟世界的对象化数据描述。传统GIS对地理空间数据的分块与分层管理方法,无法满足全空间数字世界中复杂、动态、关联的时空对象组织与管理的需要,因此,本文研究提出了一种基于时空域的全空间时空对象组织与管理方法。在分析了全空间数字世界的概念、内容和特点的基础上,提出了时空域的基本概念,明确了时空域的数据组织方式和本质特性;建立了面向时空域的子时空域、时空对象类、对象关系类和时空域时空对象生命周期序列的时空对象数据组织体系和管理方法,并进行了时空域数据的存储与管理实验,验证了基于时空域的全空间时空对象组织与管理方式在管理全空间数字世界中的实用性和可行性,为后续示范应用场景中时空对象的生成与处理、检查与校验、可视化与输出提供底层支撑。     

2002~2020年刚果河流域陆地水储量变化分析

利用德克萨斯大学空间研究中心（CSR）发布的GRACE时变重力场模型,基于最大信噪比准则确定RL06球谐系数模型（spherical harmonics,SH）的最优高斯滤波半径,在此基础上反演2002-04~2020-05刚果河流域陆地水储量变化,结合水文与降雨、蒸散资料分析其驱动因素。研究结果表明,GRACE模型估计的刚果河流域水储量变化和水文模型估计的地表水储量变化的周年振幅一致,表明刚果河流域的陆地水储量周年变化驱动因素为地表水。对于年际变化,2002-04~2020-05陆地水储量变化呈轻微增加趋势,2002-04~2006-12明显减少,RL06 SH模型估计结果为-2.30±0.24 cm/a;2007-01~2010-12呈现增加趋势,为0.38±0.24 cm/a;2011-01~2020-05水储量增速变大,为0.92±0.12 cm/a,该结果与CSR Mascon估计结果一致。