蒙古国夜间灯光数据的适用性分析

夜间灯光数据为城镇化和区域发展监测提供了强有力的数据和技术支撑,但其具体适用性还有待进一步探讨。基于GIS及遥感技术,通过对DMSP/OLS和NPP/VIIRS数据进行校正获取1992―2018年蒙古国夜间灯光数据,分析了夜间灯光数据对欠发达国家研究的适用性。研究结果表明：(1)蒙古国夜间灯光在首都城市群集聚效应明显,呈现“中北部集中,铁路沿线增长较快”的空间格局;灯光总值在2010年之后呈现明显增长的趋势,表明电力供应实现快速、稳定增长。(2)空间尺度越大,夜间灯光数据适用性越强、对社会经济活动的估算精度越高;在同一省级尺度上,只有当城镇化率大于30%并且人口未大量流失时夜间灯光数据才与人口数量有正相关性,否则呈负相关或不相关。(3) NPP/VIIRS监测到的定居点数量多于DMSP/OLS,稳定的电力供应是定居点是否被监测到的关键。     

基于遥感数据和POI数据的GDP空间化研究 ——以北京市为例

为了比较分析不同数据对格网化社会经济活动空间分布精度差异性的影响,以北京市为例,基于土地利用数据对第一产业空间建模,基于NPP/VIIRS夜间灯光数据和POI数据运用熵值赋权和代用数据空间展布的方法对第二、三产业空间建模,将第一产业和第二、三产业进行格网叠加,并与辖区GDP统计数据进行误差分析。结果表明:借助土地利用数据、NPP/VIIRS夜间灯光数据和POI数据的GDP空间模拟结果与真实分布格局较为一致,而使用土地利用数据和夜间灯光数据进行GDP空间化模拟的精度明显降低。因此,将反映细节信息的POI数据加入到GDP空间化研究后,能够进一步扩展GDP空间化的数据源,提高GDP空间化模拟精度。基于土地利用数据、NPP/VIIRS夜光数据和POI数据可以实现较高精度的GDP空间化模拟。     

土壤厚度的空间插值方法比较——以青海三江源地区为例

利用青海三江源地区533个土壤剖面中的厚度数据, 在GIS技术的支持下, 采用确定性内插(反距离加权、全局多项式、局部多项式和径向基函数)和地统计内插(普通克里格、简单克里格、泛克里格和协同克里格)两类共八种插值方法对研究区土壤厚度的空间分布进行了预测, 并综合比较了各种插值方法的预测误差、统计特征值和插值结果分布图。结果表明:(1)在地统计内插方法中, 普通克里格方法(一阶)插值效果比普通克里格方法(二阶)要好;在普通克里格方法(一阶)的半方差函数模型中, 球状模型的插值效果优于指数模型和高斯模型;普通克里格方法在四种地统计内插方法中预测误差最小、预测结果准确性最好。(2)确定性内插方法中, 反距离加权(指数为1)法的误差较小, 并且对区域与局部趋势的反映效果最好。(3)从预测误差大小和对区域总体及局部趋势的综合反映效果来看, 有异向性的球状模型普通克里格(一阶)插值方法预测结果最能准确反映青海三江源地区土壤厚度的空间分布。     

基于POI与NPP/VIIRS灯光数据的城市群边界定量识别

科学识别城市群边界是城市群精明紧凑发展的关键,也是国家空间治理体系与空间治理能力的重要标志。论文以京津冀、长三角和珠三角3大城市群为研究区域,采用NPP/VIIRS(Suomi National Polar-orbiting Partnership / Visible Infrared Imaging Radiometer Suite)夜间灯光影像与POI(Point of Interest)数据,基于密度的曲线阈值法与分形网络演化算法,对3个城市群的实际物理边界和集聚空间范围进行精准识别与空间特征解析。研究结果表明：① 基于POI密度的曲线阈值法与NPP/VIIRS分形网络演化算法识别出城市群边界均小于国家城市群规划的行政边界,识别范围约占规划范围的20.90%~24.40%,识别结果显示3大城市群中长三角城市群发育最好,识别的城市群面积是京津冀和珠三角城市群的2倍左右;② 从POI与NPP/VIIRS灯光数据提取的城市群边界面积非常接近,其中POI数据提取的城市群面积偏大,更大程度上反映的是城市群整体边界轮廓而非内部细节;NPP/VIIRS影像提取的城市群更细碎,能更好地识别城市群聚集中心与关键核心区域,2种方法可以相互比较和验证;③ POI与灯光数据识别的城市群边界叠置分析发现,3大城市群中除了关键核心地带(集聚区)以外,外围还有众多孤立的点状区域(中小城镇),外围的点状区域与城市群集聚中心区空间割裂,一定程度上很难快速有效地接受来自城市群核心区域的辐射带动(涓滴效应)。     

顾及风向和风速的气温空间插值方法

当前气温插值方法多将高程、经纬度等作为影响因素,无法解决风向、风速对气温空间分布的影响问题。该文提出一种顾及风向和风速的气温空间插值方法:1)根据气象观测站点的风向、风速数据进行插值,生成连续的风场表面;2)基于该风场数据利用高斯扩散模型构建成本表面;3)利用Dijkstra最短路径算法计算观测点与待求点的累计移动成本最短路径(SPOCMC);4)将SPOCMC作为协变量进行薄盘光滑样条插值以实现气温插值。为验证该方法的有效性和可靠性,选取山东省109个气象观测点样本数据,以SPOCMC、DEM和SPOCMC-DEM分别作为协变量对气温数据进行薄盘光滑样条插值,结果显示:SPOCMC-DEM法的MAE和RMSE均值(分别为0.517、0.779)略低于SPOCMC法(0.583、1.016),显著低于DEM法(0.809、1.231),表明添加SPOCMC作为协变量可有效提高气温空间插值的准确性。在江苏省与贵州省的插值实验结果证明了该方法的普适性。     

秦岭主脊区年降水量空间插值最优方法研究北大核心CSCD

利用ARCGIS软件,以研究区多年平均年降水量为数据源,开展以下研究:(1)采用反距离权重法、普通(泛)克里金法、样条函数法和趋势面法进行直接内插。(2)利用降水量随海拔递增率,再次利用以上方法进行插值。(3)分析站点数量的变化对插值精度的影响。(4)分析插值空间尺度变化对插值精度的影响。针对插值结果,使用交叉验证法来评估插值方法的优劣,旨在找出研究区年降水量空间插值的最优方法。结果表明:(1)研究区多年降水量与纬度呈现出很好的负相关,与其他各地理环境因子相关性很差或无相关性。(2)考虑降水随海拔的递增率后,研究区南坡西段和研究区海拔<600 m和>800 m的大部分观测站的空间内插精度得到有效提高,其它区域以及其它海拔区间的插值精度反而降低,因此使用单一线性数据作为整个研究区降水随海拔的变化率不够科学和严谨。(3)在缺少研究区不同剖面降水观测资料的情况下,权重为0.001的正规则样条函数法是最优插值方法。(4)像元尺度在50~1 000 m间的变化对降水插值的不确定影响甚微;插值精度与选取的插值点个数无明显相关性,当站点个数为20个时,插值精度最高。     

夜间灯光数据和兴趣点数据结合的建成区提取方法

提出一种夜间灯光数据和兴趣点(POI)数据相结合的建成区提取方法,根据NPP/VIIRS影像的亮度、纹理信息和POI数据的密度信息,分别利用阈值法对两种数据进行建成区提取,并应用数学形态学方法对提取结果进行融合。该方法利用POI数据位置准确、与建成区分布高度相关等特点,有效弥补了夜间灯光数据分辨率较低与灯光溢出问题,获取到较为准确的建成区边界。选取深圳、广州和惠州3个不同形态的城市,将该文方法与其他方法的提取效果进行对比,证明该方法提取精度较高,适用于市级尺度的精细化城市建成区提取和城市扩张研究。     

A Computer Interpolation Method for Drawing Curves of Grain Size Distribution Data

张力样条是在三次样条函数中加入张力系数而构成。根据相同的粒度数据用两种方法在计算机上所作的粒度分布曲线图形的对比,显示出张力样条方法比三次样条方法有明显的优越性,它消除了插值曲线的不必要的摆动,在保持曲线平滑的前提下,能更准确地表达沉积物的粒度特征。用张力样条结合将离散点连成光滑曲线的阿克玛方法进行插值,使复杂的粒度分布曲线的插值同时保持准确性和平滑性,在沉积物粒度的数据的计算机处理方面有明显的意义。     

基于地形高程的云南省降雨量空间插值方法研究

以云南省1961-2010年多年平均降雨量和云南省数字高程模型为基础数据源,通过对降雨数据的分析,将数字高程模型作为影响降雨强度的主要因素,引入到降雨量空间预测的多元地理统计中,并利用协同克里格算法构建降雨强度与地形高程之间的数学关系模型,对云南省年平均降雨数据进行空间插值模拟。插值结果与距离权重法、一阶局部多项式法、二阶局部多项式法、样条函数法、普通克里格法等其他5种空间数据插值方法进行对比与分析,并通过分析各个交叉检验统计量来验证评估数据的误差,从而选取出最优的空间插值方法。结果显示,普通克里格法和协同克里格法对降雨量空间插值的效果和精度高于反距离法、局部多项式法和样条函数法,而协同克里格法由于考虑了地形高程对降雨量的影响,具有更好的插值效果,因而更适合山地降雨数据的空间插值。     

一种基于超曲面样条函数的三维空间插值方法

将二维曲面样条函数插值法进一步引申,提出一种基于超曲面样条函数进行三维空间插值的新方法,介绍超曲面样条函数的构造方法,给出利用该方法进行三维空间插值的数值实现过程。最后以插值形成三维空间规则数据场为例,证明利用超曲面样条函数法进行三维空间插值的可行性和准确性。     

NPP-VIIRS热红外数据地表温度反演方法研究

地表温度作为监测陆地表面与大气变化的重要参数,对于研究地表能量平衡和全球气候变化具有重要作用。可见光红外成像辐射仪套件（Visible Infrared Imaging Radiometer Suite,VIIRS）是搭载在新一代对地观测卫星NPP上的一个重要传感器。与其他传感器相比,VIIRS拥有更高的空间分辨率。分裂窗算法是反演地表温度最常用的方法,主要是利用两个热红外通道来反演地表温度,经过多年的研究和改进,发展了多种形式的分裂窗算法。由于过去很少有人利用VIIRS数据对多种分裂窗算法进行对比分析,因此利用VIIRS传感器上M15和M16两个热红外通道数据计算辐亮度和星上亮温,采用多种形式的分裂窗算法反演获得多组地表温度数据,再利用海拉尔野外观测站点的实测数据对结果进行验证,对比各算法精度,得到反演精度较高的算法。结果显示PR84算法的反演误差最大达到1.8 K,其余各算法反演地表温度的RMSE都在1.5 K以内,算法中加入二次项和水汽项可以提高算法精度,其中BL95的算法精度最高达到了1.23 K。研究结果表明,BL95算法更适用于VIIRS热红外数据地表温度反演。     

大都市城乡融合区空间演进及内在关联性测度——基于武汉市夜间灯光数据

大都市城乡融合区时空演变及其内在空间关联性研究对避免城市低效蔓延式发展、实现空间结构协同和精明增长有重大意义。论文以武汉市城乡融合区为研究对象,基于NPP/VIIRS夜间灯光强度表征都市要素配置及运行效率和效益,利用引力模型测度2016—2018年各城乡融合区空间关联强度,分析各城乡融合区空间联系势能时空演变趋势和社会经济区位度变化。研究结果表明：① 武汉市城乡融合区面积在2016—2018年间扩大了28.10%,小斑块区域逐渐整合,区域发展连续性增强,总体向西北方向扩展最为显著;② 武汉市城乡融合区之间的空间联系网络结构整体上趋向“多中心”分布,这一过程源于各城乡融合区的经济发展水平、城镇化发展规模和交通通达性变化,东湖新技术开发区、中法武汉生态示范城、武汉临空经济区等在此过程中是各城乡融合区的区域发展引擎;③ 武汉市城乡融合区空间联系强度整体上逐年上升,空间联系整体格局从武洪区和江夏区的“大小中心”结构过渡到江夏区—武洪区—蔡汉区—江黄区—江硚东区的“外围圈层式”结构,但洪山区和江夏区作为武汉市城乡融合区中心区域,未能形成多方向空间辐射力和吸引力,对其他地区的带动明显不足;④ 各城乡融合区社会经济区位度变化显示,现行武汉市都市发展区规划实施成效在北部、西部和东北部城乡融合区较为显著。     

Spatio-temporal variations and influencing factors of energy-related carbon emissions for Xinjiang cities in China based on time-series nighttime light data

This essay combines the Defense Meteorological Satellite Program Operational Linescan System(DMSP-OLS) nighttime light data and the Visible Infrared Imaging Radiometer Suite(VIIRS) nighttime light data into a “synthetic DMSP” dataset, from 1992 to 2020,to retrieve the spatio-temporal variations in energy-related carbon emissions in Xinjiang,China. Then, this paper analyzes several influencing factors for spatial differentiation of carbon emissions in Xinjiang with the application of geographical...     

薄板光顺样条插值与中国气候空间模拟

利用720个气象台网的长期平均气象数据拟合具有三维地理空间的气候曲面,并与1km空间分辨率的数字高程模型相结合,对气候变量的规则栅格进行插值估计。对各月平均最低温度、平均最高温度和降水量的插值结果构成了基础数字气候空间,以满足地理信息系统的数据分析需求。插值过程提供的误差统计表明插值的温度误差普遍小于0.6度,降水误差范围在8%~15%,明显优于其它插值方法。样条法利用线性模型反映地形对气候的影响,并提供了简便的误差诊断程序,具有良好的实用性。     

计算机绘制粒度分布曲线的插值方法

张力样条是在三次样条函数中加入张力系数而构成。根据相同的粒度数据用两种方法在计算机上所作的粒度分布曲线图形的对比,显示出张力样条方法比三次样条方法有明显的优越性,它消除了插值曲线的不必要的摆动,在保持曲线平滑的前提下,能更准确地表达沉积物的粒度特征。用张力样条结合将离散点连成光滑曲线的阿克玛方法进行插值,使复杂的粒度分布曲线的插值同时保持准确性和平滑性,在沉积物粒度的数据的计算机处理方面有明显的意义。     

中国东南海域活跃火强度时空动态与发生类型

自然和人为因素引发的植被火是全球生态系统的重要干扰因子,而基于卫星获取的活跃火（active fires）是探究人-火关系与活跃火发生机理、扩展机制的基础。相对于陆域活跃火,海上活跃火发生的时空动态及其强度、类型等研究较为薄弱。基于VIIRS活跃火和海洋地形等数据,通过分析中国东南海域活跃火发生的时间规律、强度特征、地形属性和距海岸线距离等特性,初步确定了海上活跃火类型界定体系。结果表明：(1)本区相同位置活跃火发生具有时序性。2015年前后两年内相同位置活跃火逐渐减少,且低纬地区更突出;而2015年前后三年内低纬地区活跃火发生强度稳定、高纬地区逐渐减少。(2)中国东南海域活跃火呈现明显的空间集-疏特征,即沿岸海域“条带状”聚集区、以曾母暗沙为中心的“团状”聚集区、南海诸岛周围的分散区。(3) 2012—2013年、2015年、2020年活跃火总强度与其月均强度变化一致,即其发生强度增强归因于活跃火的面状、分散发生;2014年、2016—2019年活跃火总强度与月均强度峰值不同步,即其强度增强归因于活跃火的点状、集中发生。(4)基于时空、强度和集聚特征,结合人类活动频繁区布局,将发生时...     

中南半岛旱季VIIRS活跃火的空间特征与国别差异

热带是全球活跃火(active fire)的集中发生区,客观认识其空间特征、国别差异及其动态变化对评估区域生物质燃烧及其碳排放等具有重要意义。作为热带季风气候典型区,中南半岛旱季活跃火发生发展空间特征及其动态变化仍缺乏清晰认识。为此,论文利用可见光红外成像辐射仪(VIIRS) S-NPP 2012—2019年活跃火矢量数据,基于核密度与空间自相关评价了中南半岛及国别旱季尤其是其特征月份(2—4月)活跃火发生发展的密集程度、集聚特征及其动态变化。结果表明：① 中南半岛活跃火核密度低值区占比最大(79%),高值区最小(4%);柬埔寨、缅甸、老挝等经济落后国家的核密度均值明显高于泰国和越南;2012—2019年核密度高值区具有朝高海拔、向内陆与趋边境等分布特征,且柬埔寨东北部长居高值区。② 活跃火核密度中值区变化集中在1—4月,且多分布在低、高值区周围;高值区变化集中在2—4月,由柬埔寨东北部逐渐向缅甸东/西部、泰国西北部以及老挝北/南部转移。③ 半岛与5国活跃火核密度在旱季具有显著空间正相关性,空间集聚类型以“高—高”型和“低—低”型集聚为主,越南、柬埔寨等国局部自相关性强于泰国和老挝。