等间距法和均值标准差法界定城市热岛的对比研究

利用ASTER数据反演地表温度,采用等间距法和均值-标准差法,将研究区温度场分别划分为4级、5级、6级,并根据热岛区的界定进一步将4级、6级细分为4级(a)、4级(b)、6级(a)和6级(b)。在此基础上,对两种方法从城市热岛数量结构差异、热岛空间分布及细节表达等方面进行了系统对比分析。结果表明:两种方法所界定热岛的面积百分比随着分级数不同均出现跳跃现象,趋势基本一致。但就热岛强度而言,均值-标准差法对分级数的敏感性较等间距法小,在热岛的空间分布和温度变异的细节表现力等方面,均值-标准差法也优于等间距分级法。因此,综合来看,均值-标准差法是城市热岛界定的较适合方法。均值-标准差法以地表温度相对于平均温度的变异程度为依据进行热场划分,在多时相城市热岛演变、对比等研究中,一定程度上可以避开时相的差异。     

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。     

基于遥感指数的南京市城市热岛时空演变分析

以南京市为研究区域,基于Landsat系列影像,采用单窗算法反演南京市2000—2017年的地表温度.通过地表温度均值标准差法划分城市热岛等级,分析南京市城市热岛时空演变特征,并基于归一化植被指数(NDVI)和归一化建筑指数(NDBI),分析南京市城市热岛和植被覆盖及不透水面的关系.研究结果表明,南京市2000—2017年城市热岛现象明显且有逐渐增长趋势;南京市城市热岛与植被覆盖、城市不透水面表现出较强的空间一致性;南京市城市热岛与植被覆盖和不透水面分别呈现负相关和正相关关系.研究为南京市城市环境管理与城市合理规划提供了一定的理论依据与参考.     

成都市城市热岛效应分析

城市热岛效应是城市气候最显著的特征之一.基于地理信息系统和不同时次的遥感影像,探讨成都市地表温度、热岛强度、热岛等级的分布特征及其演变.结果表明:成都市热岛效应明显且夜间夏强冬弱,地表温度呈条状分布;日间城市多数区域属于弱热岛以上等级,中心城区偏向强热岛和极强热岛,夜间强热岛面积扩张,冬季热岛等级增加明显;2002～2012年,城市热岛等级增加,强热岛面积扩张,但存在昼夜和季节性差异.     

无锡市城市扩张与热岛响应的遥感分析

以无锡市2001和2008年的Landsat TM/ETM+影像为数据源,采用DBI-SAVI指数相结合的方法,提取无锡市城镇信息,得到2001-2008年间无锡市城市扩张图。同时利用热红外波段反演城市地表温度,分别得到2001年和2008年无锡市城市地表温度分布图。最后,结合城市热场变异指数和无锡市2001-2008年社会经济和人文数据,分析城市扩张与热岛响应。结果表明:2001-2008年无锡城市化呈现出不断增加的态势,同时城市空间扩张呈现出不均匀性,主要表现为集中发展和条带状发展两个特点,扩张方向主要集中在常州-无锡-苏州城市中心线沿线和环太湖方向,其中,以东南部扩张最为迅速。在城市扩张的同时,无锡市地表温度逐渐上升,城市热岛面积不断扩大,由条带状分布变为哑铃状分布,城市扩张与热岛分布在空间上呈现出一致性,因此,城市热岛是城市扩张的直接反映。     

中国大城市的城市组成对城市热岛强度的影响研究

城市的快速扩张诱发并加剧了城市热岛效应,对人类健康和生存发展提出严峻挑战,因此,探索城市组成对城市热岛的影响具有重要意义。本研究在传统城市热岛影响因子的基础上,重点分析城市组成与城市热岛的关系。以13个中国大城市为研究区,利用2015年夏季（6-8月）白天和夜间的MODIS LST数据计算城市热岛强度,并结合土地覆盖数据、人口、区位和气象数据,分析热岛强度和城市地表组成、地表空间格局、人口和区位4类因子的关系。研究结果表明：中国的13个大城市均存在不同程度的热岛效应,城市白天的热岛效应比夜间显著。影响城市白天热岛强度的主要因子为城市建筑用地和林地面积比例、城市建筑用地和林地平均斑块面积、城市建筑用地聚集度和人口密度。城市建筑用地和林地平均斑块面积、城市建筑用地聚集度和林地斑块密度是夜间热岛强度的主要影响因子。城市建筑用地面积和乡村林地面积的增加会导致城市热岛情况的加剧,而通过调节城市地表空间格局（减少平均建筑用地斑块面积和降低建筑用地斑块聚集度）可以更好地降低城市地表温度,减缓城市热岛效应。     

基于长时序MODIS数据的中国城市昼夜热岛强度时空特征

随着我国城市化进程的加快,城市热岛难显缓解之势,有关土地利用/覆盖类型、城市规模、城市形态对城市热岛的影响已有较多研究,尚缺少气候背景对我国城市昼夜地表热岛强度的影响研究。本文通过长时序的MODIS地表温度数据,从年均、季节和昼夜3个时间尺度,从全国、气候带、城市3个空间尺度探讨了我国347个城市昼夜地表热岛强度的空间分布特征以及时间变化规律。结果表明：(1)昼夜差异：我国城市年均地表热岛强度白天（1.25±0.81℃）高于夜晚（0.79±0.43℃）;(2)季节差异：昼夜地表热岛强度在不同季节表现不同,白天表现为夏季高,冬季弱,夜晚四个季节差异不大;(3)气候带差异：昼夜地表热岛强度分布呈现明显的空间分异。白天地表热岛强度表现为热带及亚热带地区高于温带及高原地区,其中南亚热带表现为最强,高原气候区最弱;夜晚则表现为温带高于亚热带、热带及高原地区,其中中温带最强,北亚热带最弱;(4)时空变化：白天地表热岛强度年际呈非显著下降趋势（|Z|<1.96）,而夜晚呈显著上升趋势（|Z|>1.96）;昼夜地表热岛强度年际变化存在季节差异,白天地表热岛强度夏季上升趋势显著高于其他季节,...     

2005-2014年北京市主要城建区热岛强度时空格局分析

本文利用LANDSAT-8数据计算距离加权不透水面聚集密度,以城市聚类算法提取北京市主要城建区范围。并用2005-2014年MODIS 8天合成地表温度产品,以主要城建区面积150%的周边区域作为边缘区,计算城建区与边缘区平均温度差值为热岛强度;分析北京市主要城建区热岛强度年内时序变化;依据地表温度与当月平均热岛强度对热岛强度进行等级划分,统计不同热岛强度等级出现频率,分析其空间分布特征及与不透水面聚集密度的相关性。结果表明：（1）年内1-12月热岛强度随边缘区平均温度变化显示较好的规律性,白天为逆时针分布,夜间为顺时针分布;（2）白天热岛强度等级以2、3级为主,春、夏季中南部为三级热岛强度高发区;夜间呈现由外围向中心的“环状递增”特征,高等级热岛强度出现的频率由外围向中心不断递增;（3）不透水面聚集密度对白天不同等级热岛强度出现频率影响显著,1-4级热岛强度出现频率,随不透水面聚集密度增加而增加,不透水面聚集密度达到50%后的影响趋于减弱。     

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。     

基于Landsat 8的成都市城市热岛时空格局变化研究

现有基于Landsat 8的城市热岛研究课题对城市热岛格局变化研究较少,且驱动因素分析匮乏。本文针对上述问题以成都市为例开展研究。基于2013年和2018年两期Landsat 8影像采用RTE算法、JM_SC10算法和TIRS10_SC算法进行热场分布的空间特征分析,并结合植被、建筑及人口等数据探讨驱动城市热岛时空格局变化的因素。研究表明:①3种反演算法获取的城市热岛效应结果具有一致性;②2018年较2013年热场分布呈现扩大化、多极化、空心化的趋势,尤其在双流区、龙泉驿区等近年重点发展区域出现新的热岛极值区;③植被和水体指数与地表温度成负相关,建筑、人口指数与地表温度成正相关;④除自然地理因素外,城市热岛时空格局变化受人口分布、政策和政府行为因素及社会经济因素驱动性明显。     

Study on slope reliability method Response Surface Method based on Morgenstern-Price Method

The combination of Morgenstern-Price Method （MPM） with Response Surface Method （RSM） improves the eonventional RSM by replacing Finite-Element Method （FEM） with MPM, which is a type of reliability analysis method-RSM based on MPM, and makes the computing process simpler. The stability of the slope was re-evaluated by use of Monte Carlo method （MCM） and the result contrasted with the fore is the conclusion. The reliability analysis of the artificial slope in Donggang Power Station was carried on, and obtained the reliable charaeteristics, which provided basis for the project.     

Study on slope reliability method Response Surface Method based on Morgenstern-Pr ice Method

The combination of Morgenstern-Price Method (MPM) with Response Surface Method (RSM) improves the conventional RSM by replacing Finite-Element Method ( FEM) with MPM, which is a type of reliability analysis method-RSM based on MPM, and makes the computing process simpler. The stability of the slope was reevaluated by use of Monte Carlo method (MCM) and the result contrasted with the fore is the conclusion. The reliability analysis of the artificial slope in Donggang Power Station was carried on, and obtained the reliable characteristics, which provided basis for the project.     

MODIS_LST与AMSR-E_BT的相关性及地表温度反演

本文以2007年和2008年MODIS每日地表温度（LST）数据及AMSR-E地表亮温（BT）数据为研究对象,结合土地覆盖类型数据,统计分析MODIS_LST与AMSR-E_BT在不同土地覆盖类型、频率和极化方式条件下的相关性。结果表明,频率在18.7、23.8和36.5 GHz的AMSR-E-BT与MODIS_LST的相关性较大,且在垂直极化通道上的相关性较在水平极化上大;不同土地覆盖类型,与MODIS_LST相关性较大所对应的AMSR-E微波通道不同。同时,考虑混合像元问题对相关性的影响,对25种不同地物类型组合下MODIS_LST与AMSR-E-BT的相关性进行统计分析,发现混合像元中地物类型越多,则二者相关性越小。最后,采用多元线性回归分析法,根据不同土地覆盖类型建立反演回归模型,对部分研究区域MODIS-LST进行反演,误差平均在±3.15 K以内,与不考虑下垫面覆盖的模型比较,反演MODIS_LST精度平均提高了1.5 K。     

热红外地表方向性辐射温度与半球辐射温度关系研究

地表温度是陆面过程的一个重要影响因素,利用地表温度的遥感反演算法只能获取卫星传感器观测角度条件下的地表温度（即某个方向上的辐射温度）,但地球表面普遍存在非同温像元,反演得到的像元地表辐射温度具有方向性特征。本文利用热红外辐射传输模型4 SAIL（Scattering by Arbitrarily Inclined Leaves）,以及方向性热辐射参数化模型,针对非同温均匀冠层,考虑冠层结构、太阳位置和观测角等因素的影响,模拟得到方向性辐射温度数据,与半球辐射温度数据比较,得到估算半球辐射温度的最佳观测角度。此外,开展热红外地面观测试验,对热红外地表辐射温度的角度效应,以及利用模拟数据得到的半球辐射温度最佳观测角度进行了验证。结果表明,当太阳高度角较低时,均匀草地的地表辐射温度,会随着观测天顶角的增大而增加,受观测方位角的影响较小,当观测天顶角为75°时,倾斜观测与垂直观测得到的辐射温度差值达到2.7 K,说明热辐射存在明显的方向性特征。同时,将热红外地表方向性辐射温度与同步观测的半球辐射温度进行对比分析,当叶面积指数小于1.0时,半球辐射温度的最佳替代角度为51°,与模拟结果相符。     

土壤水分微波反演方法进展和发展趋势

土壤水分是连接地表水循环和能量循环的关键参量,精确获取该参量对于理解气候变化、地表水文过程、地气间能量交换机理等具有重要意义。微波遥感由于其较为合适的探测深度和坚实的理论基础在观测地表浅层土壤水分上具有很大优势,结合反演方法可以获取空间连续的土壤水分含量,有助于更加客观认知土壤水分的时空演变机理。随着微波遥感数据的不断丰富,多种微波遥感土壤水分反演方法相继涌现,为了更好地了解其发展和趋势,本文总结了当前土壤水分微波反演常用的卫星遥感数据并分析其发展趋势,后从主动微波反演、被动微波反演和多源协同反演3个方面梳理了各类土壤水分微波反演方法的原理、发展和优缺点,最终总结出目前微波遥感土壤水分反演方法的发展趋势：即土壤水分微波反演方法的时空普适性逐渐增强、面向高时空分辨率的土壤水分微波协同反演方法快速发展以及土壤水分微波反演方法的智能化水平不断提高。     

基于随机森林算法的地表温度鲁棒降尺度方法

陆地表面温度是描述区域或者全球范围内陆地表面与大气的相互作用和能量平衡最重要的环境参数之一。针对目前尚未有遥感卫星能够同时提供具有高时间和高空间分辨率的地表温度产品的问题,国内外学者发展了多种对低空间分辨率的地表温度进行降尺度的算法。然而,由于对地表温度解释变量和降尺度模型的选择往往具有区域局限性,导致了降尺度模型的泛化能力受到了一定的限制。本文首先评估了地表反射率、遥感光谱指数、地形因子、地表覆盖、经纬度以及基本状态变量6类环境参量与地表温度之间的相关关系,并在此基础上筛选出最佳解释变量;同时,结合在非线性回归问题上表现比较优秀的随机森林算法,建立了一种鲁棒性的基于随机森林算法地表温度降尺度模型（RRF）。本文选取了中国范围内具有代表性的11个地区作为主要研究区,将空间分辨率为1 km的MODIS地表温度产品降尺度至90 m。以北京市2个典型地表类型的子区域为代表研究区,通过与传统的基于归一化植被指数与地表温度相关关系的TsHARP模型,以及基于红波段和近红外波段以及地表高程作为尺度因子建立的简单Basic-RF模型的对比分析可得,RRF模型在2个子研究区降尺度结果均优于TsHARP模型和Basic-RF模型,其均方根误差分别为2.39 K和2.27 K。通过进一步对2个子研究区训练的RRF进行交叉验证,证明在一个研究区训练的RRF应用至另一研究区的降尺度时,RRF模型表现出了较好的鲁棒性,降尺度结果的均方根误差分别为2.56 K和2.44 K,精度误差相差仅为0.17 K。通过将RRF应用于中国范围内的多个研究区,结果表明利用少量训练数据构建的RRF模型适用于大范围的区域,地表温度降尺度结果都能取得较好的精度。     

基于地学知识的大尺度土地利用/土地覆盖精细化分类方法研究

人类活动对生态环境具有显著影响,大尺度土地利用/覆盖变化（Land Use/Cover Change,LUCC）作为人类活动最直接的表征,能够很好地反映这一过程,因此进行精确而迅速的大尺度土地利用/覆盖分类与提取方法研究尤为关键。全球覆盖产品GlobCover（2005/2006）数据已经具有良好的空间精度和数据准确度,但仍然存在一些分类误差。为提高地表覆被分类精度,本文以GlobCover（2005/2006）的巴西数据为例,以2005年Landsat TM/ETM影像为主要信息源,结合相应地学知识与辅助数据,利用人机交互逐栅格修改方法得到2005年土地利用数据产品。结果表明：通过对GlobCover数据和本次成果数据进行精度评价与对比分析,GlobCover数据巴西地区的总体精度为67.17%,Kappa系数为0.58,改进后产品总体精度为93.39%,Kappa系数为0.91。此外,改进后数据显示巴西常绿阔叶林面积最大,面积比例达45.67%;农地/自然植被镶嵌面积次之,比例为19.19%;封闭灌丛面积最小,比例为12.34%。农地/自然植被镶嵌和灌丛与草地2种地类的修改比例最大,其中混合像元地类比例减少3.54%,灌丛与草地比例增加3.81%。综上,改进方法可以有效地提高土地利用/覆盖分类的效率和精度,为后续大尺度LUCC产品的制作和以LUCC产品为基础的相关研究提供参考。     

THE METHOD BASE OF GEOGRAPHIC ANALYSIS AND ITS APPLICATION

曹桂发ＴＨＥＭＥＴＨＯＤＢＡＳＥＯＦＧＥＯＧＲＡＰＨＩＣＡＮＡＬＹＳＩＳＡＮＤＩＴＳＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ￥ＣａｏＧｕｉｆａ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ...     

A soil quality index for evaluation of degradation under land use and soil erosion categories in a small mountainous catchment,Iran

Soil erosion and land use type have long been viewed as being particularly important drivers of soil degradation. The objectives of this study,therefore, were to select a new soil quality index(SQI)which varies significantly with land use/soil erosion,and to evaluate the new SQI using expert opinion. In total, 18 soil physical, chemical, and biochemical properties(indicators) were measured on 56 soil samples collected from four land use/soil erosion categories(rangeland/surface erosion, rangeland/subsurface erosion, cultivated land/surface erosion and dry-farming land/surface erosion). Principal component and classification analysis(PCCA)identified five PCs that explained 77.7% of the variation in soil properties with the biochemical PC varying significantly with land use/soil erosion.General discriminant analysis(GDA) selected urease and clay as the most sensitive properties distinguishing the land use/soil erosion categories.The GDA canonical scores for the new SQI were significantly correlated with expert opinion soil surface summed scores(for soil movement, surface litter, pedestalling, rills and flow pattern) derivedusing the U.S. Department of the Interior Bureau of Land Management(BLM) method. A forward stepwise general regression model revealed that the new SQI values were explained by soil movement,surface litter, and the summed values of the soil surface factors. Overall, this study confirmed that soil quality in the study area in Iran is controlled by land use and corresponding soil erosion.