Similarity measurement on human mobility data with spatially weighted structural similarity index (SpSSIM)

Understanding diverse characteristics of human mobility provides profound knowledge of urban dynamics and complexity. Human movements are recorded in a variety of data sources and each describes unique mobility characteristics. Revealing similarity and difference in mobility data sources facilitates grasping comprehensive human mobility patterns. This study introduces a new method to measure similarities on two origin–destination (OD) matrices by spatially extending an image‐assessment tool, the structural similarity index (SSIM). The new measurement, spatially weighted SSIM (SpSSIM), utilizes weight matrices to overcome the SSIM sensitivity issue due to the ordering of OD pairs by explicitly defining spatial adjacency. To evaluate SpSSIM, we compared performances between SSIM and SpSSIM with resampling the orders of OD pairs and conducted bootstrapping to test the statistical significance of SpSSIM. As a case study, we compared OD matrices generated from three data sources in San Diego County, CA: U.S. Census‐based Longitudinal Employer–Household Dynamics Origin–Destination employment statistics, Twitter, and Instagram. The case study demonstrated that SpSSIM was able to capture similarities of mobility patterns between datasets that varied by distance. Some regions showed local dissimilarity while the global index indicated they were similar. The results enhance the understanding of complex mobility patterns from various datasets, including social media.     

东海北部小型底栖动物群落对径流及黑潮暖流入侵的响应

为探究小型底栖动物群落在东海北部及其临近海域的分布规律,及其对环境因子的响应,于2016年9月和12月,对研究海域共计20个站位的小型底栖动物和环境因子进行了取样调查。调查结果显示,研究海域内共鉴定出小型底栖动物类群16个,其中海洋线虫为绝对优势类群,其他优势类群主要包括桡足类、动吻类和多毛类。9月航次小型底栖动物平均丰度为(1 758±759)个/（10 cm2）,线虫占95.6%;平均生物量为(1 216.4±464.7) μg/(10 cm2)(干重),线虫占55.26%。12月航次平均丰度为(2 011±1 471)个/(10 cm2),线虫占95.6%;平均生物量为(1 143.0±755.0)μg/(10 cm2)(干重),线虫占67.28%。聚类分析结果显示,小型底栖动物群落主要可以划分为近岸和外海两个组,其中近岸组小型底栖动物丰度显著高于外海站位。但在各断面分布上,绝大多数站位小型底栖动物丰度最高值均出现在60 m等深线附近,并且该水深处站位的温度和盐度数值均表现出黑潮水的特征。黑潮近岸分支对东海陆架入侵是导致小型底栖动物分布差异的重要原因,小型底栖动物在60 m等深线附近具有的高丰度值可作为其对黑潮入侵的响应。推测,黑潮入侵所导致的水体初级生产力增加以及黑潮水所携带的溶氧可能是导致该深度处小型底栖动物丰度增加的主要原因。     

2014年秋季渤海网采浮游植物群落结构

基于2014年秋季在渤海进行的水文、化学和生物方面的综合大面调查,研究了渤海网采浮游植物群落的结构特征,并结合文献资料,分析影响浮游植物群落结构形成的原因。结果显示:2014年渤海秋季共鉴定浮游植物3个门42属96种,其中以硅藻为主,为34属79种,占总物种的82%;甲藻门7属16种,占总物种的17%;金藻门1属1种。其中,角毛藻属的种类最多,共17种;其次为圆筛藻属,共13种。浮游植物总细胞丰度介于(0.71～72.15)×104 cells/m3,平均为13.88×104 cells/m3,硅藻与甲藻细胞丰度比值为2∶1,硅藻在莱州湾的细胞丰度极显著高于其他海区,甲藻在渤海中部海区的细胞丰度显著高于其他海区。浮游植物优势种主要为星脐圆筛藻(Coscinodiscus asteromphalus)、威氏圆筛藻(C. wailesii)、具槽帕拉藻(Paralia sulcata)、梭状角藻(Ceratium fusus)和夜光藻(Noctiluca scintillans)。渤海秋季浮游植物群落多样性水平分布不均,局部海域由于单一优势种过量繁殖多样性降低,低值区分布于辽东湾和渤海海峡海域。与历史同期资料对比,渤海海域浮游植物群落出现明显的物种演替现象,甲藻中的角藻逐渐兴起,其在渤海中部及辽东湾的优势地位已经超过角毛藻属和圆筛藻属,渤海秋季局部海区浮游植物群落结构已经由硅藻控制转为硅藻和甲藻共同控制。     

利用GPS拖体在万山区域测量平均海面技术研究

Wanshan area has been chosen to be the specified field to calibrate and validate(Cal/Val) the HY-2 altimeter and its follow-on satellites. In March 2018, an experiment has been conducted to determine the sea surface height(SSH) under the HY-2 A ground track(Pass No. 203). A GPS towing-body(GPS-TB) was designed to measure the SSH covering an area of about 6 km×28 km wide centered on the HY-2 A altimeter satellite ground track. Three GPS reference stations, one tide gauge and a GPS buoy were placed in the research area, in order to process and resolve the kinematic solution and check the precision of the GPS-TB respectively. All the GPS data were calculated by the GAMIT/GLOBK software and TRACK module. The sea surface was determined by the GPS-TB solution and the tide gauge placed on Zhiwan Island. Then the sea surface of this area was interpolated by Arc GIS10.2 with ordinary Kriging method. The results showed that the precision of the GPS-TB is about 1.10 cm compared with the tide gauge placed nearby, which has an equivalent precision with the GPS buoy. The interpolated sea surface has a bias of –1.5–4.0 cm with standard deviation of 0.2–2.4 cm compared with the checking line. The gradient of the measured sea surface is about 1.62 cm/km along the HY-2 orbit which shows a good agreement compared with the CLS11 mean sea surface(MSS). In the Cal/Val of satellites, the sea surface between the tide gauge/GPS buoy and the footprint of altimeter can be improved by this work.     

赤道东印度洋和孟加拉湾障碍层厚度的年际变化及其影响机制

Interannual variability(IAV) in the barrier layer thickness(BLT) and forcing mechanisms in the eastern equatorial Indian Ocean(EEIO) and Bay of Bengal(BoB) are examined using monthly Argo data sets during 2002–2017. The BLT during November–January(NDJ) in the EEIO shows strong IAV, which is associated with the Indian Ocean dipole mode(IOD), with the IOD leading the BLT by two months. During the negative IOD phase, the westerly wind anomalies driving the downwelling Kelvin waves increase the isothermal layer depth(ILD). Moreover, the variability in the mixed layer depth(MLD) is complex. Affected by the Wyrtki jet, the MLD presents negative anomalies west of 85°E and strong positive anomalies between 85°E and 93°E. Therefore, the BLT shows positive anomalies except between 86°E and 92°E in the EEIO. Additionally, the IAV in the BLT during December–February(DJF) in the BoB is also investigated. In the eastern and northeastern BoB, the IAV in the BLT is remotely forced by equatorial zonal wind stress anomalies associated with the El Ni?o-Southern Oscillation(ENSO). In the western BoB, the regional surface wind forcing-related ENSO modulates the BLT variations.     

南黄海物理-生物地球化学过程的时空异质性及内在关联和机制

研究多重物理过程控制下陆架边缘海生物地球化学过程的时空异质性及其生态响应,对于深入认识海洋生态系统具有重要的意义。基于相关历史观测资料和卫星遥感海表温度,本文综合分析了南黄海物理-生物地球化学过程的时空变化和空间异质性特征,探讨了该海域内部典型地理单元之间的内在关联和机制。结果显示,冷季沿岸流南向输送和暖季锋面上升流垂向输运的季节性交替是影响石岛外海与海州湾外侧海域生物地球化学和初级生产的重要物理过程。夏季苏北沿岸水的东北向扩展可形成浒苔离岸/跨区域输送的动力驱动。暖季水体层化显著影响着南黄海中部冷水团海域的生物地球化学过程,春至秋季冷水团海域底层水体中的营养盐逐渐累积,形成了营养盐的重要贮库;层化季节黄海冷水团边界锋区上升流系统的存在使得南黄海叶绿素a和初级生产力高值区位置同海表低温涌升流区总体相一致。冷季南黄海西部南下的冷水与中部北向入侵的暖水共同导致了“S”型锋面的形成;暖季黄海冷水团边界锋区的上升流系统是连接层化海域和近岸区的纽带,可实现对冷水团内部营养盐的提取,从而将冷水团内部和边界区的生物地球化学过程形成有机连接,并在成山角-石岛外海、海州湾外侧、苏北浅滩东部形成三个典型的物理-生物地球化学相互作用区。本研究细化和整合了南黄海区域海洋学研究,揭示了该海域物理-生物地球化学过程的空间异质性特征和不同地理单元之间的关联性及机制,获得了对南黄海水文-生物地球化学-生态过程的综合、系统认知。     

中国沿海小黄鱼种群动力学及其空间异质性研究

小黄鱼是我国近海四种最重要的经济鱼类之一,在过去的几十年中小黄鱼种群及其两个地理亚种群经历了巨大的变化。小黄鱼的种群动力学研究,对于维持这一重要渔业的可持续管理是至关重要的。目前仅有的两个小黄鱼种群动力学模型只涵盖了较短的时间,且没有关注其空间差异。本文研究了1968年至2015年间黄渤海和东海小黄鱼的种群动力学模型,包含和不包含空间分层结构的两种贝叶斯模型被用于分析其种群动力学的大尺度空间异质性。本文分析了不同的假设,来研究小黄鱼种群动力学潜在的变化趋势。研究结果表明小黄鱼种群动力学特征具有明显的时间和空间变化。种群的增长速度从20世纪八十年代开始增加,而可捕系数从1981年到2015年增加了两倍多。与黄渤海亚种群相比,东海的小黄鱼亚种群生长速度更快,遭受的捕捞压力也更大。基于最大可持续产量MSY的参考点表明,无论是整个小黄鱼种群还是两个亚种群,近年来都有非常高的过度捕捞风险。因此我国小黄鱼的渔业管理急需更加保守的管理策略,同时考虑其地域差异。本文所用的方法可以应用于其他种类的资源评估和渔业管理,尤其是具有空间异质性和数据有限的种类。     

早渐新世钙质超微化石演变与营养盐及二氧化碳关系

南海北部早渐新世发生明显的营养供给和二氧化碳浓度的变化,相关地质记录为研究颗石藻的生理机制提供了理想的自然实验室。在本研究中,我们建立了一个新的颗石藻群落演化的指标,定义为E*比值。该比值由富营养属种和中等-贫营养属种的相对丰度计算而得（E^*=e/(e+c)×100,e代表富营养属种,c代表中等-贫营养属种）。其中富营养属种包括小Reticulofenestra, Reticulofenestra lockeri组,Reticulofenestra bisecta组和Coccolithus pelagicus组,而中等-贫营养属种包括Cyclicargolithus spp.。E^*指标与早渐新世营养盐指标具有较强的相关性,但在不同二氧化碳浓度的条件下表现不同的公变趋势。将群落组合与已发表的二氧化碳浓度数据对比,我们提出颗石藻可能在二氧化碳持续降低的环境下改变其对碳源和营养盐的利用方式,指示颗石藻的碳浓缩机制可能开始于早渐新世。     

前墙结构对OWC气室捕能效果影响的数值研究

基于不可压缩黏性流体理论和VOF(Volume of Fluid)方法建立了二维数值波浪水槽模型,将模拟波形与波浪理论值进行对比,分析了模型可靠性,并利用该模型研究了5种不同前墙结构OWC气室在不同波高、周期时的出气口速度和气室内空气压强。基于模拟结果,从波能-动能转换效率和气室内空气压强角度分析了前墙结构对OWC气室的捕能效果的影响。结果表明:对于传统的直立型OWC气室,采用合适的前墙结构可有效提高OWC气室的捕能效果;相比三角截面(20D型,30D型)和矩形(Y型)截面前墙,采用椭圆截面(20TY型,30TY型)的前墙结构的捕能效果更优,且在周期较大(1.6和1.8 s)时其作用更显著,其波能-动能转换率相对Y型前墙结构气室平均提升37%;5种前墙结构不同的气室中,20TY型和30TY型前墙结构气室的捕能效果最优。     

桩-网路堤位移应力分析及其应用

由于桩-网复合地基的结构形式比较复杂,难以采用解析法求得其应力和位移。利用有限差分法对某桩-网法路堤进行了数值模拟,并取得了较好结果。计算结果显示,桩间土沉降线为悬链线,与现场位移监测结果吻合较好;桩身弯矩和桩土应力反映了桩-网复合地基的一些受力机理。分析认为,桩间土沉降较大的主要原因是由土体本身压缩及桩侧弯引起的。