Satellite image analysis using crowdsourcing data for collaborative mapping: current and opportunities

ABSTRACT

Researchers are continually finding new applications of satellite images because of the growing number of high-resolution images with wide spatial coverage. However, the cost of these images is sometimes high, and their temporal resolution is relatively coarse. Crowdsourcing is an increasingly common source of data that takes advantage of local stakeholder knowledge and that provides a higher frequency of data. The complementarity of these two data sources suggests there is great potential for mutually beneficial integration. Unfortunately, there are still important gaps in crowdsourced satellite image analysis by means of crowdsourcing in areas such as land cover classification and emergency management. In this paper, we summarize recent efforts, and discuss the challenges and prospects of satellite image analysis for geospatial applications using crowdsourcing. Crowdsourcing can be used to improve satellite image analysis and satellite images can be used to organize crowdsourced efforts for collaborative mapping.     

底栖硅藻生物膜附着基对扇贝幼虫附着和变态的影响

为了建立生态、高效的扇贝幼虫附着和变态诱导技术,采用底栖硅藻生物膜附着基对栉孔扇贝和海湾扇贝开展了附着和变态诱导的现场实验。实验围绕底栖硅藻在扇贝幼虫培育池内的数量变动、存活状态、在栉孔扇贝食谱组成中的贡献以及其对两种扇贝附着和变态的诱导效果开展。结果表明,底栖硅藻附着基能极显著提高海湾扇贝和栉孔扇贝幼虫的附苗量和变态率(P<0.01)。在海湾扇贝实验中,底栖硅藻处理组比对照组附苗量提高220.19%(P<0.01),变态率和壳长两组差异不显著(P>0.05)。在栉孔扇贝实验中,底栖硅藻处理组比对照组附苗量提高43.02%(P<0.01),变态率提高87.31%(P<0.01),底栖硅藻处理组壳长和对照组差异不显著(P>0.05)。对照组附着基比对照组早3d检查到变态的稚贝。底栖硅藻附着基在进入幼虫培育池的黑暗环境后光合作用受限,对于扇贝幼虫的日常管理导致底栖硅藻脱落,数量有一定的下降,但丰度最终能保持为56.0-183.9个/mm2。使用基于混合模型对栉孔扇贝稚贝食物来源进行分析结果显示金藻Isochrysis galbana对稚贝的食物贡献较高,底栖硅藻的贡献较低,其0.95水平的置信区间的贡献率为0%-44%,表明底栖硅藻也是扇贝物来源之一。本研究为底栖硅藻生物膜在贝类幼虫附着变态过程中作用的研究奠定了良好的基础,并为生态、高效的商业化苗种培育提供理论和技术支撑。     

黄条(鰤)(Seriola aureovittata)MyHC基因克隆及其在早期发育阶段表达研究

为解析肌球蛋白重链(MyHC)基因在黄条鰤(Seriola aureovittata)生长发育过程中作用机制,本研究采用RACE技术,克隆了黄条鰤MyHC基因全长cDNA序列,采用荧光定量PCR(qRT-PCR)方法对MyHC在黄条鰤不同组织、胚胎发育过程以及仔稚幼鱼发育过程中的表达特征进行了研究。结果表明:黄条鰤MyHC基因全长为6143bp,开放阅读框为5811bp,编码了1936个氨基酸,由3个保守结构域组成即MYSc-classⅡ、Myosin taill和SH3;系统进化树分析显示黄条鰤MyHC与高体鰤进化关系最近。qRT-PCR分析发现黄条鰤MyHC在各组织中均有表达,但在肌肉中表达量最高(P0.05);随着黄条鰤胚胎发育的进行,MyHC在16细胞期之前表达量较高,在胚体下包2/3时期表达量显著升高,且在孵化期达到峰值(P0.05:);在仔稚幼鱼发育阶段,MyHC在孵化后20d后表达量显著升高,30d表达水平达到峰值(P0.05),随后的35d到40d表达水平略有下降但仍保持较高表达趋势,黄条鰤MyHC表达具有发育阶段表达的特异性。MyHC表达特征揭示其参与了调控黄条鰤的早期生长发育。     

基于与Jason-2数据比对的Jason-3卫星高度计全球数据质量评估

Jason-3卫星高度计于2016年1月17日成功发射,2016年2月12日进入预定轨道,与Jason-2高度计同轨进入编队飞行阶段,并落后Jason-2高度计约1分20秒,两者相距约560 km。2016年9月1日,Jason-2高度计变换轨道,编队飞行阶段结束,两高度计进入平行轨道,以增加卫星高度计对地观测的空间覆盖。本研究主要开展了Jason-3高度计的数据质量的评估与检验,包括Jason-3高度计数据可用性和有效性的验证,以及Jason-3高度计和校正辐射计各参数的数据质量监测。重点开展了Jason-2与Jason-3高度计各项参数的综合比较,利用Jason-2与Jason-3高度计编队飞行阶段的数据精确评估了两高度计参数的一致性,并从全球数据角度分析了Jason-3高度计获取各参数的能力以及稳定性;通过与Jason-2互交叉点比较分析评估Jason-3高度计海面高度数据质量情况,验证Jason-3高度计数据精度。结果表明,Jason-3高度计的数据质量满足高度计测高的要求,具有与Jason-1、Jason-2、T/P等高度计相同或更高的测高精度以监测全球海平面变化,此外,Jason-3有效波高参数数据质量明显优于Jason-2高度计。     

秦皇岛近岸海域潮间带砂质沉积物中微塑料和重金属污染特征

基于密度分离原理,利用饱和NaCl溶液对秦皇岛近岸海域潮间带砂质沉积物中的微塑料进行了浮选和分离提取,采用显微红外光谱方法分析附着在滤膜上的微塑料颗粒形貌和材质。结合扫描电子显微镜?能谱仪(Scanning Electron Microscopy Energy Dispersive Spectrometer,SEM-EDS)对微塑料样品进行微观形貌观察及微区成分的分析。并采用地累积指数(Geo Accumulation Indexes,I_geo)和富集系数(Enrichment Factors,EF)分析砂质沉积物中重金属Hg、Cd和Pb污染水平和富集特点。分析砂质沉积物中烧失量(Loss on Ignition,LOI)、总有机碳(Total Organic Carbon,TOC)、总氮(Total Nitrogen,TN)以及碳氮的稳定同位素组成(δ13C和δ15N),探讨有机质的可能来源。结果表明:秦皇岛近岸海域潮间带砂质沉积物中有纤维类、发泡类、薄膜类3种微塑料,以纤维类的微塑料为主。微塑料表层富集有Si、Al、Mg、Fe和Ca等元素。沉积物中Hg和Cd富集水平较高,Pb富集水平较低。沉积物TOC和TN含量较低,LOI为TOC的1.6倍,δ13C、δ15N和TOC/TN的数值范围均显示有机质以海洋浮游植物藻类等海源为主。     

莱州湾大型底栖动物群落结构及其动态变化特征

本文以莱州湾2009年夏季(8月)、秋季(10月)及2010年春季(5月)、夏季(8月)4个季节大型底栖动物资料为基础,对莱州湾大型底栖动物的种类组成、丰度、生物量、优势种进行了研究,同时与历史资料进行对比,探讨了莱州湾大型底栖动物的群落结构特征及动态变化。4个航次中共鉴定出大型底栖动物272种,其中包括环节动物多毛类122种,软体动物46种,甲壳动物64种,棘皮动物18种,鱼类9种,其他类13种。调查海域平均丰度为(1102.56 ± 216.32) ind./m2, 多毛类在丰度上占绝对优势;平均生物量为(28.16 ± 8.45) g/m2,软体动物占据优势。丰度和生物量空间分布规律具有很强的相似性,低值区位于莱州湾西部黄河口邻近海域,高值区位于渤海中部海域。丰度和生物量季节变化明显,夏季最高,秋季其次,春季最低。多毛类不倒翁虫(Sternaspis sculata)、寡鳃齿吻沙蚕(Nephthys oligobranchia)、紫壳阿文蛤(Alvenius ojianus)等是莱州湾调查海域的优势种。通过与历史资料的对比发现,莱州湾大型底栖动物种类组成及优势种类出现小型化的趋势。     

獐子岛养殖区夏季底层水温快速变化的机理分析

Rapid changes in the near-bottom water temperature are important environmental factors that can significantly affect the growth and development of species in the bottom culture. The object of this research is to investigate the mechanism causing these rapid changes within a bottom culture area near the Zhangzi Island. The hydrographic transects observations in the North Yellow Sea(NYS) suggest that our mooring station is very close to the tidal mixing front. The horizontal advection of the tidal front has induced the observed tidal change of bottom temperature at the mooring station. Analysis of the mooring near-bottom temperature and current measurements show that the angle between the tidal current horizontal advection and the swing of the tidal front is crucial in determining the variation trend of temperature. When the angle equals 90°, the horizontal tidal current advects along the isotherms so the temperature remains the same. When the angle is between 0° and 90°, the seawater moves from deep water to the warmer coastal zone and the temperature decreases. In contrast, the horizontal tidal advection moves the coastal warm water to the mooring station and the water temperature increases when the angle is between 90° and 180°. The amplitude of the temperature change is proportional to the magnitude of the horizontal temperature gradient and the tidal excursion in the direction of the temperature gradient. This study may facilitate the choice of culture area in order to have a good aquaculture production.     

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。     

基于拉格朗日拟序结构的吕宋海峡表层水交换研究

黑潮通过吕宋海峡入侵南海呈现明显的瞬态特征。以往的研究通常将黑潮在吕宋海峡附近的流态分为几种不同类型。本文基于表层地转流计算得到的有限时间李雅普诺夫指数场（FTLE）,展示了拉格朗日视角下的吕宋海峡上层水交换特征。从FTLE场提取的拉格朗日拟序结构（LCSs）很好地识别了吕宋海峡附近的典型流态和旋涡活动。此外,这些LCSs还揭示了吕宋海峡周围复杂的输运路径和流体域,这些特征得到了卫星跟踪浮标轨迹的验证,且从流速场中是无法直接识别的。FTLE场显示,吕宋海峡附近表层水体的输运形态主要可分为四类。其中,黑潮直接向北流动的“跨越”形态和顺时针旋转的“流套”形态的发生频次明显高于直接进入南海的黑潮分支“渗入”形态和南海水流出至太平洋的“外流”形态。本文还进一步分析了黑潮在吕宋海峡处的涡旋脱落事件,突出强调了LCSs在评估涡旋输运方面的重要性。反气旋涡旋的脱落个例表明,这些涡旋主要源自黑潮“流套”,涡旋脱落之前可有效地俘获黑潮水。LCS所指示的输运通道信息有助于预测最终被反气旋涡所挟卷水体在上游的位置。而在气旋涡的形成过程中,LCS的分布特征表明,大部分气旋涡并未与黑潮水的输运路径相连通。因此,气旋涡对从太平洋到南海的上层水交换的贡献较小。     

湖相介形类壳体微量元素在古环境重建中的应用

湖相介形类壳体微量元素(本文主要指Mg和Sr)是重建古环境的重要指标之一,可以定性或定量地反映湖水信息。自20世纪80年开始应用以来,经过30余年的发展取得了很大进展。在古环境重建过程中主要存在两类影响因素:(1)其宿生水体中M/Ca比值(M主要指Mg和Sr)的影响因素:季节变化、微环境差异和湖泊演化过程,这类因素通过对宿生水体中M/Ca比值来影响介形虫壳体中的M/Ca比值,进而造成古环境重建结果的误差增大或可靠性降低;(2)介形类壳体微量元素分配系数的影响因素:宿生水体中M/Ca比值、温度、碱度等,这类因素能够直接影响介形类壳体分泌、钙化的生命-化学过程的因素,是定量重建的重要影响因素。加强现代介形类生活习性和微量元素组成变化过程的研究可以消除或减小以上影响因素对古环境重建的影响,提高介形类壳体化石中微量元素组成在古环境重建研究中的精度和可靠性。