地质统计学组件库系统架构设计与应用——以Python和SuperMap Object的趋势面分析为例

随着GIS应用在地学应用领域的拓展和加深,有必要为GIS工具引入和整合地质统计学等分析工具。应用COM组件技术和Python及其科学计算扩展模块SciPy可以迅速高效的开发出具有COM接口的地质统计学分析模块,并整合到组件式GIS工具中。本文介绍了应用Python在SuperMapObject集成中的趋势面分析。     

近40年来西藏高原气候变化特征分析

本文利用西藏高原近40年来的逐月气象数据,通过时间序列分析和非参数Mann-Kendall检验方法,对西藏高原日照时数、平均气温、小型蒸发皿蒸发量和降水量4个基本气象要素变化特征进行了较为全面的分析,揭示了近40年来西藏高原气候变化的主要特征.结果表明:(1)日照时数是西北部长,东南部短,且东南部呈一定的下降趋势,西北部呈一定的上升趋势;(2)年平均气温以0℃和5℃为界划分为3个区,研究区全年总体表现出升温趋势,藏西地区的气温变化趋势大于藏东地区;(3)蒸发量年变化很大,研究区整体呈下降趋势,空间上表现为从西部向东部逐渐减少的趋势,其中仅西部和东南部小部分地区呈现出上升趋势,其余地区都为下降趋势;(4)降水趋势变率空间分布上的基本规律是:其大小由东往西逐渐减小,藏中和藏东为上升趋势,藏西为下降趋势.另外,4个要素各月与各季节的变化趋势与年变化趋势间表现出很好的一致性.     

北京地区降水量时空分布规律分析

通过运用非参数检验方法(Mann-Kendall法),利用北京地区20个气象站点44年(1961-2004)观测的逐月降水资料,分析了北京地区降水量的时空分布规律。结果表明:在时间上,年平均降水量总趋势以每年1.72 mm的变化率减少,这种减少主要是由夏季、冬季降水量减少所引起的,尤以夏季最为显著,变化率为-3.26 mm/a,而在春、秋两季降水量则呈现出增加的趋势,变化率分别为0.34 mm/a和0.77 mm/a。降水期主要集中于夏季(6~8月),可占全年降水量的72.5%。在空间上,年降水量的高值区位于山前迎风坡一带,大致呈带状自西南伸向东北,高值区的西北、东南两侧雨量逐渐减少。市区形成一个明显的下降中心,其中海淀区年均减少3.7mm,降幅最大。     

2000—2015 年伊犁河谷植被覆盖时空变化特征

利用 2000—2015 年的 EOS／MODIS 数据,采用趋势分析、Hurst 指数、变异系数法对伊犁河 谷植被时空变化及未来趋势进行分析,结果显示：空间分布上,伊犁河谷植被覆盖度呈北部、南部、 东部偏高,西部、中部偏低的分布特征;时间变化上,2000—2015 年,伊犁河谷植被覆盖度波动减 小,减速为 6.25%·(10 a)^-1;区域分布上,伊犁河谷植被表现为低波动变化,波动程度中等以及下占 73.16%,波动程度高的区域占 26.84%。未来预测表明,伊犁河谷植被覆盖呈退化趋势,其中,持续 退化的面积占 57.55%,持续改善的面积占 13.51%。     

关中平原城市群植被覆盖的时空特征与影响因素

植被是全球及区域生态系统环境变化的重要指标,也是对人类社会活动有重要贡献的资源之一。为了研究关中平原城市群不同区域植被覆盖变化对自然和人文因子的响应,以划分为三个区域的植被作为研究对象,选取2000—2017年MODIS-NDVI遥感数据,运用趋势分析、探索性空间数据分析与地理探测器等方法,从时序演进与空间分布方面研究了18 a内植被覆盖的演化及分布特征,定量分析影响植被覆盖的主导因子。遥感数据要通过投影转换、拼接、最大值合成等方法进行处理,再运用Python程序进行影像批量裁剪,将遥感数据和气象数据进行分区统计,最后对该处理数据进行讨论研究。结论表明：（1） 研究期内关中平原城市群植被覆盖呈显著上升趋势,NDVI平均值增速为0.077·（10 a）^–1,阶段性变化特征明显,其中2005—2007阶段和2011—2013阶段极显著增加,最大上升速率达到了0.05·a^–1。（2） 空间上总体呈现“南高北低”的分布特征,研究区总体得到改善;高值区主要分布在南部秦岭北坡,受气候因子的影响更大,植被覆盖增加速度缓慢,达到轻度改善水平;低值区聚集在黄土高原边缘地区,植被增加趋势明显;中部关中平原极少部分地区植被覆盖出现了轻度退化或严重退化,以西安市及临近城市最为典型。（3） 热点区主要分布在秦岭山区及关中平原中部地区,冷点区则集中于黄土高原边缘地区,植被覆盖总体以增长为主。热点区格网数量持续增多,2013年达到最大为45.07%;冷点区域数量不断减少,2017年减少到9.82%;次热点区与次冷点区主要分布在中部平原地带及北部地区,由连片分布转化为零散分布,且总量不断减少。（4） 自然因素对植被覆盖的影响最为突出,其中气温和降水为影响植被覆盖的主导因子,决定力q值分别为0.955和0.931,且气温的影响大于降水的影响;人文因子影响力较为显著,GDP因子决定力q值达到0.387。研究可为当地改善植被覆盖环境提供理论依据。     

中国居民食物消费碳排放时空演变趋势及其驱动机制分析

食物生产是影响温室效应气体排放的重要方面,由于食物类型不同其碳排强度存在较大的差异,因此当前中国居民食物消费快速演替必然会对生态碳环境产生重要影响。论文利用洛伦兹曲线和基尼系数,研究1997—2016年中国城乡居民食物消费在生产过程中碳排放时空演变及其主要驱动因子。主要结论如下：① 在数量上,中国居民食物消费碳排放总量和人均量整体都呈现逐渐的增长刚性,但仍属于低碳消费模式;② 在结构上,各类型食物碳排放演变呈现显著的分异态势,整体上动物性食物碳排放增长速度快于植物性食物碳排放减少速度;③ 在城乡差异上,城镇和乡村居民食物消费碳排放在数量、结构和趋势上表现出显著的城乡二元属性,但近年城乡差异表现出减缓趋势;④ 在空间上,各地食物消费碳排放呈现较显著的民族性、地域性、集聚性和中心“塌陷”的特征,碳排放密度高值主要分布在直辖市和沿海经济相对发达地区;⑤ 在驱动力上,结构演替是全国居民食物消费碳排放总量整体变化的主要驱动因素,而人口数量是各地地域空间差异分布的主要驱动因子。     

海南岛博鳌港沉积物的沿岸输送

分析了博港沿岸沉积牧粒度参数的沿岸变化，并应用沉积物粒径趋势分析模型（GSTA模型）对沉积物运动趋势进行了分析。GSTA模型结果表明，博鳌港沿岸的泥沙在横向上表现为：万泉河口以北岸段为由海向岸运动，近期处于淤积状态；万泉河口以南岸段即玉带滩大致以NNE走向到NE走向的转折点为界，北部主要是由岸向海运动，是侵蚀岸段，而南部则主要为由海向岸运动，有少量的淤积，博鳌港沿岸泥沙输送在纵向上表现为：万泉河口以北由南向北运动，万泉河口以南，北部是由北向南运动，南部是由南向北运动，其次还运用了经验公式对GSTA结果进行了验证，得到了通过万泉河口南部（玉带滩）3个断面的沿岸漂沙量，其沿岸漂沙方向主要为南北向，以上两种分析方法得出的结果和当地的许多地貌证据基本符合，而GSTA模型在玉带滩北部泥沙纵向输运方向与经验公式计算结果所表现出的一些差异，主要是由于研究时间尺度和所用的资料特征的差异性造成的。     

GIS与遥感支持下的南黄海辐射沙脊群现代演变趋势分析

南黄海辐射沙脊群是世界罕见的大型水下泥沙堆积体，具有独特的动力地貌组合。利用1988-1995年的LANDSATTM遥感影像，ERS1SAR影像及1979年编绘地形资料，综合应用GIS与遥感方法，对这一区域在20世纪80-90年代的变化及演变趋势作出分析，其基本演变特征与趋势表现为；沙脊群枢纽地区处于不断的增长，扩张过程；南部区域堆积与侵蚀作用较弱，沿岸潮滩向海淤进；而北部区域变化较强烈，并继续脊槽相间的模式，所取得的结果与该区域动力地貌研究结果相吻合。     

九龙江河口区现代沉积环境及其物质输运趋势

对九龙江河口区58个表层沉积物样品进行了激光粒度分析,并分别应用系统聚类分析和GSTA模型分析,探讨了研究区的沉积特征、沉积环境和表层沉积物输运趋势。结果表明,九龙江河口区表层沉积物由10种沉积物类型组成,与20世纪80年代相比,该海区底质沉积物在类型分布和粒径粗细上发生了一定的变化;将研究区划分为3种与沉积动力特征相对应的主要沉积环境区;表层沉积物输运趋势因受该区特殊的地形和复杂的水动力条件影响而表现为北进南出,海门岛西北海域形成逆时针方向输运趋势,而海门岛以东海域形成三向汇聚的输运趋势。