Comparison of daily streamflow forecasts using extreme learning machines and the random forest method

ABSTRACT

Daily streamflow forecasting is a challenging and essential task for water resource management. The main goal of this study was to compare the accuracy of five data-driven models: extreme learning machine (basic ELM), extreme learning machine with kernels (ELM-kernel), random forest (RF), back-propagation neural network (BPNN) and support vector machine (SVR). The results show that the ELM-kernel model provided a superior alternative to the other models, and the basic ELM model had the poorest performance. To further evaluate the predictive capacities of the five models, the estimations of low flow and high flow in the testing dataset were compared. The RF model was slightly superior to the other models in predicting the peak flows, and the ELM-kernel model showed the highest prediction precision of low flows. There was no single model that showed obvious advantages over the other models in this study. Therefore, further exploration is required for the hydrological forecasting problems.     

干旱气候因子与森林火灾

森林火灾作为一种自然灾害, 气候变化直接或间接影响森林燃烧的火环境, 进而对火发生和火行为产生影响. 干旱气候条件与森林火灾的发生有密切的关系, 气象条件通过气温、 日照、 蒸发量、 风力、 空气湿度等影响着森林火灾的发生和发展. 一般情况下, 气温高、 降水少、 湿度小、 风力大易发生森林火灾. 在山区, 山谷风和地形影响森林火灾蔓延, 森林火灾的蔓延主要受山谷风所控制, 具有间歇性, 另外地形的变化在很大程度上制约着火势的蔓延. 所以, 要利用不同时段的气象条件、 山风出现的时间及有利地形, 及时组织灭火和控制火势蔓延. 森林火灾的发生有各种类型, 通过对森林火灾中一些特殊火行为及相关元素对火灾发展蔓延影响分析, 找出森林火灾扑救与逃生的方法及注意事项.     

海南岛中部山区热带天然林与人工橡胶林土壤特性对比研究

通过调查取样,对比分析了海南岛中部山区天然林地及林地转变为橡胶林后的土壤物理和化学性质差异.结果表明:(1)不同林地对砂、粉粒和黏土粒度分布的影响显著,天然林地0～30 cm、30～60 cm和60～120 cm三个深度的土壤的物理性黏粒含量均高于人工林地.(2)天然林地和人工橡胶林三层的土壤容重和田间持水量均存在显著差异,天然林地0～30 cm和30～60 cm的土壤田间持水量大于人工橡胶林.(3)两种林地的上、中、下三层土壤的有机质、全氮、碱解氮均有很大差异.天然林地土壤上层( 0～30 cm)有机质     

伏牛山地区森林植被动态变化对水热条件的响应

利用环境一号卫星不同时相多光谱数据,提取伏牛山地区不同森林植被类型。借助S-G滤波算法重构2000-2013年MODIS EVI时间序列影像,并结合气温和降水数据,运用线性回归、相关性分析和ANUSPLIN插值等方法分析伏牛山地区不同森林植被类型变动对水热条件的响应方式。结果表明：① 伏牛山地区植被覆盖较高,EVI平均值为0.48,14年来总体呈上升趋势,但不同森林植被类型变化存在明显差异,其中占比例最大的落叶阔叶林的上升趋势最为明显。② 14年来伏牛山地区气温呈升高趋势,气温距平升高速度约为0.27℃/10a,降水距平百分率呈波动增加趋势。③ 伏牛山地区不同森林植被类型EVI变化和气温、降水的相关性存在明显差异,其中常绿阔叶林EVI与气温的相关性最高,常绿落叶混交林与气温的相关性最弱;除常绿落叶混交林与降水主要呈弱正相关外,其余森林植被类型与降水主要呈弱负相关。④ 伏牛山地区森林植被对气温和降水的响应总体上滞后性不明显,仅在局部区域内常绿落叶混交林与气温和降水存在半个月滞后期。     

贞丰竹林堡石林景观特征及其美学价值探讨

在实地调研收集资料的基础上, 论述了贞丰竹林堡石林的地质背景、成景条件以及景观特征, 并对其美学价值进行了探讨。竹林堡石林位于早三叠世奥伦期相变带上, 是贵州三叠纪喀斯特石林的重要代表, 具有表观形态美、空间结构美、景观组合美等美学特征, 新发现的"新双乳峰"物质组成与原双乳峰同为安顺组白云岩, 是竹林堡石林不可分割的有机整体。      

基于多源遥感的广东镇海湾红树林演变分析

利用4 期多源遥感数据（包括1970 年的美国间谍卫星DISP KH-9 数据、1999 年的SPOT-2 全色数据、2007 年的ALOS 多光谱数据和2015 年国产的资源三号数据）,结合红树林湿地资源的空间分布特征及先验知识,基于面向对象的多尺度分割提取红树林植被斑块,采用目视解译获取多时相红树林空间分布精确信息。结果表明：1970、1999、2007 和2015 年镇海湾红树林有林地面积分别为931.4、615.3、678.5 和783.7 hm²,红树林面积呈现出先减少后增加的趋势。1970―1999 年,该区域以原生红树林被破坏为主,仅有5.7%的原生林被保存下来。1999―2015 年,红树林的人为破坏与人工修复现象并存,但总体上破坏程度有所降低;其中1999―2007、2007―2015年间红树林面积分别增加了63.2 和105.2 hm²。养殖塘侵占和人工恢复种植的综合影响,以及海岸线周边人为活动变化是驱动红树林有林地时空变化的主要因子。最后,提出了一系列有针对性的红树林保护与发展的措施,为合理地开发和更好地保护红树林资源提供决策支持。     

基于图像阈值法的森林雪灾损失遥感估测——以云南省为例

雪灾是森林生态系统的严重生态干扰之一, 会严重影响林木生长并降低生态系统功能。利用2000-2011年SPOT NDVI长时间序列影像数据, 基于SG滤波函数进行时序重建, 采用灾后同期影像的图像阈值法, 以常年多灾的云南省2008 年雪灾为例, 进行雪灾森林植被受损评估。评估结果与全国灾情月报中的云南省雪灾范围基本一致, 全省森林雪灾受损面积达12.09%, 主要分布在滇西北的迪庆州、怒江州。对森林雪灾受损程度分析表明, 全省重度受灾县7 个, 中度受灾县13 个, 轻度受灾县45 个。对海拔、坡度、坡向、坡位等地形条件的叠加分析表明, 海拔3300~4000 m、坡度5~15°、处于东坡或东北坡中坡位的森林植被受损最严重。本研究有助于实现森林雪灾损失的快速评估, 对有效规避次生灾害、开展灾后恢复重建规划具有重要意义。     

CSAMT法在莘县马西林场地热普查中的应用研究

多源数据融合对基础地理信息在各行业的应用有着很大的促进作用,该方法弥补了测绘数据属性采集的局限性。通过“数字惠民”公共服务平台建设中对多比例尺、多格式、多专题设置的数据集成所面临的问题进行了阐述和分析,提出了数字城市公共服务平台建设中多源数据融合方法研究,并对各项关键技术进行了探讨和研究。     

上层海洋对热带气旋的响应与反馈研究进展

对60年来有关上层海洋与热带气旋(Tropical Cyclone,TC)的响应与反馈的研究进行了回顾,通过观测手段的完善和改进模式的应用,人们的认识不断提高:TC直接激发的近惯性流最大可达1 m/s,其导致的强烈的剪切造成混合层对下层冷水的夹卷是引起混合层降温的主要原因,并往往伴随着混合层深度的增加,这一影响在TC右侧更为最著,并可延续几天到几十天不等。TC导致的混合层降温会使得海洋输出的热通量减少,反过来削弱TC的强度,形成一个负反馈,而海洋特殊的热力和环流结构(如暖涡、洋流等)则对TC有正反馈。所以了解TC经过前的海洋初始场对研究TC与海洋之间的相互作用、对预测,TC的强度、路径变化等尤其重要;通过准确的初始场结合越来越完善的模式可以对TC进行更真实的模拟和预测,使得对TC准确的预报和预警成为可能。     

基于几何光学模型的人工林叶面积指数遥感反演

 MODIS等全球叶面积指数(LAI)产品空间分辨率偏低(250m~7km),不能满足高空间分辨率遥感应用的需求。为获取大区域高空间分辨率LAI,有必要对物理模型用于高空间分辨率遥感影像LAI反演的可行性进行探讨。本文基于4-scale模型LAI反演算法,以甘肃省张掖为研究区,利用TM 影像实现研究区人工林LAI反演。反演算法考虑了反射率入射-观测角度对LAI与植被指数关系的影响和植被冠层尺度的集聚程度。利用地面实测LAI数据对反演结果进行验证与分析,并与NDVI经验模型进行对比,同时分析LAI反演结果对波段反射率敏感性。结果表明: 4-scale模型LAI反演结果与实测LAI一致性良好(R²=0.67,RMSE=0.50),且优于NDVI经验模型(R²=0.59,RMSE=0.67);当LAI大于2时,4-scale模型LAI反演算法误差小于NDVI经验模型,能有效避免植被指数的饱和现象;红光波段反射率减小时,引起4-scale模型LAI反演结果的变化幅度比其增大时更高,且影响程度大于近红外波段反射率。研究表明,4-scale 模型LAI反演算法可用于TM数据反演人工林LAI,模型应用普适性较强。