Drainage density on progressively tilted surfaces with different gradients,Wheeler Ridge,California

Wheeler Ridge in the Southern San Joaquin Valley, California, is an anticlinal fold which has been progressively uplifted during the last 250 ka. Drainage networks on the ridge become younger as the anticline's eastern tip is approached. Because of the fold's asymmetric shape, surfaces on opposite flanks of the ridge have similar ages but very different gradients. The ridge provides important insights into drainage development on progressively tilted surfaces, as existing studies are restricted to static topography. A surface gradient of between 4·8° and c.10° is needed to initiate channel networks. This gradient threshold is consistent with previous studies of the gradient and upslope area needed to incise a channel through overland flow. Comparison of coeval drainage networks on opposite flanks of the ridge allows the controversial relationship between drainage density and gradient to be investigated. A lower valley density is observed on the higher gradient flank of Wheeler Ridge. Field observations from the ridge indicate that this inverse relationship is associated with hillslope erosion by shallow mass-wasting, the rate of which increases rapidly as a threshold gradient is approached. Comparison of data from Wheeler Ridge with other field studies and numerical models, shows that the form of the relationship between gradient and drainage density is process-dependent. A positive correlation occurs when erosion is a result of overland flow, whilst a negative correlation occurs where erosion is dominated by shallow mass-wasting. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

多层次移位原则的道路与建筑物空间冲突处理

本文在分析传统道路与建筑物空间冲突算法的基础上,借鉴其优点,从保持建筑物间的整体空间布局特征,以及模拟人工移位的处理方法角度出发,提出根据区域密集程度的不同,划分为稀疏区、密集区、高密集区三个等级区域,并制定相应的多层次移位处理原则,然后,根据道路与建筑物的邻近程度,将建筑物分为多等级的移位层,对移位层内的冲突进一步细分;据此,依据移位层的邻近程度,将多层次处理原则贯穿于要素冲突外力的计算、外力的聚合以及其移位算法的确定中,分别对道路与建筑物的冲突、建筑物之间的冲突分别进行处理。     

2007—2019年湖北省地闪分布特征及雷电强度等级划分

根据2007—2019年地闪监测资料,采用数理统计方法,分析湖北省闪电活动时空分布特征,融合地闪密度和雷电流强度,提出雷电强度的概念,并完成湖北省雷电强度等级划分。结果表明：湖北省以负极性闪电为主,占94.7%,平均正地闪强度为50.2 kA、负闪36.0 kA、总闪37.0 kA。闪电活动主要集中在全年的3—9月、全天的14—20时,闪电活动较弱的月份、时段发生正地闪的比例较高。正地闪强度月变化大致呈“V”型,总闪电和负地闪强度逐月波动变化。雷电流强度日变化主要呈单峰单谷型,正地闪强度09时最大,15时最小,总闪电和负地闪13—14时雷电流强度最小,05时最大。地闪密度和雷电流强度存在地域性差异,整体呈东高西低分布特征。湖北省雷电强度可划分为高、中、低3个等级,高值区主要位于湖北东部的大别山、幕阜山与江汉平原交汇地带以及湖北西部山区向江汉平原的过渡地带;湖北西南、湖北西北以及湖北个别边缘区域雷电强度等级较低;中值区主要分布在湖北中部平原一带。     

基于元胞自动机的城市发展密度模拟

元胞自动机CA越来越多地被用于模拟复杂的城市系统,但这些模拟基本不考虑城市的发展密度。不同的城市发展密度会对城市的形态有很大的影响,有必要将城市的发展密度引进CA的城市模拟中,以获得更好的模拟结果。本文将密度梯度函数引进了CA模型的转换规则中,并定义‘灰度’来反映状态的转换。利用该模型对不同可能的城市发展组合进行了模拟,为城市规划提供了辅助依据。     

基于KPCA和SAM的城市植被遥感分类研究

研究高分辨率遥感城市绿地信息自动提取技术是城市遥感技术应用亟待解决的问题之一。城市绿地分布破碎,林种多样,林相不齐,具有极强的非线性特征。核主成分分析(KPCA)可以表达图像像素间的高阶关系,因而可以提取图像的非线性特征,同时提供一组相互独立的主成分。通过实验分析核函数的参数,比较变换前后的平均可分性,进行波段选择。将KPCA与SAM分类方法结合,构建基于KPCA的SAM城市植被分类方案。实验结果表明,该方案比传统的分类方法精度高。城市6种绿地类型的分类总精度为80.6%;合并为草地、园地与林地绿地类型时分类总精度达91.7%,可以满足城市植被分类与生态评价的需求。     

一种新的基于模糊分析观测信息的局地化方法

地球表层系统是一个极其复杂的巨系统,为了更精确地表达地球表层系统各种过程的动态演进,解决数据同化系统观测误差的估计与处理已经成为地球科学领域备受关注的问题之一。在地球科学系统数值模拟中,一般采用集合数据同化来探讨地学变量预报时的各种误差。集合类卡尔曼滤波通常会由于集合数过小而带来欠采样、协方差低估、滤波发散和远距离虚假相关等问题。针对背景误差协方差被低估问题,局地分析方法（Local Analysis, LA）在一定程度上能起到抑制作用,但无法彻底解决背景误差协方差的虚假相关问题。因此,本文在集合卡尔曼滤波的算法框架下提出了一种与模糊逻辑控制算法相耦合的局地化分析方法（Fuzzy Analysis, FA）。在强非线性Lorenz-96模型中,对不同模型误差下的LA和FA方法进行了性能优劣方面的探讨,并比较分析了2种方法在集合数、观测数和观测位置、放大因子以及强迫参数变化时的同化性能。实验采用均方根误差作为算法评判依据,同时用功率谱密度（Power Spectral Density, PSD）更直接地对2种算法性能优劣作出了评价。结果表明：在完美模型下,FA相对于LA降低了17.5%的均方根误差（Root Mean Square Error, RMSE）;随着模型误差增大,RMSE减小的百分比和减小幅度都在降低;在严重模型误差下,FA降低了8.6%的RMSE。总体而言,新算法FA的有效性和鲁棒性都得到了验证,并且在EnKF同化基础下有效改进了传统的局地化分析方案,优化了观测误差处理,为今后的数据同化研究提供了一个较为全面的观测误差研究平台。     

中小尺度下植被冠层对屋顶表面温度的调控效应分析

随着城市化进程的加快,城市热岛问题日益严重,对人类健康和城市可持续发展产生了巨大威胁。植被可有效遮蔽阳光直射,并通过蒸腾作用降低气温,是改善局部热环境的重要途径之一。开展植被对建筑物温度的调控效应的研究,对于理解城市热岛成因、缓解城市热环境恶化等方面都有重要意义。然而,当前研究往往是在遥感影像的基础上进行的,缺乏植被结构信息,同时,受制于有限的空间分辨率,研究大多在城市尺度下开展。在中小尺度上定量地研究植被冠层密度对建筑物温度的影响仍然具有一定挑战性。鉴于此,本文使用激光雷达（Light Detection and Ranging, LiDAR）获取的高分辨率冠层密度数据,在楼间尺度和街区尺度下开展圣罗莎市三维植被结构与单体建筑物表面温度之间定量关系的研究,分析不同尺度下植被冠层的降温特征及其在局部环境中的降温贡献。结果表明：植被对建筑物的降温作用与其周围的冠层密度有密切关系：冠层密度需达到17%才能起到有效的降温作用,其中在中小尺度上冠层密度分别高于30%和40%时,能最大限度发挥植被的温度调控功能;当冠层密度相同时,2个尺度下的温度变化显著不同：随着冠层密度的增加,街区尺度下的屋顶温度比楼间尺度下的屋顶温度平均下降了0.89 ℃;中小尺度下的屋顶温度变化不仅受到其周围植被结构的影响,还与整体热环境状况有关。本文的研究思路与结果有助于在有限的城区土地资源上合理规划绿地建设,构建可持续的人类宜居环境。     

CALINE4模型扩散参数的城市建筑影响

机动车尾气排放已经成为城市空气污染的主要原因之一,为了更好地了解机动车尾气扩散,在GIS领域为机动车尾气的治理提供帮助,该文基于CALINE4模型对城市道路中机动车尾气的扩散特性进行研究。通过ENVI-met软件模拟验证了建筑物对污染气体扩散的显著影响,在CALINE4模型的基础上综合考虑了道路两侧建筑物对机动车尾气的反射作用和阻塞作用,结合道路的街谷高宽比和阻塞比的概念,提出了一种在建筑物影响下CALINE4模型中扩散参数的修正方案,并定性分析了建筑物对模型中扩散参数的影响以及对机动车尾气扩散过程的影响。分析结果表明,建筑物对机动车尾气的扩散有明显的反射与阻塞作用,尤其在建筑密集的区域会产生二者的叠加,使该区域污染物浓度分析更加复杂。     

基于差值PCA的高分辨率影像变化检测

目前,影像变化检测研究主要针对多波段低空间分辨率影像,而多波段高空间分辨率影像的变化检测研究则相对较少。本文以时相为2015年和2016年的资源三号卫星影像为研究对象,采用差值主成分分析方法提取研究区的变化图斑。实验证明,该方法在多波段高分辨率卫星影像变化检测中有效,对影像变化检测的研究和应用具有重要的参考价值。     

大都市区城市扩张过程及形态对比分析——以东京、纽约和上海为例

大都市区化是全球城市化进程中的普遍现象,研究大都市区域城市扩张进程对理解其未来增长趋势、区域可持续发展具有重要意义。大都市区土地扩张及区域间的对比分析,以及都市区发育过程中城市扩张的一般化空间模式还未被深入理解。论文选取东京、纽约和上海3个大都市区,获取1990—2015年间3期Landsat影像数据,使用梯度和格网分析法,采用城市土地密度函数和城市扩张指数,从建设用地数量变化及其时空分布、城市形态变化等方面,多角度对比分析各城市不同阶段建设用地增长的时空差异。结果表明：① 大都市区边界仍在不断扩展,建设用地在研究期内持续增长;20多年间东京、纽约和上海的建设用地面积分别增长了63%、53%和233%;上海一直处于高强度扩张状态,而纽约的城市扩张在后期几近停滞。② 大都市区建设用地密度从中心向外呈圈层递减式分布,城市核心区和边缘区半径的增长最明显;城市形态均趋向于紧凑。③ 新增建设用地时空异质性明显。东京的远郊新城不断建设,纽约一些尚有发展潜力的区域次中心仍在扩张但速率逐渐放缓,上海的核心区外围增长剧烈并逐渐向远城区推进。④ 大都市区域扩张先后经历高速期—缓慢期—停滞期,扩张进程表现为核心区膨胀—次中心及新城建设—逐步形成稳定的多中心结构。