基于VisIt的全球科学数据并行可视化——以大气温度场为例

针对当前大规模全球科学数据可视化中存在的单机可视化数据量有限、从底层开发并行可视化系统难度大等问题,该文基于分布式环境和VisIt,提出了一种简便、开放而又有效的大规模全球科学数据可视化方法。介绍了VisIt的体系结构及运行机制,给出了自定义数据的并行可视化方法;并基于NCEP数据集及全球空间格网,在小规模集群环境下实现了小粒度适应性球体退化八叉树格网(SDOG)下的全球大气温度场的并行可视化。VisIt的并行可视化性能测试结果表明:通过增加计算节点,VisIt能有效摆脱传统单机可视化对数据量的限制,可实现大规模全球科学数据的并行可视化。     

区域土地利用及土地覆盖的空间格局研究--以广西梧州市为例

从分析梧州市土地利用现状入手, 总结其土地利用的现状特征, 而后在引入多样性指数、优势度指数、均匀度指数和破碎度指数的基础上, 对梧州市土地利用／ 覆盖的空间格局进行了定量分析。最后, 根据计算结果得出有关结论。     

雷达用于地震预测的基础实验研究

为将雷达技术应用于地震预测,在实验室对花岗岩等不同岩性的27个岩石试样进行了加压实验观测研究,使用的雷达测量仪器是美国HP公司生产的专用RSC测量系统,观测8mm,2cm,3cm和5cm四个雷达波段,在加压的过程中自动连续测量岩石试样的雷达波反射强度随压力的变化,实验表明：反映岩石试样微波反射特性的雷达波反射强度随压力变化而变化,在实验的27个岩石试样中,无一例外,只是在不同试样、不同波段或不同极化方式的实验中存在变化幅度和趋势的差异. 岩石试样反射波强度的相对变化量为百分之几到百分之十几,花岗岩的最大变化量达到202%(113号试样),砂岩的最大变化量达到279%(212号试样). 实验结果为将雷达技术应用于地震预测、岩体及岩土工程稳定性监测和稳定性评价提出了实验依据,奠定了物理基础.     

上海热浪与健康监测预警系统

用1989～1998年上海逐日4次气象观测资料,应用美国特拉华大学的SSC天气分类方法确定逐日天气类型,形成了10年逐日天气类型日历。并通过天气类型与死亡率的对比分析,确定MT+类型是上海地区形成热浪的“侵人型”气团,是具有最高死亡率的天气类型。采用逐步回归方法建立了MT+类型下因受热浪侵袭而超正常死亡数的回归方程。在此基础上建立了上海热浪与健康监测预警系统。通过1999年气象和死亡实况资料检验,系统对热浪及因此引起的死亡具有较好的监测和预警效果。     

长江主干流的球面重心计算及其尺度效应分析

长江不仅具有长度这一非空间属性,还具有重心、方位、密度以及形状等多种空间分布属性。为了对长江的空间分布特征进行统计分析,提出了一种基于球面坐标的空间分布统计方法。采用空间随机抽样的方法,通过对组成长江水系的2种有限线段(即原始数据线段和等长切分线段)进行了不放回空间随机抽样,估计了长江球面重心位置的不确定性。为了解长江水系空间数据固有的多尺度特性,还研究了长江水系不同分辨率的空间切分(1 000 m、100 m、10 m)条件下的球面重心的规律。长江球面重心的计算方法不仅适用于球面线状物体球面重心的计算,也适用于球面面状物体重心的计算。研究长江水系的空间分布特征可以增加人们对长江水系的认知,为研究长江流域的经济、政治等相关的研究提供重要的地理参考信息或背景信息。     

2000-2018年东亚地区云顶高度的时空变化特征

为了了解区域云顶高度对过去气候变化的响应,基于卫星搭载的MODIS传感器提供的2000年3月至2018年2月MOD03_08_v6.0数据,分析了东亚地区云顶高度2000—2018年的时空变化特征,并探讨其长期变化的原因。研究发现,东亚地区云顶高度呈西南高东北低的特征。云顶高度在东亚地区以0.020 km/a的变率增长,其中大陆东部云顶高度的年际变率为0.035 km/a,东部海域年际变率为0.034 km/a。在东部海域地区云顶高度的变化同海表温度的变化相关性较高,相关系数为0.68,这表明云顶高度的变化受下垫面的影响。在东亚地区30°~40°N区域内,年平均云顶高度的增加较为明显。此外,夏季云顶高度在长江中下游盆地、塔里木盆地、吐鲁番盆地以及四川盆地东北部呈-0.03 km/a的减少趋势,这是由于更多低云的形成降低了云顶高度;冬季云顶高度在东亚地区40°N以北呈下降趋势,而在40°N以南呈增加趋势。     

甘肃省东部旱作区土壤水分变化规律的研究

甘肃省东部旱作区的气候条件，降水补给作用及作物生长发育状况的特殊性，导致土壤水分具有独特的时空分布规律，麦田２ｍ土层水分的周年变化呈一峰一谷型，可划分为旱季失墒消耗阶段和雨季蓄墒贮水阶段；其垂直变化呈“Ｓ”型，可划分为水分多变层、过渡层及稳定层。     

基于地统计方法的气候要素空间插值研究

在回顾了地统计学的产生、发展及其基本原理的基础上,对于目前众多可以提供计算网格的气候要素的空间插值方法中,具体探讨了普通克里格法和协同克里格法。将甘肃省1961—1990年30年平均降水量和蒸发量作为区域化变量,根据不同的半变异函数理论模型,采用普通克里格法和双变量协同克里格法,通过对比分析得到：（1）不论是多年均降水量还是多年平均蒸发量在空间上都呈现明显的梯度变化,二者的空间变程都很大,而降水量变化幅度更大。降水量从东南部向西北部逐渐减少,蒸发量则相反,从东南向西北逐渐增加。（2）基于地统计的插值方法,根据半变异函数云图和试验方差最小的原理,选择合适的半变异函数理论模型进行变量的空间插值,能够较好地模拟区域化变量的空间连续分布格局,并取得较好的效果。对比普通克里格法和协同克里格法,后者增加了高度对降水量和蒸发量的影响,在空间分布上更为合理,插值的精度也要明显好于普通克里格法。（3）采用地统计方法虽然在总体上能够较好地反映气候要素的空间分布格局,但检验显示,两种方法空间插值的精度都还不是很高,插值的精度还有待进一步提高。     

杭州市空气负离子变化特征分析

利用2008—2010年杭州西溪湿地和馒头山空气负离子观测资料,分析了杭州市空气负离子的季、月和日变化特征,以及空气负离子与气象环境因子的相关关系。结果表明,湿地负离子浓度要好于市区;杭州市空气负离子浓度冬季最大,夏季最小;一日中早晨空气负离子浓度最高,15时左右最低;夜间高于白天。空气负离子浓度与温度、日照时数和空气污染物呈负相关,与相对湿度、风速、云量和降雨量呈正相关。     

青藏高原气温分布的空间插值方法比较

使用反距离平方、趋势面、Kriging插值、Cokriging插值和综合方法对青藏高原1961-1990年30年平均1月气温进行空间插值比较研究，其中后两种方法能够把影响青藏高原气温分布的关键因素——高程置于插值算法之中。反距离平方和趋势面插值的结果都与实际情况相差较远；普通Kriging插值能够反映出青藏高原气温分布的一定的空间结构，但结果依然不好；由于考虑了高度变量，Cokriging插值表现出一定程度的性能改进，但因为台站海拔高度偏低，插值结果依然不理想。前4种方法效果不好的原因主要是因为青藏高原上气象台站稀少且高原西北地区无气象台站。综合方法把气温分解为结构化分量和随机分量，使用直减率把气温订正到同一海拔高度后，再对它们做Kriging插值分析，其结果较为正确地反映了青藏高原气温空间分布的特征，误差远小于其它方法。研究结果表明：样本本身的空间分布是影响插值精度的重要因素，合理的采样设计是必要的前提；对于台站稀少的地区，必须把随机插值方法和确定性方法结合起来估计气候变量的空间分布。同时给出了青藏高原1月的气温空间分布状况。