土地利用/覆被变化研究的实质分析 与进展评述

作为当前研究的前沿领域,LUCC研究所涉及的研究内容不仅丰富而且繁杂。本文从LUCC研究计划的根本目标出发,指出LUCC所研究的诸多科学问题之间存在着紧密的联系,其实质是因果关系,而且LUCC研究可以简单明了地归纳为三个研究构成环节（LUCC原因、LUCC状况和LUCC结果）和四个核心研究内容（LUCC驱动力与驱动机制、LUCC状况、LUCC效应研究与作用机制、LUCC模型模拟与土地可持续利用）,文章针对此四个方面的研究进展进行了综述。此外,作者对LUCC的研究趋势进行了展望,指出：LUCC研究的主要趋势是走向综合,LUCC的环境效应研究与LUCC微观机理与过程的研究是当前LUCC研究的两个热点,而研究尺度的综合和模型构建是LUCC研究的两大难点问题。     

土地利用变化对土地生产力的影响研究进展

土地利用变化对土地生产力的影响是土地利用/覆被变化(LUCC)效应研究的重要内容之一。本文基于对土地利用变化和土地生产力概念的辨析, 着重从土地利用变化对土地生产潜力、粮食生产能力和土壤质量3 个方面的影响, 总结梳理了当前的主要研究内容和方法, 探讨了研究的影响尺度特征。最后指出今后的研究应加强土地利用结构、方式和强度变化对小尺度范围内耕地生产力的影响, 强化不同尺度的综合以及空间分析和动态评估方法的应用。     

利用标准时频变换方法在强噪声环境下无偏拾取地震P波、S波到时

地震P波、S波到时是精确分析地震水平位置、深度与速度结构等的重要参数,如何准确拾取P波和S波到时是地震学的一项重要的基础工作.大数据量与强噪声环境给地震到时的自动拾取带来了很大挑战.在频率域中可将信号与噪声分离,但会造成震相的偏移.针对上述问题,本文在STA/LTA、AIC方法的基础上,引入了标准时频变换（Normal Time-Frequency Transform,NTFT）,结合信号时间域与频率域特征,提出了基于NTFT的STA/LTA方法,以及基于NTFT的AIC方法来拾取P波和S波的到时.基于NTFT的STA/LTA方法通过构建即时频率约束的特征函数,以增强地震信号振幅响应的变化特征.基于NTFT的AIC方法则根据NTFT的变换系数定位即时频率-时间基准点,通过滑动窗口直接对标准时频谱进行AIC处理拾取最佳到时.本文采用了不同强度噪声的60组合成数据和105组实测地震数据对方法的可靠性进行检验.以人工拾取到时为参考,实测数据中NTFT-STA/LTA方法拾取P波、S波到时的均方根误差分别为0.36 s和0.56 s;NTFT-AIC方法拾取P波、S波到时的均方根误差分别为0.25 s和0.35 s.相比于STA/LTA、AIC方法,NTFT改进后的方法提高了P波和S波到时的拾取准确率,为强噪声环境下的地震波形到时拾取提供了新思路.

     

TEROS:雷暴高能辐射观测系统的设计与实现

为获取雷暴高能辐射的强度、能量及时间等信息,本文设计了一套基于双通道闪烁体探测器的分布式雷暴高能辐射观测系统.该系统由远程终端单元和高能辐射探测单元组成,基于本底放射性统计涨落实现了短爆发事件的在线识别,并可通过累积能谱数据离线检索γ射线辉光事件,具有测量能量范围宽、抗干扰能力强、易组网等特点.利用碘化钠闪烁体探测器建立的国内首个分布式雷暴高能辐射观测系统在人工引雷试验中得到应用验证,在全部5次人工触发闪电的22次先导/回击过程中,捕获到17次高能辐射事件.试验结果表明该系统具备复杂电磁环境下的雷暴高能辐射在线监测与数据采集能力,将为本领域研究持续提供观测资料,推动国内高能大气物理研究的发展.

     

2020年4月20日磁暴恢复相期间舌状中性结构的垂直变化

在发生于2020年4月20日的地磁暴恢复相阶段, GOLD(Global-scale Observations of the Limb and Disk)成像仪在第112天(day of year, DOY 112)中低纬地区观测到氧原子(O)和氮气分子(N₂)的柱密度比(ΣO/N₂)的舌状中性结构(TON).TON结构一般指发生于中高纬且形成于两个ΣO/N₂暴时衰减结构之间的ΣO/N₂增强结构.热层-电离层电动力学大气环流模式(Thermosphere-Ionosphere-Electrodynamics General Circulation Model, TIEGCM)定性地模拟再现了在本次磁暴恢复相期间观测到的ΣO/N₂增强结构, 并且发现这个结构在前一天(DOY 111)当地下午形成, 通过中性风的输运被逐渐耗散.模拟结果呈现了不同高度O/N₂的TON结构的垂直变化, 其强度和纬度范围有明显的高度依赖性, 并且随磁暴演化不断变化.诊断分析表明: 下沉流(downwelling)驱动的垂直输运首先导致较低纬(约30°N—70°N)O/N₂的增强, 然后通过极向风驱动的水平输运将其向更高纬地区输运.在中低热层(约120~300 km高度), 主导O/N₂的TON结构演化的中低纬极向风主要是由气压梯度力导致的, 同时科里奥利力对极向风也有一定的正贡献.而在约300 km高度以上的高热层, 极向风主要由气压梯度力和与其作用相反的垂直黏性力两项控制.

     

HY-1C/D卫星中国海洋水色水温扫描仪几何定位方法

海洋一号C/D（HY-1C/D）卫星中国海洋水色水温扫描仪（Chinese Ocean Color and Temperature Scanner,COCTS）主要用于探测海洋水色、水温等要素,这些要素需要经过卫星资料处理才能获取,而几何定位是预处理的核心,直接影响这些要素的质量。COCTS具有114°视场角和四元逐点摆扫的特征,据此研究出一套完整的几何定位方法。从0级数据中提取卫星星历,利用插值法从中获取采样时间对应的卫星位置和速度,进而得到轨道（ORB）坐标系到地心旋转（ECR）坐标系的转换矩阵。基于四元逐点摆扫的特征,中心视矢量分别绕X轴、Y轴旋转相应角度,获得扫描行各采样点ORB视矢量,建立视矢量与地球交叉点关系模型,从而对根据波段数据绘制的遥感图像进行地理定位。本文使用插值法替代了传统需要6个轨道根数来计算卫星位置的复杂方法,同时直接计算ORB到ECR的转换矩阵,而不采用传统的两步转换方法。经过多组数据计算及定性定量验证,HY-1C/D COCTS几何定位结果一致;采样像元尺度效应导致从星下点到两侧边缘、从赤道到两极,误差逐渐增大,约在两个像元内。该方法满足一定的定位精度要求,可以用于COCTS的几何定位。     

阿富汗地震R/S分形特征及地震活动性分析

地震的发生具有非线性特征,分形理论能够刻画地震时空分布特征及其变化过程。本文基于R/S分析方法确定阿富汗主要地震带的分形特征,利用ARIMA模型对兴都—库什山地震带可能发生的年度最大震级进行预测。R/S分析表明,兴都—库什山地震带Hurst指数为0.9125,地震活动记忆周期为8年; 苏莱曼山地震带Hurst指数为0.7281,地震活动记忆周期为9年。兴都—库什山和苏莱曼山地震带地震活动的变化趋势与历史变化一致,且兴都—库什山地震带的趋势延续性比苏莱曼山地震带更为显著。ARIMA模型预测结果显示,2022—2026年兴都—库什山地震带可能发生的年度最大震级分别为M_b6.2、M_b6.1、M_b5.8、M_b5.8和M_b6.1。     

黄土高原西部地区黄土地层有机质主要来源分析

黄土有机质的主要来源是决定其稳定碳同位素(δ 13 Corg.)能否应用于重建过去C3/C4相对丰度变化及相应的古气候变化的关键基础科学问题。如若黄土地层当中的有机质主要由粉尘携带而来, 而非当地植被, 显然其δ 13 Corg. 不是一个局地植被过去C3/C4相对丰度变化及古气候变化的良好指示器。本文对黄土高原西部地区(六盘山以西)新获得和已发表的相关数据进行综合分析, 尝试对该地区黄土有机质的主要来源进行定量的分析。结果表明, 总体而言, 该地区黄土地层有机质主要来源于当地植被, 由粉尘携带而来的有机质贡献量不超过8 %, 所造成的有机碳同位素变化幅度不超过1.7 ‰ 。这些结果说明该地区的黄土地层有机质δ 13 Corg. 是可以用来重建过去C3/C4植物相对丰度及相应的古气候变化的。为了更精确的重建, 后续的工作应当更多考虑粉尘搬运过程当中的有机质输入以及粉尘沉积之后的微生物活动的可能潜在影响。     

基于面向对象分类技术的沈阳市土地利用动态变化研究

基于RS和GIS技术,采用面向对象分类技术,根据沈阳市的实际情况,建立土地利用类型解译标志,利用多尺度分割方法进行影像分割,然后利用决策树法和最近邻的分类方法,建立分类规则,提取区域土地利用信息,得到该区域的两期土地利用/土地覆被数据,并对研究区的土地利用动态变化及引起这种变化的驱动力进行分析.研究中所采用的面向对象的分类方法在地表景观信息提取中充分利用了地物的光谱信息、纹理特征等特征,最大程度上克服由于不同地物光谱信息相似、相同地物光谱信息不同而造成的混分现象.