基于系统动力学模型和元胞自动机模型的土地利用情景模型研究

综合自上而下的系统动力学模型和自下而上的元胞自动机模型, 从宏观用地总量需求和微观土地供给相平衡的角度, 充分利用系统动力学模型在情景模拟和宏观驱动因素反映上的优势与元胞自动机模型在微观土地利用空间格局反映上的优势, 发展了土地利用情景变化动力学LUSD (Land Use Scenarios Dynamics model)模型. 利用该模型对中国北方13省未来20年土地利用变化的情景模拟结果表明, 由于LUSD模型充分利用了系统动力学模型和元胞自动机模型的特点和优势, 同时考虑了土地利用系统宏观驱动因素复杂性和微观格局演化复杂性的特征, 因而提高了当前土地利用情景模型的可靠性, 这将在一定程度上为理解土地利用系统的复杂驱动行为, 评估脆弱生态区土地系统变化的潜在生态效应提供帮助. 同时, LUSD模型的情景模拟结果也表明, 农牧交错带地区是中国北方未来20年土地利用变化比较明显的地区, 而耕地和城镇用地则是该区域内变化最为显著的两种用地类型.     

基于最大发展潜力值的元胞自动机城市扩张模型

在城镇化发展水平及土地开发评价的基础上,评价待扩张区域土地转变潜力分值,基于最大转变潜力分值,提出一种有别于传统元胞自动机模拟城市扩张的新方法。该方法与传统元胞自动机模拟城市扩张相比在迭代方式上存在不同,它克服了传统元胞自动机因阈值设置不同而导致结果不确定的难题。分别将该方法与传统元胞自动机模型应用于武汉主城区,模拟了其2003年到2013年的城市扩张情况,最后,将模拟结果与实际土地利用现状图进行对比发现改进后的新方法在模拟精度上大大提高。     

点云中混合像元的探测与剔除算法

针对地面三维激光扫描仪扫描过程中产生混合像元的问题,通过对混合像元产生原理和相关特性的分析,提出了一种用于探测和剔除混合像元的算法,并且编制相应的计算机程序予以实现。同时以球体作为实验扫描对象,用混合像元剔除算法对扫描过程中产生的混合像元予以剔除,并比较了混合像元剔除前后点云拟合模型与实际物体在尺寸上及拟合精度的差异,从而验证了该算法的有效性和实用性。混合像元探测与剔除算法可以为后期进行的点云配准、特征提取和曲面建模等工作提供更精确的点云。     

基于时序NDVI的昭觉植被覆盖度变化研究

归一化植被指数(NDVI)能精确地反映植被绿度、光合作用强度,在一定程度上反映着植被的演化信息,是评价生态环境状况的重要指标之一。本文利用Landsat TM数据分别对昭觉地区2009年和2014年的NDVI进行计算,并分别利用均值法、像元二分模型及NDVI差值植被指数对研究区域植被覆盖变化进行定量分析,结果表明:昭觉县NDVI均值上升了11.6%,植被覆盖度中极度改善的面积比例约占38%,昭觉县整体NDVI植被覆盖度显著提高,并对其变化原因进行简要分析,为生态环境建设提供决策依据。     

上扬子会泽地区早三叠世飞仙关组砂岩物源特征:来自重矿物铬尖晶石和碎屑锆石的限定

上扬子会泽地区早三叠世飞仙关组主要为河流相的紫红色砂岩,物源主要来自于西部和西北部。碎屑重矿物组合表明物源主要来自于岩浆岩,且重矿物中发现大量碎屑铬尖晶石和锆石。本文运用电子探针微区成分分析和碎屑锆石U-Pb测年方法,对上扬子早三叠世飞仙关组砂岩中铬尖晶石和碎屑锆石进行分析。铬尖晶石电子探针化学成分分析显示,其具有高铬、低Fe~(3+)和高TiO_2含量的特征,源岩分析指示这些铬尖晶石来源于与洋岛/板内、岛弧以及大火成岩省相关的火成岩。同时,碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄测定表明,飞仙关组的物源主要来自于248~272Ma和715~997Ma的岩浆岩。铬尖晶石和碎屑锆石综合分析表明,248~272Ma的物源岩石具有大火成岩省玄武岩特征,主要为峨眉山玄武岩及同期基性侵入岩;715~997M的物源为洋岛/板内玄武岩类,主要为研究区周缘与新元古代苏雄组及其同期的岩浆岩;铬尖晶石指示的岛弧性质物源则可能源自1000~1100Ma的岩浆岩。同时,碎屑锆石还指示古元古代和早寒武世发育岩浆作用,且存在古老的新太古代结晶基底。这些资料为上扬子地区构造演化提供了沉积学的证据。     

双线偏振雷达资料在数值模式中的应用: 模拟器的构建

基于Rayleigh-Gans散射原理构造一个S波段双线偏振雷达模拟器。模拟器考虑了云冰、雪、雨和雹4种水凝物,以水凝物的混合比和数浓度以及水凝物粒子的轴比、相对介电常数、下落倾角为输入量,计算得到水平/垂直偏振反射率因子、差分反射率、比差分相位等偏振量。通过二维理想飑线模拟的试验结果表明,模拟器合理地再现了二维理想飑线系统成熟期的主要偏振特征:雹的反射率较高,差分反射率较低(又称Zdr洞);对流云区的Zdr柱;层云区的反射率和比差分相位的0℃层亮带特征;雨滴反射率与差分反射率因子的“雨线”统计特征。利用该模拟器建立了模式变量和偏振雷达观测的联系,有助于未来将偏振雷达观测资料应用于模式预报效果评估及对流尺度资料同化等方面的研究和应用。      

基于SDOG-ESSG的地球系统元胞自动机框架及其应用试验

元胞自动机结构简单且具备模拟复杂系统的能力,已被广泛应用于大气、流体力学、地球物理等领域。然而,现有元胞自动机以欧氏空间为约束进行地球系统过程模拟,忽略了地球重力等天然约束,导致计算过程中元胞状态的传递方向与真实运动的趋势方向不相符,一定程度上扭曲了最终的模拟结果。本文提出了地球系统元胞自动机这一概念,并从元胞表达及构建、邻居模型等方面设计了基于SDOG-ESSG格网的地球系统元胞自动机框架。由于演化规则取决于不同的应用,因此本文进一步以地壳的热传递为例,通过对热力学方程离散化设计了相应的演化规则。最后,借助公开的数据源开展了地壳热传递元胞自动机模拟的初步试验,并与一定区域下的数值模拟结果展开了比对。试验表明,与数值模拟方法相比,本文方法的模拟结果相对误差控制在27%以内,具备一定程度的可行性,可作为地球系统过程模拟的一种新思路。     

太湖地区HJ-1卫星CCD数据反演气溶胶及大气校正

针对HJ-1卫星CCD数据,利用改进的暗像元法反演气溶胶光学厚度(AOD),再利用反演的AOD对其进行大气校正。将反演的气溶胶与地基太阳光度计数据进行对比验证,发现当反演的AOD值大于0.2时,反演值与地基观测值的相关系数为0.964,符合MODIS业务化反演AOD的精度要求。再将反演得到的气溶胶带入6S辐射传输模型中,对HJ-1卫星CCD数据进行大气校正实验。结果表明,该方法能有效提高HJ-1卫星CCD数据大气校正的精度,更好地复原地物的真实光谱信息。     

结合像元分解和STARFM模型的遥感数据融合

高空间、时间分辨率遥感数据在监测地表快速变化方面具有重要的作用。然而,对于特定传感器获取的遥感影像在空间分辨率和时间分辨率上存在不可调和的矛盾,遥感数据时空融合技术是解决这一矛盾的有效方法。本文利用像元分解降尺方法(Downscaling mixed pixel)和STARFM模型(Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model)相结合的CDSTARFM算法(Combination of Downscaling Mixed Pixel Algorithm and Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model)进行遥感数据融合。首先,利用像元分解降尺度方法对参与融合的MODIS数据进行分解降尺度处理;其次,利用分解降尺度的MODIS数据替代STARFM模型中直接重采样的MODIS数据进行数据融合;最后以Landsat 8和MODIS遥感影像数据对该方法进行了实验。结果表明:(1)CDSTARFM算法比STARFM和像元分解降尺度算法具有更高的融合精度;(2)CDSTARFM能够在较小的窗口下获得更高的融合精度,在相同的窗口下其融合精度也高于STARFM;(3)CDSTARFM融合的影像更接近真实影像,消除了像元分解降尺度影像中的"图斑"和STARFM模型融合影像中的"MODIS像元边界"。     

利用端元光谱内插的青海植被覆盖度估算研究

针对利用像元二分模型估算植被覆盖度的精度不高的问题,该文基于OSAVI,提出了选定模型参数(OSAVIs和OSAVIv)的方法,并将该方法应用于青海省植被覆盖度估算。该方法通过高分辨率影像在研究区内选取纯裸地和纯植被样点,并将纯裸地样点的OSAVI作为纯裸地样点像元的OSAVIs,将纯植被样点的OSAVI作为纯植被样点像元的OSAVIv,利用样点像元的OSAVIs和OSAVIv值,通过普通克里金内插法,求得研究区每个像元对应的OSAVIs和OSAVIv。经精度验证结果表明:此方法较常规的参数选取方法,RMSE由0.170降至0.156,MAE由0.137降至0.124。经进一步分析表明,此方法对边缘验证点和非边缘验证点的估算精度都有所提高,由于配准误差和周围地表漫反射的影响,边缘验证点的估算精度低于对非边缘验证点的估算精度。