2000-2022年宁夏不同地理分区生长季植被覆盖度时空非平稳性特征

地表植被是土壤、水体与大气之间重要的连接物质。研究不同地理分区植被覆盖度(Fractional Vegetation Cover,FVC)时空非平稳性对区域生态环境保护与规划建设具有重要意义。基于MODIS13Q1 NDVI数据及其同期气象、地形、土壤、人类活动影响因子,明确不同地理分区FVC时空变化特征及其原因。结果表明:宁夏不同地理分区下的FVC差异显著,南部山区拥有较好的FVC水平。2000-2022年宁夏FVC呈现波动式增长趋势,南部山区FVC变化最为明显,平均增长速率为0.011/a。生长季多年平均空间格局分析说明宁夏高FVC主要集中在六盘山高山区、沿黄流域和清水河流域。23年间宁夏FVC低波动区域重点位于六盘山、沙坡头自然保护区、南华山以及吴忠市和银川市城建区域,中部干旱带高波动明显,Theil-Sen Median趋势分析显示南部山区增长趋势明显,引黄灌溉区有递减趋势,Mann-Kendall显著性检验说明宁夏越往南部FVC改善越显著,Hurst趋势进一步表明了南部山区和引黄灌溉区具有高持续特点,南部山区高山区、沙坡头自然保护区、甘城子以西、贺兰山石炭井、中宁县、贺兰县月牙湖乡等区域未来将维持稳定不变,沙坡头区香山一带反持续性显著,FVC有将会得到改善,贺兰山部分地区FVC较低且持续性较强有维持现状风险。宁夏不同地理分区FVC与影响因素时空非平稳特征明显,空间序列回归系数说明人类活动对FVC产生重要影响,时间序列回归系数说明了历史时期气候因素对FVC影响波动性大。该项研究可为宁夏不同地域生态保护、建设与可持续发展提供差异化对策提供参考。

顾及序列非平稳性的InSAR形变序列噪声分离与精化

地表形变序列提取是多时相合成孔径雷达干涉测量技术(Multi-temporal Interferometric Synthetic Aperture Radar, MT-InSAR)的最主要目的之一.受到随机噪声误差的影响, MT-InSAR获取的形变时间序列需要进一步精化.由于形变类型多种多样, 传统序列滤波处理方法容易出现单一模型不适用、滤波窗口难以确定、提取效果难以评估等问题, 难以实现海量监测目标的形变序列批量处理.针对这些问题, 本文提出了一种顾及序列非平稳性的广域InSAR形变序列噪声分离与精化方法.新方法构建了大范围区域的形变拟合模型库, 随后通过综合考虑拟合优度和残差平稳性, 对序列进行两次拟合, 充分分离出形变序列中的趋势性变化信号, 实现序列由非平稳向平稳的转化.最后对残余序列进行大窗口滤波, 实现对残余形变信号的提取, 最终完成含噪序列中的形变时间序列信号高精度分离与精化.本文利用传统三角滤波方法和新方法对规则形变序列和不规则形变序列进行了形变分量滤波提取对比实验, 实验结果表明, 相较于传统方法, 新方法对规则形变序列的形变分量提取精度较传统方法提高了40.69%, 不规则形变序列中提高了27.54%, 同时, 新方法也表现出了较为准确的模型识别能力.另外, 论文对新方法在滤波窗口选择、抗噪能力以及优化效果评价等方面的优越性进行了深入的分析和讨论.

区域创新生态系统能否提高产业链韧性:来自黄河流域的时空非平稳性检验

采用空间面板杜宾模型和时空地理加权回归模型实证检验2010—2021年黄河流域城市区域创新生态系统耦合协调度与产业链韧性之间的空间溢出效应及时空异质性。研究发现:①考察期内,区域创新生态系统耦合协调度与产业链韧性逐年提升,呈现出下游>中游>上游的发展格局;②区域创新生态系统耦合协调度与产业链韧性的全局莫兰指数均为正值,整体集聚效应未发生明显改变,以高—高集聚和低—低集聚为主;③区域创新生态系统难以有效推动本地产业链抵抗力和恢复力增长,从而制约产业链韧性提升,而邻近城市区域创新生态系统价值流的空间溢出能够增强产业链抵抗力和恢复力进而提升产业链韧性;④时空非平稳性分析结果表明,区域创新生态系统耦合协调度对产业链韧性、抵抗力和恢复力的正向驱动作用逐年减弱;2021年区域创新生态系统耦合协调度对城市产业链抵抗力和恢复力影响的强弱异质性,使其对产业链韧性的正向驱动作用由东向西逐级递减,并对甘肃、宁夏等城市的产业链韧性产生负向影响。

基于VMD-NGO-LSTM的融雪洪水汛期非平稳性极值径流预测模型及应用

金沟河属于典型的融雪补给流域,受自然环境、气候变化和人类活动等因素的影响,汛期极值径流序列表现出非平稳性及复杂性特征,给流域内汛期极值径流精准预测带来新的挑战。为解决该地区汛期极值径流的非平稳性对于预测结果的影响,引入变分模态分解算法(Variational Mode Decomposition,VMD),提出一种基于北方苍鹰优化算法(Northern Goshawk Optimization,NGO)与长短期记忆神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)的组合预测模型(VMD-NGO-LSTM),应用于金沟河流域八家户水文站1964—2016年的汛期极值径流预测,采用均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分比误差(MAPE)、Nash系数(NSE)评价模型的预测能力。结果表明:(1)根据金沟河流域融雪洪水汛期径流极值序列的周期变化和趋势变化的水文特性变化结果表明径流极大值序列和径流极小值序列均具有非平稳性;(2)VMD-NGO-LSTM预测模型的NSE均大于0.97,且RMSE、MAPE、MAE值均处于偏小状态,与VMD-LSTM模型和VMD-NGO-BP模型相比,VMD-NGO-LSTM模型能够很好地预测八家户汛期极值径流的变化过程。该研究为汛期极值径流预测工作提供了新的思路,对新疆地区防洪减灾具有一定参考价值。

黄河下游粮食主产区生态风险演化及其驱动因素非平稳性

黄河下游粮食主产区生态资源独特、生态系统脆弱,评估其生态风险动态及影响因素,对于保障区域生态安全和粮食安全意义重大。以黄河下游粮食主产区为研究区,构建“驱动力-压力-状态-影响-响应-管理”(Driving Force-Pressure-State-Impact-Response-Management,DPSIRM)模型,探讨生态风险的时空演变,并基于地理探测器揭示生态风险驱动力,采用时空地理加权回归模型(Geographically and Temporally Weighted Regression,GTWR)分析主要驱动因素的时空非平稳性。结果显示:在2000—2020年,研究区生态风险等级为中等,总体呈先升后降的趋势,低风险区面积增加了50650.25 km2,高风险区由东向西迁移,面积减少了9995.72 km2;研究区生态风险的核心驱动力是经济密度、GDP增长率、有效灌溉率和污水处理率,平均解释力均在50%以上,且社会经济因素与自然环境因素间的交互作用是造成生态风险空间分异的主要原因;生态风险驱动因素在时间和空间尺度上均表现出非平稳性,驱动强度和方向均存在差异。研究结果可以为黄河下游粮食主产区生态风险防范提供决策参考。

生态工程背景下西南喀斯特植被变化主导因素及其空间非平稳性

我国西南喀斯特地区石漠化面积已实现净减少,植被状况具有明显改善。为了更清晰的了解该区植被变化情况及其影响因素的区域差异,采用长时间序列遥感数据,综合运用空间自相关分析、主成分分析(PCA)和地理加权回归(GWR)等研究方法,分析生态工程实施以来滇桂黔喀斯特植被变化及其主要影响因素的空间非平稳性。结果表明:与1982—2000年相比,2001—2011年生长季归一化植被指数(GSN)在整个研究区域都有增加且具有显著的空间集聚性(Ig为0.90),但增加程度在空间上具有差异性(变异系数为43%);影响滇桂黔植被变化的主要因素包括气候因子、土壤质地、人类活动、水分有效性、土壤养分和社会经济条件,且对植被变化的影响程度随地理位置的变化而变化。不同工程地貌类型区内,影响植被变化的主导因素不同,且存在显著的空间差异性,需综合考虑植被变化主导因素的区域差异来调整或改进后续生态工程措施。

大气边界层湍流的动力非平稳性的验证

首次用验证时间序列中是否存在动力非平稳性的一种简单图示方法———spacetime -index法来分析大气边界层湍流的动力平稳性特征.本文以取自淮河流域和威斯康星森林下垫面条件下的三维高精度风速和温度、湿度湍流脉动资料对大气边界层湍流的平稳性特征进行了分析.结果表明spacetime- index方法能有效地检验大气边界层湍流信号中是否存在动力平稳性.另外,均匀下垫面条件(水稻田)及复杂下垫面条件(森林)下的大气边界层湍流信号中几乎都存在动力非平稳性,大气湍流动力学非平稳性可能是边界层湍流信号相当普遍具有的一种特性.大气边界层湍流中的间歇性和相干结构使得其非平稳性图形的特征不同于一般时间序列非平稳性图形的“V”型特征;森林下垫面条件下的湍流信号比相对均匀下垫面(水稻田)下的湍流信号更有组织性,相干结构更强.

地理加权回归分析空间数据的空间非平稳性

空间数据一般具有空间非平稳性的特征,用一般线性回归模型来拟合空间数据,其分析结果不能全面反映空间数据的真实特征.地理加权回归模型是一种相对简单而又有效的探测空间非平稳性的新方法,属于局域空间分析模型.它允许不同的地理空间存在不同的空间关系,其结果是局域而不是全域的参数估计,因此能够探测到空间数据的空间非平稳性.以银行不良贷款原因分析为实例来验证空间数据的空间非平稳性.

数据流的非平稳性度量

该文融合遍历论、粗粒化方法和信息论的观点研究数据流的非平稳性度量问题.引入了数据流的非平稳性度量的概念,给出了数据流非平稳性度量的有效的近似算法.数据流的非平稳性度量为0和1之间的实数,平稳性较好的数据流的非平稳性度量较小.作者将数据流的非平稳性度量应用到模型选择问题中,提出残差序列非平稳性度量最小化的模型选择标准.作者用数值试验检验了该文提出的数据流非平稳性度量的近似算法,并检验了其作为模型选择标准的能力.数值试验的结果表明,非平稳性度量是衡量数据流非平稳程度的一个合理指标,可以很好地区分趋势平稳数据和差分平稳数据,区分独立同分布序列、白噪声序列和鞅差序列.

合肥市商业地价驱动因素的空间非平稳性分析

基于微观因素的视角,对合肥市商业地价的空间格局、空间异质性进行空间插值和回归分析,研究发现:(1)商业地价空间格局呈现多中心的结构,峰值区集中分布在城市中心,低值区分布在二环线以外的地区;(2)GWR模型能清晰地反映出各因素对地价影响力的空间差异,容积率、交通站点、CBD和公园是研究区商业地价的关键驱动因素;(3)较之外在因素,内在因素对商业地价的边际作用效率较大,其中尤以容积率最为突出;(4)相较于欠发达地区,容积率在高度发达的区域对地价的正向效应更为显著,而交通站点和CBD对地价的作用正好相反。商业开发更愿意为小型公园支付更高的价格。

基于小波变换的故障诊断信号非平稳性分析

从工程角度,解释小波变换的实际含义,并将其与传统的傅里叶变换分析方法作比较,通过比较两种基函数的时频窗,显示小波变换在时域和频域都具有局部化特性,并且运用可调的柔性窗可对高频、低频信号分别采取不同的尺度进行分析,特别适合于分析奇异性强的机械故障诊断信号。以旋转机械轴振动信号为仿真分析对象,以Daubieches 5阶小波作为基小波,介绍了小波变换在故障诊断的信号非平稳性分析中的应用,并给出了奇异点检测和瞬态过程检测的仿真示例,体现了小波变换在故障诊断领域对非平稳信号的时域局部细节的刻划能力。

地震动非平稳性与幅值谱和相位差谱的关系

本文将地震动时程视为非平稳的随机过程,通过将其分解为一系列窄频带波包的方法,讨论了地震动强度及频率非平稳性与幅值谱和相位差谱的关系,并着重分析了相位差谱及其均值和方差对地震动非平稳性作用的机制。

线谱非平稳性与Dopplerlet测距测速

水中航行物的辐射噪声中的线谱特征通常被用来提高声呐的检测性能,本文用线谱特征来估计水中航行物的距离和速度。文中给出了四条水中航行物的时变谱图像和线谱图的例子,从这些例子中可以看到线谱非平稳性的一些时频形态,线谱非平稳反映的航行状态变化和由于辐射噪声与水声信道相互作用产生密集的干涉条纹等现象。文章指出了其中有二组特征蕴藏的目标距离和速度信息,线谱和干涉条纹。利用Dopplerlet变换和匹配投影算法提取到线谱中蕴藏的目标距离和速度信息。用计算机模拟验证了本方法的可行性,编写了较好的算法,并调查了算法的性能。在此基础上,从海上实验数据中估计出水中航行物的距离和速度,其估计值与海上实验实际的距离和速度相符。

降水极值的非平稳性特征及其重现期研究——以福建省为例

变化环境下降水序列具有普遍的非平稳性.为深入探究降水极值的非平稳特征及其对极端降水重现期的影响,本文以福建省22个站点为例,针对表征降水序列非平稳特征的2个重要变量均值和方差,利用经验模态分解法(EMD)、Mann-Kendall趋势检验法分析了1960—2012年前汛期、后汛期降水极值序列非平稳特征;运用贡献分析法分析降水极值序列均值和方差变化对非平稳的降水极值确定性趋势的增量贡献;构建非平稳模型,基于均值、方差趋势探讨极端降水的重现期变化特征.结果表明:1)福建省前、后汛期降水极值序列非平稳性较强,前汛期闽西、闽北、闽中方差增加显著,部分站点方差变化对降水极值确定性趋势的增量贡献较大;后汛期全省降水极值均值普遍呈现增加趋势,对降水极值的确定性趋势起主导作用.2)福建省前汛期极端降水趋势增大的站点位于闽北地区,因为降水序列方差的线性增加趋势导致极端降水量显著增加;后汛期极端降水趋势增大的站点位于闽西和闽南2个区域,其中多数站点因为均值的增加趋势导致极端降水量增加,但是增加幅度平缓.3)降水序列方差的改变更加显著地影响了极端降水重现风险,变化环境下极端降水趋势和风险研究需充分考虑降水序列的非平稳性.

城市住宅价格影响因素的空间非平稳性分析

应用住宅特征价格法,选取南京市2011年9月份住宅小区均价作为因变量,选取8个影响住宅价格的因素并量化作为自变量,进行地理加权回归(GWR).与传统的OLS估计相比较,GWR模型具有更好的拟合优度,同时得出具有显著性的各因素对住宅价格的影响在空间分布上是有差异的,并揭示了这种差异的特点.

地震动非平稳性对大跨度空间结构随机地震响应的影响

为了进一步完善大跨度空间结构的随机地震响应分析理论,提出了一种简便的、近似计算非平稳地震激励下结构峰值响应均值的算法,数值模拟了某体育馆大型网壳结构在平稳和非平稳地震激励下的随机地震响应.研究表明,考虑地震动的非平稳性后,各杆件的峰值响应会有不同程度的减小,约7.51%～23.3%;同时考虑行波效应和地震动非平稳性时,在地震激励的初期阶段,结构响应方差会发生变化,但不会给结构的峰值响应均值带来明显差异;不同地面视波速时,峰值响应均值的减小程度不同.由此得出,所提出的近似算法能够大幅度地减少大跨度空间结构随机地震响应分析的计算量;对于大跨度空间结构的随机地震响应分析,尤其当结构的阻尼比和自振频率很低时应考虑地震动的非平稳性;在分析地震动非平稳性的影响时,应同时考虑地震动的行波效应.

机械监测诊断中非平稳性信号处理的研究

介绍了处理机械监测诊断中非平稳性的若干方法，包括短时傅氏变换，主分量自回归谱，Ｗｉｎｇｅｒ时频分布，小波变换和小波包分解等，指出了这些技术的基本原理，特点及应用场合，并结合工程实例说明它们的使用效果。

艾比湖流域土壤有机质与土壤因子响应关系的空间非平稳性分析

为了研究新疆艾比湖流域土壤有机质(SOM)与土壤因子响应关系的空间非平稳性,文章应用地理加权回归模型(GWR)分析了2009年艾比湖流域49个样点1—120cm土壤层有机质与土壤酸碱性、电导率和重金属含量之间关系的空间变异特征。研究结果表明:在平均意义下,土壤酸碱性和电导率对SOM含量具有反向影响,而重金属含量的影响是正向的,但是在流域的不同区域以及不同深度土壤层间,各土壤因子对SOM含量的影响空间差异显著、具有非平稳性,流域的东西两端及60—120cm土壤层的非平稳性尤为显著。模型的残差分析结果证实GWR拟合效果较好。

时空地理加权模型回归关系的非平稳性Bootstrap检验

文章针对时空地理加权回归模型,通过时空加权距离构造权重矩阵,采用地理加权拟合技术得到回归系数的逐点估计。对整个回归关系进行关于时间和空间的全局非平稳性检验,基于估计残差,构造广义似然比统计量,利用Bootstrap方法计算检验的p值。模拟算例和实际例子均说明该检验方法的有效性。

武汉城市化进程对湖泊景观格局的空间非平稳性影响分析

武汉城市化过程中的土地利用变化对其湖泊生态系统产生了一系列负面影响,深入研究并分析其影响的空间非平稳性对优化武汉城市化建设和环境保护规划极具现实意义。本文运用景观生态学理论和地理加权回归建模方法,分别构建城市化测度指标和多种类型景观格局指标,衡量武汉城市化进程对于湖泊特征、景观格局的影响,从而揭示了1996~2013年间武汉城市化进程与湖泊景观格局之间的空间非平稳性关系,结果表明：1武汉城市化进程对其不同地理区域的湖泊景观格局影响存在差异,具体表现为城市化强度越大的地区,其引起并解释湖泊景观格局变化的能力越强;2在武汉市大部分地区（超过其总面积的70%）,尤其集中在中部及其周边地区,城市化与湖泊景观面积、密度、连通度、斑块分维数的变化均存在负相关,且具有呈方向性的梯度变化趋势。3在某些有针对性保护的区域,如北部黄陂区,景观面积、景观连通度、斑块分维数与城市化强度指数呈现出正相关。针对上述特征本研究提出武汉市湖泊防治的对策和建议。