区域地面沉降研究进展与展望

地面沉降是全球性重大地质环境问题,区域差异性地面沉降已经对城市基础设施、线性轨道交通和地下空间开发利用形成重大威胁,制约着经济和社会的可持续发展。围绕区域地表形变信息获取、地面沉降演变机制和模拟方面的研究进展进行系统阐述,重点分析了InSAR形变监测和多源形变数据融合的区域地表形变信息获取技术,基于室内土工试验数据和长时序观测数据,利用相关分析、统计分析和机器学习等方法分析地面沉降演变与各影响因素的关系。在此基础上,探讨了地下水流场—土体变形模型、数理统计模型和机器学习模型等地面沉降过程模拟模型的优缺点。发现多源形变数据融合能够提高区域地表形变信息的时空分辨率,地质构造、地层岩性、地下水开采和动静载荷等影响因素的差异性是造成地面沉降差异性演化的机制,地面沉降数学模型的计算效率与可解释性难以兼顾是当前沉降模拟存在的主要问题。据文献检索,当前研究主要关注地下水超量开采引发的地面沉降。进而提出未来区域地面沉降研究方向:在气候变化叠加新水情、新数据背景下,充分融合遥感大数据与野外观测站实测小数据集,耦合基于物理机制的模型和机器学习模型,优化集成InSAR、GeoAI、云平台等技术的最新进展,揭示全球气候变化和人类活动综合作用下的区域地面沉降演变机制,为区域地面沉降防控和城市安全提供技术支撑。

生态水文系统支撑城市韧性安全建设的若干思考

近40年城市生态水文学应用研究的重要进展,特别是区域水循环要素的优化调控,有效地支撑了韧性安全城市建设。在城市生态水文系统理念的指导下,北美、欧洲和中国相继出现了低影响开发、水框架指令、海绵城市与气候适应型城市建设。全球变化和人为活动相互作用产生了复杂的城市生态水文过程,自然水循环模式已转变为“自然-社会”相互作用的二元水循环模式。面对全球变化,韧性安全城市的建设更加关注对气候变化的减缓和适应,特别是对极端天气气候事件的适应能力。我国长期持续大规模的城市开发建设,强烈影响和改变着区域水循环关键要素,城市地下空间开发利用和地面沉降面临着极端天气气候情境下的灾害风险。因此,地学基础条件及其韧性构成了城市韧性安全底座的基础。基于二元水循环关键要素调控设计的减缓和适应对策,在新一轮气候适应型城市建设中发挥了重要作用。“气候变化—区域二元水循环—水平衡调控—灾害风险”“遥感大数据—台站网小数据—传递函数—云孪生”,可作为一种地球大数据支撑韧性城市建设与可持续发展的技术框架和方法组合。上海作为长江流域的龙头和海陆交互敏感区域,城市韧性安全还面临着海平面上升的考验。在气候变化情景下区域二元水循环关键要素调控,可作为地学服务上海地下空间安全及城市韧性安全的一个策略。

北京地区热力景观格局及典型城市景观的热环境效应

城市热环境是城市生态环境中的一个重要指标,将景观生态学理论融入到热环境研究中,尝试探讨北京地区热力景观格局及城市公园、道路景观的热环境效应。地表温度反演是分析热力景观格局及典型城市景观热环境效应的前提,论文以北京地区为例,首先利用两景ASTER影像数据采用TES算法定量反演地表温度。通过半变异函数分析地表温度空间异质性,确定最大采样尺度,然后在景观统计软件Fragstats中,计算不同粒度下的景观格局指数,分析热力景观格局及其尺度效应。通过景观斑块特征分析和缓冲区分析,探讨公园景观斑块、道路景观廊道特征的热环境效应。总体上公园景观对应的平均温度随着公园面积、边界长度的增加而减小,随着公园周长面积比增大而增大;随着距离公园渐远,地表温度升高,且升温趋势变缓。随着道路密度增加,道路平均温度显著升高,标准差显著降低,道路密度等级与道路平均温度的相关系数达到0.8021;随着距离道路中心线距离增加,缓冲区内的平均温度略有下降,但变化微弱。因此,应充分重视公园景观在缓解城市热环境方面的作用,合理布局城市道路。

基于遥感与GIS的辽河三角洲湿地资源变化及驱动力分析

以1986年和2000年遥感影像为基本信息源,在G IS技术支持下,建立湿地空间数据库,分析15 a来研究区湿地资源的时空变化特征及驱动力。结果表明,水稻田和虾蟹池面积大量增加,空间分布趋于集中化;沼泽地和滩涂面积不断萎缩,面积大减,破碎化程度日益严重;人口压力、传统工农业生产和经营方式及人们对经济利益追求是湿地资源变化的重要原因。

京沪穗三地近十年夜间热力景观格局演变对比研究

城市热环境是城市生态环境的重要方面,它与城市气候、城市生态、城市灾害有着重要的联系。以北京、上海、广州三地为研究区,选取近10年MODIS的夜晚地表温度(LST)产品MOD11A2,分别采用质心迁移、景观格局指数、空间自相关方法研究京沪穗三地近10年的不同等级热力景观质心迁移演变、格局变迁和空间集聚特征。主要结论为:三地热力景观随郊区向市中心趋近,体现了由低温区、次中温区向中温区、次高温区、高温区过渡的趋势;三地的中温区所占比例最大,城市热力景观破碎度三地中上海市最高,5种热力景观比较,次中温区和高温区的破碎度最高;城市热力景观离散度三地中北京市最高,低温区和高温区的离散度较高。热环境空间自相关分析表明三地均以高温-高温区,低温-低温区集聚为主,北京、广州高温-高温区分布于南部,且集中成片分布,而上海市高温-高温区分布比较离散,相对较为复杂。从分布面积来说,10a中北京、上海表现为先减少后增加,而广州则持续减少。总体而言北京热环境恶化,而广州、上海热环境有所好转。

一种基于图层综合的矿产资源潜力制图模型

提出了一种基于图层综合的矿产资源潜力自动制图模型。应用该模型生成矿产资源潜力分布图分三步完成 :第一步 ,以每一种找矿标志的空间分布图为依据 ,生成相应的基本概率分配函数栅格图 ;第二步 ,统计综合基本概率分配函数栅格图 ;第三步 ,生成研究区矿产资源潜力分布图。利用新疆北部多拉纳萨依—阿舍勒地区的地质资料 ,比较了该模型与合成有矿可信度模型的找矿靶区圈定结果。两种模型的靶区圈定结果基本相同 ,证明证据理论模型是有效的和实用的。

基于最小累计阻力模型的景观通达性分析

基于最小累积阻力模型(minimum cumulative resistance,简称MCR),运用地理信息系统空间分析模块,以文化景观为源(source),土地利用、道路分布为模型参考阻力面,建立了文化景观可达性模型。根据可达性分级结果,结合野外调查,得出影响文化景观保护现状的主要因素,从而为管理部门制定保护措施提供有效的依据。

用千年水文化助力文化中心建设

一个国家、一个民族的强盛，总是以文化兴盛为支撑的。“缘水而居，不耕不稼”，水孕育了中华文明，催生了华夏民族，塑造了中华文化的独特品格。“上善若水”是两千年前老子对中国文化的阐释。水文化是人民的文化，它源于人与水的互动，塑造了人民对水的认知，成为中华传统文化的重要组成部分。

北京市降雨侵蚀力计算方法与特征研究

利用北京市20个测站1981～2004年的降雨资料，对比分析了几种降雨侵蚀力简易计算方法的适用性，计算了北京市不同地区的降雨侵蚀力R值，并在GIS软件支持下对所得结果进行了系统的分析、研究。结果表明：①逐月雨量的指数函数形式可作为估算北京市多年平均降雨侵蚀力的简易计算方法；②北京市降雨侵蚀力R值的年内动态变化显著，年R值在近几年降低趋势明显；③在空间分布上，北部山区八道河-椴树岭一带、西部房山山前地带R值最高，并沿两处连线向西、东南方向呈递减的趋势。

基于GRACE重力卫星反演地表负荷形变及GPS验证研究

利用前60阶GRACE重力卫星时变重力场资料和"去相关"、高斯滤波方法解算了中国区域内72个月(2005年1月-2010年12月)的地表负荷形变。为验证GRACE解算结果的可靠性,将解算结果与区域内27个GPS台站实际观测的形变量数据进行对比分析,精度验证表明:1)利用GRACE反演地表负荷形变量是可行的,52%的GPS台站与GRACE估计的相关系数r>30%,55%的GRACE解算结果RMSE<6mm;2)在中国区域内南部地区的形变反演效果优于北部地区,这可能是由于降水充沛的南部区域的水储量变化比北部大。

地面沉降时空演化的动力学模型

由于地质条件的隐藏性和勘察技术的局限性使许多因素不可预知或知之甚少,在区域尺度上进行地面沉降的计算和预测往往存在一定的困难.将地面沉降数值模拟公式作为迭代方程,提出了从随机动力系统的角度对地面沉降时空特征进行定性分析的方法,并提出了基于地统计学的不均匀地面沉降指数公式.利用不均匀地面沉降指数从动力系统的角度定性分析了北京地区地面沉降过程中表现出的时空特征.

天津市南部平原地面沉降区新兴风险评估

新兴技术的发展在优化城市建设和改善人类生活的同时,也存在着一定的风险,进而引发城市安全问题。天津市是中国的沿海城市,其沿海海平面的不断上升,南水进津改变水循环,地下空间的开发利用,这些因素与地面沉降进行叠加耦合都将成为天津市新兴风险评价的重要因素。文章首先对天津市南部平原沉降信息进行获取,叠加海平面上升速率预测天津市自然海岸线后退情况。基于此,利用机器学习方法(XGBoost)预测天津市相对海平面上升带来的高风险因素。此外,针对南水北调-地下空间开发的应用带来的新兴风险进行分析,揭示南水进津和地铁建设运行对天津市城市安全的响应规律。这些地面沉降与现代人类活动结合带来的新兴风险分析研究将为区域防灾减灾提供科学依据,提高城市抵御灾害的能力。

安太堡矿区复垦地植被恢复过程多样性变化

植被生态系统的重建是矿区复垦地恢复的主要环节之一。通过群落调查和实验分析,采用丰富度指数、物种多样性指数和均匀度指数,结合DCCA排序、多元线性回归和相关分析,研究了平朔安太堡矿区复垦地植被恢复过程中多样性的变化。群落多样性分析结果表明:(1)直接种植植被演替后期的植物种大大加速了原始植被演替进程;(2 )多样的人工配置群落比单一的人工配置群落更能促进群落向正向演替的方向发展;(3)能够适应矿区特殊生境的植被配置方式在恢复进程中与自然植被表现出一定的差异,这种差异只持续发生植被恢复的前3a,3a之后群落的演替与自然植被的演替表现出趋同性;(4)森林群落是较灌丛群落更适合安太堡矿区特殊生境的植被配置方式,其中刺槐和油松的混交效果较好。物种多样性的分析表明:(1)多样性偏高的群落与有机质和时间联系较为紧密,而多样性偏低的群落则与锰的联系较为紧密;(2 )制约矿区物种多样性变化的主要因素是土壤水分和演替时间;(3)锌对各多样性指数都有一定的影响(4)有机质、时间与丰富度指数相关显著;(5 )海拔与综合多样性指数相关显著;(6 )铜对均匀度指数的影响较大。方法的比较结果表明:(1)多元线性回归的灵敏度比相关分析高;(2 ) DCCA可以作为对定量分析的补充。

北京野鸭湖湿地资源变化特征

湿地是自然界的生态系统和景观类型,具有巨大的资源潜力和环境功能。长期以来,由于人类活动影响造成的湿地景观巨大变化,不仅仅改变了湿地景观原有的功能,而且对湿地环境产生重要影响。基于RS、GIS技术,通过对北京野鸭湖湿地的Landsat-TM影像和印度IRS影像进行融合处理,得到分辨率高的多光谱图像。结合实地调查,建立解译标志,运用ArcGIS9.0进行矢量化、空间分析和数据统计功能,并统计植被覆盖变化,分析研究1998￣2004年野鸭湖湿地资源变化特征。在上述技术路线和研究方法的基础上,总结出该区域的湿地变化特征,最后应用累积效应的原理和方法,对深入研究的科学问题进行了展望,提出一些需要深入探讨的问题。

北京地区湿地资源动态监测与分析

以1984年、1989年、1992年、1996年、1998年、2004年TM及2002年ETM遥感影像为信息源,在遥感和地理信息系统技术支持下,结合野外调查,辅以收集研究区相关资料和多年的统计数据,动态监测和分析北京地区湿地资源的类型、面积、分布情况及湿地开发利用情况等。并以北京5大水系为例,用内梅罗指数法对1991年至2000年北京地区河流湿地进行水质评价与分析。结果表明:1996年和1998年北京地区湿地面积明显高于往年,分别为677.29km2和505.84km2,1998年后呈显著退化趋势,1998年到2004年,湿地水域面积减少了46%,水质也呈退化趋势,退化原因主要是由于降水量的减少和人为干扰。最后提出北京地区湿地资源合理利用和湿地生态环境保护对策。

土壤水分遥感监测研究进展

土壤水分是陆地表面参数化的一个关键变量。土壤水分含量随时空的转换而变化,在地-气界面间物质、能量交换中起着重要的作用,是农作物生长发育的基本条件和农作物产量预报的重要参数。遥感技术具有大面积同步观测,时效性、经济性强的特点,为大面积动态监测土壤水分提供了可能。总结了近年来国内外遥感监测土壤水分理论、方法的发展和应用,介绍了目前几种比较成熟和广泛应用的土壤水分遥感监测方法与模型,对比分析了各种监测方法的优缺点,指出了土壤水分遥感监测方法存在的不足,指明了今后发展的方向,展望了土壤水分遥感监测方法的发展趋势。

微型无人机遥感系统在汶川地震中的应用

微型无人机遥感系统具有运行成本低、执行任务灵活性高等优点,是遥感数据获取的重要工具之一。首先介绍了微型无人机遥感系统的组成,并设计了微型无人机遥感监测的技术流程,最后应用微型无人机遥感系统对"5.12汶川大地震"的重灾区北川县城进行了航拍,获得了107张高清晰的航空照片。通过图像拼接和几何校正,对比震前的卫星影像,对灾区的受灾情况进行了初步评价,取得了较好的效果。

京津高铁北京段地面沉降监测及结果分析

京津高铁是我国第一条高速运行的城际铁路,其安全运行对轨道变形有着严格的要求.京津高铁北京段经过平原区的沉降区域.地面沉降,尤其是不均匀地面沉降已经引起了部分地段路基和桥梁变形,威胁着高铁的运营安全.因此,需要高精度监测铁路路基和桥梁沉降,分析其原因,进而才能提出缓解沉降灾害的合理措施,保证京津高铁安全运行.本文采用时序干涉测量技术、水准测量技术和分层标监测、地下水分层监测手段相结合,对京津高铁北京段地面沉降进行监测,并利用监测结果分析其差异性沉降成因.结果表明：沿线区域地面沉降发展一定程度上受到来广营凸起、南苑—通县断裂和大兴隆起构造控制;地下水超采是区域地面沉降的主要驱动因素,同时第四系沉积环境、地层岩性和补给条件等共同作用,使得地面沉降发展在空间上存在一定差异性,可以分为微小沉降区（DK0-DK9段）、严重沉降区（DK9-DK27段）和一般沉降区（DK27-DK50）;沿线区域地面沉降主要贡献层为中深部地层（50~147.5m）,该层黏性土厚度较大,且主要呈现弹塑性形变,占总沉降量的76%左右,是未来地面沉降调控的主要层位.

基于组件技术的地理信息系统二次开发——以地下水资源空间分析系统为例

组件地理信息系统不依赖于某一种开发语言,一般利用地理信息控件实现地理信息功能,专业应用功能则直接在通用平台上开发或是插入其它的专业模型分析控件来实现。目前,组件地理信息系统开发模式已成为地理信息系统二次开发的主要模式。该文阐述了组件地理信息系统的基本概念和技术基础,详细介绍了ESRI公司推出的MapObjects控件,结合实例论述了基于组件技术的地下水资源空间分析系统的设计开发过程。

北京地下水系统演化与地面沉降过程

采用地下水动态监测网、GPS监测网数据、气象监测数据与SAR数据、GIS等技术相结合,建立地下水系统演化与地面沉降过程模型,系统分析了北京地区地下水降落漏斗区地面沉降的形成过程。研究表明:降雨量呈逐年下降趋势,地下水开采量随之增大;平原区地下水位呈下降趋势,间接导致了地下水降落漏斗和地面沉降的形成演化。地面沉降对地下水降落漏斗的响应模式存在着季节与年际差异性,时空分布上存在不均匀性,最大地面沉降速率约为41.43 mm/a;揭示了地下水降落漏斗与地面沉降漏斗空间展布特性存在一致性,但并非完全吻合。