多时相遥感影像提取湖泊边界信息的融合算法

为了有效改善遥感影像提取湖泊边界信息的可靠性和精度,减少人为误差,提出了一种利用多时相遥感影像提取边界信息的加权平均融合算法以及误差的域法修正处理方法.结果表明,该方法能有效融合各时相影像信息,提高湖泊边界信息提取的可靠性,并且对融合时相变化较大的湖泊边界都有一定的普适性.通过融合算法提取的呼伦湖面积为1928.35km2,修正后的面积为1929.85km2.通过利用地统计学理论对算法的验证及误差分析,得出相对误差空间变异拟合模型的块金方差与基台值之比都小于25%,具有很强的空间相关性,修正后的数据空间相关性要优于融合数据,空间变程也得到了有效地降低,显示修正后的数据对半方差函数理论模型的拟合程度更好.

海-气CO2通量实测数据通量计算中误差传递模拟与敏感性分析

海-气CO2通量估算模型中参数的可靠性是决定模型可靠性的重要因素,也决定了模型估算结果的可靠性,因此开展海-气CO2通量计算模型中误差传递规律与敏感性分析,对模型参数端元因子的误差控制,提高模型预测精度和降低不确定性十分重要。但由于模型中参数众多,且各种参数间彼此相互影响,使得误差传递过程与敏感性分析十分复杂困难。本文在海-气界面CO2通量观测建模过程详细分析的基础上,以海-气界面CO2分压差的经典通量计算模型为基础,以实测数据通量计算过程为例,针对模型中的参数变量,在假设参数变量的误差正态分布的前提下,利用Monte Carlo手段分析各参数变量的误差在模型中的传递规律,并将单因子扰动试验法用于海-气界面CO2通量建模的参数敏感性分析。模拟和分析结果表明:CO2通量计算过程中误差经模型传递后的分布规律存在正态分布、指数分布等多种形式;气体交换系数对通量计算结果的敏感性最大,通量估算中的风速和表层海水温度是必须进行精度控制的关键参数。

基于GIS的多污染因子复合地面浓度场模拟与评价

针对工业大气多因子复合作用的污染物连续地面浓度分布和评价问题,提出了一种基于GIS的地面浓度场模拟和综合评价的新方法,该方法将大气污染物扩散高斯模式和大气质量综合污染指数评价模型在GIS中有机集成,实现了污染物分布空间信息的显示和分析。通过将此方法应用于某一化工厂污染源不同气象条件下污染扩散分析计算,结果表明此种方法简单实用,特别是对多污染因子复合作用的综合评价模型具有任意空间分辨精度,可以满足不同分级需求。

基于EXCEL的大气污染物扩散的研究实例

依据大气污染物扩散高斯模型,利用EXCEL的强大计算和作图功能,对大气污染物扩散进行了研究。由于对高斯模型进行了合理的变换,使得用EXCEL处理和操作变得十分简单,只要任意设定模型参数,就可以准确的显示空间浓度变化图象,使抽象复杂的高斯模型变得直观明了。

基于双层神经网络与GIS可视化的土壤重金属污染评价

针对土壤重金属污染进行评价,以四川省川芎主产区为例,对川芎主产区—都江堰、崇州、新都等15地土壤的重金属元素取样检测分析,采用双层组合神经网络和GIS空间分析技术综合评价川芎主产区土壤重金属污染。结果表明研究区大部分区域处于轻度重金属污染状态,处于中度污染状态的区域为崇州、都江堰和彭州。基于双层组合BP神经网络和GIS的研究方法,可以在只具有少量数据的情况下对数据进行比较精确的空间分析,能够在满足一定精度分析的原则下适当的降低采样分析成本,得到比单因子指数评价准确度更高的空间分布图。

不同地形与取样数的Kriging插值精度对比研究--以舒城县土壤全氮空间分异为例

为分析地形与取样数对大尺度Kriging插值精度的关系，在舒城县的山区、丘陵、岗区、平原等4个不同地形单元采集土壤表层（0—20cm）样品611个，进行可变取样数条件下的土壤全氮空间分异插值精度比较。半变异函数分析表明，4个地形单元块金值与基台值比值的平均值〈25％，具有强烈的空间相关性。Kriging插值精度标准均方根误差检验值（NRMSE）在各地形单元内都随着采样密度的增大而不断降低，插值精度提高；各地形单元之间，在相同的采样密度下，Kriging插值精度大小顺序为平原〉岗区〉丘陵〉山区，随着地形复杂程度增加，Kriging插值精度降低。NRMSE检验值平均变化率分析表明，地形越复杂地区Kriging插值精度提高越快。地形条件和取样数是影响大尺度Kriging插值精度的重要因素。

基于BP神经网络插值的土壤全氮空间变异

大尺度土壤养分空间变异研究可以为土壤改良分区治理提供基础数据。寻求合适的取样数和插值方法是进行土壤养分空间变异研究的关键。以安徽省舒城县为例,共取得0～20cm土壤表层样品523个,土壤全氮的空间变异由BP神经网络插值方法在不同取样数条件下获得,通过与克里格插值法进行比较得出:样本数在100个时,神经网络插值的预测吻合度(G)比克里格插值高7.75%,均方根误差(RMSE)低0.1,总体精度优于克里格;样本数大于200时,神经网络插值和克里格插值精度基本相同,随着采样数量增加,两种方法的插值精度也在提高,并逐步趋于平稳。在大尺度土壤养分空间变异研究中,在小样本情况下,神经网络插值具有优势。

杭州典型城市湿地温度效应的季节和类型差异

以杭州市四个典型城市湿地为研究对象,通过城市地表温度(LST)的遥感反演和GIS空间分析,探讨了季节和湿地类型对城市湿地局地温度效应的影响.研究发现:1湿地温度效应的季节差异非常明显,季节因素对湿地温度效应的类型、范围和幅度及梯度变化等都有重要影响.2传统的湿地分类与湿地温度效应之间没有直接联系;湿地的面积、周长等是湿地温度效应的重要影响因素;湿地形状对温度效应的影响并不明显.3对各湿地单位水体面积所产生的温度效应进行了比较分析,发现京杭大运河温度效应的效率最高.湿地面积和温度效应的关系极有可能是呈S型曲线的模式.

基于等纬度DINEOF的遥感SST产品缺失数据重构算法及精度验证分析

由于云覆盖、算法失效等原因造成SST遥感数据产品大量缺失，严重影响其在海洋环境监测中的应用．对缺失数据进行重构是提高SST数据产品质量及应用效果的一项重要工作．在已发展的DINEOF（Data Interpolating Empirical Orthogonal Function）基础上提出了一种适用于海量数据、大空间尺度的数据重构改进算法——等纬度正交经验函数重构方法（Same Latitude-DINEOF，SL-DINEOF）．利用此方法对中国近海的MODISSST数据产品进行重构，并与原始的非等纬度方法进行重构精度对比分析．结果表明，基于SL-DINEOF的重构精度呈季节性变化，受SST量值、时间变异及原始数据缺失率3方面影响，其中在南海表现最优（RMSE为0．73l～0．957）；对比可知，在各个海区SL-DINEOF均优于DINEOF，RMSE的最大降幅达21．28％，且纬度越高优势越明显；此外，SL-DINEOF最优通常出现在春秋季．

杭埠河流域土壤全氮和有机质的空间变异特征

在地理信息系统的支持下，利用地统计学方法，初步分析杭埠河流域土壤全氮和有机质的空间变异特征，并利用Kriging插值法绘制了土壤全氮和有机质的空间分布图.结果表明：研究区域内土壤全氮块金方差与基台值之比C0/（C0＋C）在26.47%-27.55%之间，具有中等程度的空间变异，是由结构性因素和人为活动等随机因素共同作用的结果，有效变程为43 km；土壤有机质块金方差与基台值之比C0/（C0＋C）在13.15%-33.33%之间变化，具有强的空间相关性，主要是由结构性因素引起的，而人为等随机因素影响较小.土壤全氮和有机质的空间分布相关性明显，相关系数为0.813 6，空间分布格局基本一致，具有西南山区含量较高，东北滨临巢湖的平原区次之，中部丘陵地区和沿河两岸的岗区最低，反映出了地貌变化对研究区域土壤全氮和有机质空间分布的影响.

基于多参数差分相关的海洋时序观测数据滤波算法

随着海洋研究的不断深入,对观测的数据质量要求越来越高,为了有效降低实测数据的不确定性,该文以海水CO2分压测算的关键因子温度和盐度的相关实测数据为例,针对仪器平台能够进行多参数同步观测的特点,在假设观测指标的变化在较小的时间空间范围内为一平稳过程的基础上,通过ADF平稳性检验理论证实了大部分原始观测序列满足二阶差分平稳性假设,在此基础上提出了一种基于观测序列差分统计特征的测量数据不确定性的表达方式,以及对离异点数据进行识别和多参数差分相关联合滤波的算法。与常用滤波算法对比分析表明,提出的新算法能够有效融合参数间的相关信息,降低序列的不确定性,并且最大程度地保护原始测量数据。

基于水质评价普适指数公式与三角网内插的湖泊水质可视化研究——以舒城县万佛湖为例

在实际采样过程中由于受采样点数的限制,为有效表现湖泊、水库的整体水质状况,提出了一种基于水质评价普适指数公式与三角网内插方法在GIS上实现对湖泊水质的可视化研究。通过以舒城县万佛湖的14个采样点的5项监测指标的分析得出,该方法不受采样点数的限制,计算的水质指数具有连续的空间分布特性,十分有利于GIS空间表现。可视化结果表明:2009年万佛湖各季节的水质情况均较好,基本处于Ⅰ级清洁状况,只有在五显河和晓天河入湖口处水质较差,存在Ⅱ级尚清洁区域。

DEM辅助的土壤速效钾及速效磷空间分异研究——以杭埠河流域为例

在地理信息系统支持下,运用地统计学,结合DEM数据研究大别山东北坡杭埠河流域土壤表层速效钾和速效磷的空间变异特征,并利用Kriging插值法绘制土壤速效钾和速效磷含量空间分布等值线图。结果表明:该区土壤速效钾和速效磷的半方差函数理论模型分别为指数模型和球状模型,模型块金方差与基台值之比C0/(C0+C)分别在30.5%~31.9%和58.5%~57.2%之间变化,具有中等空间相关性,是由结构性因素和人为活动等随机因素影响共同作用的结果。研究区域内速效钾和速效磷的空间分布大体相同,表现为西南部含量高,东北平原区含量低,沿万佛湖周围含量普遍较低。速效钾与高程的相关系数为0.290 7,速效磷与高程的相关系数为-0.076 8。

云南省土壤侵蚀强度空间结构特征分析

基于分形理论,借助地理信息系统(GIS)技术对云南省土壤侵蚀强度空间结构分形进行定量研究,结果表明:云南省土壤侵蚀强度空间结构特征客观存在,微度、轻度、中度、强度、极强度、剧烈6个侵蚀强度等级的周长-面积关系客观存在;云南省土壤侵蚀强度中,极强度水力侵蚀分维最大,为1.605;剧烈水力侵蚀分维最小,为1.540;极强度水力侵蚀斑块镶嵌结构最复杂,剧烈水力侵蚀斑块镶嵌结构最简单;以极强度水力侵蚀斑块镶嵌结构的稳定性最高,为0.105,中度水力侵蚀斑块镶嵌结构的稳定性其次,为0.095,而以剧烈水力侵蚀斑块镶嵌结构的稳定性最低,为0.040;剧烈水力侵蚀的平均形状指数最大,为0.156,微度冻融侵蚀的的平均形状指数最小,为0.067;剧烈水力侵蚀的平均紧凑度最大,为0.554,微度冻融侵蚀的的平均紧凑度最小,为0.237。

SST产品误差在海-气CO_2通量计算中的传递及贡献分析

海-气界面CO2通量的估算对于碳的生物地球化学循环和全球气候变化等研究具有重要的意义,利用遥感手段是进行全球尺度海表面碳通量估算的唯一手段,但是由于不确定性的存在限制了海-气界面CO2通量遥感估算产品在决策应用上的可靠性。本文通过建立海-气界面CO2通量直接控制参量(气体交换速率k、海表面CO2溶解度S和海表面CO2分压pCO2sw)误差结构图,以通量估算的主要影响因子——海表温度(SST)为例,建立了SST在通量计算中的误差传递流程图,并采用Monte Carlo方法模拟了SST误差在通量计算中的传递规律和对最终误差的贡献。结果表明在遥感SST误差为±0.5°C并为正态分布的假设下,误差在k、S计算中的传递为指数分布和近似指数分布,而在pCO2sw模型计算中为正态分布,最终在通量FC O中的传递为指数分布;在大气CO22分压为固定值370μatm的情况下,SST对最终的通量结果带来的误差为±1.2mmol/(m2·d)左右。本文以SST为例,提供了一种通量计算中遥感参数误差传递和贡献的计算方法,可以为其它遥感获取的参量提供分析依据和参考。

川东北地区大春季农业气候资源的年代际变化特征分析

以1961—2008年川东北地区21个气象站的气象资料为基础，对大春生长季农业气候资源要素进行统计分析，并应用Mann—Kendall方法对各资源要素的突变性进行了检测。结果表明，≥10℃初日呈提前趋势；≥20℃终日、≥22℃终日均呈推迟趋势；界限温度内积温随年际增加，降水随年际变化不大，日照时数随年际减少；各农业气候资源除日照外均没有发生较明显突变，86％的地区的日照时数在1980年左右发生了减少型突变。这些变化必将影响到农业生产的布局和结构，为更加合理利用农业气候资源和应对气候变化提供科学依据。

一种粒度思想的遥感特征信息识别方法

为了快速分析遥感图像特征信息,结合覆盖分类算法提出了一种商空间理论方法,其中灵活运用商空间理论的分解方法和合成技术来指导遥感图像信息的提取和整合,覆盖算法能快速精确地挖掘出有限信息的本质,为分类提取提供保障.以汶川特大地震后的高级星载热辐射热反射探测仪(ASTER)遥感图像为例进行了实验分析,证实了该方法是快速、精确有效的,可以大大减少遥感图像信息处理的工作量.

基于GOCI影像的长江口及其邻近海域CDOM遥感反演及其日内变化研究

采用静止轨道海洋水色卫星(GOCI)数据对长江口及其邻近海域有色溶解有机物(CDOM)反演。以QAA-CDOM算法为基础,根据实测数据,利用BP神经网络模型来拟合QAA-CDOM算法中需要针对长江口水体进行优化的悬浮颗粒后向散射系数bbp与吸收系数ap的关系,从而准确估算CDOM的浓度。结果表明,反演结果准确度较高,平均相对误差为0.35。基于GOCI日内连续成像的优势,选取2014年3月15日8景GOCI影像,利用优化后的QAA-CDOM-BP算法,对长江口及其邻近海域CDOM的日内变化进行反演和分析,得到的变化规律如下:长江口及其邻近海域的CDOM日变化主要受潮流、长江径流等共同影响。长江口内CDOM浓度在涨潮期高于退潮期,由于受长江冲淡水的作用,CDOM从口外往外海区呈现逐渐递减趋势。

环巢湖某典型圩区营养盐输出特征研究

以巢湖富营养化治理和生态修复为目标的环湖圩区污染防控应首先进行圩区排放营养盐负荷量和排水量、水质及时空变化特征的全方位观测研究。文章选择环巢湖典型圩区同大圩,对圩内9座排灌站自2020年6月至2021年6月期间的各次排水进行水量水质监测记录,同时每7~10 d对排灌站前池水进行取样检测,共获得968个样品,取得水样氮磷质量浓度数据5171个。结果表明:同大圩观测年内向巢湖排水1.06×10^(8) m^(3),排水总氮(total nitrogen,TN)、总磷(total phosphorus,TP)的年均质量浓度分别为(3.988±4.748)mg/L、(0.236±0.184)mg/L。近一半次数的排水氨氮和TP质量浓度同时符合地表Ⅲ类要求,但仍有16%排水的TP质量浓度0.4 mg/L,9%排水的氨氮质量浓度、60%以上排水的TN质量浓度超过2.0 mg/L,其中部分时点氮磷质量浓度极高,对受纳河道感官和水质造成冲击。圩区排水氮磷质量浓度受降水和施肥共同影响,强降水引起的水土流失使排水颗粒态磷增加,而施肥后降水则可能引起显著的氮流失。同大圩一年间排放TN、NO3-N、TP的排放量分别为57.39、348.76、173.84、32.46 t,6—10月稻季TN、TP排放量分别占到全年排放量的66%、90%。排水量是决定排放负荷量的主要因素,圩区污染防控的重点首先是减少排水量,其次是削减排水氮磷质量浓度,据此提出了相应的策略举措建议。

遥感模型评估中顾及样本数量的统计指标:基于水色遥感的比较研究

为了推荐在遥感模型评估中引入不确定性的评价指标,即测量学界近年来提出的不确定度A类评定(U_A)。本文通过评估一系列水色遥感反演模型在各类数据集的表现,用计算机模拟了误差的各种近似分布,研究了样本个数n和统计指标RMSE、MAE与U_A之间的关系。算法测试和计算机模拟的结果都表明,在样本个数少的情况下,遥感模型的不确定性(可信赖度)评价用U_A比RMSE、MAE更适合,因为样本个数越多,建立的模型就越可靠(不确定度越小)。此外,本文至少使用50个样本验证遥感模型,可使精度评价更加准确。