基于相似光谱匹配预测土壤有机质和阳离子交换量

土壤可见光-近红外波段光谱（350～2500 nm）包含了大量的土壤属性信息，相同类型的土壤具有相似的光谱曲线特征，但相似光谱曲线是否具有相似的属性含量？探讨此问题可为土壤光谱库的应用提供依据，从而最终服务于快速获取土壤信息技术体系的构建。该研究以安徽宣城为研究区，根据母质、地形特征和土地利用等信息，采集91个典型土壤剖面，共含400个土壤发生层样品，测定了有机质（soil organic matter，SOM）和阳离子交换量（cation exchange capacity，CEC）含量，同时采用VARIAN公司的Cary 5000分光光度计测定了土壤光谱，并将光谱数据变换为反射率（R）、反射率一阶导数（FDR）和吸收度（Log（1/R））3种形式。该文采用光谱角（spectral angle mapper，SAM）、偏最小二乘回归（partial least square regression，PLSR）和SAM-PLSR（spectral angle mapper-partial least square regression，SAM-PLSR）3种方法预测土壤SOM和CEC。SAM方法是通过对测试集104个光谱曲线与参考集的296个光谱曲线进行相似性计算，并以此实现土壤SOM和CEC含量的预测。SAM-PLSR方法以SAM算法下的匹配结果作为建模样本建立PLSR模型和进行预测分析。结果表明，具有相似光谱曲线的土壤具有相似的SOM和CEC含量，SAM算法下相似光谱匹配可直接预测SOM（R2=0.78，RPD=2.17）和CEC（R2=0.82， RPD=2.41）。PLSR方法可很好地预测SOM（R2=0.87，RPD=2.77）和CEC（R2=0.87，RPD=2.59）；相较之下，SAM-PLSR方法不仅可以更加准确预测SOM（R2=0.89，RPD=3.00）和CEC（R2=0.91，RPD=3.06），而且大大减少了建模样本的数量。该研究使可见光-近红外光谱可更加高效地用于土壤属性分析，并为土壤光谱数据库的建设及应用提供技术参考。

基于光谱分析的土壤游离铁预测研究

土壤游离铁含量的高低可作为土壤系统分类中判断土壤类型的诊断指标,同时也对土壤风化程度具有指示作用,并在一定程度上反映了土壤的成土环境。本研究调查了安徽宣城的91个土壤剖面,共398个土壤样品,采集了样品在350~2500 nm波段的漫反射光谱数据,并对游离铁含量进行化学分析。光谱数据包括反射率（R）、反射率一阶导数（FDR）和吸收度（Log（1/R））3种形式。本文采用偏最小二乘回归算法（PLSR）和反向神经网络（BPNN）建模预测游离铁含量,并分析不同形式光谱数据的建模预测效果。结果表明：当存在游离铁〈20 g/kg的样本时,传统建模方法不能准确预测游离铁含量（R2〈0.6,RPD〈1.5）,相对R和Log（1/R）两种光谱数据,以FDR作为自变量建模预测游离铁含量的效果最差。

局地气候区与昼夜城市热岛效应的耦合关系研究

针对局地气候区框架下城市地表热环境昼夜差异研究的不足,本文基于机载LiDAR、IKONOS-2等多源遥感数据实现了局地气候区分类,重点分析了局地气候区与城市地表温度之间的响应关系及其昼夜差异.研究结果表明局地气候区类型地表温度存在显著的昼夜差异.在白天,大型低层建筑区LCZ 8地表温度最高,水体LCZ G地表温度最低.在夜间,裸土/沙土LCZ F为最冷的局地气候区,而水体LCZ G呈现了最高的地表温度.随建筑高度的升高,紧凑建筑类型区和开敞建筑类型区白天地表温度呈现下降的趋势,而夜间则表现出相反的规律.局地气候区类型的热属性在夜间(85.8%)比白天(79.5%)更容易区分.不论白天与夜间,开敞高层建筑区LCZ 4和水体LCZ G分别为建筑类型区和土地覆盖类型区中与其他局地气候区地表温度区分更明显的类型.

青藏高原永冻土活动层厚度预测指标集的建立及制图

以青藏高原为研究区,采用数字土壤制图方法,进行了少量调查样本支持下的永冻土活动层厚度预测指标集的建立及制图研究。利用土壤和景观环境之间关系,筛选建立了活动层厚度预测指标集:地表昼夜温差、海拔、坡度、坡向、归一化植被指数(NDVI)、母岩。利用样点个体代表性方法实现了该区永冻土活动层厚度分布制图,取得了较高的精度和分辨率,克服了永冻土活动层厚度模拟过程中数学物理模型难以进行空间扩展制图以及半经验模型制图分辨率粗的局限。针对调查样点全局代表性较差以及数量有限的局限,本研究没有采用常规的一次性全样本最优建模方式,而采取多次抽样分别建模方式,获得预测指标集和制图结果。

顾及三维空间信息的城市地表热环境研究——以南京市主城区为例

城市热岛效应对城市微气候、人居环境和公共健康等产生显著影响,但以往的城市地表热环境时空变化研究中,对局部地区热岛强度和地表覆盖要素三维空间信息重视不足,城市区域不透水面包含的建筑用地、道路等对城市地表温度的个体效应没有表现出来,且极少考虑城市三维空间形态等对地表温度的影响及其尺度依赖性。鉴于此,本文以南京市主城区为例,开展了顾及三维空间形态的城市地表热环境研究。主要内容和创新点包括。

城市热岛效应对建筑形态的响应及其昼夜变化研究

城市建筑三维形态通过改变空气流动和地表能量过程影响城市地表热环境的时空格局。然而,当前多数研究集中于探讨城市建筑二维形态对地表热环境的影响,导致城市建筑二维及三维形态对地表热环境的联合影响机制及其昼夜差异尚不明确。该文以南京市主城区为例,基于多源遥感融合数据量化城市建筑二维和三维形态,并采用梯度提升回归树模型探究昼夜地表温度对建筑二维和三维形态的响应机制。结果表明:建筑二维和三维形态对地表温度的影响具有空间尺度依赖性,对南京市建筑形态与昼夜地表温度之间关系进行研究的最佳空间尺度为450 m;白天地表温度空间变异主要受建筑二维形态影响,而夜间地表温度空间变异的主导因素为建筑三维形态;从城市建筑二维和三维形态关键指标对地表温度的边际效应发现,不同建筑形态指标对地表温度的影响模式不同,且具有昼夜差异性。研究结果有助于从三维视角深化城市建筑对热岛效应的作用机理,从而为城市可持续发展提供理论指导。

局地气候分区框架下城市热岛时空分异特征研究进展

局地气候分区(LCZ)框架自2012年提出以来,在城市热岛研究领域备受重视,但目前对LCZ框架下城市热岛(简称LCZ城市热岛)时空分异特征仍缺乏系统性总结。本文以统计和"荟萃分析"为手段,系统梳理了2012—2019年LCZ城市热岛研究在数据获取手段、时空格局和影响因素3个方面的进展,并对今后研究进行了初步展望。结果表明,迄今为止全球范围内已在超过130座城市开展了LCZ城市热岛研究,这些城市主要集中于中纬度(35°N^55°N)的亚洲和欧洲地区,且主要聚焦于以近地表气温表征的"冠层热岛"和以地表温度表征的"地表热岛"。具体而言:①在温度数据获取方面,站点观测(文献数量占比42.5%)、模型模拟(38.3%)与移动测量(19.2%)是获取气温的主要方法,其中模型模拟方法占比逐年升高。而卫星热红外遥感是获取地表温度的主要手段(86.5%)。②在时空格局方面,就全球而言,LCZ气温的类间极值差(均值为3.1 K)显著低于地表温度的类间极值差(9.8 K),且该极值差通常在夏季或冬季较大;冠层热岛与地表热岛均存在显著的"LCZ类内热岛"现象。③在影响因素方面,多数研究局限于定性分析地表结构、覆盖、材质和人类活动的影响,而普遍忽略了建筑布局与邻近LCZ类型等潜在因素的作用。本文将有利于从整体上更好地把握LCZ城市热岛的研究进展与今后的发展趋势。