林冠开阔度对GNSSRTK在森林中定位可用性及初始化时间的影响

RTK是高精度的实时卫星定位技术,但由于林冠对信号的遮挡,GPS RTK技术在林下很少应用,而采用双星定位系统的GNSS RTK则有较为广阔的应用前景。以冀北山地杨桦次生林为例,采用GPS+GLONASS双星系统进行RTK定位,通过全天空照片测定林冠开阔度,探讨林冠开阔度对GNSS RTK定位可用性及初始化时间的影响。结果表明:全天空照片能较好地描绘GNSS定位的森林环境,且卫星多位于中等高度角,林冠开阔度是反映森林中定位环境条件的适合指标。采用双星GNSS系统,有足够的卫星数满足定位要求,林冠开阔度与共用卫星数呈显著的线性正相关关系;92.3%的PDOP值小于4,卫星有良好的空间几何分布;森林环境对信噪比有较大影响,信噪比与开阔度呈显著的正相关关系。林冠开阔度在0.25以上时,反映定位可用性的各指标均较好。随着林冠开阔度增大,RTK定位所需的平均初始化时间变短。从观测时间长短与测量效率分析,15 min是适宜的时间限值。

辽东山区长白落叶松叶面积指数和林冠开阔度的月动态

利用外带鱼眼镜头的数码相机获得长白落叶松(Larix olgensis)林型的半球面影像,用Gap Light Analyzer软件处理分析后获得叶面积指数、林冠开阔度和林下光照因子等一系列参数,揭示了辽东山区长白落叶松的叶面积指数和林冠开阔度的月动态特征。结果表明,长白落叶松随着生长季的到来叶面积指数呈快速增长的趋势,最大值出现在6月份,7—9月份开始缓慢下降,10月份下降显著,最小值在春季4月份;林冠开阔度随着生长季的到来而下降,其最小值出现在6月份,之后开始缓慢增加,10月份骤然增加,最大值在春季4月份。叶面积指数和林冠开阔度相关显著,并且呈现指数回归的关系。

山区地形开阔度的分布式模型

地形开阔度是影响山地辐射平衡及其分量的重要地形因子,是山区散射辐射、地形反射辐射等计算的重要参数。在复杂的地形条件下,地形开阔度的计算很难用数学公式描述。利用数字高程模型(DEM),全面考虑了坡地自身遮蔽和周围地形相互遮蔽的影响,提出了山区地形开阔度的分布式模型和算法。以1km×1km分辨率的DEM数据作为地形的综合反映,计算了起伏地形下中国地形开阔度的空间分布。同时,利用100m和1km两个分辨率的DEM数据,从不同DEM分辨率和不同地貌类型两个方面探讨了地形开阔度的空间尺度效应,阐明了区域地形开阔度随地形地貌和空间分辨率的变化规律。所提供的山地开阔度的数据可作为基础地理数据供相关研究应用。

暖温带地区3种森林群落叶面积指数和林冠开阔度的季节动态

以辽东栎(Quercus liaotungensis)为主的落叶阔叶林、华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)林和油松(Pinust abulaeformis)林是暖温带林区具有代表性的森林群落类型。该研究应用国内外流行的半球图方法,通过对这3种森林群落叶面积指数和林冠开阔度的测定和综合比较,分析了叶面积指数和林冠开阔度的季节动态,揭示了暖温带地区不同类型森林群落叶面积指数和林冠开阔度的特征。研究结果表明,落叶阔叶林(优势种为辽东栎、棘皮桦(Betula dahurica)和五角枫(Acer mono))和华北落叶松林两种落叶森林群落的叶面积指数值均随生长季的到来而呈现增长的趋势,最大值出现在8月;林冠开阔度值随着生长季的到来而下降,最大值出现在11月。落叶阔叶林的叶面积指数和林冠开阔度的季节动态较之华北落叶松林明显。油松是常绿树种,其群落叶面积指数和林冠开阔度的变化程度均不明显,但林冠开阔度的变化趋势也是与叶面积指数的变化趋势相反。通过计算得出叶面积指数和林冠开阔度相关显著,并且呈现指数回归的关系。此研究结果为以遥感途径获取暖温带地区叶面积指数提供了地面校正依据,为研究该地区植被林冠的异质性及其造成的影响,以及进一步对该地区林分、景观和区域尺度上碳、水分和通量等方面的模拟提供了基础数据。

落叶松人工林开阔度的主要环境效应

在2004年秋季,用全天照片法测定了辽东山区落叶松人工林4个不同间伐强度的开阔度,并用温湿度自动监测仪观测了4种开阔度不同高度和林外1m处的温度和相对湿度。结果表明:(1)林内外温湿度具有明显的日变化特征,林外的温湿度日变化均比林内大;(2)开阔度小的林分温度随高度的降低而减少,开阔度大的林分则呈脉动性变化,4种不同开阔度的相对湿度均自高向低逐渐增加;(3)开阔度小的林分温度最大值出现在14m,开阔度大的温度最大值出现在1m,林内相对湿度的最大值和最小值均出现在14m。

深圳市天空开阔度的计算及其对气象要素的影响

采用鱼眼相机实测法、RayMan软件计算了深圳市密集高耸建筑物区域、较密集中耸建筑物区域和临水且有低矮灌木丛区域3种不同类型城市建成区的天空开阔度(SVF),定量分析其被周围阻碍物遮挡情况;分析了SVF对2016年6—8月净辐射、温度、湿度、风速的影响,结果表明:净辐射与SVF的关系非常密切,3个站的净辐射最高值均出现在正午12:00,临水且有低矮灌木丛的开阔区域的净辐射最大,而有密集高耸建筑物区域的净辐射最小,与SVF变化一致;夏季中午温度和SVF呈正相关关系,说明SVF小的区域,建筑物密集,辐射遮蔽导致温度偏低,而SVF大的区域,遮蔽效果差,温度偏高,但早晚温度整体随SVF增大呈下降趋势;3个站的相对湿度均表现出显著的日变化,即午后低、早晚高;而午后风速达最大值、早晚风速偏小,建筑物密集区域的风速不如开阔区域的风速大。

两种同域分布蹄蝠在开阔度不同的环境中回声定位声波的可塑性

在广西桂林研究了同域分布的大蹄蝠(Hipposideros armiger)和中蹄蝠(H.larvatus)在不同开阔度环境中回声定位声波信号的变化。用超声波仪录制自由悬挂和分别释放于人工"大棚"和"小棚"内飞行的蝙蝠的回声定位声波,使用超声分析软件分析声脉冲时程、主频率及声脉冲间隔,通过重复测量方差分析比较不同状态下的声波参数。结果表明:中蹄蝠声波的主频在悬挂状态下最高,小棚内飞行时次之,大棚内飞行最低;两种蹄蝠声波的脉冲时程和脉冲间隔在悬挂状态下最长,大棚内飞行次之,小棚内飞行最低。总之,这两种蹄蝠的回声定位声波能够随所处状态的变化而变化,可根据生境的复杂度调节声讯号,具有明显的声波可塑性。

3种不同林型下蕨类多样性和林冠开阔度的关系

光照和水分对林下植物的分布具有重要作用,浅根系的地生蕨类植物对光照和水分比较敏感,可以作为林下生境变化的指针。研究选取热带雨林、喀斯特森林以及人工橡胶林3种不同的林型,研究林冠开阔度对地生蕨类生物多样性的影响。采用2.5 m×1 m的样方,每个样方10 m的间距比较地生蕨类生物多样性。结果显示,热带雨林和喀斯特森林具有类似的地生蕨类多样性(2.52±1.68,2.47±0.68),两者的多样性指数明显高于人工橡胶林(1.47±0.72,P<0.000 1)。但是热带雨林具有更多的个体总数(2 769)和更高的物种丰富度(3.29±0.04),而同样指标喀斯特森林(319,2.94±0.05)和人工橡胶林(175,2.39±0.09)则相对较低。另外,随着林冠开阔度增加,地生蕨类多样性和丰富度急剧降低。地生蕨类的分布状态取决于上层的林冠开阔度,光照对地生蕨类的生物多样性具有决定性的影响,相对较弱的地表根系缺乏足够的吸水能力,不足以应付强光照带来的蒸腾损失。因此绝大多数的地生蕨类植物在林下空地间采取了避退策略。由于相对较低的林冠开阔度,使得喀斯特森林保存了相对较高的林下生物多样性,它具有重要的生态价值而必须加以保护。

天空开阔度对城市住宅小区热环境影响的数值模拟

天空开阔度是反映城市空间形态与城市热岛效应关系的重要参数,可用于定量评价城市住宅小区室外空间的热环境。本文对五种具有不同见空率的理想城市住宅小区进行了数值模拟及比较分析。结果表明,在中低风速下,小区热环境受辐射条件所控制,小区内部地面以及1.5m行人高度处平均温度将随着天空开阔度的增大逐渐升高。因此,采用天空开阔度SVF来衡量城市住宅小区空间形态对小区室外热环境的影响程度是合适的。

基于3D建筑物数据的天空开阔度估算及其城市热岛应用研究——以Adelaide为例

城市热岛效应(Urban Heat Island,UHI)越来越受关注,城市冠层之间的辐射传输和交换受到周围建筑物阻挡,是城市热岛现象产生的重要原因之一。天空开阔度是描述天空被建筑物阻挡程度的形态学参数,经常被用于城市热岛现象研究中。以澳大利亚Adelaide中心城区为研究区,基于高分辨率的3D建筑物数据计算天空开阔度(SVFs),并与鱼眼技术方法计算的SVFfish-eye值进行对比,在此基础上分析了不同季节、不同时刻的SVFs与城市热岛强度之间的相关关系。结果表明:SVFs与SVFfish-eye非常吻合,二者之间的相关系数为0.97;SVF和UHII(城市热岛效应强度)在无雨天气下的夜间都呈显著线性负相关,在夏季、秋季和冬季的中午附近,两者呈明显的线性正相关,而在春季的中午附近,两者的线性正相关不明显;对于晴天、阴天和雨天3种天气来说,SVF和UHII在夜晚的负相关性差别不大;在白天,晴天的正相关性大于阴天和雨天。

基于数字高程模型的城市地表开阔度研究——以南京老城区为例

城市地表开阔度是对地表形态开阔程度的定量描述,间接反映了通风、日照等城市物理性能。本文基于城市数字高程模型,以自然地形较为起伏的丘陵城市——南京为例,采用以光线追踪算法为核心的栅格计算模型,对南京老城区的地表开阔度进行了计算,并以典型样区分析和街区统计为方法,综合分析了建筑与自然地形对城市地表开阔度的影响,结果表明:南京老城区公共绿地、广场以及文物古迹用地的地表开阔度相对较高,均大于0.8,社区中心和居住用地的地表开阔度相对较低,均小于0.6,突出特点是居住用地地表开阔度小于金融商业用地。地表开阔度相对较低的街区主要临近主干道,形成较为明显的西北——东南方向分布的条带状特征,整体呈现出中心条带低四周高的宏观特征。

天空开阔度的精确计算研究

天空开阔度是遥感图像的地形辐射改正、山区太阳辐射计算等方面研究的重要参数。提出了考虑周边地形遮蔽影响的天空开阔度积分计算公式,并给出了离散化实现方法。以太白山地区为例,进行天空开阔度的精确计算,研究发现考虑周边地形遮蔽影响的天空开阔度计算方法比传统计算方法更加科学精确。

城市天空开阔度矢量/栅格估算方法对比

城市天空开阔度(Sky View Factor,SVF)是重要的城市形态学参数,为了找出高效可靠的方法定量分析城市天空开阔度,对比了矢量与栅格两种估算方法在城市天空开阔度估算与制图中的表现。以福建省晋江市为例,选取了软件计算法中的矢量计算法和栅格计算法对天空开阔度进行估算,并在结果的宏观分布规律、不同方法结果数值差异、不同分辨率结果一致性几方面进行对比分析。结果表明:与栅格估算法相比,矢量估算方法估算结果与城市建筑结构相符合,估算结果数据分布规律更合理,不同分辨率结果一致性更高,在较高的分辨率下更适应城市天空开阔度定量分析与制图的需要;但在低分辨率情况下,两种方法直接计算结果的代表性都极低。

基于地理信息系统的高密度城市住区天空开阔度研究

当前城市空间的高密度化程度越来越高,而城市环境的综合质量却逐渐降低。天空开阔度等相关理论的实践应用对于优化城市视觉环境、改善局地气候具有较大价值,将其引入高密度城市住区空间环境研究依然具有重要意义。结合国内外研究成果,基于地理信息系统软件的三维空间建模、通视分析等功能,优化了城市空间天空开阔度的计算模型。再以城市形态学和建筑设计原理为依据,选取住区空间形态的重要指标并加以分级量化。通过对高密度城市住区进行软件模拟与分析,探究高密度住区天空开阔度与住区空间形态的量化关系,为城市空间环境评价提供合理的定量化分析方法。

高密度街区光环境性能研究

光环境在绿色城市与绿色建筑的建设过程中有着重要的作用,现代城市在快速城市化的背景下出现越来越多的高密度街区。采光环境研究及指标主要针对建筑物内部空间,而很少针对城市外部空间方面进行研究。文章基于Grasshopper平台,对城市高密度街区背景下的建筑外部空间光环境性能与天空开阔度的相关性进行模拟研究。

城市空间形态学参数与晴好天气下热岛强度关系

以澳大利亚阿德莱德中心城区为研究区,基于高分辨率城市三维建筑物数据计算得到天空开阔度(sky view factor,SVF)与迎风面积指数(frontal area index,FAI),并将其与晴好天气下四季的城市热岛强度进行相关性分析。结果表明:晴好天气下,阿德莱德城市热岛强度(urban heat island intensity,UHII)在2010—2011年四季均呈现出夜间强、白天弱的变化特征。SVF与UHII在夜间呈显著线性负相关,白天呈线性正相关;而FAI与UHII在四季的夜间和早晨时段呈对数关系,白天呈线性负相关。SVF和FAI对不同季节、不同时刻的城市热岛影响不同,在不同空间尺度下的适用性也存在差异,SVF在不同空间尺度下适用性更强。

天穹扇区对夏季广场小气候及人体热舒适度的影响

为揭示广场中不同遮蔽情况在太阳运行条件下,小气候及人体热舒适度的变化特征,根据天球模型、太阳视运动轨迹原理,在测点天空鱼眼照片上,叠加日轨图和天空图,绘制成天穹图。以上海广场为研究对象,通过对其夏季日间小气候的实地测量和热舒适度的计算,分析天空开阔度对日间小气候和热舒适度的影响,比较天空开阔度和太阳运行所在扇区天空开阔度对日间不同时刻小气候和热舒适度影响的差异,通过组间差异分析、相关性分析和热舒适度分析定位出对小气候和热舒适度影响最大的时间和天穹范围,为广场适宜性小气候设计提供更具体准确的设计思路和指导。

基于统计学的景观乔本植物选型特征参数优化

景观园林兼具生态和艺术性,但如何量化相关指标是从业人员面临的问题之一。以某市公园为例,着重讨论了乔木分汊比、圆形度及球状性等典型特征。并首次提出了乔木轮廓线丰盈度特征及分形维数两个选型参数。在实际工程应用时,应以相邻树冠丰盈度差异化为宜,以增大天空被遮挡范围,减小天空开阔度,优化景观环境舒适度。该成果为园林景观设计提供了技术支撑,具有重要工程实践意义。

深圳不同发展程度地区的舒适度特征分析

利用广东省深圳市22个气象站2013—2017年共5年的逐时气象观测数据,计算了舒适度指数并分析其空间分布特征,结合天空开阔度和社会人口、经济数据对深圳各区分类,对比分析不同发展进程的3种典型区域的舒适度指数以及舒适、不舒适日数和日变化等特征。结果表明深圳舒适度指数分布具有较明显空间差异,舒适日数最多的地区是生态环境保护最好的东部。深圳的天空开阔度(Sky View Factor,SVF)空间分布与夏季舒适度指数的空间分布存在显著关联,夏季SVF数值较小的地区通常更趋向热不舒适。发达地区的舒适度指数明显大于新兴发展地区和未发展地区,5年的舒适度指数时间序列表明,新兴发展地区的夏季舒适度指数变化幅度最大,这与近5年新兴发展地区发展迅速有关。3种典型区域的舒适度指数总体上均呈上升趋势,这与全球变暖和珠三角区域的快速发展进程关系密切。此外,发达地区和新兴发展地区的舒适度指数日变化幅度明显大于未发展地区。

复杂地形对核爆炸瞬发中子辐射场的影响

通过分析地面附近核爆炸瞬发辐射的不同来源,选择一系列能反映局部或区域地形起伏对辐射场影响的特征参数,应用数字高程模型建立了地形特征计算方法,通过相关性分析和统计分析的方法,定量研究了地形特征对辐射场的具体影响。研究结果表明,指向和背离爆心方位的地形开阔度与辐射场增强或削弱程度成高度线性相关;地形坡面越陡,“阳坡”辐射场越易受到增强,而“阴坡”则越易受到削弱;地形可视性对中子吸收剂量场的影响较小,而对次级γ吸收剂量场则会造成显著影响,地形的完全遮挡将会显著削弱次级γ辐射场。