上海近十年来城市化及其生态环境变化的评估研究

为了了解上海近十年来的变化,应用遥感变化检测方法来评估研究近十年来上海的城市范围及城市生态方面的扩展和变化,即一方面利用从土地覆盖衍生出的城市化面积指数(UAI)来反映城市扩展的速度,另一方面应用植被覆盖率(FVC)变化来评估城市生态环境的演变。研究中,首先对2000～2009年的MOD13Q1影像按照年叠加反演出NDVI时间序列,然后分析得到每年土地覆盖图和植被覆盖率图,最后逐年进行变化分析。研究表明,近十年来,上海发生以下变化:①城市化范围持续扩展;②城市化面积指数年均增长率在1.73%以上,2008～2009年度最高达4.36%;③植被覆盖率总体上持续降低,但在建成区、远郊和岛屿区域植被覆盖率略有上升;④建成区的"变绿"是建立在耕地、植被减少为代价的基础上。

2000—2010年东北三省碳源汇时空动态遥感研究

植被净生态系统生产力（Net Ecosystem Productivity,NEP）是估算区域上植被碳源、碳汇的重要指标.以东北三省为研究区,基于EOS/MODIS遥感资料,结合气象数据,对2000—2010年NEP的分布情况和时间变化特征进行分析,结果表明,2000—2010年我国东北三省大部分地区为碳汇区域,NEP值处于0~300 g C·m-2·a-1之间,碳源地主要集中在吉林省西北部和黑龙江省西南部地区;林地的碳汇能力最大,NEP均值为176.74 g C·m-2·a-1,其次为灌丛175.02 g C·m-2·a-1,农田、湿地、草地的碳汇能力依次减弱;11年间,东北三省约66.36%的地区NEP呈下降趋势,即过半数地区固碳能力都在减弱,固碳能力大幅增强的地区集中在辽宁省长白山西南段和西辽低山丘陵,NEP上升的斜率在5~15之间.结合年均温和年降水对逐年的东三省年平均NEP进行分析,结果显示,NEP与降水呈正相关关系,且相关性显著;NEP与温度呈负相关关系,但是相关性不够显著;NEP值受温度、降水的极值影响很明显.本文基于多时相遥感数据展开了区域尺度的碳源汇模拟,为遥感数据在此领域的应用和碳储蓄动态变化研究提供了理论依据和方法借鉴.

基于Landsat-8热红外数据的太湖地区地表温度反演与热岛效应分析

应用Landsat-8 TIRS遥感数据结合气象资料,使用三种不同的反演方法获得苏南太湖地区的地表温度(LST)数据.分析发现,辐射传输方程法反演的结果最接近于实测值;在缺乏实时大气廓线的情况下,普适性单通道算法更适用于Landsat-8热红外波段的地表温度反演;分裂窗算法在三种算法中精度最差.在反演结果的基础上,分析了不同地物的LST特征,建筑用地温度最高,水体最低.归一化植被指数(NDVI)和LST之间存在明显的负相关关系,证明了城市绿地是缓解城市热岛效应、改善城市热环境的重要途径.最后对2000年和2014年的两时相LST进行标准化和分区处理,分析发现,苏南太湖地区的热岛现象近些年来在不断加剧,城市热岛由原来单个存在逐渐成为多个热岛并存的局面,建筑用地的增加是导致整个城市热岛加剧的主要原因.

养老社区环境健康预警系统的设计与实现

当前环境健康问题日益受到重视,尤其是基础体质较差的老年群体,易受环境健康风险的威胁。针对该问题,将现代化的信息技术与发展潜力巨大的养老社区相组合,给老年人提供动态化、个性化的环境健康信息服务,提升养老社区的智慧元素,具有重要的社会效益。基于Java Web技术,完成了养老社区环境健康预警系统,在实时和预报环境气象数据的支持下,实现了感冒、高血压、慢性支气管炎等常见老年疾病发病指数的动态预报与个性化预警。通过对老年人、家属、医务人员、管理员等不同角色的需求分析和功能设计,高效地实现了医务人员的统筹管理、社区老人的及时提醒和老人家属的远程通知。该系统不仅适用于养老社区,对于居家养老的集中管理也具有应用潜力。

中国1999-2009年土地覆盖动态变化的时空特点

基于SPOTNDVI时间序列研究中国近10a来(1999-2009年)土地覆盖动态变化的时空特点。首先,对BISE模型进行改进并对数据进行预处理;其次,结合光谱角分类和最小距离分类算法各自的优势构建了一个新的分类算法(SAM-MDM),并对多年NDVI数据分类和后处理,提高了分类精度,能满足土地覆盖变化趋势分析要求;再次,应用土地覆盖动态度模型和GIS叠加方法分析了全国土地覆盖的时空变化,建立了土地覆盖类型转移概率矩阵;最后,应用马尔科夫(Markov)过程建立了类型转移演化模型,对未来20a土地覆盖动态变化过程进行了预测。通过该研究探讨了中国土地覆盖近10a来在时间上的动态变化特点、空间上的变化差异、土地覆盖类型的转移概率分布和未来10～20a的时空变化趋势。

华东地区MODIS与OMI气溶胶光学厚度数据融合

气溶胶光学厚度(AOD)表征气溶胶对光的衰减作用,体现大气混浊度或大气中气溶胶总含量,其卫星产品是研究近年来不断恶化的大气环境与空气质量的良好数据源。AOD卫星产品种类较多,但数据存在较大的不确定性;气溶胶全球监测网(AERONET)的地基数据精度高,但空间覆盖度较差。泛克里金法(UK)能在数据融合过程中更多地考虑描述对象的空间相关性,并且简单易行、结果可靠。因此,本文采用该方法,结合二次多项式波段插值法和回归分析方法,在AERONET AOD数据的基础上,对2008年11月华东地区臭氧监测仪(OMI)和中分辨率成像光谱仪(MODIS)的AOD产品进行了融合。结果表明:二次多项式的AOD波段插值方法,能提供比Angstrom波长指数法更为精准的AOD插值结果;AOD融合产品的空间分辨率高于OMI AOD,覆盖率大于OMIAOD和MODIS AOD,且其精度优于这2种AOD卫星产品;融合产品图显示,2008年11月,华东地区的AOD总体呈现南低北高的趋势,高值区主要分布在长江三角洲部分地区、安徽东北部、苏鲁交界处,以及山东西部;低值区主要为江苏以南大部。相比于前人研究,本文证实了AERONET AOD站点数据少、融合的数据源(卫星AOD产品)过境时间不一致的情况下,UK方法仍然有效。本文提出的融合系统,可为相关研究提供空间覆盖更全、精度更高的AOD数据。

植物光学模型估算叶片类胡萝卜素含量的一种双归一化差值-比值植被指数

运用高光谱技术进行植物叶片探测具有快速、无损、高精度等特点,在叶片色素等生化成分含量估算方面应用前景广阔。类胡萝卜素作为叶片中重要光合色素之一,因其在可见光区域与叶绿素的光谱吸收特征存在重叠,且其含量远低于叶绿素,导致利用光谱信息估算叶片类胡萝卜素含量存在困难,国内外少有针对类胡萝卜素含量的植被指数。利用高光谱数据光谱信息丰富的特点,提出一种以波段组合遍历与相关分析为基础,通过多指数协同来构建组合式的植被光谱指数的新方法。在PROSPECT叶片辐射传输模型模拟出大量具有不同生化和生物物理特征的叶片光谱的基础上,成功构建了一种在叶片水平下具有良好稳定性的类胡萝卜素含量估算新指数RVI_(DNDVI)。结果表明,该方法构建的叶片类胡萝卜素光谱指数由两部分组成:由532和405 nm构建的窄波段NDVI(与类胡萝卜素、叶绿素均强相关)和由548和498 nm构建的窄波段NDVI(仅与叶绿素强相关)进行比值组合,能较好消除叶绿素含量对指数的干扰;通过减去对叶片结构高敏感的916 nm处反射率,能消除叶肉结构参数的影响,进一步提高指数的抗干扰能力。该研究得到的指数RVI_(DNDVI)仅对叶片类胡萝卜素具有高敏感性,相关系数达到—0.94,对其进行指数拟合的R^2达到0.834 4。经与模拟数据和实测数据的验证,该指数有较好的估算效果。

不同云微物理方案对上海特大暴雨模拟影响的分析

利用中尺度数值预报模式WRF3.5,采用36、12和4 km三重嵌套,在积云参数化方案为BMJ条件下,选用WSM5、WSM6和Lin三种云微物理参数化方案,对发生在上海地区的两次典型特大暴雨(简称"0913"和"0825")进行模拟试验和对比分析,探讨不同云微物理参数化方案对上海暴雨模拟的影响。结果表明:三种方案总体上都较好地模拟出两次特大暴雨过程,但在降水落区、降水中心、降水强度等方面仍存在差异。再利用地面自动站、观测站的实测雨量以及自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据,结合K指数、相对湿度、垂直速度和涡度散度等物理诊断量,从降水落区、降水中心和降水强度等方面对三种云微物理参数化方案的模拟结果进行对比分析。此外,通过对三种方案主要参数的比较以及三种方案模拟的冰、雪、霰粒子混合比的垂直廓线对相应的模拟结果进行解释。结果显示:WSM5微物理方案能更好地模拟出强降水的范围,其模拟的降水量较实测偏大;WSM6方案模拟的降水落区略有偏移,降水量偏小;Lin方案模拟的降水落区偏移较大。

城市台站周边热岛效应和土地利用与覆被变化关系

以合肥市气象站为中心,利用1990～2006年的Landsat TM影像,获取不同半径圆形缓冲区范围内下垫面土地分类信息以及对应年份的气温年均值、极值、日定时数据资料,分析了下垫面各土地类型及其变化和站点周边热岛效应的关系。分析得出:城市热岛与建设用地有着最强正相关,与林草地和耕地有着显著负相关,与夜晚水体有着较强正相关。下垫面类型对城市热岛的影响随着每天的不同时刻而变化。4种下垫面类型对城市热岛的影响范围上,建设用地一般在6km以内、林草地4km以内、耕地在4km时最显著,水体则随着距离的增加,其影响范围缓慢上升到8km。同时,通过分析土地利用年变化和城市热岛效应变化的关系,进一步验证了城市发展对城市热岛效应起着至关重要的作用。最高温和14时(北京时间)热岛强度年变化与土地利用年变化有着较强的相关性。另外,迁站后热岛效应明显减弱。最后,重点探讨了下垫面类型和热岛效应关系的可能原因。

基于精细化人口格网的城市机构养老设施供需分析——以上海市浦东新区为例

城市机构养老设施作为典型的公共服务资源,其供需矛盾尤为突出.基于现代地理信息技术获取的精细化人口格网,有助于在空间上有针对性地发现养老设施与老年人口之间的供需矛盾.文章以上海市浦东新区为研究区,基于160m的精细化老年人口格网,考虑机构养老设施的地理位置、床位数、入住老年人情况等要素的空间分布特征,揭示浦东新区机构养老设施与老年人口的供需关系.研究结果表明:①精细化老年人口格网能充分反映老年人口的各类空间属性特征,明确人口需求的区域特点,较好地匹配设施床位属性,充分展示设施供需现状;②研究区的机构养老设施在床位数上基本满足上海市政府提出的3%机构养老需求;③在空间上呈现出中心城区严重供不应求,设施规模小、老年人口密集,具有更迫切的养老需求;④近远郊地区供大于求,近郊地区存在多个养老设施服务范围重叠的现象,远郊地区部分养老设施地理位置偏僻,仍然存在需求缺口.

基于无人机影像的城市复杂三维绿量快捷估算——以上海植物园为例

三维绿量是表征城市植被生态效益的综合指标,如何在高度异质性的城市生境中精确、快捷地开展三维绿量监测,是当前城市植被生态效益评估亟待解决的难题.本研究以上海植物园为对象,通过无人机航摄系统对上海植物园进行低空高分辨率影像获取,逐像元提取并计算地表高程模型和冠层高度模型,对上海植物园三维绿量进行估算,进而对绿量空间分布格局进行分析.研究发现:①无人机影像的整体平面和高程精度优于0.1 m,冠层高度模型精度的平均误差为0.27 m,标准差为0.58 m.②上海植物园的绿量分布呈东北低西南高的格局,总绿量为3538944.50 m^(3).绿量最高的3个园区分别为牡丹园(289491.00 m^(3))、松柏园(338322.10 m^(3))和温室附属绿地(360587.50 m^(3));绿量最低的3个园区分别为休闲绿地(24761.50 m^(3))、单子叶植物园(31621.40 m^(3))和蔷薇园(74607.30 m^(3));植物园平均绿量密度为6.51 m^(3)/m^(2),最高绿量密度的3个园区分别为兰室(9.23 m^(3)/m^(2))、蕨类园(11.30 m^(3)/m^(2))和广玉兰香樟大道(13.11 m^(3)/m^(2));绿量密度最低的3个园区分别为休闲绿地(1.57 m^(3)/m^(2))、科研中心绿地(1.81 m^(3)/m^(2))和蔷薇园(2.58 m^(3)/m^(2)).③各专类园绿量与乔木群落分布面积、建群种高度以及两者的乘积显著相关,各专类园绿量密度与乔木群落面积占专类园比例、建群种高度以及两者的乘积显著相关.本研究可为城市植被绿量快捷估算提供方法参考,并为上海植物园绿量估算与空间格局优化提供基础数据.

城市服务设施对房价分布格局的影响力探究

城市服务设施分布的空间分异性造成了住宅获取各类城市服务的便捷度差异.为享受更优质的生活,人们往往会愿意支付更昂贵的价格购房.本文基于空间分异性思想,利用地理探测器模型,将各类服务设施的分布密度作为影响因子,以2018年上海市的城市住宅价格为例,探究各类城市服务设施对城市住宅价格的影响力.结果表明:①上海市整体房价分布从内环沿轨道交通环线呈放射圈层向四周郊区递减.②越靠近市中心,城市服务设施对塑造房价分布空间格局的影响力越显著.③交通服务设施对上海市房价分布格局的影响力最显著,城市服务设施对房价分布格局的影响力受到不同区域空间功能差异的影响,因此在房价调控中需要注意城市服务设施的优化.

HY-1B/COCTS热红外波段的交叉辐射定标方法研究

遥感传感器辐射定标是定量遥感应用与分析的基础。该文以具有高辐射精度的TERRA/MODIS传感器热红外第31、32通道为参考,采用了目标跟踪交叉定标法完成了对HY-1B/COCTS传感器热红外第9、10通道的辐射定标。选取2009年4月17、21、22、25、26日的5次双星同步观测太湖的白天数据,通过大气辐射传输模型MODTRAN对两传感器相应热红外通道进行大气透过率和大气热辐射的模拟,从MODIS的入瞳辐亮度等效模拟出COCTS的入瞳辐亮度,再结合COCTS影像上提取对应的DN值,进行多点线性回归,最终获得COCTS第9和第10通道的定标系数分别为:增益0.008 Wm^(-2)sr^(-1)μm^(-1)/DN,偏置2.873 Wm^(-2)sr^(-1)μm^(-1);增益0.006 Wm^(-2)sr^(-1)μm^(-1)/DN,偏置3.913 Wm^(-2)sr^(-1)μm^(-1)。将定标结果用于OCTS热红外通道的辐射校正,与MODIS等效计算的辐亮度相比,第9和第10通道的平均偏差分别为-0.070 Wm^(-2)sr^(-1)μm^(-1)和-0.008 Wm^(-2)sr^(-1)μm^(-1),均方根误差分别为0.532 Wm^(-2)sr^(-1)μm^(-1)和0.083 Wm^(-2)sr^(-1)μm^(-1);将经辐射校正后的COCTS图像用于太湖水温反演,所得的平均偏差为1.47K。

基于云GIS平台将STEAM理念引入中学地理教学设计

STEAM教育是基于问题,采用项目式学习模式,培养具有跨学科思维能力的创新型人才的教育方式。将STEAM教育理念引入我国基础教育,能够弥补传统应试教育下知识与应用脱节的问题,训练学生的探究性思维和工程技术应用。GIS(GeographicInformationSystem,地理信息系统)作为强大的地理数据可视化和空间分析工具,能够处理和分析许多现实生活中的实际问题,已在中学地理教学中有一定应用。而云GIS突破GIS在地理教学中使用难度大的局限性,使地理信息资源以更加友好、高效、简单的方式使用。本文借助STEAM教育理念,将云GIS平台引入中学地理学习中,从而使GIS在中学地理教学更加深入推广,同时有助于师生利用云GIS平台进行创新性研究和学习。

基于OMI数据的中国NO_2时空分布与人类影响分析

近年来,空气质量不断恶化,严重威胁人类身体健康。二氧化氮(NO2)作为人类排放的重要污染物之一,实时监测其时空分布及含量,对空气质量研究及公众安全预警具有重要意义。本研究利用搭载在AURA卫星上的OM(IOzone Monitoring Instrument)传感器反演获取的2005年1月至2010年12月中国区的NO2数据,探究了NO2的时空分布特征及其人类影响。结果表明:中国NO2浓度上升趋势显著,6年来总NO2柱浓度(TotNO2)和对流层柱浓度(TropNO2)净增值分别为0.61×1015molec/cm2和0.63×1015molec/cm2,年均增长率为2.47%和5.69%;全国绝大部分地区NO2浓度呈增长趋势,但增长速率在空间上有所差异,表现为东部沿海地区大于西部欠发达地区。在全国尺度上,NO2呈现显著的时空分布差异特征:空间上,总体呈东高西低态势;时间上,东部地区的NO2浓度冬季明显高于夏季,西部地区则相反。最后,对比分析了TropNO2/TotNO2与人类足迹的相关性,结果显示二者间呈显著相关,且冬季最大,夏季最小。同时,分析发现各地地区生产总值和全国汽车保有量与对流层NO2间呈较强相关性。表明人类活动和经济发展是导致大气中NO2增多的主要原因。

国产遥感传感器大气层外波段平均太阳光谱辐照度计算

目前,我国大部分遥感传感器的大气层外波段平均太阳光谱辐照度(Mean solar exoatmospheric irradiances over band b,简称ESUNb)尚未公布,这给遥感图像表观反射率的计算带来了不便,在一定程度上影响了数据资料的应用和推广。本文基于已有官方ESUNb值的EO1/ALI、Terra/ASTER、QuickBird等多种中、高空间分辨率传感器,对9条常见的太阳光谱曲线进行比较分析。结果表明,WRC太阳光谱曲线最合适计算中分辨率传感器的ESUNb,而Wehrli太阳光谱曲线最合适计算高分辨率传感器的ESUNb。基于WRC太阳光谱曲线和Wehrli太阳光谱曲线计算,得到了ZY-1 02C/PMS相机、ZY-3/TLC相机和MUX相机,以及GF-1/WFV相机和PMS相机各波段ESUNb值,并对ESUNb值的不确定性进行了分析。结果显示,太阳光谱选取的不同,对ESUNb的取值会产生-1.94%至1.48%的偏差。本文使用多种卫星传感器交叉比较的方式确定了最佳的太阳光谱,给出了ZY-1 02C、ZY-3和GF-1等卫星搭载的遥感传感器各波段的ESUNb值,为这些国产卫星遥感数据的广泛应用提供便利。此外,本文所用方法简便易行,在其他新的遥感传感器上具有推广应用价值。

基于HJ-1卫星数据反演长江三角洲地区气溶胶光学厚度

探索利用我国HJ-1卫星CCD数据,运用深蓝算法开展长江三角洲地区气溶胶光学厚度反演的可行性,并将结果与其他气溶胶光学厚度产品进行比较。针对HJ-1A和HJ-1B数据,反演结果分别与MODIS气溶胶光学厚度产品以及AERONET地基观测数据进行对比验证。结果表明：深蓝算法得到A星、B星的反演结果与MODIS气溶胶产品呈显著相关,但在数值上普遍高于MODIS产品;反演结果与AERONET站点数据之间的误差介于0.008~0.364之间,研究时段内站点数据缺乏,未对误差进行严格的统计分析。基于深蓝算法的HJ-1卫星数据反演结果虽然在数值上与MODIS气溶胶光学厚度产品存在系统性偏差,但在空间上能够较好地反映长江三角洲地区大气气溶胶分布状况,且具有空间分辨率高的优势。

基于高分辨率遥感影像的湿地互花米草-芦苇混合交错带提取方法

互花米草是中国东部河口滩涂湿地主要入侵物种之一,其与本地物种芦苇竞争生长,形成了大范围的混合交错带。该交错带是研究湿地生态系统动态变化的重要信息,但因2种物种光谱的相似性及其在交错带的组成复杂性,使利用遥感技术提取交错带难度较大。因此,本文提出了一种将二者生长物候差异与其光谱特征相结合,考虑二者海陆位置分布差异,运用实测剖面观测数据确定光谱指标和阈值的综合提取方法。运用高分一号多光谱遥感数据,通过分析不同时相互花米草与芦苇冠层光谱差异,确定用来提取混合交错带的高分遥感影像,实现了研究区互花米草-芦苇混合交错带的提取。结果表明:不同时相宜选用不同的提取指标,本研究中在春季选择了近红外波段反射率,而秋季则选择了红波段反射率;2个时相的混合交错带范围存在明显差异,客观反映了互花米草与芦苇在不同季节的竞争状况。

嫦娥一号IIM高光谱数据和月球轨道器LOLA DEM数据的配准与月表地形校正及评价

在对月探测中,月表物质的可见光、近红外反射数据,是进行月表化学元素及矿物反演与制图的重要信息源。受月球表面地形起伏的影响,嫦娥一号干涉成像光谱仪(IIM)高光谱数据在开展月表参数定量反演前,须进行月表地形校正,还原月表真实的反射率信息。IIM高光谱数据和常用的美国LOLA月球DEM数据之间存在月球经纬度空间配准不精确的问题,对月表地形校正的精度产生了影响。以月表陨石坑为例,在两幅月球遥感影像上选取一定数量的同名点,使用多项式校正方法进行像元级配准,与直接使用经纬度开展空间配准作了对比分析,发现IIM高光谱数据与LOLA DEM数据之间在经度方向存在平均约3.5个像元的位置偏差,纬度方向存在约1.95个像元的偏差。在此基础上,尝试将地球地形校正中使用的C校正方法运用到月球,探究在微弱大气散射环境下,月球陨石坑地貌的月表地形校正可行性。研究发现,经过像元级空间配准的数据在月表地形校正的效果上,比直接使用月球经纬度进行匹配的校正效果有明显提高。经过匹配和C校正,月表反射率与太阳入射角的余弦值之间的线性相关方程的斜率降低了89.4%,很好地消除月表陨石坑阴影地区和阳坡高亮区域的月表地形效应,恢复月表阴影区域的光谱信息。验证结果表明,校正后的月表局部遥感影像更接近于月表真实反射率,为后续利用IIM数据开展月表理化要素定量反演研究提供了可靠的科学数据保障。

基于土地利用回归模型的登革热疫情与社会环境要素的空间关系研究

目的探究社会经济与自然环境要素对登革热疫情空间分布的影响,为有效防控登革热提供依据。方法以蚊媒监测点周围0.5~6.0 km范围内的土地利用、人口密度和道路密度等社会环境要素作为土地利用回归(LUR)模型的输入变量,分析广州市社会经济因素对登革热疫情空间分布的影响。采用留一交叉检验法对模型进行检验,即用n-1个样本建立回归方程,计算剩余1个样本的预测值,并与该样本的实测病例数进行比较。结果监测点不同范围内的社会环境变量对登革热疫情空间分布的贡献程度存在差异,半径为6、2、1、1和2 km缓冲区内的人口密度、道路密度、耕地、林地和农村居民用地的面积分别对登革热1 km有明显影响(R^2=0.567、0.512、0.275、0.106和0.041),而整体LUR模型调整R^2为0.648(F=55.944,P<0.01),预测值与实测值间的拟合精度达0.728 8,总体水平较好。结论社会经济要素在不同研究范围下对登革热疫情空间分布的影响不同,LUR模型可较好地预测登革热病例空间分布,从而为当地卫生部门防控登革热提供方法支持。