《中国自然灾害数字地图集》的编制

随着地图应用范围的日益扩大和数字地球的提出,数字地图开始得到发展,它与传统地图在信息源、容量、表达方式以及兼容扩展等方面有着较大的差别。数字地图具有的3个表达层次:视觉表达、逻辑表达和物理表达,使得处理海量地图数据、生成多用户视图成为数字地图集的最大优势。基于自然灾害专题信息的特殊性,作者开发的自然灾害数字地图集在数据精度、信息表达以及自然灾害的时空性展示等方面独具特点,它是挖掘灾害数据、传播信息的一种有效手段。

水资源约束下北京地区2004—2020年土地利用变化情景模拟研究

利用系统动力学(System Dynam ics,SD)的原理和方法,发展了水资源约束下的城市土地利用情景变化SD模型。基于北京1980—2003年土地利用变化过程,构建了水资源约束下北京市城镇建设用地情景变化SD模型,对2004—2020年北京市城镇建设用地的变化进行了模拟研究。结果表明,该模型具有一定的有效性,有助于正确理解自然资源对城市发展和土地利用变化的深远影响。模型模拟结果显示,2004—2020年无约束情景下建设用地年均增长量为40.42～63.38km 2,建设用地占总面积的22%～25%;约束情景下年均增长量为21.21～51.3km 2,建设用地占总面积的20%～24%,远低于无约束情景;水资源强约束情景下建设用地的扩张速度仅为弱约束情景的37.6%,为无约束情景C的33%。可见,随着北京城市化进程的加剧和经济的进一步发展,水资源对北京区域发展的制约作用越来越明显,对土地系统的影响也将更为直观和深刻。

中国洪水灾害风险区划及其成因分析

洪水灾害风险区划是洪水风险管理的基本依据。长期以来,受数据收集以及分辨率的影响,中国一直缺乏可以指导相关部门进行洪水风险控制及洪水保险的洪灾风险区划。本文利用地理信息系统软件的空间分析模块,基于高分辨率(90m)的全国降雨、地形坡度、河流湖泊缓冲区、人均GDP、人口密度、道路密度和耕地密度等影响水灾发生的风险因子图,采用水灾成因分析法和经验系数法,得到洪水的潜在危险区和经济易损区,进而得到中国洪水灾害风险区划。在此基础上,采用逐步回归法,逐步剔除各影响因子后,对引发洪灾的主要外在驱动力进行了分析。

青海生态环境变化与生态建设的空间布局

青海省是长江、黄河的发源地,有中华水塔之称,该地区生态环境状况,直接影响到黄河及长江流域的广大地区,青藏高原地区还是我国重要的生物多样性分布区,其生态环境建设在全国生态环境建设中有着举足轻重的地位。青海省在距今7000年～3000年时出现过气候适宜期,最暖时平均气温较今高出3℃～5℃,降水量比现在高出30%～80%,青海湖含盐量下降,湖面比现在高出18m,此时的环境以温暖湿润为特点。青海地区20世纪的升温则以暖干为主要特点,在千年尺度上,现在处于干冷时期;而在百年和十年尺度上,则处于增温期,继续升温可能伴随降水的增加。关于青海地区目前生态环境的判断是整体恶化、局部改善。根据青海省不同的自然地理条件,生态环境建设可划分为如下几个区域:黄河长江源头区、黄河上游区、柴达木盆地区、祁连山地区。每个地区根据不同的自然条件,有针对性的进行生态建设。

“昆仑-黄河运动”与我国自然地理格局的形成

“昆仑黄河运动”是发生在早、中更新世之交的一次强烈的构造运动.这次构造运动不仅影响到了整个青藏 高原,把高原面抬升至3000～3500m,局部地区的山地上升到4500～5000m的高度,导致青藏高原进入冰冻圈,而且 影响大气环流型式,形成了东亚季风的现代格局.冬季风加强和夏委风减弱使得我国北方干旱化加剧,沙漠面积扩大,湖 泊消退,亚热带植物从秦岭以北南撤到南方,而且使得黄土堆积范围得到扩展,黄土堆积速度加快.这次构造运动后基本 形成了我国自然地理的现代格局.

基于夜间灯光数据的中国人口密度模拟

人口密度网格化比人口密度行政单元化更接近人口的实际分布,而且是实现人口数据与其他社会经济统计数据、资源数据、环境数据复合,提高人口、资源、环境综合管理能力的重要途径之一。选用专门针对亚洲地区开发的DMSP/OLS非辐射定标夜间灯光平均强度遥感数据模拟了中国的人口密度:基于灯光强度信息模拟了灯光区内部的人口密度,基于人口—距离衰减规律和电场叠加理论模拟了灯光区外部的人口密度,是应用DMSP/OLS夜间灯光数据模拟人口密度研究的拓展和深入,研究结果与其他研究基本一致,但所需数据量较少,更适合于大尺度人口密度的快速估算,为决策提供参考依据。结果表明,DMSP/OLS夜间灯光强度数据具有实现人口以及其他社会经济数据空间网格化的巨大潜力。

基于夜间灯光数据的环渤海地区城市化过程

利用1992年、1996年和1998年的三期DMSP/OLS夜间灯光数据,提取了区域尺度的环渤海地区20世纪90年代的城市群空间信息,建立了城市群地区面状、线状和点状城市化空间模式,分析了环渤海城市群地区20世纪90年代的城市化过程。基本结论如下:①20世纪90年代环渤海城市群地区城市斑块数量增长较快,城市化过程明显,但小斑块所占比重较大,城市斑块破碎度增加。同时,区域内城市重心基本维持在经度117.93o和纬度38.49o附近,整体上表现出向西北方向移动的趋势。②20世纪90年代环渤海城市群地区城市化过程基本上可以从空间上概括为在中心城市和大城市周围的面状城市化过程、沿交通干线周围的线状城市化过程和广大区域内以新兴小城市或小城镇出现为特征的点状城市化过程三种基本过程。其中,面状城市化过程一直居于优势地位,但面状城市化过程的基本有效范围主要局限在面状城市斑块周围3￣4km范围。线状城市化过程和点状城市过程所占的比例相对较小,但表现出明显的增强趋势,在区域内的影响范围正逐渐扩大。

近20年中国北方13省的耕地变化与驱动力

利用1983年1月至1999年12月长时间序列NOAA/AVHRR NDVI数据和2001年逐旬SPOT/VGT数据,获取了中国北方13省1980s初期、1990s初期、1990s末期和2000s初期地表土地覆盖特征,阐述了中国北方13省的耕地变化过程,并重点讨论了人类活动对耕地变化特征的影响和耕地变化的驱动力.发现:(1)裸地、耕地等弱生态用地面积持续增加,而林地和草地等生态功能用地和混合功能用地持续减少是我国北方1983～1999年土地利用/覆盖变化的主要特征,这在一定程度上影响着区域生态系统的调节功能.但在2000s初期,这种状况有所改观,表明国家自20世纪末期开始实施的退耕还林还草等一系列生态环境建设措施在一定程度上开始发挥作用;(2)从1983～2001年,中国北方13省的耕地重心整体上表现出向西南方向偏移的趋势.此外,地形和交通状况对耕地的空间变化过程影响明显,区域耕地面积主要集中在海拔较低、坡度较小的平原和丘陵地带,耕地利用强度一般随着距交通干线距离的增加而减少;(3)人们生活收入水平以及农业产量变化与耕地变化关系密切,其中人们生活收入水平与耕地面积成负相关,而农业产量与耕地面积呈正相关,表明经济的发展以及人们生活水平提高导致的非农用地量增加以及农业用地内部的结构调整是中国北方13省耕地变化的重要原因.

基于SVM的多源信息复合的高空间分辨率遥感数据分类研究

遥感图像尤其是高空间分辨率(1—4m)遥感图像在土地利用和土地覆盖变化方面有着广阔的应用前景,传统高空间分辨率遥感图像信息提取方法存在精度和分类效率低的不足。本文提出的基于SVM的分类方法,复合光谱、纹理和结构信息等多源数据信息,对IKONOS高空间分辨率图像进行分类,并与最大似然法和单源数据(光谱)SVM分类结果进行定性和定量比较分析。研究结果表明,多源数据复合的SVM高空间分辨率遥感图像分类方法,能够有效解决单源数据信息图像分类效果破碎的问题;总精度达到68.38%,Kappa达到0.5993;对高维输入向量具有高的推广能力;比单源信息的SVM和最大似然方法图像分类精度更高,适合高空间分辨率遥感图像分类。

基于DMSP/OLS灯光数据的快速城市化过程的生态效应评价研究——以环渤海城市群地区为例

快速有效地评估城市化过程带来的生态环境后果,对于优化城市土地利用格局、降低和防范城市生态环境风险,非常必要。因此本文综合利用DMSP/OLS夜间灯光数据和SPOT/VGT时间序列数据等多源遥感信息,以NDVI与时间的积分值来表征一定时间段内的植被初级生产力,探讨了环渤海城市群地区城市化过程对植被初级生产力的季节性变化影响。发现:(1)研究区全年总的平均初级生产力总体表现为城市地区低于非城市地区的特征。(2)研究区平均初级生产力一般是在8月份最高,而在1月份最低;同时,一个生长季内,平均初级生产力总体呈现为4—11月城市地区低于非城市地区,而12月到次年3月则是城市地区要高于非城市地区的趋势,但这种趋势在各土地覆盖类型间也存在很大的不同。(3)研究区全年总的平均初级生产力,城市地区NDVI为110.23d/km2,而非城市地区为123.94d/km2,两者相差13.71d/km2,即城市化过程已经在一定程度上减弱了研究区的植被初级生产力。

中国北方未来土地利用变化情景模拟

利用系统动力学(SD)的原理和方法,发展了区域土地利用情景变化SD模型.在不同系统状态下,模拟了中国北方13省未来50年不同社会经济情景下的区域土地利用结构变化,并初步评价了这些变化的可能生态影响.1990～2001年的模型结果表明该SD模型具有一定的可靠性,能在一定程度上为当前理解土地利用系统的复杂驱动行为,评估脆弱生态区土地系统变化的潜在生态效应提供帮助.2000～2050年的情景仿真结果表明,经济、人口、市场和技术等因素对中国北方13省未来土地利用变化的影响非常明显.

训练样本对TM尺度小麦种植面积测量精度影响研究(Ⅰ)——训练样本与分类方法间分类精度响应关系研究

准确的遥感农作物类型识别和种植面积统计,不仅仅取决于不同分类方法的选择,同时还要看输入分类器用以学习的训练样本数据,训练样本对分类精度的影响比分类技术本身对测量精度的影响还要大。训练样本对测量精度的影响包含样本的质量和数量两个方面。为了探讨训练样本对农作物种植面积测量精度的影响,本文以小麦为例,选择典型试验区,利用较常用的TM遥感影像,结合高分辨率SPOT数据和野外GPS数据,在构建标准训练样本和检验样本数据集的基础上,在不同训练样本量下,分别对光谱角制图、平行六面体、马氏距离、最小距离、最大似然和支持向量机6种方法进行了多次试验,并对测量结果进行了对比分析。研究结果表明:①不同样本量下6种方法10次测量的结果存在不同程度的波动,而且地块越破碎的地区波动越大,但这种波动随样本量的增加会减少,说明目前在小麦面积测量中,用单次分类的结果作为最终的提取结果的做法存在一定的随机误差,在实际的工作中,应尽可能多的获取训练样本,以提高小麦面积测量的稳定性,同时利用多次测量结果求均值的方式,来消减或者抵消测量的随机误差;②相同样本量下,各种方法测量出的全区和破碎区的小麦像元个数(总量)不一致,种植结构复杂且破碎的地区,各种方法测量出的小麦面积总量差异会更大,说明不同方法对同一地区小麦的识别能力是不同的,同种方法对于不同地区小麦的识别能力也是不一样的,但是通过分析小麦识别的产品精度和用户精度,可以判断出哪个结果最接近于真实总量。

遥感图像分类精度的点、群样本检验与评估

遥感专题分类结果在使用前,必须进行客观可靠的精度验证和分析,以保持遥感分类结果的可靠性。本文利用不同分辨率遥感数据获取的同一地区土地利用/覆盖信息,进行了简单随机抽样、系统抽样和分层抽样三种不同抽样组织方式下的点样本和群样本检验分析,评估了不同抽样方式下的点样本和群样本检验效果。研究结果表明:(1)抽样方式对遥感分类精度评价结果的影响是客观存在的,不同抽样方式下的点样本和群样本检验结果都存在一定的随机性,但同一种抽样方式下,点样本检验精度评估结果的波动幅度小于群样本检验,稳定性比群样本检验要好;(2)不同抽样方式下的多次点样本和群样本检验的平均精度检验结果基本上都能够反映分类图像的精度特征,其中,点样本检验中,分层随机抽样点样本检验效果较好;群样本检验中,系统抽样群样本检验和分层随机抽样群样本检验的效果优于简单随机抽样群样本检验。

基于遥感的草原退化人为因素影响趋势分析

干旱、半干旱地区草原退化是我国重要的生态和经济问题，其通常是自然与人为因素综合影响的结果。而区分这两者的影响，无疑对草原退化的恢复重建工作具有重要的意义。该文在基于前人的工作基础上，发展了一种分时段的回归分析和残差分析相结合的方法来评价人为因素在草地退化区域中的影响趋势。具体而言，以内蒙古自治区锡林郭勒草原为例，利用1983—1999年8km空间分辨率的逐句NOAMAVHRR NDVI数据及同期气象数据为基础数据源，对每个像元建立1983～1988年的气候因子（考虑温度、降水，及其时滞效应）与NDVI的回归关系模型，并逐年分析1989，1999年回归关系模型的预测NDVI值与实际NDVI的残差及变化趋势，从而判断以1983—1988年为基准各像元受人为因素影响的趋势。结果表明，除东乌珠穆沁旗以外，锡林郭勒草原的各旗（市）20世纪90年代都出现了较为严重的人类活动影响加剧的草原退化，但退化的严重程度不一，呈现出东部和中部较轻、西部较重的空间格局，整个研究区域已达到中等退化程度。该结果与锡林郭勒草原退化的现状基本相吻合。

不同特征信息对TM尺度冬小麦面积测量精度影响研究

充分挖掘遥感数据信息,改善作物识别环境,一直是农作物遥感监测的重要工作。以往研究表明最佳波段组合、纹理信息和植被指数信息可以在一定程度上提高分类精度,但这些手段是否一定可以提高作物识别的精度,不同分类器对不同特征信息组合的响应是否一致等都是值得探讨的问题,也是目前研究甚少的问题。为此,该文将平均值(Mean)、方差(Variance)、均一性(Homogeneity)、反差(Contrast)、相异性(Dissimilarity)、熵(Entropy)、角二阶矩(Angular SecondMoment)、灰度相关(Correlation)7种纹理信息以及比值植被指数(RVI)、土壤调整植被指数(SAVI)、重归一化植被指数(RDVI)、植被液态水含量指数(NDWI)、有效叶面积植被指数(SLAVI)5种植被指数信息分别加入到TM多光谱数据中,同时还进行了最佳波段选择,利用最小距离、最大似然和支持向量机3种方法进行分类提取小麦,研究了不同特征信息对小麦测量精度的影响。结果表明:该试验区内最佳波段5、4、3组合,纹理信息和植被指数信息的加入,对小麦面积测量精度的提高没有贡献;同一个特征信息组合对不同的分类器影响不同。在实际小麦面积测量的操作中,作业员不应该盲目的加入特征信息。选用何种信息不仅仅和研究区本身的性质有关,还和使用的分类器有关。

中国北方未来干旱化情景下的土地利用变化模拟

目前,中国北方未来干旱化过程对土地系统的可能影响还不是十分清楚,这将在一定程度上限制中国北方土地资源的合理开发利用。因此,利用系统动力学(SD)的原理和方法,首先构建了中国北方未来干旱化过程影响下的土地利用变化系统动力学模型。进而在不同系统状态下,模拟了中国北方13省未来30年不同干旱化过程和社会经济情景共同影响下的区域土地利用结构变化过程。1989￣2001年的模型检验结果表明该SD模型具有一定的可靠性,能在一定程度上理解土地利用系统的复杂变化过程。2000￣2030年在干旱化过程转折、不明显和加速3种情景下的情景模拟结果发现,干旱化过程对中国北方未来水资源总量变化影响明显。在干旱化过程3种情景下,北方13省水资源总量从4686.17亿m3下降到3887.88亿m3,水资源正逐渐成为稀缺资源,并成为区域可持续发展的重要制约因素。在中国北方人口增加和经济发展的持续压力下,建筑用地和交通用地在未来增长迅速。城镇,交通等生活型用地与耕地资源之间的矛盾将会十分突出。因此,在未来的发展中,寻求合理的土地利用结构和格局,适应气候变化和社会经济因素的共同压力,将是中国北方区域可持续发展过程中必须面临和解决的问题。

河北平原34年来气候变化趋势分析

基于河北平原49个气象台站的逐月气象资料，利用Hargreaves模型模拟分析了1966年-1999年共34年时间序列上河北平原的蒸散、降水和气温等气候变化。结果表明，在时间序列上的四季和年蒸散变化中，春季表现为上升趋势，其他季节和年蒸散则均呈下降趋势，其中夏季蒸散呈幂函数下降并达显著水平（P〈0．05），年蒸散也表现为幂函数下降趋势，34年间蒸散的平均下降速率为7．4mm／10年。降水的变化则表现为春冬季节上升，夏秋季节下降，年变化呈线性下降趋势，下降速率为16．67mm／10年。河北平原四季和年平均气温均呈现线性增加趋势，除夏季之外，其他季节均温和年均温的增高均达极显著水平（P〈0．01），年均温的增温速率为0．38℃／10年。降水的平均下降速率大于蒸散的平均下降速率，加上近年来平均气温的逐渐升高，表明34年来河北平原的气候趋向干旱化。

锡林郭勒草原1983～1999年NDVI逐旬变化量与气象因子的相关分析

陆地生态系统对气候变化的响应关系一直是全球变化研究的热点。大量研究表明表征植被生长状况的遥感植被指数———NDVI与温度、降水的相关性非常高。但这些研究都忽略了NDVI数据本身的累积性,而这一点对研究较短时间尺度上植被生长与气候因子间的关系尤为重要。因此,本文提出应以NDVI的变化量序列取代一般研究中使用的NDVI时间序列数据。基于该论点,该文采用1983～1999年NOAA/AVHRR的NDVI逐旬变化量数据序列对锡林郭勒盟草原的草原植被生长与气象因子的相互关系进行了研究。研究结果表明:1)NDVI变化量与气象因子之间的相关性最高的时间段为植被生长过程中NDVI增长阶段部分,这一时期草原植被的生长对气候反映最为敏感,在衰败阶段,其相关性比较弱;2)在典型草原,温度和降水与NDVI变化量的相关性随其主要植被类型的不同而不同,在以羊草(Leymuschinensis)为主的典型草原,温度比降水的影响作用高;而在以克氏针茅(Stipakrylovii)为主的典型草原,降水的影响高于温度;在大针茅(Stipagrandis)为主的草原,两者与NDVI变化量的相关性相差不大。而在荒漠草原,降水是最主要的影响因子,同期的温度作用并不显著;3)无论是典型草原还是荒漠草原,该地区草原植被的生长对同期的降水反应最为敏感,而非前期。而在荒漠草原以及以旱生性较强的克氏针茅为主的典型草原,温度对NDVI变化量会有较明显的时滞效应;4)在温度升高、降水基本不变的情况下,典型草原和荒漠草原NDVI变化量对温度的响应能力都有所提高,降水的响应能力则变化不大。

作物种植面积空间对地抽样方法设计

传统的粮食作物种植面积估算一般采用目录抽样方法,由于缺乏现实、有效的先验知识,抽样过程受精度和效率制约。本文利用地理信息系统、遥感和全球定位系统技术,结合传统的随机、系统和分层抽样方法,设计三种新的粮食作物种植面积空间对地抽样方案,并在此基础上开展试验对比研究,分析它们在抽样精度、最少样本量和稳定性方面的差异。结果表明,本文所设计的空间分层抽样方法所需样本量较小,且具有较高的估算精度和稳定性,可以用于大范围农作物种植面积监测。

大型公共场所人员疏散模型研究——考虑个体特性和从众行为

在引入元胞自动机概念的基础上,模拟分析了紧急情况下人员的疏散行为,并提出了一个新的疏散模型。该模型考虑了人员的个体差异和从众行为,并重点分析了各种情况下从众行为对疏散行为和疏散时间的影响。结果表明,从众行为与疏散场所中的人员密度、视野范围大小等都有很大关系,一般而言,从众行为将延缓人员疏散的时间。