曝气增氧微气泡-水界面和水体表面的氧传质的计算分析

在水产养殖池塘中微孔曝气充氧系统日益受到关注,为了探究微气泡-水界面与水表面湍动对氧传质的贡献,在不同曝气流量、不同淹没水深条件下进行了水体底部微孔曝气增氧试验。基于氧体积传质理论,采用美国土木工程协会推荐的计算模型和两区氧传质模型进行耦合求解,计算得到了水体底部微孔曝气增氧过程中气泡-水界面和水表面湍动扩散氧体积传质速率。对温度修正后的体积传质速率进行分析,结果表明,在一定的淹没水深下,气泡-水界面和水表面湍动扩散氧体积传质速率均与曝气流量成正比;而在一定的流量下,气泡-水界面和水表面湍动扩散氧体积传质速率与水深成反比。针对于浅型养殖池塘,随着曝气管淹没水深的增加,虽然水表面传质的贡献率有所下降,但是其贡献仍然很大,占到了80%以上。结合微孔曝气式增氧系统具有能耗较低、安装简单等优点,采用微孔曝气式增氧系统对浅型水域增氧和湍动混合具有较大优势,值得推广采用。     

三峡库区重庆段土地覆盖和生物多样性功能演化及预测

为研究三峡库区(重庆段)2005—2020年土地覆盖和生物多样性功能演化情况,对景观格局进行动态分析,该文结合重庆市生态保护红线划定成果,综合运用CA-Markov模型和InVEST模型对区域2005-2020年的土地覆盖和生物多样性功能的演化及趋势进行研究,在运用CA-Markov模型对2020年土地覆盖进行模拟预测的基础上,运用InVEST模型进行生物多样性功能的定量计算.结果表明:1)2005—2010年和2010—2015年,各类土地覆盖面积和土地覆盖动态度分别呈现"四增二减"和"三增三减"的状态;2)CA-Markov模型模拟预测时Kappa系数达到0.92,表明模型的普适性较好;3)4期生境退化指数最高值变化为:0.1681→0.2071→0.1909→0.1812,城区周边和长江、嘉陵江、乌江沿岸区域的生境退化指数高,东北部大巴山区域的生境退化指数较低;4)大巴山、武陵山、四面山等区域的生境质量较好,长江、嘉陵江沿岸生物多样性功能较差,4期生境质量总得分和平均得分分别为34337710、36829020、36345590、35530500和0.5139、0.5512、0.5439、0.5317;5)15年间生物多样性功能出现不断上升的趋势,由大范围的波动转为小区域变化,整个区域的生物多样性功能逐渐趋于稳定.     

基于空间LDA模型的高分辨率遥感影像地物覆盖分类

高空间分辨率遥感影像可以更为精确地分析地物覆盖类型,但空间分辨率的提高也对现有分类方法带来了新的挑战,隐狄利克雷分配(latent dirichlet allocation,LDA)模型能够建立遥感影像底层特征和高层语义之间的联系,但是当前LDA模型在遥感影像分析领域的应用以场景分类和图像检索为主,已有的一些关于土地覆盖分类研究缺少对高分辨率遥感数据的空间关系进行挖掘。该文在标准LDA模型的基础上,利用词包模型构建方法生成的影像文档和单词对象来展开试验,利用多尺度分割挖掘影像中对象的空间关系,设计"主题流行度"和"主题内容"2种形式的影像文档区域属性,以协变量的形式作为LDA模型的先验知识,提出一种空间LDA模型(Space-LDA)。利用无锡宜兴市Quick Bird影像验证该模型在高分辨率遥感影像分类中的有效性,结果表明空间LDA模型分类结果不仅明显优于标准LDA,而且对区域尺度的变化具有一定的鲁棒性,空间区域信息同时从主题流行度和主题内容2个层面提供了推理信息,使模型具有更灵活的结构。     

基于MCE-CA-Markov的三峡库区土地利用演变模拟及预测

为深入研究三峡库区蓄水以来土地利用演变规律及驱动机制,该研究以库区2000、2007及2014年的Landsat TM遥感影像作为数据源,在运用ARCGIS10.1对库区土地利用现状进行分析的基础上;基于多标准评价(multi-criteria evaluation,MCE)的元胞自动机和马尔可夫链(CA-Markov)模拟库区自组织的土地利用演变;并利用多时相的遥感分类图像检验MCE-CA-Markov的模拟精度,经检验,其Kappa系数达到0.9712;利用检验过的土地利用演变限制条件及因子组合来对库区2028年土地利用进行预测.研究结果表明:运用MCE-CA-Markov模拟土地利用演变规律是可行的;在2000—2014年间,库区土地利用变化图谱面积由大到小排序为稳定变化型>后期变化型>前期变化型>反复变化型>持续变化型;模拟得到库区2014年土地利用格局与解译的土地利用格局一致,相对精度达到84.48%;预测到2028年时,库区耕地、林地及草地继续减少,水域、建设用地及未利用地持续增加,预测结果表明三峡库区土地利用变化十分活跃,生态环境恢复和重建的压力很大.因此,迫切需要加强三峡库区耕地、林地和草地的保护,控制和阻止盲目开垦耕地的行为,促进库区生态环境的保护和改善.研究结果以期为三峡库区土地利用规划、城市建设以及生态环境修复提供理论支撑.     

基于遥感的矿业用地演变规律分析

矿业集聚区内的矿业用地分布直接关系到区域土地利用安全格局。该文以武安市为例,以1996年、2006年TM图为数据源,采用遥感资料自动识别软件（ENVI）和人工目视解译相结合的方法,利用ARC/INFO软件提取土地利用类型动态变化矩阵反映土地利用面积变化,表明区域内变化率最大的用地类型是工矿用地;通过景观分析软件FRAGSTATS3.3获取土地利用景观指数,表明工矿景观要素在区域中所起的作用在增加,各类用地分布的复杂程度提高,总体景观格局离散程度与变化幅度有限,矿业用地与矿产资源分布的总体集聚性非常强。     

基于网格单元的乌鲁木齐市土地覆被/利用时空变化

随着城市化进程在全球范围内的快速推进,对城市区域土地覆被/土地利用变化产生影响。采用1990、2000和2011年3期Landsat TM5遥感数据,提取乌鲁木齐市土地覆被/土地利用信息,并将各期用地分类数据分别转入250 m×250 m的矢量网格单元,计算每个网格单元内各类用地面积占网格单元面积比例的变化,探讨乌鲁木齐市1990—2011年土地覆被/土地利用时空变化特征及驱动因素,并通过相关和回归分析,研究1990—2011年各用地类型之间相互转移和替代的关系。结果表明:1)1990—2011年乌鲁木齐市城市快速扩展,大面积裸地和绿地转化为建设用地,建设用地持续增加,从1990年157.37 km~2增加到2011年的444.89 km~2,裸地持续减少,绿地先减少后增加,水体则呈现缓慢增长的趋势。2)研究区内不同区域和方向由于受到地形条件、政策、城市规划以及道路交通网络等因素的影响,土地覆被/土地利用呈现出不同的时空变化趋势,建成区老城区内部呈现挖潜的集约式增长,外围则是蔓延式扩展。该研究对该地区城市建设和发展具有借鉴意义。     

三峡库区30 a间土地利用景观特征的粒度效应

该研究是为了测度景观指数在时空上随粒度变化的特征;总结相同景观在不同粒度下的景观特征差异。利用不同的粒度大小,将景观类型图进行了栅格化,并选取景观指数,在类型与整体景观的水平上,进行了景观指数的粒度效应测度。并采用相关性分析的方法,分析了各景观指数与粒度相关性的差异。研究表明：粒度效应能有力地论证三峡库区近30 a景观格局变化的特征;不同的景观指数随粒度也表现出不同的敏感程度,较敏感的是斑块密度、有效网格大小、正归化形状指数、聚合指数。同一类型景观在不同的景观指数测度上表现不同的变化规律,随粒度变化较为敏感的是耕地（坡度＜25°）、林地、草地和城镇建设用地;多数指数呈现出随粒度变化的拐点,尤其在尺度400 m;整体水平上,斑块密度和景观形状指数受粒度变化的影响较大;同一指标与粒度的相关性在类型水平和时间跨度上大多呈现出较高的一致性。此次研究很好反映了景观格局指数在不同空间分辨率（粒度）上的变化规律。     

三峡库区农村居民点用地适宜性评价

三峡库区是典型的生态敏感区域,巫山县地处三峡库区的腹心地带,生态环境脆弱,经济发展滞后。研究基于ArcGIS10数据处理平台,结合成本加权距离,选取自然因素、经济因素、社会因素、环境因素等4个方面的7个因子综合建立评价指标体系,对农村居民点用地进行多因素综合评价。将巫山县农村居民点用地适宜性评价结果划分为4个等级:适宜、较适宜、基本适宜和不适宜用地,其面积分别占农村居民点总面积的9.52%、50.87%、34.58%和5.03%。研究该地区农村居民点用地适宜性,根据自然条件本底因素,结合库区社会经济发展条件进行适宜的土地资源开发利用是破解生态环境问题的关键,不仅有利于库区土地资源实现合理利用,而且有助于保护土地资源,促进区域可持续发展。     

基于时序NDVI图谱库提高土地覆盖分类精度的方法

为提高MODIS土地覆盖产品的分类精度,该文以河南省为试验区,首先将MODIS土地覆盖产品(MCD12Q1)分为高精度区域和低精度区域,然后通过构建时序NDVI图谱库并利用图谱曲线相似性测定方法,改进MCD12Q1低精度区域的分类精度。结果表明:1)时序NDVI是土地覆盖的重要分类特征,二者之间具有较强的关联性。2)利用时序NDVI图谱库能够明显提高MODIS土地覆盖产品的分类精度,改进后的MCD12Q1的总体分类精度分别由72.76%(比较评价)、64.52%(样本评价)提高到83.05%和81.72%。3)不同土地覆盖类别精度提高的程度不同,林地、草地、耕地、人工地表以及水体的生产者精度分别提高35.36%、29.51%、2.98%、6.96%和6.11%。4)对于判定时序NDVI曲线相似度的2种具体方法而言,最小距离法(minimum distance,MD)总体上优于光谱角度匹配法(spectral angle mapper,SAM)。综上,保留现有土地覆盖产品中分类精度较高的部分,基于时序NDVI图谱库改进分类精度较低的部分,是提高现有土地覆盖产品分类精度的有效方法。     

基于微波遥感极化目标分解的土地覆盖/土地利用分类

为有效利用微波遥感影像进行土地覆盖/土地利用分类,该研究以内蒙古河套灌区解放闸灌域为研究区域,采用春耕后试验区Radarsat-2全极化数据,利用极化目标分解方法提取得到了散射熵、平均散射角、反熵、平均特征值、单次反射特征值相对差异度、二次反射特征值相对差异度。结合实地数据,分析了各参数对于耕地、裸地、含植被水体、建筑等类别的可分离性。根据分析结果选取平均散射角、平均特征值、单次反射特征值相对差异度为分类特征变量,通过最小距离法计算了决策边界,最后结合树分类器对试验区影像进行了分类。整体分类精度93.89%,分类Kappa系数为0.914。结果表明,利用平均散射角可有效区分表面散射与二次散射及体散射;平均特征值可有效区分含植被水体与建筑物;单次反射特征值相对差异度参数可有效区分耕地与裸地。利用极化目标分解方法结合决策树分类器可精确地进行土地覆盖/土地利用分类。     

三峡库区开县蓄水前后景观格局变化特征

三峡工程是世界上举世瞩目的大型水电水利工程,其建成后具有巨大的综合效益,但水库蓄水完成后,也引起库区内的土地覆被与景观格局的变化。为了及时掌握水库蓄水后库区土地覆被及景观格局变化情况,该文以三峡库区重庆市开县为研究对象,基于2002、2007和2010年3期遥感影像资料,运用遥感与GIS技术和景观格局分析方法,利用ArcGIS9.3、Ecognition8.0、Fragstats3.3等软件分析了研究区土地覆被与景观格局动态变化特征。研究表明:由于受2002-2010年间水库蓄水影响,开县土地覆被与景观格局均有剧烈变化。该地区景观优势类型是森林、灌木、旱地、草地和水田。景观类型水平上,旱地、水田、草地景观面积减少且破碎度增加,但森林、水体、建设用地面积增加,同时连通性增加;景观格局水平上,景观总体破碎度增加,景观优势度降低,但景观多样性增加,有利于该地区生态系统稳定。开县2002-2007年和2007-2010年2期景观格局变化表现出不同的特征。研究结果及时反应了水库蓄水前后的土地覆被与景观格局变化特征,为水库未来土地利用合理规划与生态景观设计提供依据。