松嫩平原气候数据空间分布模型及栅格化信息系统的建立

在GIS支持下,以松嫩平原DEM为基础,建立经度、纬度、海拔高度等大地形因子数据库及坡度、坡向、遮蔽度等小地形因子数据库。利用松嫩平原各县市1961-2000年平均太阳辐射、气温、降水和相对湿度数据,采用三维二次趋势面模型进行逐步回归,构建松嫩平原逐月主要气候要素与宏观地理因子的数学模型。完成松嫩平原各气候要素空间分布的综合数学模型,并利用GIS平台建立空间分辨率为1km×1km的松嫩平原主要气候要素的网格化数字专题图。     

考虑地形条件下山区日照和辐射的GIS模型研究

考虑坡度、坡向等地形要素对日照和辐射的影响,针对东中部山区坡度较平缓的特点,改进了坡面日照、辐射计算公式并建立了模型,利用本模型、Citystar和500m×500m网格的地理数据,计算湖南省年日照时数、年太阳总辐射。结果表明:考虑坡度、坡向等地形要素,比过去仅考虑经纬度、海拔利用GIS分析气候要素更能反映山区光资源分布及气候特点,该模型更具有实际应用价值。     

基于1 km栅格的地表太阳辐射模拟

以辐射观测值与其影响因子建立非线性回归模型，以各因子的面域数据模拟全国1 km像元上的水平面年太阳辐射的空间分布;根据数字高程模型(DEM)，考虑坡面坡度和坡向以及周围地形的影响，建立坡面与水平面的直接辐射转换系数模型以及坡面的视角系数模型，分别修正平面年太阳辐射中的直接辐射和散射辐射分量；汇总修正后的太阳辐射总量中的各分量，得到坡面实际可获得的辐射总量。成果可用于高精度的农业生产潜力评估、农业区划、农作物布局、退耕还林还草等。     

基于GIS的广西甘蔗种植气候区划

根据甘蔗生长与气候条件的关系,分析确定了广西甘蔗种植的农业气候区划指标;利用广西90个气象台站30a的气候资料和台站地理信息,建立了区划指标的空间分析模型。在GIS的支持下,考虑地形的影响,按1km×1km细网格推算出无测站地区气候区划因子的空间分布,并对广西甘蔗的适宜种植区进行农业气候区划,为优化广西甘蔗布局以及趋利避害提高产量和含糖量提供科学依据。     

西藏一江两河地区耕地垦殖强度影响因子及其临界值确定

西藏"一江两河"地区耕地分布的空间面积狭小,限制性因素突出,识别和测度其耕地分布的影响因子,对今后区域农业发展和耕地利用具有现实意义。根据西藏"一江两河"耕地数据,应用GIS对其不同地貌类型、海拔高程的垦殖强度进行分析,在此基础上选择代表地形、气候、土壤、水文、可达性等12个因子作为自变量,1 km×1 km网格内耕地垦殖强度为因变量,运用偏最小二乘回归方法构建回归模型,并用变量投影重要性指标衡量各因子对变量的解释能力。测度结果表明:坡度是最重要的影响因子;太阳辐射、最暖月气温、海拔高度和降水等对耕地分布有重要影响,说明西藏"一江两河"地区耕地分布主要受地形、气候两大因素控制。     

基于DEM的栖霞山区日照时数模拟研究

针对栖霞市地形变异对太阳辐射在地面分布的影响,利用数字高程模型为基本信息源,在提取数字坡度模型和数字坡向模型的基础上,采用多层面复合分析的方法,通过对地形要素与其他气候要素的复合分析,建立了区域地面的太阳辐射模型。模拟计算过程中,每一个栅格单元瞬时太阳辐射能量的计算是其中最基础的工作,通过对瞬时太阳辐射量的时段累计,可获得日、月、年的太阳辐射总量。该结果可望进一步转换成对农作物生长有重要影响的积温、无霜期等重要的小气候指标,为精细农业的实施提供了重要的数据资源。     

环境因子对山区粮食气候产量的影响——以云南省为例

高原山区土地资源短缺、人地矛盾突出,应对气候变化的能力尤为脆弱,探讨高原山区环境因子对粮食气候产量的影响,可为山区土地资源的合理利用和保护提供科学依据。本文利用云南省各县1985-2012年平均粮食单产数据,采用生物模型Logistic函数模拟趋势产量,以计算气候产量。提取同时期气候、地形、土壤等17个环境因子,利用相关分析、冗余分析（Redundancy analysis,RDA）等统计分析方法探究环境因子对山区气候产量的定量影响。结果表明：研究区多年平均气候产量为-0.15～-0.01t·hm-2,且研究时段内呈降低趋势;气候产量与土壤全钾含量呈极显著负相关,与坡度、坡向呈极显著正相关,与其它14个环境因子无显著相关性。RDA分析结果表明,坡度、坡向、土壤碳氮比、气温、土壤pH、土壤全钾含量6个环境变量为最小解释变量组合。坡度是影响山区粮食生产的关键性环境因子之一,与粮食实际产量呈负相关,而与气候产量呈正相关。坡度单因子可解释44.62%的粮食实际产量、26.29%气候产量的变化。从研究结果看,气候产量相对较高的地区通过坡改梯、土壤培肥等手段提高粮食单产是气候变化前提下维持区域粮食生产安全的有效途径。     

DEM网格尺寸对地形因子影响研究——以北京市延庆县八达岭小流域为例

DEM包含了大量地形信息是地形分析的基本资料.众所周知DEM网格愈小,愈能反映地貌起伏变化的细节,对地形的描述愈准确,但是随着DEM精度的增加,数据量将以几何级数递增,所需要的时间、人力以及占用的计算机容量都大大增加,从某种意义上来说,是对计算机资源的浪费.因此DEM网格尺寸对地形因子精度的影响以及选择适宜的网格尺寸在实际应用中就至关重要了.以北京市延庆县八达岭小流域为例,不考虑DEM采样点上高程误差,采用1:10000大比例尺,运用统计分析方法,比较当DEM网格尺寸变化时,对坡度,坡向,剖面曲率和平面曲率计算结果的误差,分析网格尺寸的变化与坡度,坡向,剖面曲率和平面曲率计算结果之间定性定量关系.从精度和栅格数据量两个方面选择适宜网格尺寸范围为5～10cm.此研究对实际应用中DEM网格尺寸选择有一定指导意义.     

晋西黄土区基于地形因子的土壤水分分异规律研究

以山西省吉县蔡家川小流域典型梁峁坡面为研究对象,在研究区共布设313个土壤水分监测点,用TDR测定土壤(0~30cm,30~60cm)水分,经克立格(kriging)插值得到了研究区土壤水分分布图,并与基于数字高程模型(DEM)提取的研究区域坡向、坡度、高程3个地形因子分布图叠加,生成土壤水分与地形因子相对应的数据库,用以分析坡面尺度地形因子对土壤水分的影响情况及基于地形因子的土壤水分分异规律。通过主成分分析得出:地形因子对土壤水分影响的次序依次为坡向>高程>坡度。通过对坡向和坡度聚类分析得出:影响土壤水分分异的坡向可分为两类,即292.5°~360°(0°)~112.5°(阴坡),112.5°~292.5°(阳坡);影响土壤水分分异的坡度分为:5°~20°,20°~35°两类。依据坡度和坡向的分类结果,分别拟合土壤水分和地形因子的函数关系,求出不同坡度、坡向土壤水分的关系系数:若假定坡度为5°~20°、坡向为阴坡时,土壤水分关系系数为1,则坡度为5°~20°、坡向为时阳坡时土壤水分关系系数为0.99,坡度20°~35°、坡向为阴坡时土壤水分关系系数是0.82,坡度20°~35°、坡向为阳坡时土壤水分关系系数为0.8。     

赤峰市小流域地形因子对土壤有机碳密度的影响

为研究地形因子对土壤有机碳密度的影响,选择内蒙古赤峰市敖汉旗黄花甸子流域为研究对象,运用地统计学和ArcGIS空间分析工具相结合的方法,根据流域DEM数据提取流域高程、坡度、坡向信息,并将其划分等级与克里格插值得到的流域土壤有机碳密度分布图进行叠加,建立地形因子的碳密度数据库,从而分析不同高程、坡度、坡向下土壤有机碳密度的变化情况。结果表明,地形因子对土壤有机碳密度的影响由高到低为高程>坡度>坡向。高程与坡度对土壤有机碳密度的影响较大,对土壤有机碳密度的影响均呈现抛物线走势,随高程与坡度的增加土壤有机碳密度表现为先升高后下降,并分别在600⁶50 m高程范围和5°650 m高程范围和5°¹0°坡度范围内达到最大值;坡向对土壤有机碳密度的影响由低到高为阳坡<阴坡<半阴坡<半阳坡。     

山区太阳直接辐射的空间高分辨率分布模型

该文以山区的高空间分辨率DEM数据为主要数据源，从中分别提取经度、纬度、坡度、坡向等相应的地形要素栅格数据，再结合多年平均的实际日照百分率资料，利用GIS技术建立山区实际太阳直接辐射的高空间分辨率分布模型，实现太阳直接辐射空间分布规律的可视化表达，分析了山区各月太阳直接辐射的空间分布特征，对于山区的农业、林业和生态环境等方面的研究具有重要的指导意义。     

起伏地形对气温时空分布的影响——以重庆市为例

[目的]基于GIS技术等分析起伏地形下气温的时空分布及其变化,为研究区域生态环境、农业区划及气候变化等提供借鉴和参考。[方法]以重庆市为例,利用34个气象站点1971—2010年历年平均气温资料,通过在气温与经纬度、海拔高度、坡度和坡向等地理和地形因子之间建立模型,并在GIS平台基于高空间分辨率的DEM数据(100m×100m)对气温空间分布进行定量估算和三维模拟。[结果](1)近40a内不同年代际的平均气温与诸多地理和地形因子之间的复相关系数均在0.8以上。(2)近40a内的年平均气温呈现出先降后升的变化。(3)绝大部分地区的年平均气温在近40a内均呈现增加趋势,且增加幅度表现为:渝东南渝东北渝西。[结论]起伏地形下气温的空间分布与诸多地理和地形因子之间的相关关系显著,且基于高空间分辨率的DEM数据利用GIS的三维模拟技术能够直观鲜明的体现出起伏地形下气温的空间分布及其变化特征。     

Using Canonical Correspondence Analysis (CCA) to identify the most important DEM attributes for digital soil mapping applications

Topography has an important influence on the distribution of soils and their properties, especially in hilly lands, and related data are easily available, measurable and recognizable from digital elevation models (DEMs). To our knowledge, little attention has previously been paid to the effect of DEM attributes on the distribution of soils, using ordination methods. The objective of this study was to analyze relationships between topographical properties derived from DEM and soil distribution and to discuss their applicability in Digital Soil Mapping (DSM). The study was carried out in the Borujen area of central Zagros, Iran. A total of 13 plots (each one of 6.75 ha) were set up to calculate the percentages of the dominant soil series. Fifteen DEM attributes, including slope, aspect, curvature, maximum and minimum curvature, planform curvature, profile curvature, tangent curvature, wetness index, power index, sediment index, area solar radiation, direct radiation, diffuse radiation and direct duration were also computed. Canonical Correspondence Analysis (CCA) was used to summarize the data set and to evaluate the expected relationships. The results obtained show that there was a relatively strong correspondence between soils' series distribution and topographical properties. The DEM attributes that best related to the first axis were maximum curvature, slope and sediment index, all of which significantly positive correlated, and wetness index, direct duration and minimum curvature, all of which were negatively related. The second axis showed a negative trend with wetness index, direct duration and aspect, and a positive trend with sediment index and slope. These gradients were closely related to the first three canonical axes and explained 71.8% of the total variance of the soil series. The residual variance (28.2% of the total variance) was related to other soil forming factors, like parent material and vegetation cover, which were not investigated in this study. Considering that DEMs are still the most important source of environmental information, understanding the role of topographical factors in a region should help us to identify soils and their properties better and enable us to apply these derivates as input data in DSM.     

宁夏南部山区农业干旱预警模型

为建立格点尺度上的农业干旱预警模型,根据自然灾害系统理论,综合干旱孕灾环境、致灾因子、承灾体的特征,选择DEM、坡度、坡向、土壤类型、历史干旱风险指数、农业投入量作为孕灾环境稳定性影响因子,选择前期干旱程度、作物水分满足率、作为致灾危险性因子,选择作物种类、作物发育期水分敏感系数、灌溉条件、作物单产水平等作为承灾体脆弱性因子,在干旱灾害系统分析的基础上,采用层次分析法（AHP）量化影响因子的影响系数,建立基于GIS和空间插值的宁南区域农业干旱预警累乘模型。检验结果表明,预警模型输出干旱等级与实测符合率达到90%以上,能准确预测未来干旱发展趋势和分布范围,比现有基于气候干旱指数的预警模型空间分辨率明显提高,模型输出结果更能反映农业干旱的发生、发展过程,模型可用于区域干旱预警和干旱趋势预测。     

基于GIS的黄土高塬沟壑区砚瓦川流域地形特征提取与分析

以GIS技术为依托,研究了典型高塬沟壑区砚瓦川流域的地形分布特征.以1:5万地形图作为信息源,矢量化等高线,并用Hutchinson方法建立DEM(ANUDEM).从DEM中提取了坡度、剖面曲率和坡长三个地形因子,并对其特征进行了分析,同时与丘陵沟壑区相应地形因子特征进行了对比.结果显示:流域50%的面积坡度在9°以下、剖面曲率小于7,这反映出高塬沟壑区地面比较平坦的地形特点.坡长分布主要集中在10～150 m,其中10 m坡长分布最广.这些地形特征信息为砚瓦川流域及同类地区的生态建设与农业生产提供了有力的技术和基础数据支撑.     

陕西省光合有效辐射的地形影响效应

基于数字高程模型数据,全面考虑地形因子对太阳短波辐射各辐射分量的影响,在分别建立太阳直接辐射和散射辐射模型的基础上,确定了山地太阳光合有效辐射的基本模型,并依据模型计算陕西省平均月、季、年光合有效辐射及≥0℃和≥10℃期间光合有效辐射分布情况,探讨局地地形对光合有效辐射的影响机理。结果表明,模型模拟结果与利用传统方法计算结果相一致,说明模型是可靠的;≥0℃和≥10℃期间光合有效辐射的空间分布情况说明陕西省光能资源丰富,理论上农业产量有较大的提升空间;局地地形对山区光合有效辐射影响显著,光合有效辐射量随坡度的升高而逐渐减少,偏南方向辐射量较大,偏北方向较小,东、西坡辐射量呈对称分布,同时地形对其的影响程度随季节而变,相对于夏季,在太阳高度角较低的冬半年,地形影响较大。     

基于全数字摄影测量数据建立DEM时分辨率的确定

分辨率是栅格DEM的基本参数之一,其大小直接影响到DEM的数据质量和地形分析的精度。采用多大的分辨率是建立和应用DEM时需解决的基本问题。利用全数字航空摄影测量方法,获取了位于陕北丘陵沟壑区的实验样区的高精度地形特征点、线数据,在此基础上,生成了9种不同数据密度的点数据集。然后利用ANUDEM和TIN方法,建立具有不同格网尺寸的2种DEM数据系列,并提取坡度均方差,平均坡度和高程中误差。根据坡度均方差、平均坡度和高程中误差随格网尺寸变化的规律,确定了建立DEM时合适的分辨率大小。研究结果表明,在利用全数字摄影测量方法建立1:10000比例尺的DEM时,应采用的分辨率约为2.5m。