SCE标定结合EnKF同化遥感和WOFOST模型模拟冬小麦时序LAI

WOFOST(world food studies)模型可用于模拟冬小麦全生育期内的时序叶面积指数(leaf area index, LAI),各器官生物量以及最终产量,对冬小麦的长势监测与产量预估有着重要意义。但将WOFOST模型用于中国具体区域的冬小麦生长模拟时,存在着参数定标困难、模拟结果不够准确等严重问题。目前对该模型的定标大多依靠研究者的经验进行,虽已总结出了一套从标定到模拟应用的研究方法,但在区域模拟时仍然存在很多问题。为此,该文以较易获取的LAI为参考指标,结合潜在生长水平模式下的WOFOST模型在衡水地区的应用,提出了一种"区域优化标定,像元同化修正"的研究方法:首先在区域尺度上对WOFOST模型进行优化标定,利用扩展傅里叶幅度灵敏度检验法(extend fourier amplitude sensitivity test, EFAST)分析模型各个参数的敏感性,在此基础上选择了可以迅速找到全局最优解的SCE(shuffled complex evolution)算法对总敏感度最高的5个参数进行优化,并将优化前后的时序LAI曲线进行对比;其次运用第一步确定的模型最优参数,在对区域内每个像元进行模拟时,结合Sentinel-2卫星数据反演所得的各个像元LAI,利用集合卡尔曼滤波(ensemble kalman filter, EnKF)在像元尺度上对LAI进行同化修正,并结合采样点的2次实测LAI数据对同化所得结果进行验证。试验发现,优化标定后的WOFOST模型模拟所得LAI曲线更接近所给的LAI真值,在此基础上结合数据同化模拟得出的衡水地区每个像元LAI的R2达到0.87,RMSE仅为0.62。因此,与原来只能通过经验进行定标的方法相比,该方法有效地解决了WOFOST模型在具体应用中亟待解决的复杂标定问题,并且结合同化修正有效地提高了模型在各个像元的模拟精度,R2由0.70～0.83提升至了0.87,RMSE由0.89～1.36降低至了0.62。同时该文也提供了从模型标定到具体模拟整个过程中各个环节的思路与方法,有利于促进WOFOST模型在区域尺度上的应用。     

GIS内外业一体化数据双向同步技术研究

对空间数据内外业一体化作业过程中数据双向同步技术进行研究。阐述GIS数据双向同步的原理、数据还原原理,提出了基于最优差异化机制的双向数据同步模型,并给出此模型基础上的技术实现案例。实践表明,此方案能很好地解决GIS内外业一体化的数据同步需求。     

基于GIS的精确农业合理采样与施肥间距研究

在GIS软件平台下对采样点进行行列删减,人为减小采样密度,运用地统计学方法制作养分分布图,并与原始采样方案进行形状和面积对比,选取合理的删减方案作为土壤养分的合理采样方案.碱解氮、速效磷和速效钾的合理采样间距分别为64 m×51 m、32 m×76 m和32 m×25 m.为综合考虑多种养分,提出3条综合采样测土原则.提出了调整施肥间距的实现方法,自动变量施肥宜采用"大网格采样、小网格施肥",手动变量施肥则宜采用"小网格采样、大网格施肥".试验表明提出的方法实现了定性与定量相结合来研究土壤采样间距.     

黄土沟壑丘陵区退耕对土壤侵蚀影响的模拟研究

随着在黄土沟壑丘陵区退耕政策的实施,退耕必将对该地区的水土流失特征产生重大影响。对退耕的水土保持效益进行模拟研究,可为退耕政策的合理实施提供理论依据。选定位于黄土沟壑丘陵区的安塞研究区,在RS和GIS支持下,采用USLE,模拟研究了不同退耕方案对土壤侵蚀的影响。在2001年土地利用的遥感解译图和GIS计算分析基础上设计了8种不同的退耕方案,模拟结果显示,各种退耕方案对土壤侵蚀的减少主要发生在强度及强度以上侵蚀区,退耕后研究区已没有发生剧烈侵蚀的区域,强度和极强度侵蚀明显减少;土壤侵蚀量的减少主要发生在≥25°退耕和≥15°退耕,≥25°退耕还草和还林分别使土壤侵蚀总量减少了19.9%和23.2%,≥15°退耕还草和还林分别使土壤侵蚀总量减少了36.6%和42.6%。≥8°退耕方案和全部退耕方案与≥15°退耕方案相比,水保效益并没有显著差别。     

空气总悬浮颗粒物浓度的遥感信息模型研究

空气总悬浮颗粒物遥感信息模型是使用遥感信息模型的方法来模拟空气总悬浮颗粒物在空间上的分布。通过对空气总悬浮颗粒物来源和分布影响的因子分析,认为地表覆盖情况因子对空气总悬浮颗粒物来源影响最大,降雨强度和风速因子对空气总悬浮颗粒物分布影响最大,因此根据此三个因子建立了空气总悬浮颗粒物遥感信息模型。然后根据对厦门市高分辨遥感的分类数据和空气总悬浮颗粒物的分布数据得到了空气总悬浮颗粒物遥感信息模型的地理参数。通过对公式结果验证认为该模型较好的模拟了空气总悬浮颗粒的分布,为空气总悬浮颗粒物浓度的分布研究提出一种新思路。     

城市热岛强度与植被覆盖关系研究的理论技术路线和北京案例分析

在城市环保和规划工作中，热岛问题历来受到重视。在前人研究的基础上提出城市热岛研究中应用TM6反演温度的计算方法，同时对实现该方法的技术路线作了论述；并且选取北京市作为实际案例分析，产生了北京热岛景观图；另一方面，由于植被状况对城市热岛强度有重要作用，本文产生了北京NDVI景观图，在热岛和NDVI景观图的基础上采样分析，得出热岛强度与NDVI之间的线性拟合关系，为研究热岛和植被空间关系提供了新的思路。对于如何推进城市热岛／植被关系研究，也给出了建议思路。     

大型水电工程的社会经济影响及生态环境影响分析

在介绍水电工程开发背景的基础上,全面分析了大型水电工程建设与运营过程中的社会经济影响及生态环境影响。大型水电工程带来的最重要的收益是水力发电这一直接经济回报,而主要负面影响以泥沙淤积、水生生态干扰、陆生生态干扰等为代表。全面分析、综合考虑大型水电工程建设与运营可能带来的正反面影响是合理规划、设计大型水电工程,科学完成各项配套工作,实现区域、流域可持续发展的前提。     

运用EOS／MODIS资料对银川城市热场的遥感分析

采用一种基于MODIS遥感资料和地面自动气象站(AWS)观测数据反演地表温度(LST)的统计方法,得出银川市四季各典型月份晴空地表的热场在季节、空间上的二维分布;通过对热场强度的研究,得出银川主城区夏季存在明显"热岛"效应,冬季存在明显"冷岛"效应的初步分析结果;通过对LST与植被指数间的关系分析研究得出:银川植被生长季LST与归一化植被指数呈负相关关系,且线性关系明显,R2值可达0.7。另外,反演结果还显示了贺兰山东麓山前在夏季,存在明显的高温区,结合对植被指数的分布研究,表明这里植被少,覆盖度低,下垫面主要以砾石为主。     

基于QTM的线状图形自动化简算法探讨

全球网格是由形成地球表面剖分的一系列区域所组成,八面体四分三角网(QTM)是其中一种具有层次性的网格.本文依据数据点在规则网格中的分布规律,提出了一种在QTM数据结构支持下的线状图形化简算法.该算法以经过每级QTM网格的数据点的平均值为标准,能自动地对比较平缓的线段进行较粗选点,而对相对复杂的线段进行较密选点.本文以及Dutton算法都能克服Douglas-Peucker算法中难以客观和合理确定阈值的困难,但是本算法比Dutton算法简单,且具有更高的化简率,能更好地保留了线状图形的弯曲特征.     

基于高光谱数据的水体叶绿素a指数反演模型的建立

水体叶绿素a含量是反映水体质量的重要指标之一,利用遥感技术监测其含量具有众多优势。该研究利用2012年7月在广西壮族自治区桂林市漓江流域实地采集的水体高光谱数据和实验室化验分析数据,借鉴陆表植被叶绿素a的遥感反演模型,发展了一种新的水体叶绿素a提取指数(water chlorophyll-a index,WCI)。通过与反射率敏感波段法、波段比值法和半分析方法对比分析发现,新提出的WCI指数使用650、685、696 nm波段,波段稳定,决定系数R2可达0.58,均方根误差最小为0.24,受水体悬浮物影响小,在天津海河区域的验证效果也表明了该模型可以有效地提取水体叶绿素a含量。该方法扩展了水体叶绿素a监测的建模思路,对水体叶绿素a监测建模有一定的指导作用。