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考虑双重剪切的开放系统梯形渠道Pasternak双参数冻土地基梁模型

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工程力学 2024年第4期41卷 70-80页

作者：肖旻王正中吴浪杨晓松崔浩葛建锐江西科技师范大学建筑工程学院江西南昌330013 西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心陕西咸阳712100 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西咸阳712100 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 塔里木大学水利与建筑工程学院新疆维吾尔自治区阿拉尔843300 兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050

Winkler冻土地基模型无法考虑土弹簧间相互作用,且需要预先假定切向冻结力分布。为克服这些不足之处,在现有模型基础上引入Pasternak剪切层反映冻土-衬砌间法向相互作用,引入切向弹簧组成的接触界面层反映冻土-衬砌间切向相互作用,构建... 详细信息

Winkler冻土地基模型无法考虑土弹簧间相互作用,且需要预先假定切向冻结力分布。为克服这些不足之处,在现有模型基础上引入Pasternak剪切层反映冻土-衬砌间法向相互作用,引入切向弹簧组成的接触界面层反映冻土-衬砌间切向相互作用,构建考虑双重剪切的梯形渠道Pasternak双参数冻土地基模型。以塔里木灌区某渠道为例计算衬砌冻胀变形,并与材料力学法、Winkler模型计算值及观测值进行对比。结果表明:与材料力学法、Winkler模型相比,该文模型计算值更接近观测值。根据该模型估算的衬砌板易开裂范围也与灌区现场调查结果相符,表明模型适用性。通过参数研究分析了界面切向刚度kx对各处切向位移及切向冻结力分布的影响。结果表明:kx越小时,切向位移与切向冻结力趋于线性分布;kx较大时,两者均偏离线性分布且kx越大偏离越明显,线性分布假设不再适用。该模型可较充分地反映冻土与衬砌板间接触界面相互作用的基本特征,从而有效提高模型的计算精度。

关键词：冻土工程渠道冻胀 Pasternak模型双重剪切开放系统

基于无人机和卫星遥感的胡杨林地上生物量估算

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农业工程学报 2021年第1期37卷 77-83页

作者：杨雪峰昝梅木尼热·买买提新疆师范大学地理科学与旅游学院乌鲁木齐830054 新疆干旱区湖泊环境与资源实验室乌鲁木齐830054

基于光谱信息的森林地上生物量遥感模型多存在精度不高的问题,如何更准确地获取森林地上生物量是遥感领域的研究热点。该研究以位于塔里木河下游的河岸胡杨林为例,探讨在无人机摄影测量技术支持下,使用高分辨率卫星遥感技术,通过面向对... 详细信息

基于光谱信息的森林地上生物量遥感模型多存在精度不高的问题,如何更准确地获取森林地上生物量是遥感领域的研究热点。该研究以位于塔里木河下游的河岸胡杨林为例,探讨在无人机摄影测量技术支持下,使用高分辨率卫星遥感技术,通过面向对象影像分析和回归分析等技术,获取区域尺度下胡杨冠幅、树高和密度等森林结构参数,在此基础上,通过生长方程计算得到区域尺度森林地上生物量。在30、50、100和250 m 4个空间尺度上,与无人机数据的估算结果相比,高分辨率卫星遥感数据的地上生物量估算结果高22%~26%,其误差主要来自于树冠生物量部分。随着空间尺度增大,基于卫星遥感的地上生物量回归模型R^(2)也随之增大,其中在100 m尺度上,地上生物量回归模型R^(2)为0.851,表明使用高分辨率卫星遥感技术可以在较大的区域尺度上获得较高的森林地上生物量估算精度。地上生物量回归模型的标准化系数分析表明,对森林地上生物量估算精度影响最大的因素是密度和树高,冠幅影响最小,并且随着空间尺度增大,密度的影响有增加趋势,树高的影响有减少趋势。研究结果可为使用无人机和卫星遥感技术研究森林地上生物量提供参考。

关键词：无人机遥感地上生物量森林结构胡杨卫星遥感

滇南异龙湖流域近150年森林火灾史及其驱动因素

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生态学杂志 2024年

作者：王敏孙启发李希进蒙红卫黄林培沈才明云南师范大学地理学部云南省高原地理过程与环境变化重点实验室楚雄师范学院资源环境与化学学院

重建森林火灾历史有助于对森林火灾发生规律及其驱动机制进行理解。滇南异龙湖37 cm湖泊岩芯沉积物的炭屑和花粉记录提供了湖泊流域过去150年森林火灾史和植被、气候背景，结合过去人口数量的变化，本研究探讨了异龙湖流域森林火灾发生... 详细信息

重建森林火灾历史有助于对森林火灾发生规律及其驱动机制进行理解。滇南异龙湖37 cm湖泊岩芯沉积物的炭屑和花粉记录提供了湖泊流域过去150年森林火灾史和植被、气候背景，结合过去人口数量的变化，本研究探讨了异龙湖流域森林火灾发生规律及其控制因素。结果表明，异龙湖流域地区性森林火灾发生频率在过去150年（1886—2013 AD）呈现出总体升高的趋势，在2000—2013 AD达到最高。地方性森林火灾存在1925—1970 AD和1995—2013 AD两个峰值，但引起两个阶段地方性森林火灾频发的原因是不同的；1925—1970 AD地方性森林火灾的高发主要是因为气候干旱，尽管抗日战争期间的大轰炸也贡献了部分燃烧质炭屑，但并不是主因；1995—2013 AD高发的地方性森林火灾则主要归因于人类活动（如农业生产）。

关键词：异龙湖流域炭屑花粉森林火灾气候变化人类活动

新疆焉耆盆地地表温度时空分布对LUCC的响应

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农业工程学报 2016年第20期32卷 259-266页

作者：热伊莱.卡得尔玉素甫江.如素力高倩阿迪来.乌甫姜红新疆师范大学地理科学与旅游学院/新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室乌鲁木齐830054

为了辨析地表温度时空分布及其变化对土地利用/土地覆盖变化(land use/cover change,LUCC)的响应,以新疆焉耆盆地为研究区,将Landsat遥感影像数据、气象要素的观测数据和野外采样数据相结合,利用单窗算法和单通道算法反演研究区2000、2... 详细信息

为了辨析地表温度时空分布及其变化对土地利用/土地覆盖变化(land use/cover change,LUCC)的响应,以新疆焉耆盆地为研究区,将Landsat遥感影像数据、气象要素的观测数据和野外采样数据相结合,利用单窗算法和单通道算法反演研究区2000、2009、2011和2015年的地表温度,分析焉耆盆地地表温度时空分布特征,研究LUCC对地表温度的影响。结果表明:1)研究区温度时空分布图主要划分为低温区、中温区和高温区。从时空分布变化上来看,2000年高温区范围减少幅度最大、2009年次之、2015年最小;2009年低温区范围减少幅度最大、2000年次之、2015年最小;2)研究区地表温度的分布具有明显的空间差异性,高温区主要分布在沙漠区和山区与盆地之间的戈壁滩,具有明显的以博斯腾湖为中心的环状分布特点。低温区主要分布在水域、湿地和绿洲等区域;3)在2011年内不同时期不同LUCC的温度变化幅度不一,地表温度在不同下垫面上平均值大小不同,地表温度高低主要表现为沙漠>盐碱地>裸地>小麦-玉米>其他作物>森林>棉花>芦苇湿地>水域。由结果可知,焉耆盆地近十几年地表温度的时空变化与LUCC有着密切关系,农作物的结构、土地利用类型及其面积变化都会影响地表温度的时空分布。

关键词：遥感土地利用算法焉耆盆地地表温度时空分布

基于随机蛙跳波段选择算法的土壤铅含量高光谱估测

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光谱学与光谱分析 2023年第10期43卷 3302-3309页

作者：安柏耸王雪梅黄晓宇卡吾恰提·白山新疆师范大学地理科学与旅游学院新疆乌鲁木齐830054 新疆维吾尔自治区重点实验室“新疆干旱区湖泊环境与资源实验室” 新疆乌鲁木齐830054

高光谱数据中存在的大量冗余信息对高光谱估测精度产生较大影响。旨在寻求特征波段筛选的最佳算法,以实现土壤重金属铅含量的准确监测,为土壤污染防治提供参考。以新疆渭干河-库车河三角洲绿洲土壤重金属铅含量与光谱数据为数据源,利用... 详细信息

高光谱数据中存在的大量冗余信息对高光谱估测精度产生较大影响。旨在寻求特征波段筛选的最佳算法,以实现土壤重金属铅含量的准确监测,为土壤污染防治提供参考。以新疆渭干河-库车河三角洲绿洲土壤重金属铅含量与光谱数据为数据源,利用蒙特卡洛交叉验证(MCCV)算法确定92个有效土壤样品,通过相关分析选取倒数对数一阶微分变换处理的光谱数据,采用随机蛙跳(RF)算法,并结合竞争性自适应重加权(CARS)算法、迭代保留有效信息变量(IRIV)算法及连续投影算法(SPA),构建RF-CARS、RF-IRIV及RF-SPA三种算法对波段进行筛选。以倒数对数一阶微分变换处理下的特征波段反射率为自变量,土壤重金属铅含量为因变量,采用极端梯度提升(XGBoost)和地理加权回归(GWR)方法构建土壤重金属铅含量估测模型。结果表明:(1)光谱变换处理可有效增强光谱与土壤铅含量的敏感性,其中倒数对数一阶微分变换后的土壤光谱特征更为明显,相关系数可达到0.620(p<0.001)。(2)RF-CARS、RF-IRIV及RF-SPA算法分别从高光谱数据中筛选出6、9和7个特征波段,全部位于近红外光谱区域,3种算法具有较强的特征提取能力,极大减少光谱数据中的冗余信息。(3)基于RF-IRIV算法构建的土壤铅含量估测模型的精度和稳定性高于RF-CARS和RF-SPA算法构建的模型,说明RF-IRIV算法能更为准确的保留与土壤铅含量相关的波段。此外,GWR模型的性能优于XGBoost模型,构建的RF-IRIV-GWR模型具有较好的预测能力,可作为研究区土壤铅含量的最优估测模型,其验证集的决定系数(R^(2))为0.892,均方根误差(RMSE)为0.825 mg·kg^(-1),相对分析误差(RPD)为3.09。基于随机蛙跳(RF)与迭代保留有效信息变量(IRIV)算法,结合地理加权回归(GWR)建模方法在快速准确估测土壤铅含量方面具有一定优势,可进行土壤重金属污染的动态监测。

关键词：特征波段随机蛙跳算法竞争性自适应重加权算法迭代保留有效信息变量算法连续投影算法极端梯度提升地理加权回归土壤铅

天山北坡绿洲城市车流量与对流层NO_(2)垂直柱浓度关系研究

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光谱学与光谱分析 2021年第2期41卷 345-353页

作者：赵晓蓉李艳红新疆师范大学地理科学与旅游学院新疆乌鲁木齐830054 新疆维吾尔自治区重点实验室“新疆干旱区湖泊环境与资源实验室” 新疆乌鲁木齐830054

为探讨天山北坡河谷绿洲城市车流量与对流层NO_(2)垂直柱浓度(VCD)的关系,基于各城市车流量状况,利用地基多轴差分光谱仪(Mini MAX-DOAS)在2018年—2019年天山北坡经济带上的综合性大城市乌鲁木齐、工业型中等城市石河子和工业型小城市... 详细信息

为探讨天山北坡河谷绿洲城市车流量与对流层NO_(2)垂直柱浓度(VCD)的关系,基于各城市车流量状况,利用地基多轴差分光谱仪(Mini MAX-DOAS)在2018年—2019年天山北坡经济带上的综合性大城市乌鲁木齐、工业型中等城市石河子和工业型小城市阜康市中心区连续固定监测,并沿城市交通主干道进行车载移动监测,研究车流量对NO2VCD的影响,对比分析山盆体系河谷绿洲城市与中东部发达城市污染严重原因的差异。结果表明:(1)天山北坡大中小城市的车流量日均值大城市乌鲁木齐(1406辆/5 min)远大于中小城市,中等城市石河子(203辆/5 min)和小城市阜康(185辆/5 min)差异并不显著(p>0.05),而各类城市NO 2VCD整体差异显著(p阜康(17.758×10^(15) molec·cm^(-2))>石河子(15.272×10^(15) molec·cm^(-2)),三类城市的车流量和NO 2VCD的日变化趋势一致,都呈现出“早晚高,中午低”的变化趋势;季节变化中三类城市的车流量和NO 2VCD均为:冬春季>秋夏季;(2)虽然早晚各监测点的车流量有所差异,但三类城市的车流都集中在市中心附近;移动监测数据表明,NO2VCD高值出现在车流较高的市区,并且在各城市风向稳定时,下风向浓度大于上风向;由于居住空间差异,人们在城市各功能区间的活动,车辆流向和NO2VCD都集中于人流密集的商业区,说明车辆对NO2VCD具有较大贡献;(3)2009年—2019年10年间天山北坡大中小城市经济生产总值增长率在200%以上,乌鲁木齐、石河子机动车增长率超过北京、上海等发达城市,城市快速发展,并处于河谷绿洲地带,地势南高北低,冬季逆温层深厚,静风天数较多,采暖期长达6个月,造成冬季污染严重。天山北坡城市除人为污染排放外,自然因素对污染物形成聚集作用。

关键词：天山北坡车流量对流层NO_(2)垂直柱浓度地基多轴差分光谱仪

新冠肺炎疫情防控下乌鲁木齐市NO_(2)污染影响研究

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光谱学与光谱分析 2023年第6期43卷 1981-1987页

作者：曹扬李艳红新疆师范大学地理科学与旅游学院新疆乌鲁木齐830054 新疆维吾尔自治区重点实验室 “新疆干旱区湖泊环境与资源实验室”新疆乌鲁木齐830054

为了探究新冠疫情防控措施对乌鲁木齐市NO_(2)污染的影响,更有效的推动大气污染治理,基于OMI(Ozone Monitoring Instrument)卫星遥感高光谱技术与地面监测资料相互结合,估算了NO_(2)干沉降通量,并利用聚类分析与PSCF(潜在源贡献因子)潜... 详细信息

为了探究新冠疫情防控措施对乌鲁木齐市NO_(2)污染的影响,更有效的推动大气污染治理,基于OMI(Ozone Monitoring Instrument)卫星遥感高光谱技术与地面监测资料相互结合,估算了NO_(2)干沉降通量,并利用聚类分析与PSCF(潜在源贡献因子)潜在源方法,对2019年—2021年疫情防控期间乌鲁木齐市NO_(2)扩散轨迹与潜在源进行研究。利用夜间灯光数据,百度地图热力图工具,高德地图POI(Point of Interface)功能区情况,进一步分析讨论了乌鲁木齐市NO_(2)污染来源。研究表明:(1)乌鲁木齐市NO_(2)浓度整体表现为:新市区>沙依巴克区>天山区>水磨沟区>米东区,2020年(疫情爆发期)与2019年(疫情爆发前期)同期对比发现,各城区NO_(2)浓度下降明显,其中沙依巴克区减少幅度最大,为47.63%,2021年(后疫情时代)与2020年(疫情爆发期)同期对比发现,各城区NO_(2)浓度逐渐回升,其中沙依巴克区增长幅度最大,为60.09%。城市热力情况表现为:天山区>沙依巴克区>水磨沟区>新市区>米东区。城市热力情况与NO_(2)浓度变化情况大致相同,米东区城市人口集聚度最低,故城市热力值与NO_(2)浓度均最低。(2)长支流为远距离西北方向输送,距离最远来自于哈萨克斯坦,气流占比最大,达80.32%。短支流主要来自于乌鲁木齐市周边,气流占比为19.69%,NO_(2)为短寿命气体,故气流短距离输送对乌鲁木齐NO_(2)影响较大。各类气流所经过的潜在源区的概率等在空间分布较为一致。PSCF分析法模拟的潜在源贡献具有较大的可信度。(3)将大气系统作为一个灰色系统进行分析,按灰色关联度大小划分为:标准煤消耗量>第二产业>工业总产值>工业用电量>人口密度>汽车拥有量>第三产业>第一产业。在静稳天气条件下基于OMI卫星遥感资料估算乌鲁木齐市各区干沉降通量结果,该方法可以弥补地面监测的不足,为干沉降通量的估算提供证据。

关键词：高光谱遥感干沉降通量乌鲁木齐 PSCF OMI

基于连续小波变换下的土壤有害元素砷含量估测

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光谱学与光谱分析 2023年第1期43卷 206-212页

作者：王雪梅玉米提·买明黄晓宇李锐刘东新疆师范大学地理科学与旅游学院新疆乌鲁木齐830054 新疆维吾尔自治区重点实验室“新疆干旱区湖泊环境与资源实验室” 新疆乌鲁木齐830054

与传统检测方法相比,利用高光谱技术进行土壤有害元素砷含量的估算,具有快速、准确,成本低的特点,可对干旱区绿洲土壤有害元素砷污染进行动态监测。基于新疆渭干河-库车河三角洲绿洲耕层土壤样品的采集,获取土壤光谱数据和有害元素砷含... 详细信息

与传统检测方法相比,利用高光谱技术进行土壤有害元素砷含量的估算,具有快速、准确,成本低的特点,可对干旱区绿洲土壤有害元素砷污染进行动态监测。基于新疆渭干河-库车河三角洲绿洲耕层土壤样品的采集,获取土壤光谱数据和有害元素砷含量。通过bior1.3,db4,gaus4和mexh这4种小波基函数对土壤原始光谱反射率进行连续小波变换,并将变换后光谱数据与有害元素砷进行相关分析,以筛选出的敏感小波系数为自变量,采用偏最小二乘回归、支持向量机回归、BP神经网络和随机森林回归方法对有害元素砷含量进行高光谱反演。研究结果显示:(1)4种小波基函数在3~8尺度的光谱分解效果明显优于其他尺度,特别是4~6尺度的连续小波变换有效提升了光谱反射率与土壤有害元素砷之间的相关性,通过显著性检验的小波系数数量有了明显增多(p<0.01),在可见光的400~700 nm以及近红外的1100~1700和2200~2400 nm附近具有较强的相关性;(2)通过比较4种小波基函数对光谱数据中有效信息的辨识能力,认为小波基函数bior1.3和mexh要优于db4和gaus4,其中bior1.3的光谱分解效果最好,gaus4相对最弱;通过bior1.3第5尺度的光谱变换,与土壤有害元素砷显著相关的波段数量最多,为507个(p<0.01);(3)比较4种建模方法的反演结果发现,SVMR,BPNN和RFR模型相较于PLSR模型具有更强的估测能力,模型的估测精度更高。综合分析各模型的稳定性及估测精度后,认为bior1.3-25-RFR模型可作为研究区土壤有害元素砷的最佳估测模型。该模型的训练集和验证集的R 2分别为0.893和0.639,RMSE为1.075和1.651 mg·kg^(-1),RPD分别为2.89和1.64,表明模型估测效果较好,稳定性较强。采用合适的小波基函数进行连续小波变换可减少土壤高光谱数据中的白噪声,挖掘出土壤光谱数据中的有效信息,对土壤有害元素砷含量的准确估测提供有力的技术保障。

关键词：小波基函数分解尺度小波系数机器学习算法模型有害元素砷

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连续小波变换的土壤有机质含量高光谱估测

光谱学与光谱分析 2022年第4期42卷 1278-1284页

作者：玉米提·买明王雪梅新疆师范大学地理科学与旅游学院新疆乌鲁木齐830054 新疆维吾尔自治区重点实验室“新疆干旱区湖泊环境与资源实验室” 新疆乌鲁木齐830054

土壤有机质含量的高光谱估测可快速、准确监测土壤肥力,对现代化农业生产进行精准施肥提供科学依据。以新疆渭干河-库车河三角洲绿洲耕层土壤为研究对象,对采集的98个土壤样品的原始光谱反射率R分别进行传统倒数对数lg(1/R)、一阶微分R... 详细信息

土壤有机质含量的高光谱估测可快速、准确监测土壤肥力,对现代化农业生产进行精准施肥提供科学依据。以新疆渭干河-库车河三角洲绿洲耕层土壤为研究对象,对采集的98个土壤样品的原始光谱反射率R分别进行传统倒数对数lg(1/R)、一阶微分R′和倒数对数一阶微分[lg(1/R)]′数学变换,以及基于小波母函数Bior1.3不同尺度分解的连续小波变换(CWT),并与实测土壤有机质含量进行相关分析,从而筛选出各类变换下与土壤有机质含量密切相关的特征波段和小波系数(p<0.01)。分别以原始光谱反射率(R)以及不同变换处理下的特征波段反射率和敏感小波系数作为自变量,土壤有机质含量作为因变量,采用偏最小二乘回归和支持向量机回归方法构建土壤有机质含量的估测模型。结果表明:(1)各类光谱变换方法有效提升光谱与土壤有机质含量之间的敏感性,其中经CWT变换后的土壤光谱反射率与有机质含量的相关性得到显著提高,相关系数由0.39提高到0.54(p<0.01)。(2)传统的[lg(1/R)]′变换构建的支持向量机回归模型,其决定系数(R^(2))高于lg(1/R)和R′变换构建的模型,说明倒数对数一阶微分变换可有助于提高估测模型的精度,且支持向量机回归模型的精度和稳定性高于偏最小二乘回归模型。(3)经过CWT分解后,以原始光谱反射率在不同尺度上的敏感小波系数作为自变量建立的模型,估测精度和稳定性均有明显的提高,构建的R-CWT-2^(3)-SVMR模型的决定系数(R^(2))为0.84,均方根误差(RMSE)为1.48,相对分析误差(RPD)等于2.11,模型精度达到最高并拥有极好的预测能力。高光谱数据经多种变换处理后可有效去除白噪声,而连续小波变换处理比传统的数学变换方法更适合于挖掘土壤有效信息,实现光谱信号的近似特征和细节特征的有效分离,建立的反演模型可更加精准估测土壤有机质含量。

关键词：连续小波变换分解尺度高光谱估测土壤有机质渭干河-库车河三角洲绿洲