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自注意力映射超时相遥感图像超分辨率重建

遥感学报 2024年第6期28卷 1551-1559页

作者：唐晓天杨雪李峰马骏梁亮中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室北京100094 河南大学软件学院开封475004 南京大学国际地球系统科学研究所南京210023 清华大学电子工程系北京100084

针对视频卫星超时相数据高时间分辨率的特点,单帧超分辨率重建算法无法充分利用其时空信息,提出一种基于自注意力的超时相遥感图像超分辨率重建模型。对超时相序列帧先依据帧速率划分为多个时间组,利用3D卷积对空间及时间同时建模的特... 详细信息

针对视频卫星超时相数据高时间分辨率的特点,单帧超分辨率重建算法无法充分利用其时空信息,提出一种基于自注意力的超时相遥感图像超分辨率重建模型。对超时相序列帧先依据帧速率划分为多个时间组,利用3D卷积对空间及时间同时建模的特点提取不同时间组下的时空信息,之后通过改进的广泛自注意力残差块增加注意力计算范围并完成高动态映射,在完成超时相序列帧建模的同时提取其丰富的空间细节信息,最后将多个时间组的特征融合,通过亚像素卷积提升分辨率并完成重建。所提算法的优点在于,对超时相数据的多时间组处理充分利用了其丰富的时空信息,改进的自注意力块可在无配准情况下完成序列帧的建模并提高空间细节信息的提取能力。在高分四号数据上的实验表明,本文算法的主观视觉效果及客观评价指标均优于对比算法,在高分四号数据两倍上采样重建时,较双三次插值算法在PSNR值上提升了2.49 dB以上,且在4倍重建时依然有很强的重建性能,较双三次插值算法有巨大提升。实验结果表明,该方法拥有较好的超分辨率重建效果,有利于超时相数据在各领域的应用。

关键词：遥感超时相数据超分辨率重建深度学习多时间组融合特征广泛自注意力高分四号

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砷矿物演化与矿物生态初探

矿物岩石地球化学通报 2024年第2期43卷 418-427页

作者：唐鸣昊滕辉陆现彩王汝成朱翔宇天津大学地球系统科学学院天津300072 南京大学地球科学与工程学院南京210023

矿物是行星演化重要的记录者。地球演化过程中一系列重大的地质事件都是通过研究矿物所记载的相关信息得到证实的。砷(As)是对生命最危险的有毒元素之一,也是指示地球化学环境演变过程的灵敏元素,目前发现的砷矿物超过760种。本文基于... 详细信息

矿物是行星演化重要的记录者。地球演化过程中一系列重大的地质事件都是通过研究矿物所记载的相关信息得到证实的。砷(As)是对生命最危险的有毒元素之一,也是指示地球化学环境演变过程的灵敏元素,目前发现的砷矿物超过760种。本文基于“矿物演化”和“矿物生态学”的概念,研究砷矿物多样性,分析其深时演化过程。结果发现,随着地质历史的演进,砷矿物多样性呈现幕式增长特点,其增长期与超大陆碰撞期以及大氧化期相对应。这主要和超大陆碰撞期热液和风化活动增强促进As的迁移转化,以及大氧化期As从还原态向成矿及迁移能力更强的氧化态转变有关。另外,根据现有砷矿物产地-砷矿物种类数据,基于泊松-对数正态分布LNRE(大量罕见事件)模型,预测地壳中至少存在1958种砷矿物,其中263种出现的概率超过95%,其形成主要受“决定性因素”控制;而大部分砷矿物出现概率较小,其中184种出现的概率甚至低于0.1%,形成主要受“偶然性因素”控制。

关键词：砷砷矿物矿物演化矿物生态学矿物多样性

MC-ICP-MS高阻放大器校正偏移对同位素测试的影响——以汞同位素为例

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矿物岩石地球化学通报 2024年第1期43卷 140-150页

作者：李鹏飞郑旺孟旭男张立欣孙若愚陈玖斌天津大学地球系统科学学院表层地球系统科学研究院天津300072

增益(Gain)校正有助于消除MC-ICP-MS不同高阻放大器之间的阻值差异,进而提高同位素分析的精度和准确度,但有关Gain的偏移和校正频率对同位素测试的影响和作用原理还缺乏系统认识。本研究结合本实验室Neptune Plus MC-ICP-MS的Gain校正数... 详细信息

增益(Gain)校正有助于消除MC-ICP-MS不同高阻放大器之间的阻值差异,进而提高同位素分析的精度和准确度,但有关Gain的偏移和校正频率对同位素测试的影响和作用原理还缺乏系统认识。本研究结合本实验室Neptune Plus MC-ICP-MS的Gain校正数据,以实际测试的汞同位素数据为例,评估了放大器Gain校正系数偏移对同位素测试的影响。结果显示,当测试标样和样品的校正系数偏移幅度一致时,汞同位素测试结果基本无变化;当偏移幅度存在明显差异且单一放大器校正系数的相对偏移幅度超过–0.070‰~0.058‰时,汞同位素的测试结果大于分析误差。Gain校正系数单日的相对变化幅度(–0.028‰~0.028‰)可保证汞同位素测试结果小于分析误差,但长期的偏移却会导致汞同位素变化远超分析误差。此外,仪器的硬件、温度和真空度等也是Gain校正系数变化的重要影响因素,因此建议定期维护仪器,并每日进行Gain校正,以保证测试结果的稳定和准确。

关键词：多接收电感耦合等离子体质谱仪高阻放大器放大器校正汞同位素

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方解石热释光定年技术的发展历史与展望

地震地质 2024年第3期46卷 699-722页

作者：秦可心胡贵明刘静沈续文高云鹏王文鑫温欣语蒋帅宇天津大学地球系统科学学院表层地球系统科学研究院天津300072 中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029

矿物晶体中累积的释光信号与其暴露在辐射环境中的时间相关,可用于测定沉积物年代。近年来,依托石英和长石2种矿物释光信号的测年方法日臻成熟,但这2种矿物的释光信号过早饱和,限制了其测年上限(通常<300ka)。前人研究表明,方解石亦有... 详细信息

矿物晶体中累积的释光信号与其暴露在辐射环境中的时间相关,可用于测定沉积物年代。近年来,依托石英和长石2种矿物释光信号的测年方法日臻成熟,但这2种矿物的释光信号过早饱和,限制了其测年上限(通常研究表明,方解石亦有可能成为热释光测年材料,因为其热释光信号对剂量响应的灵敏度高,且特征饱和剂量约可达3000~5000Gy,有望将释光测年范围扩展至第四纪尺度。特别地,这一技术的发展也将拓展目前仅限于剥露速率极高地区的释光低温热年代学的应用范围,使其更好地贡献于地貌演化和构造活动的研究。文中对方解石热释光的基本原理和测年流程进行了简要概括,总结了方解石热释光测年应用及动力学参数的研究成果。此外,利用方解石热释光技术对虎跳峡段的基岩样品进行了测试,结果表明,ITL-235℃释光信号可用于该地区剥露历史的恢复工作。同时,文中基于上述内容讨论了方解石热释光技术的应用潜力和待解决问题,以期为该技术在构造地貌领域的应用提供帮助。

关键词：方解石热释光低温热年代学虎跳峡

降水驱动下大港河硝酸盐迁移转化过程及来源解析

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中国环境科学 2024年第1期44卷 288-299页

作者：王俊亢晓琪吴亚丽牛远余辉中国环境科学研究院湖泊生态环境研究所北京100012 河南农业大学资源与环境学院河南郑州450002 天津大学地球系统科学学院表层地球系统科学研究院天津300072

为定量识别大港河流域硝酸盐来源的贡献,在降水条件下,对秋季(2020年11月)和春季(2021年3月)典型月份在大港河流从上游山林农业区到下游湖滨区共布设8个河水及沉积物监测点,其中包含地下水、生活污水及畜禽粪便、山林农业区和流域土壤... 详细信息

为定量识别大港河流域硝酸盐来源的贡献,在降水条件下,对秋季(2020年11月)和春季(2021年3月)典型月份在大港河流从上游山林农业区到下游湖滨区共布设8个河水及沉积物监测点,其中包含地下水、生活污水及畜禽粪便、山林农业区和流域土壤等20个硝酸盐氮源监测点,通过大港河水体水化学分析、结合硝酸盐氮氧双同位素示踪技术和贝叶斯混合模型,探究了大港河流域水体硝酸盐来源及迁移转化过程,确定了各硝酸盐源的贡献.结果表明:(1)秋季和春季大港河流域水体中TN浓度均值分别为3.20和3.23mg/L,劣于地表水环境质量Ⅴ类标准,NO_(3)^(-)-N是影响水体水质氮素超标的主要赋存形式;(2)降水的驱动作用影响大港河流域硝酸盐浓度的季节变化,流域氮循环过程以硝化作用为主,多种氮转化过程共同发生;(3)生活污水或畜禽粪便对流域水体的硝酸盐为主要贡献,其贡献率在秋季和春季分别为40.8%±32.8%和55.8%±27.3%,其次是地下水和流域土壤,降水对流域硝酸盐的贡献作用始终最小.

关键词：降水大港河流域氮氧双同位素硝酸盐来源贝叶斯混合模型来源解析

中国主要省会城市地表与冠层热岛日内逐时变化特征差异研究

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遥感学报 2024年第8期28卷 1885-1898页

作者：苏博阳占文凤杜惠琳江斯达王晨光董攀王春丽刘紫涵南京大学国际地球系统科学研究所江苏省地理信息技术重点实验室南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023 安徽大学人工智能学院合肥230601

探究城市地表热岛和冠层热岛日内逐时变化特征的差异有助于更好地理解城市热环境在精细时间尺度的垂向空间多层次演变规律。然而,由于城市内部近地表空气温度观测站点分布较为稀疏,并且极轨卫星提供的中高空间分辨率遥感地表温度数据局... 详细信息

探究城市地表热岛和冠层热岛日内逐时变化特征的差异有助于更好地理解城市热环境在精细时间尺度的垂向空间多层次演变规律。然而,由于城市内部近地表空气温度观测站点分布较为稀疏,并且极轨卫星提供的中高空间分辨率遥感地表温度数据局限于日内特定时刻,这使得已有研究往往聚焦于单个或少数几个城市,从而导致不同气候背景下城市地表与冠层热岛日内逐时变化特征差异尚不明晰。本研究以中国27个省会城市为研究区,基于地表温度日循环模型对2017年—2019年MODIS地表温度产品模拟得到逐时地表温度,利用1544个高密度气象站点的气温资料获取逐时空气温度,探究地表与冠层热岛强度差值(ΔUHI)的逐时变化曲线的形态特征(含ΔUHI最大值和ΔUHI最小值及对应时刻、ΔUHI>0℃的持续时长等)。结果表明:(1)就中国这27个城市平均而言,ΔUHI日内变化曲线整体呈“山峰”形态,且ΔUHI在日内24个时刻均为正值。具体而言,ΔUHI从08:00开始迅速增大,并于16:00前后达到最大值(1.7℃),之后逐渐开始下降,其中在日落时刻下降速率最大,并于凌晨02:00达到最小值(0.1℃),之后基本保持稳定;(2)就不同气候区而言,从南亚热带到中温带,随着城市所属气候区纬度的升高,ΔUHI最大值和最小值逐渐减小,其对应的日内时刻逐渐推迟,且ΔUHI>0℃的持续时长也逐渐减小;(3)就不同规模城市而言,随着城市规模的增加,ΔUHI最大值呈现不断减小的趋势,其达到最大值的日内时刻逐渐提前,且ΔUHI>0℃的持续时长逐渐增加。本研究明晰了较大地理空间范围下不同气候背景城市的2种热岛逐时变化特征差异,有助于增进对精细时间尺度下城市热岛垂向空间特征的深入认知。

关键词：地表热岛冠层热岛日内逐时变化气候区城市规模热红外遥感

土柱实验在土壤重金属污染研究中的应用进展与展望

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地球与环境 2024年

作者：李卫娜蔡虹明袁玮郑旺陈玖斌天津大学地球系统科学学院表层地球系统科学研究院

近年来土壤重金属污染状况不容乐观，重金属在土壤中的吸附、迁移和转化等行为显著影响着土壤重金属污染的生态环境效应，成为学者研究热点。土柱实验能够较好地模拟污染物进入土壤中的迁移转化过程，在土壤重金属污染机制、土壤和地下... 详细信息

近年来土壤重金属污染状况不容乐观，重金属在土壤中的吸附、迁移和转化等行为显著影响着土壤重金属污染的生态环境效应，成为学者研究热点。土柱实验能够较好地模拟污染物进入土壤中的迁移转化过程，在土壤重金属污染机制、土壤和地下水环境风险评估以及土壤重金属污染的修复等方面均已得到广泛应用。但由于研究中淋滤环境、土壤性质及重金属性质等实验条件的不同，土柱实验并没有一套通用流程，需要研究者自主设计土柱结构，并制定合理的实验方案。本文回顾了近年来土柱实验在重金属污染研究方面的应用进展，总结了在设计土柱实验时供水、渗流及接收等各环节需要注意的问题，并对土柱实验在土壤重金属污染研究方面的应用前景进行了展望，为复杂条件土壤重金属污染研究提供新的研究思路和方法。

关键词：土柱实验土壤重金属综述

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海洋大气气溶胶中生物标志物研究进展

地球与环境 2024年第2期52卷 230-243页

作者：胡伟王亚杰段沛敏靳蕊李晓东傅平青天津大学地球系统科学学院表层地球系统科学研究院

海洋气溶胶是海洋大气的重要组成部分,直接或间接影响地球系统的能量收支及气候变化。生物标志物如脂类、糖类、木质素类以及蛋白类化合物等,可用来识别海洋气溶胶的来源和提供重要的生物地球化学信息。然而,海洋气溶胶中单个有机物种... 详细信息

海洋气溶胶是海洋大气的重要组成部分,直接或间接影响地球系统的能量收支及气候变化。生物标志物如脂类、糖类、木质素类以及蛋白类化合物等,可用来识别海洋气溶胶的来源和提供重要的生物地球化学信息。然而,海洋气溶胶中单个有机物种的浓度很低,其检测和表征具有一定的挑战性。本文综述了海洋气溶胶中生物标志物的最新研究进展,包括检测方法、分子组成、来源和影响因素等。高分辨率色谱和质谱联用法广泛应用于海洋气溶胶中生物标志物测量,其他一些新兴的方法也被开发应用。海洋气溶胶中的脂类和糖类化合物的浓度呈现近岸高、远洋低的变化趋势,其浓度和组成随气象条件和排放源种类和强度变化呈现显著的季节特征,表明受到陆地长距离传输的影响。然而,更多研究强调了蛋白质和氨基酸的海洋生物来源,海洋排放的氨基酸在亚微米颗粒物上大量富集;蛋白质在长距离传输过程中由于光化学反应而降解。木质素也已被证明在远洋气溶胶中占比较高。此外,本文也指出了加强生物标志物在陆-海-气界面循环研究的必要性。

关键词：海洋气溶胶生物标志物分子组成长距离传输

水电水库水力负荷对生源要素同化效率的调控作用

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地球与环境 2024年

作者：岳馨睿肖晶李婉珠王宝利天津大学地球系统科学学院表层地球系统科学研究院

河流筑坝发电是目前最为显著的人为扰动河流事件，形成的水电水库阻断了河流连续体，改变了其中生源要素的生物地球化学循环过程，但相关的影响机制还不完全清楚。为此，本研究以乌江11座水电水库为研究对象，季节性调查了水库及相应河... 详细信息

河流筑坝发电是目前最为显著的人为扰动河流事件，形成的水电水库阻断了河流连续体，改变了其中生源要素的生物地球化学循环过程，但相关的影响机制还不完全清楚。为此，本研究以乌江11座水电水库为研究对象，季节性调查了水库及相应河流的生源要素(CO2、溶解态无机氮DIN、溶解态无机磷DIP和溶解态硅DSi)浓度及相关的理化因子，以了解河流水库化过程中生源要素浓度的变化过程及水动力条件的变化对其生物地球化学循环的影响机制。结果表明，河流区CO2、DIN、DIP和DSi浓度均高于水库区，水库区内各理化因子间的关联度显著高于河流区。研究水库对各种生源要素的同化效率表现出显著的时空差异；其中对CO2和DSi的同化效率最高，季度均值分别为50%和40%。库区中各生源要素的同化效率和分层强度均与水力负荷显著负相关，表明水电水库的水动力条件是调控其生物地球化学循环强度的关键因素；滞留时间较长和较深的水电水库有利于浮游植物同化生源要素和促进其在剖面上的季节性分层。研究将加深对筑坝河流元素生物地球化学循环过程的认识，有助于水电水库管理措施的制定。

关键词：生源要素水电水库水力负荷生物地球化学循环乌江