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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

应用时空滤波模型的亚洲内部国际人口迁移流影响因素分析及短期预测

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地球信息科学学报 2024年第6期26卷 1374-1389页

作者：叶绮霖蒲英霞叶翠南京大学地理与海洋科学学院南京210023 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

亚洲是国际人口迁移的活跃区域。除区域社会经济因素外,迁移流之间的时空依赖也不可忽视。本文基于1990—2020年6个时期亚洲国家双边移民流量数据,采用零膨胀负二项回归以及与之相结合的特征向量空间滤波和时空滤波模型(时空同期和时空... 详细信息

亚洲是国际人口迁移的活跃区域。除区域社会经济因素外,迁移流之间的时空依赖也不可忽视。本文基于1990—2020年6个时期亚洲国家双边移民流量数据,采用零膨胀负二项回归以及与之相结合的特征向量空间滤波和时空滤波模型(时空同期和时空滞后),分析亚洲内部国际人口迁移的影响因素,并对2020—2025年人口迁移流进行预测。结果初步表明:①亚洲国际人口迁移流存在显著的时空自相关,且同期邻近迁移流比过去邻近迁移流影响更大,加入表征时空依赖的特征向量能够有效提高模型拟合能力;②人口规模、经济水平、战乱情况以及邻近性是影响亚洲国际人口迁移流的主要因素,在1990—2020年,人口规模效应先减后增,经济差异驱动力则先强后弱,因战乱死亡人数仍具有较强的推力,地理距离的阻碍作用在减小,语言邻近和经济合作依然对人口迁移具有显著的促进作用;③综合时空同期和时空滞后2种模型的预测结果,2020—2025年巴基斯坦和印度之间、印度→沙特、巴基斯坦→阿富汗和叙利亚→约旦的迁移趋势明显;④根据2种时空滤波模型的结果,2020—2025年亚洲国际人口迁移流总量约为1.8×10^(7)人。揭示亚洲内部国际人口迁移的时空依赖特性和其他规律有助于准确预测未来人口迁移趋势,同时为国家经济社会发展的宏观政策制定等提供科学决策参考。

关键词：国际人口迁移流零膨胀负二项回归模型时空依赖特征向量时空滤波模型时空同期结构时空滞后结构人口迁移预测模型亚洲

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ICESat-2水深提取方法及其反演应用

地球物理学报 2024年第3期67卷 997-1012页

作者：胡琪鑫程亮楚森森程俭徐亚南京大学地理与海洋科学学院南京210023 江苏省地理信息技术重点实验室南京210023 中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院油气资源研究重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049

相比于传统水深测量方法,结合主动激光卫星ICESat-2数据与被动光学遥感影像的主被动融合水深反演方法具有低成本、覆盖面积广、不受地域限制、无需地面实测数据等优点.研究选取澳大利亚大堡礁中部的John Brewer Reef和南部的Fitzroy Ree... 详细信息

相比于传统水深测量方法,结合主动激光卫星ICESat-2数据与被动光学遥感影像的主被动融合水深反演方法具有低成本、覆盖面积广、不受地域限制、无需地面实测数据等优点.研究选取澳大利亚大堡礁中部的John Brewer Reef和南部的Fitzroy Reef为实验区,开展主被动融合水深反演实验.针对ICESat-2光子点群信噪比低、光子点水深信息提取和改正难的问题,本文提出基于光子点群高斯分布特征的海面光子点群提取方法和基于深度自适应DBSCAN的海底光子点群提取方法,并顾及海面倾斜引起的入射角偏移,改进了Parrish水体折射改正几何模型.实验表明,基于光子点群高斯分布特征的海面光子点群提取方法和基于深度自适应DBSCAN的海底光子点群提取方法可以高效准确地提取出有效的海面、海底光子点群;经过地球物理改正和基于改进模型的水体折射改正后,水深变浅,且改正项与改正前水深呈线性关系,线性系数约为-0.2550.实验将提取并改正后的ICESat-2光子点水深与经大气校正、耀斑校正、空间域滤波等预处理后的Sentinel-2影像进行空间匹配构建水深反演样本集,并利用单波段模型(SB)、比值模型(BR)、Lyzenga多项式模型(LP)、二次多项式模型(QP)、三次多项式模型(CP)、支持向量回归模型(SVR)、多层感知器模型(MLP)、随机森林回归模型(RF)等水深反演模型对实验区全域水深进行反演.通过对比分析多种水深反演模型在不同地理区域和ICESat-2水深样本分布条件下的表现,研究为不同场景下的主被动融合水深反演策略提供了一定的科学依据.

关键词： ICESat-2 Sentinel-2 光子点群提取折射校正水深反演

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高分五号02星高光谱成像仪中美典型甲烷超级排放源遥感反演与分析

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遥感学报 2024年第8期28卷 1986-2001页

作者：李飞孙世玮张永光封晨曦陈翠红毛慧琴刘银年南京大学国际地球系统科学研究所、江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023 南京大学地理与海洋科学学院自然资源部国土卫星遥感应用重点实验室、江苏省地理信息技术重点实验室南京210023 南京气象科技创新研究院中国气象局交通气象重点开放实验室南京210041 南京大学大气科学学院南京210023 生态环境部卫星环境应用中心北京100094 南通智能感知研究院南通226000 中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外探测与成像技术重点实验室上海200083

检测和估算化石燃料生产活动中的甲烷泄漏有助于甲烷减排。星载高光谱成像仪是甲烷排放点源遥感监测的重要技术手段。本研究利用国产高分五号02星(GF-5 02)获取的高光谱成像仪(AHSI)与欧空局哨兵五号星(Sentinal-5P)的对流层观测仪(TROP... 详细信息

检测和估算化石燃料生产活动中的甲烷泄漏有助于甲烷减排。星载高光谱成像仪是甲烷排放点源遥感监测的重要技术手段。本研究利用国产高分五号02星(GF-5 02)获取的高光谱成像仪(AHSI)与欧空局哨兵五号星(Sentinal-5P)的对流层观测仪(TROPOMI)遥感数据,基于优化的甲烷柱浓度反演算法和中尺度气象模式,开展了对中美两国煤矿和油气设施的甲烷排放点源检测、量化以及不确定性评估。实验结果表明:(1) GF-5 02星AHSI载荷在中美两国甲烷排放热点区域内探测到了4处显著的甲烷点源泄漏排放,排放速率均大于0.5 t/h。其中,在二叠纪盆地监测到一处超级排放源,甲烷排放量高达11.7±4.4 t/h;(2)甲烷点源排放通量速率的估算会受到背景气象场的影响,点源处风速的不确定性贡献最大。研究结果表明,GF-5 02星高光谱成像仪在全球甲烷点源遥感识别和排放量估算中的应用潜力,可以为未来全球能源行业的甲烷泄漏检测工作提供重要数据支撑。

关键词：遥感高分五号02星(GF-502) 甲烷反演点源排放长治二叠纪盆地

结合自下而上和自上而下方法的中国陆地碳汇估算

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气候与环境研究 2024年第3期29卷 229-242页

作者：张志枨王训梅王军阎然才其骧何维居为民南京大学国际地球系统科学研究所南京210023 南京大学地理与海洋科学学院/自然资源部国土卫星遥感应用重点实验室/江苏省地理信息技术重点实验室南京210023 中国科学院大气物理研究所大气科学与地球物理流体动力学数值模拟实验室北京100029

利用自下而上的生态系统过程模型BEPS和VEGAS以及自上而下的OCO-2 v10 MIP中多个大气反演优化结果,评估了中国2015~2019年碳汇规模及其空间分布,并结合中国四大地理分区边界和土地利用数据,进一步梳理了中国四大分区以及森林、草地、灌... 详细信息

利用自下而上的生态系统过程模型BEPS和VEGAS以及自上而下的OCO-2 v10 MIP中多个大气反演优化结果,评估了中国2015~2019年碳汇规模及其空间分布,并结合中国四大地理分区边界和土地利用数据,进一步梳理了中国四大分区以及森林、草地、灌丛和农田4种主要生态系统的碳汇强度。总体上,2015~2019年期间,中国陆地碳汇呈现出东南高西北低的空间分布格局,BEPS、VEGAS和OCO-2 v10 MIP模型中估算的年均碳汇分别为0.38±0.04 Pg(C)a^(-1)、0.22±0.03 Pg(C)a^(-1)和0.54±0.05 Pg(C)a^(-1),这表明自上而下和自下而上的估计之间存在一定的差异。在夏季(6~8月),中国陆地生态系统对CO_(2)的吸收最强。在区域碳汇统计上,BEPS和OCO-2 v10 MIP的集合平均结果一致显示中国南方地区碳汇规模最大,而VEGAS表明中国北方地区碳汇较强。另外,BEPS和OCO-2 v10 MIP的集合平均结果表明,森林生态系统碳汇最强,强度分别为0.21±0.02 Pg(C)a^(-1)(47.2%)和0.26±0.02 Pg(C)a^(-1)(46.0%)。VEGAS则显示森林生态系统碳汇为0.06±0.04 Pg(C)a^(-1)(23.9%),略低于农田生态系统。总体而言,森林生态系统是中国显著的碳汇区域,但不同方法欲得到一致的碳汇分布和强度仍任重道远。

关键词：中国碳汇陆地生态系统生态系统模型大气反演

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基于条件随机场挖掘文本史料中事件信息的方法与实证研究——以《拉贝日记》数字人文研究为例

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图书馆杂志 2024年第3期43卷 101-108,115页

作者：赵小萱陈刚黄紫荆南京大学地理与海洋科学学院江苏省地理信息技术重点实验室自然资源部国土卫星遥感应用重点实验室

文本史料被广泛数字化,如何从文本中提取地理命名实体及相关信息,有效开展地理信息挖掘成为重要研究课题。本文针对历史档案文档的特点,提出一种以地理命名实体为核心,使语义信息与地理位置关联,将文本描述的事件信息转化为各个地理命... 详细信息

文本史料被广泛数字化,如何从文本中提取地理命名实体及相关信息,有效开展地理信息挖掘成为重要研究课题。本文针对历史档案文档的特点,提出一种以地理命名实体为核心,使语义信息与地理位置关联,将文本描述的事件信息转化为各个地理命名实体的属性数据的事件抽取理念,提取出有关时间、地点、人物、事物、事件、现象等与地理命名实体相关的事件要素。研究以《拉贝日记》中收录的《日本士兵在南京安全区的暴行》档案为实证案例,采用条件随机场方法,抽取事件信息,结合历史地图等相关资料,将地理信息最终映射到地图上。本文方法有助于拓展文本资料在数字信息时代的开发利用方式,开辟文本挖掘分析与知识发现的新思路。

关键词：条件随机场特征模板数字人文信息提取地理命名实体

城市地表温度遥感:从方向温度、全表面温度到三维表面温度

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遥感学报 2024年第6期28卷 1480-1496页

作者：陈云浩王丹丹占文凤周纪胡德勇全金玲孙灏郭徵夏海萍代秀娟姜璐北京师范大学地理科学学部遥感科学国家重点实验室北京100875 中国地质大学(北京)土地科学技术学院北京100083 南京大学江苏省地理信息技术重点实验室/南京大学国际地球系统科学研究所南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023 电子科技大学资源与环境学院成都611731 首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 北京100081 气象卫星创新中心北京100081 杭州师范大学遥感与地球科学研究院杭州311121 南京邮电大学地理与生物信息学院南京210023

城市地表温度是城市下垫面能量收支和局地气候变化的重要参数,较大范围的城市地表温度一般通过遥感技术手段获取。城市地表显著的三维结构,使其具有较强的热辐射方向性。热红外遥感通常可以提供传感器在特定方向视场中所有组分表面的平... 详细信息

城市地表温度是城市下垫面能量收支和局地气候变化的重要参数,较大范围的城市地表温度一般通过遥感技术手段获取。城市地表显著的三维结构,使其具有较强的热辐射方向性。热红外遥感通常可以提供传感器在特定方向视场中所有组分表面的平均温度(即方向温度),方向温度随传感器观测角度变化,且与城市表面温度的真实分布状况存在差异。为更好地表征城市下垫面与大气的能量交换,已有研究常采用“全表面温度”代表城市表面温度特征。目前,“全表面温度”仅在描述城市表面温度的平均状况方面有所突破,但无法体现城市表面温度的高时空分辨率特征,不能满足精细城市热环境评估的需求。本文梳理了城市地表温度从“方向温度”(二维)到“全表面温度”(2.5维)再到“三维表面温度”(三维)的发展脉络;概括了目前利用遥感方向观测获取城市地表不同维度温度的进展;厘清了不同维度城市地表温度的差异及其相互关系;阐述了不同维度城市地表温度的应用。在总结存在的问题的基础上,指出了城市地表温度遥感的未来发展趋势:(1)面向应用的城市三维表面温度定义;(2)面向城市三维表面温度重建的立体化观测;(3)三维表面温度产品与城市气候模型的耦合。

关键词：城市遥感地表温度方向温度全表面温度三维表面温度

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叶片多理化参数的高光谱遥感与深度学习估算

光谱学与光谱分析 2024年第10期44卷 2873-2883页

作者：岳继博冷梦蝶田庆久郭伟刘杨冯海宽乔红波河南农业大学信息与管理科学学院河南郑州450002 南京大学国际地球系统科学研究所江苏南京210023 中国农业大学智慧农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 北京市农林科学院信息技术研究中心农业农村部农业遥感机理与定量遥感重点实验室北京100097

准确的植物叶片理化参数对于监测植物生长状况至关重要。随着深度学习技术的迅速应用,结合深度学习和高光谱遥感技术的植物叶片理化参数分析应用潜力巨大;然而,现阶段结合深度学习和高光谱遥感技术在植物多叶片理化参数的联合估算研究... 详细信息

准确的植物叶片理化参数对于监测植物生长状况至关重要。随着深度学习技术的迅速应用,结合深度学习和高光谱遥感技术的植物叶片理化参数分析应用潜力巨大;然而,现阶段结合深度学习和高光谱遥感技术在植物多叶片理化参数的联合估算研究尚少。该研究旨在挖掘结合高光谱遥感技术和深度学习技术开展高精度的多植被叶片理化参数(叶绿素含量、类胡萝卜素含量、水分含量、蛋白质含量和碳基成分含量)联合估算的潜力。首先,通过利用新型PROSPECT-PRO辐射传输模型模拟分析,确定了多个植被叶片理化参数的敏感光谱区域,并设计了LeafTraitNet模型;然后,基于Lopex93数据开展LeafTr aitNet模型训练和验证,取得了高精度的叶片参数估算结果。得到以下结论:(1)基于PROSPECT-PRO辐射传输模型辅助实测开展植被光谱特征选择十分必要;叶绿素(约434和约676 nm)和类胡萝卜素(约445 nm)两类色素的光谱吸收峰均主要位于可见光区域;然而,其与叶片光谱的相关系数绝对值最大的点却不是各自的吸收峰位置,这可能是因为叶绿素和类胡萝卜素对光谱吸收的相互影响。(2)水分的吸收峰主要位于950~2500 nm范围内,这与叶片蛋白质和碳基成分的吸收区域重叠,因此削弱了后者的高光谱遥感估算精度。基于PROSPECT-PRO辐射传输模型和Lopex93数据集的叶片参数相关性分析结果表明,叶片水分含量与950~2500 nm范围内叶片光谱反射率相关系数绝对值接近1,而叶片蛋白质和碳基成分含量与950~2500 nm范围内光谱反射率相关系数较低。(3)三种传统统计回归方法和LeafTraitNet模型的叶片理化参数估算精度可以基于其估算总nRMSE而排序为:Le afTraitNet(总nRMSE=0.84)研究显示基于深度学习的LeafTraitNet模型有潜力提供远高于传统统计回归模型的植物叶片理化参数估算结果,但其在冠层尺度的研究仍需要更多的实验来进一步验证。

关键词：深度学习高光谱遥感叶片蛋白质含量叶片叶绿素含量叶片类胡萝卜素含量

不可见字符下适用于OpenDrive格式高精地图的数字水印算法

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地球信息科学学报 2024年第9期26卷 2026-2037页

作者：吕旭超任娜周齐飞朱长青虚拟地理环境教育部重点实验室(南京师范大学) 南京210023 江苏省地理环境演化国家重点实验室培养建设点南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023 郑州大学地球科学与技术学院郑州450001 地理信息安全与应用湖南省工程研究中心长沙410007

我国已将发展智能网联汽车、发展自动驾驶作为国家的重要战略方向,高精地图作为自动驾驶的核心基础设施具有高精度与高商业价值的特点,其安全问题不可忽视。本文基于不可见字符,在不影响高精地图数据精度与自动驾驶应用场景的前提下,提... 详细信息

我国已将发展智能网联汽车、发展自动驾驶作为国家的重要战略方向,高精地图作为自动驾驶的核心基础设施具有高精度与高商业价值的特点,其安全问题不可忽视。本文基于不可见字符,在不影响高精地图数据精度与自动驾驶应用场景的前提下,提出了一种适用于OpenDrive格式标准下高精地图数据的数字水印算法。首先,构建水印信息与不可见字符的映射机制,根据原始水印信息建立包含水印比特值、比特位置信息与海明码的复合型水印字符序列,在保证水印比特与水印索引同步性的同时为算法提供一定的自纠错能力;然后,将映射后的不可见字符按照伪随机置乱后的标识符集合及其属性值的顺序嵌入到高精地图属性值中,使水印信息无规律地嵌入至数据中且分布较为均匀。检测水印时依据伪随机置乱的初始条件按照嵌入顺序提取出水印比特与其对应的索引位置,最后根据多数原则获取最终水印信息并依据海明码对错误比特进行纠正。研究表明,该算法能够抵抗平移、旋转、缩放、裁剪的攻击,在裁剪数据98元素,具有很好的鲁棒性。可为OpenDrive格式高精地图的版权保护提供参考。

关键词：不可见字符 OpenDrive 高精地图水印鲁棒性海明码 Logistic混沌映射版权保护