基于DEM的复杂地形下平均气温分布式模拟研究——以贵州高原为例

影响复杂地形下气温分布与变化的因素很多,其中尤以海拔高度和地形的影响最显著。论文在前人研究的基础上,对以前的模型进行了一些改进,考虑了坡度、坡向和地形相互遮蔽作用对复杂地形下天文辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,研制了以复杂地形下天文辐射为起始数据的复杂地形下平均气温的分布式模型,在模型中还考虑了海拔高度、山区太阳总辐射、日照百分率。以地形复杂的贵州高原为例,应用100 m×100 m分辨率的DEM数据及气象站常规观测气象资料,计算了贵州高原复杂地形下各月及年的平均气温精细空间分布。结果表明:①坡度、坡向、地形遮蔽对平均气温的影响较大,由于局地地形因子的影响,复杂地形下平均气温的空间分布具有明显的地域分布特征,地形对平均气温的影响在计算时是不容忽视的,②季节不同,局地地形因子对复杂地形下平均气温空间分布的影响不同,冬半年大于夏半年。平均气温随海拔高度的增加而降低。南坡随坡度的增大而升高;北坡随坡度的增大而降低。在坡向影响上,1—5月、10—12月偏北坡月平均气温偏低,偏南坡月平均气温偏高;7—8月因太阳高度较高,因此出现相反的情况,北坡高于南坡。     

陕西省山地日照时间的空间分布特征

基于100 m×100 m分辨率的DEM数据,根据太阳光线与起伏地形之间的几何关系,全面考虑坡度、坡向、地形遮蔽等地形因子对可照时间的影响,通过数值模拟,确定山区可照时间计算模型;同时利用常规气象站资料考虑大气对日照时间的影响,建立陕西省山区日照时间估算模型。采用交叉验证和个例年分析法进行模型验证,模型的精度和稳定性均较好。通过模型计算陕西省100 m×100 m分辨率各月可照时间、气候平均日照时间的空间分布。结果表明:局地地形对日照时间空间分布影响比较明显,山区可照时间与同纬度平地相比明显差异,表现出可照时间的非地带性分布特征;尤以冬季地形作用最显著;夏季影响最弱;同时年日照时间呈现出北高南低的空间分布特征,但局地地形因子的影响依然存在。最后详细探讨了坡度、坡向、地形遮蔽等因子对山区日照时间的局地影响规律。     

山地太阳散射辐射分布式模拟

基于100m×100m分辨率的数字高程模型（DEM）数据,全面考虑了地形因子对太阳散射辐射的影响,改进了开阔度的计算模型,并通过建立陕西省不同时空尺度月散射分量和晴空指数的估算模型,确定了陕西省气候平均情况下月散射系数的空间分布,实现了实际起伏地形下陕西省太阳散射辐射的分布式模拟,计算了陕西省范围内100m×100m分辨率1~12月气候平均太阳散射辐射的空间分布。结果表明：局地地形对太阳散射辐射空间分布的影响比较明显;模拟结果可靠,可进行大数据量处理,适用于遥感图像处理、地理信息系统等数据处理平台。     

基于GIS的喀斯特山区实照时数时空分布研究——以广西巴马瑶族自治县为例

论文采用基于DEM的起伏地形下实照时数计算模型,以广西巴马县为例,在GIS技术的支持下对研究区域实照时数的时空分布进行模拟和结果验证,结果表明,研究区域内实照时数模拟值和气象站实测值之间具有较好的一致性,决定系数高达0.996。并探讨喀斯特地区实照时数的时空分布特点,分析了不同时间尺度下实照时数的变化情况,讨论坡度、坡向、地形起伏度和地表粗糙度等地形因子对实照时数空间分布的影响。该方法可为喀斯特地区提供重要的气候基础数据,对喀斯特地区小气候和农业气象资源分布的研究有重要意义。     

青藏高原短波辐射分布式模拟及其时空分布

论文基于太阳辐射参数化传输模型,结合MODIS每日两次的大气产品和DEM,构建了太阳短波辐射分布式模型,对青藏高原2007年的太阳直接辐射、散射辐射与总辐射分布状况进行了模拟,并利用研究区站点实测值对模型精度进行了验证,其中日值数据直接辐射的相关性分别为0.72(拉萨)和0.82(格尔木),散射辐射分别为0.71(拉萨)和0.70(格尔木),总辐射相关性大都在0.70以上;旬值数据实测值与模拟值的相关性大都在0.90以上。模拟结果表明:实际天气情形下青藏高原年平均直接辐射量为4 244 MJ/m2,年平均散射辐射量为2 348 MJ/m2,年平均总辐射量为6 592 MJ/m2。直接辐射与总辐射的空间分布主要受纬度地带性与垂直地带性的影响,且地形对地表短波辐射的影响大于纬度的影响;散射辐射的空间分布主要取决于当地的地形起伏与大气状况。     

大香格里拉地区植被空间分布的环境特征

以植被种类丰富的大香格里拉地区为研究区,利用气象站点数据、数字高程数据(DEM)以及该地区植被分布图,通过最大熵模型(Maxent)和ArcGIS软件的空间分析功能,研究该地区典型植被空间分布的环境特征,分析了大香格里拉地区植被分布的气候特征和地形特征,量化了植被空间分布的气候范围,并根据二者的关系特征,得到了植被与气候因子关系模型。同时,界定了不同植被分布的海拔、坡度、坡向范围。发现大香格里拉地区影响不同植被空间分布的气候因子不同,影响草甸分布的是多年平均最低气温和多年7月平均气温,影响针叶林分布的是多年平均最低气温和多年平均日照时数,影响灌丛分布的较分散。同时不同植被的海拔分布界限和坡度不同,坡向对植被分布的影响不明显。研究结果可为该地区植被保护和管理,以及植被的气候变化响应提供基础参考。     

岷江上游小流域多尺度NDVI与地形的关系研究

基于2015年OLI遥感影像和DEM数据,运用二维小波变换研究了岷江上游干旱河谷渭门小流域NDVI与地形因子的多尺度耦合关系。结果表明：（1）渭门小流域NDVI的空间分布特征为东南低西北高、河谷低山地高。多尺度下低频部分NDVI与地形因子的空间相似性和相关性大小均为坡向 > 高程 > 坡度。高程、坡度与NDVI低频系数的最强相关性出现在较大尺度,而坡向与NDVI低频系数的最强相关性出现在较小尺度。（2）NDVI的空间波动性随着分解尺度的增大而增强,但波动性的强弱与地形因子并未表现出明显的空间相似性。高频部分NDVI与各地形因子的相关性随小波分解尺度的变化规律不明显。（3）NDVI的空间分布特征是由高程、坡度和坡向共同决定,但是各因子对NDVI的控制作用大小随尺度发生改变。小波变换可以揭示出NDVI和地形因子的多尺度特征,对干旱河谷植被景观的合理布局,提高生物多样性,生态环境保护和农业产业规划具有重要意义。     

成都平原及其周边区域植被覆盖动态监测

利用Landsat TM/OLI遥感数据、DEM和地貌数据,基于像元二分模型、遥感与GIS技术对2007~2013年成都平原及周边区域的植被覆盖动态变化进行了估算,并结合高程、坡度、坡向和地貌数据,定量分析了汶川地震前、后植被受损与恢复的空间动态格局变化。研究表明:(1)植被覆盖总体良好,近一半区域的植被覆盖度均在中、高度以上,空间格局上呈现由西部的龙门山区向中部的平原区域降低的总体趋势;(2)地震造成植被受损面积约6.91×105 hm~2,集中分布于海拔324~800 m、坡度20°、东坡、南坡和西坡及山地地貌部位;(3)震后5 a,植被恢复面积约4.88×105 hm~2,主要分布海拔324~1 000 m、坡度30°、平缓坡、南坡、东坡和西坡、丘陵和大起伏山地以下区域;(4)高程、坡度和地貌对植被损毁与恢复的影响明显高于坡向。     

基于RS和GIS的赤水河流域植被覆盖度与各地形因子的相关强度研究

以赤水河流域为研究区域,综合运用遥感和GIS技术,用TM遥感影像反演植被覆盖度,用数字高程模型(DEM)提取地形因子并进行子流域的划分与构建;首先借助空间叠加分析,研究了区内植被覆盖度分别随高程、坡度及坡向变化的规律;然后从数理统计的角度分析区内不同植被覆盖度与地形等级因子的相关性,并就相关强度进行排序。研究表明:1、在赤水河流域,中度以上植被覆盖度与坡度、高程与之间,并不是单一的正比关系,其随坡度和高程的增加而先增加后减小,存在着临界坡度区间和临界高程区间。2、不同植被覆盖度下各地形因子的影响程度明显不同。对各级植被覆盖,坡度和坡向对其的影响都明显高于高程;中度植被覆盖受坡向影响较为显著,但随着植被覆盖度的增高坡度的影响越来越显著。该研究对喀斯特区域生态环境的评价和改良具有重要参考价值,同时也为喀斯特地区的植被保护和石漠化防治提供决策依据。     

IBIS改进及其多尺度流域分布式生态水文模拟

针对集成生物圈模拟器IBIS未考虑高分辨率模拟情况下地表起伏对太阳辐射等参数影响的特点,改进了IBIS的地表太阳辐射计算模块、日气象数据读取模块,并增加了坡度、坡向数据读取模块。在土地利用覆被数据、DEM、坡度、坡向和降水、气温、云量、湿度、风速等气象数据的支持下,利用改进的IBIS分别对泾河及其子流域在0.041 5°和0.001°空间尺度上的生态水文过程进行了模拟,并用二源遥感估算的蒸散发对模拟结果进行了空间比较分析。结果表明,改进的IBIS在日、月、年不同时间尺度和不同空间尺度上均具有很好的模拟适应性与模拟能力,模拟蒸散发与二源遥感估算蒸散发结果比较一致,总体空间分布形态和趋势具有相似特征。