基于FOA-SVM方法的长江中游悬浮物浓度遥感反演研究

遥感反演是监测水体表层悬浮物浓度分布的有效手段之一。然而,常用的经验回归模型是建立在大样本的理论假设之上的,而大多数情况下所获取的样本数实际上是十分有限的,因而有必要引入基于小样本的新的反演模型。支持向量机(SVM)建立在结构风险最小原理和VC维理论基础上,其泛化能力强,适用于小样本回归模型。使用HJ1B卫星CCD2遥感影像结合长江中游实地同步采样数据建立悬浮物浓度SVM遥感反演模型,并采用果蝇优化算法(FOA)对模型参数进行了优化。结果表明,与传统经验回归模型相比,SVM模型具有较高的预报精度和稳定性;在SVM模型的参数优化中,FOA算法效果理想,其计算量也远小于网格搜索算法。最后,使用所建立的SVM模型对长江中游城陵矶附近长江和洞庭湖水体悬浮物浓度进行了反演,并对其空间分布特征进行了分析。结果显示,长江干流的悬浮泥沙浓度总体上明显小于洞庭湖,这主要是三峡工程下泄泥沙大幅减少造成的;洞庭湖浑浊的湖水汇入长江后,在城陵矶下游形成明显的混合带;而洞庭湖湖口悬浮物浓度明显高于其他湖区,这可能是该区域采砂活动的强烈扰动引起的。     

基于热红外遥感的广西平果县石漠化初步研究

中国西南喀斯特地区石漠化问题十分严重。为更好地利用卫星遥感监测和评价石漠化现状,提出了一种基于卫星热红外遥感的石漠化等级划分的新方法。以广西平果县为研究区,利用2014年Landsat 8热红外遥感影像分别提取夏季和冬季的亮温值并计算亮温差,经过高分影像建立典型样本区并分析亮温差,确定不同石漠化等级的亮温差阈值,最后对全县石漠化进行等级划分。结果显示,平果县2014年重度石漠化面积占喀斯特区域面积的比例为3.87%,中度石漠化占9.19%,轻度石漠化占22.26%,潜在石漠化占57.46%,非石漠化占7.22%。研究表明,通过确定适当的夏冬季亮温差阈值可以有效地对石漠化程度进行分级划分,该新方法与已有方法相比,具有物理意义明确、方法简单有效、结果客观等优点,具有推广应用价值。     

武汉市城区热岛效应的遥感研究

随着城市化的迅速发展，城市热岛效应及其所带来的问题对我们日常的生产生活的影响变得日益严重和不可忽视。如何快速、有效地监测城市热场的分布和强度，是解决城市环境问题的迫切需要。采用先进的遥感手段，能够大面积、同步和动态地监测地面热场的分布和变化情况。利用武汉市地区的LANDSAl7 TM图像，对于热红外波段遥感图像灰度值和地面温度之间的关系进行了定量的解译，并且采用IHS图像复合增强的方法得到了武汉市地面热场分布图。取得了很好的模拟效果。结果显示武汉地区热场的分布具有明显的规律性，区域平均温度的分布由高到低为：旧型工业区-新型工业区-老城区-新城区-郊区；城市地面结构对于区域温度有直接的影响；保护现有的水体和增加绿地的分布是缓解城市热岛效应的有效途径。此外还结合图像分析了热场分布的形成因素。     

洪湖水环境现状及主导因子分析

利用2003年夏季在洪湖采集的20个水体样本的测定结果分析了洪湖目前的水体化学性质。根据分析洪湖夏季为Ⅲ类水,则其他季节的水质等级很有可能在Ⅲ类以下。洪湖水体的理化性质各方面状况有利于水生生物的生长和繁殖。运用模糊数学方法得到的结果表明2003年水质状况以Ⅲ类水为主,表明洪湖近年来的水质呈现下降的趋势,这与人类对洪湖水生资源的过度开发有直接的联系;通过主成分分析方法,得到了目前洪湖水质的三个主要控制因素。洪湖水质主要受到氮盐营养元素和生物活动的控制,其次是悬浮物和水体的离子属性,第三是水体的磷化合物。尽管磷是大多数湖泊水体富营养化的关键物质,但它对洪湖湖水而言,并不是最重要的控制因素,所以洪湖富营养化不是水质变化的主要原因。     

基于MODIS的长江中游河段悬浮泥沙浓度反演

监测和预报悬浮泥沙浓度的沿程分布和时间变化,无论是对于河流水利工程还是河流生态和环境保护都具有重要意义。卫星遥感反演同步性好、速度快、周期短,可以实时和全面地观测大尺度悬浮泥沙分布。旨在建立基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)影像的长江中游河段悬浮泥沙浓度反演模型, 并利用建立的模型反演2002~2009 年长江中游河段丰水期的悬浮泥沙浓度, 分析其在时间和空间上的变化特征。研究揭示,MODIS Terra 影像红波段与悬浮泥沙浓度具有显著的相关性（R2=0877,n=125,RMSE=4057 mg/L）,可以用于长江中游丰水期悬浮泥沙浓度的反演。长江三峡工程经历三次蓄水,坝下游宜昌至汉口段悬浮泥沙含量显著减少,荆江河段、洞庭湖及城陵矶至武汉江段下降最为显著。洞庭湖来水来沙是长江中游城陵矶以下江段主要的悬浮泥沙来源之一,从预测结果可知,洞庭湖来水在城陵矶汇入长江后与江水混合以至形成数十公里的混合带,至洪湖以下江段逐渐混合均匀     

基于MODIS的武汉城市圈地表温度场特征

地表温度是许多研究领域，如环境、生态、水文、气候、农业、浅层地温能、热岛效应等不可或缺的重要参数，这些参数现在可以通过卫星热红外遥感技术方便地获得。对一年的MODIS 8 d合成地表温度产品进行了处理，得到了武汉城市圈的地表年平均温度、年温度变幅、日温度变幅、年最低温出现时间、日最高温出现时刻等参数的分布图，并对这些参数的分布特征与土地利用现状进行了对比分析，初步揭示了该区的地表温度时空变化规律。结果表明，这些参数受到城市热岛效应、下垫面和地形因素的强烈影响，年平均温度以城市地区最高，平原地区其次，北部和南部山区的年平均温度最低；地表水体与其附近陆地相比，年平均温度的差异并不显著，但是其年温度变幅、日温度变幅都明显比陆地小，同时，年最低温出现时间、日最高温出现时刻都明显滞后，这些是水与岩土相比具有较高比热容的必然结果。〖     

神农架大九湖亚高山湿地环境背景与生态恢复

针对神农架林区大九湖亚高山湿地退化问题,在联合科学考察基础上,分析区域环境背景状况及生态退化原因,提出湿地保护、利用和生态恢复相关建议。调查内容包括：区域地形地貌状况,地质构造、地层、岩溶发育规律和落水洞分布状况,河流水系的分布、流量变化和水质状况,沼生植被的分布和演替规律,湿地演变过程及人类活动对湿地影响等方面。〖JP2〗研究发现：神农架大九湖湿地演变和土地利用结构变化受水利工程直接影响,1986年以来大规模开挖人工沟渠、疏通落水孔、排干沼泽开垦种植等活动,是湿地生态环境退化的重要因素;湿地退化主要反映为湖泊水面消失、沼泽湿地退化、湿地生态系统向陆生生态系统演化,生物多样性减少,泥炭资源遭受破坏,水质下降。根据调查结果,从原则、措施方案、管理机构、产业、资金等方面对大九湖湿地的保护、利用和生态恢复提出建议。     

基于下垫面年地表温差的武汉市PM_(10)空间分布的估计

城市可吸入颗粒物(PM_(10))某一时刻或短期的空间分布,主要受气象条件控制,而一年或多年平均分布则主要取决于排放源。这些排放源与城市交通道路、工业区、城市建成区和开发区等的下垫面分布密切相关,而年地表温差可以综合反映下垫面的这些特性,所以可以利用这种相关关系,建立模型来估计年平均PM_(10)的空间分布。以武汉市为例,首先利用Landsat 8热红外遥感数据反演出2013年和2014年夏天和冬天的地表温度,计算出地表温差值;然后,根据影响随距离衰减的地学原理,利用反距离加权法(IDW),得到任意像元处年地表温差加权值,并与地面实测的2013年和2014年PM_(10)年均值做一元线性回归,通过精度对比寻找到最佳年地表温差加权值,并得到空间分布估计模型,其拟合优度R2达到0.655和0.752;最后利用该模型得到武汉市2013年和2014年PM_(10)年均值空间分布图。结果表明,武汉PM_(10)年均值浓度高值区主要集中于主城区,郊区部分人口相对集中的区域PM_(10)也较高,低值区分布在郊区乡镇、偏远山区以及有大型水体的地方。由于新方法充分考虑了下垫面的影响,与克里金内插相比,更能精细地刻画和反映PM_(10)的分布特征和规律,而且简单有效,有一定的应用价值。     

基于随机森林的光散射法传感器微站PM2.5监测值的校正方法研究

光散射法传感器微站以其体积小、反应迅速、成本低等优点,已成为城市PM_2.5规模化移动监测的新选择.由于其标准与传统标准台站不同,必须对这类微站的监测数据进行准确地校正.本研究利用2021年06月—2022年02月武汉市江夏区标准台站及同期传感器微站监测数据,探讨传感器微站监测误差与温度、相对湿度的关系,并通过随机森林回归(Random Forest Regressor,RFR)校正传感器微站PM_2.5监测数据.对比单一RFR模型、按气象因素分类后RFR模型、“小波去噪+RFR”组合模型、“加权滑动平均去噪+RFR”组合模型校正效果,结果表明：RFR模型和分类后RFR模型均出现泛化能力差的问题,不能满足校正需求;“小波去噪+RFR”组合模型、“加权滑动平均去噪+RFR”组合模型平均绝对误差分别为8.77μg·m^-3和4.78μg·m^-3,平均相对误差分别为40.80%和18.13%.去噪组合模型能满足校正需求,且“加权滑动平均+RFR”组合模型校正效果明显优于“小波去噪+RFR”组合模型.研究结果可为...