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    2014年, 第16卷, 第4期 刊出日期:2014-07-10 上一期    下一期
    基于集群MPI的图层级多边形并行合并算法
    范俊甫, 马廷, 周成虎, 季民, 周玉科, 许涛
    2014, 16 (4):  517-523.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00517
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    在集群环境下,基于MPI并行编程模型和OGC简单要素规范进行并行多边形合并时,需要处理叠加图层间要素的“多对多”映射关系,由于空间上相邻的多边形在要素序列上并不一定连续,导致无法按要素序列为子节点分配任务,给并行任务映射带来了困难。本文以集群环境下的并行多边形合并算法为研究对象,通过比较叠加分析中两种多边形映射关系对算法并行化带来的影响,基于R树空间索引、MySQL精确空间查询,以及MPI通信机制,提出了6种不同的并行任务映射策略;通过实验分析和比较了6种策略的优劣。结果显示:基于R树预筛选的直接合并策略,在各算法中具有最高的串行计算效率和优秀的并行性能表现。虽然MySQL精确空间查询的预筛选过程较为耗时,但可有效地过滤掉不真正相交的多边形,从而提高合并操作的效率。因此,在集群MPI环境下,基于R树和MySQL精确空间查询的预筛选策略是解决并行任务映射难题,实现图层级多边形并行合并算法的有效途径。

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    DEM分辨率与平均坡度的关系分析
    陈楠
    2014, 16 (4):  524-530.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00524
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2529KB) ( )  

    由DEM提取坡度时,DEM分辨率的变化会造成局部栅格提取的坡度数值的变化,其变化规律对于深刻理解平均坡度,随DEM分辨率的变化而变化的规律具有现实意义。在黄土高原的研究中,选择了8个典型地貌类型的样区,获得了以1:10 000比例尺地形图为数据源的DEM(分辨率为5 m)。从DEM分辨率对栅格坡度影响规律的分析中,得到如下结论:(1)随着DEM分辨率粗略化,所提取的坡度平均值有可能升高;(2)在所有样区,随DEM分辨率粗略化,负误差的栅格均是正误差的栅格数量的1.13倍以上,保持负误差的栅格是保持正误差的栅格数量的1.81-4.04倍,同时坡度的负误差均值是正误差均值变化幅度的3.1倍以上;(3)结合结论(2)和本文提出的指标,可准确地解释8个样区中坡度平均值随DEM分辨率变化而变化的规律;(4)DEM的分辨率对正负误差的栅格数量没有明显影响,正误差(或负误差)栅格均集中于个别坡度的分级区间,而DEM分辨率对此集中的区间没有明显影响;(5)坡度总体误差可根据本研究所提出的经验公式由DEM分辨率和分辨率为5 m的 DEM所提取坡度的平均值计算出来。

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    基于时空棱柱的人员搜寻范围优化
    刘钊, 罗智德, 张耀方, 王园
    2014, 16 (4):  531-536.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00531
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1805KB) ( )  

    在人员搜寻过程中,地理信息技术的应用能帮助缩小搜寻的空间范围、合理分配搜救资源,从而提高搜救效率、节约时间和资金投入。本文首先探讨了户外搜救过程中,地理信息技术在协助划定搜寻的空间范围和分配应急资源方面的应用;在此基础上,将时间作为连续变化的因素进行分析,以时间地理学对人员搜寻的时空范围进行优化;利用时空棱柱工具表达失踪对象和搜救资源各自的时空约束,继而确定他们各自随着时间变化的潜在活动范围;通过求解搜救资源和失踪对象的时空交集,来确定每个搜救资源最优的搜寻范围的外边界;通过将各资源的最优搜索范围的外边界进行综合分析,来求解在多个资源协作情况下的最小搜寻范围和各资源对应的搜索起点,实现对搜救资源的合理分配;最后,在ArcGIS平台上对该方法进行了实现和模拟。搜救案例展示该方法划定的人员搜寻范围在空间上更小,时间上更为精确,有助于分配救援资源和提高搜救效率。

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    基于加权时空关联规则的公交扒窃犯罪模式识别
    叶文菁, 吴升*
    2014, 16 (4):  537-544.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00537
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1828KB) ( )  

    近年来,公交扒窃案呈上升趋势,为了预防和打击此类犯罪,需要有效识别其犯罪模式。传统的犯罪分析方法,往往将时间和空间分割开来研究,本文则引入加权时空关联规则进行挖掘分析,试图找出公交扒窃的案发时空规律。首先,对公交扒窃数据进行时间粒度和空间粒度的划分,将公交主要运营时间以2 h为单位划分成等间隔的公交时段并对其进行编码,将公交线路按公交站点划分成公交路段;其次,对数据进行空间分析和时间归并,提取出每个案件发生的公交路段和案发时段,并将案发时段归并到公交时段中;再次,由于每个公交路段的案发率不同,其对结果的贡献率也不同,因此,给每个路段赋予一个权重;最后,用Apriori算法进行加权关联规则挖掘,得到公交扒窃的时空犯罪模式。研究表明,这种挖掘方法具有以下特点:(1)按公交站点进行公交路段的划分具有创新性;(2)通过对案发路段的加权,能将空间位置重要程度的差异区分开来,更符合实际情况;(3)挖掘过程中同时考虑了时间与空间属性。

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    微空间场景与视频分析相结合的审讯室异常行为检测
    胡加佩, 王小勇, 刘学军*
    2014, 16 (4):  545-552.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00545
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3233KB) ( )  

    行为检测是智能视频分析的研究热点。目前,行为分析主要是基于视频图像空间,而丰富的空间场景信息并未得到有效利用。事实上,个体行为与空间场景紧密关联,不同场景可能具有不同的行为表征。本文以审讯室的典型微空间场景为例,以刑讯逼供行为检测为研究内容,探究空间场景约束下的个体异常行为检测方法。首先,从行为变量的概念出发,解析了刑讯逼供的行为变量和行为类型;其次,分析了刑讯逼供行为变量的视频特征,并设计了相应的行为变量检测模型;再次,通过灭点计算实现了空间场景和视频图像的双向映射关系的解算,并在此基础上设计了顾及空间场景的刑讯逼供行为分级分类检测策略;最后,通过模拟实验对本文方法的可行性进行了分析验证。

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    从地理信息系统角度探究盲人户外导航的几个关键问题
    陈旻, 刘德儿, 林珲
    2014, 16 (4):  553-559.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00553
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1272KB) ( )  

    利用现代信息技术来弥补盲人在出行时空间感知的缺失,是提高盲人户外行动能力、城市生活品质的重要手段。相关理论与技术的研究已经逐步展开,出现了多种利用RFID、红外、蓝牙、WiFi、超声波、图像识别等信息感知技术开发的助行及路障侦测辅助工具,但如何进一步获取丰富的地理信息(包括地理语义信息),并以此选择便于行走、风险较低的路径,仍然是盲人户外导航的难题。为了设计能够服务于盲人户外行走的地理信息系统,国外相关研究开始意识到适合于盲人空间感知需求的地理信息组织及其利用策略是盲人户外导航的重要基础之一;而国内的相关研究相对较少。因此,本文从地理信息系统(GIS)的视角,对盲人户外导航所涉及的地理信息需求分析、盲人用户外地理数据建模及引导算法3个关键点及其相关研究进行分析与论述,指出当前存在问题及发展趋势,并促进地理信息技术服务于户外导盲领域的发展。

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    闽南金三角地区经济增长与产业重心的时空演变
    林荣平, 祁新华*, 叶士琳, 苏晓玲, 林玥希
    2014, 16 (4):  560-567.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00560
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5771KB) ( )  

    闽南金三角地区已成为中国东南沿海重要的经济增长高地。然而,在同城化背景下,该地区的城市空间重组、区域协调等问题凸显,严重制约了区域可持续发展。本文运用重心模型揭示了2000-2012年闽南金三角经济增长以及三次产业重心迁移的时空演变特征与规律,并用Nich指数进一步分析三次产业差异。结果表明:(1)闽南金三角地区极化发展现象突出,2000年以来地区经济增长重心与二、三产业重心高度集聚于厦门市东北部,且东西向极化现象较明显;(2)厦、泉两地经济增长博弈激烈,2008年后第三产业开始回迁,且其对经济增长有一定的牵引效应,地区间第二产业非均衡性发展有所收敛;(3)第一产业重心往西南地区迁移的直线型态势显著,漳州市二、三产业发展均滞后于厦、泉地区。

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    基于DEM的岷江上游流域构造活动强度分析
    常直杨, 王建, 白世彪, 张志刚
    2014, 16 (4):  568-574.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00568
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2611KB) ( )  

    目前,利用DEM衍生的地貌参数对大面积区域构造活动进行量化分析的研究相对较少。本文以岷江上游流域为例,利用ASTER GDEM数据和GIS技术,提取了该流域面积高程积分值(HI)、河长坡降指数(SL )、流域盆地不对称度(AF)、盆地形状指数(BS)、谷底宽度与谷肩高度比(VF)和水系分维数(FD)6种地貌参数,对其进行了等级划分,并量化了研究区相对构造活动强度(IAT)。结果显示:岷江上游流域有较高的SL、AF、BS值,较低的VF及FD值,中等HI值,其IAT值为1.33,分类等级为1级,表明该流域侵蚀程度强烈, 流域形态狭长, 河谷呈V型形态,受构造活动影响显著,地貌发育处于幼年期晚期,中年期早期。研究结果与区域地质背景较为吻合,该方法可为进一步探讨区域构造活动差异性提供新的手段。

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    基于GIS的汉江流域水汽输送与降水时空模式研究
    梁文谦, 易善桢*, 曾小凡, 李宏宏, 孙燕
    2014, 16 (4):  575-581.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00575
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3480KB) ( )  

    水汽输送及降水模式对流域水文模型及水资源研究具有重要意义。汉江流域水资源对南水北调以及下游生态环境有重要影响,研究汉江流域水汽输送和降水的时空分布特征是水文模拟和水资源环境管理的基础。本文利用NCEP/NCAR再分析资料和汉江流域19个气象站点的降水资料,以及GIS数据库和分析工具,分析了汉江流域的水汽通量、可降水量、实测降水量和降水转换率的计算方法;以汉江流域1998年7月的气候再分析资料和降水资料为例,计算并分析了汉江流域1998年7月可降水量与实测降水量的空间分布特征,以及降水转化率的分布特征;探讨了水汽输送、可降水量、实测降水量,以及降水转化率的相关性和空间分布特征。通过分析汉江流域1981-2010年的可降水量和实际降水量的分布表明,汉江流域可降水量与降水量变化趋势基本相同,降水转换率近年有所增加。

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    1980s-2005年内蒙古地区生态系统服务功能价值的时空变化分析
    陈海燕, 邵全琴, 安如
    2014, 16 (4):  582-591.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00582
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5046KB) ( )  

    近几十年,内蒙古地区实施了诸多生态修复与保育工程。为了评估这些工程的实施成效,本文以土地利用/覆被变化(LUCC)为切入点,借助价值存量、价值增量、价值空间强度等参量,在全区和盟市尺度上,估算并分析了内蒙古地区陆地生态系统服务功能价值变化的时空特征及驱动因素。研究结果表明:(1)2000年以来,全区价值存量小幅度增加了0.24%,但价值增量的减少速度加快了32.9%,且中东部的变化大于西部;(2)在经济发展和人口增长的双重压力下,中东部平原耕作区、森林保育区深受国家宏观政策的影响,2000年后生态系统服务功能价值存量分别增加了4.52%、4.23%,价值增量分别增加了5.91亿元、8.88亿元;中西部山区草原荒漠化治理区受制于降水不显著的波动减少态势,2000年后生态系统服务功能价值存量增加了3.51%,但价值增量减少了4.22亿元;(3)2000年以来,中东部地区人类活动正向胁迫的影响力,由前期的45.8%增强到后期的76%,但中西部地区仍然面临着艰巨的生态治理压力。研究结果为科学合理划分生态功能区、规划实施生态修复与保育工程、建立生态补偿机制提供了参照。

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    河谷型城市热岛空间分布格局演变及对策——以西宁市区为例
    贾伟, 高小红*
    2014, 16 (4):  592-601.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00592
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5385KB) ( )  

    城市热岛效应直接反映着城市的气候特征,这对于研究由城市化发展与环境改变引起的城市气温的变化及保护城市的生态环境具有重要的现实意义。本文利用Landsat TM影像、气象台站资料,基于GIS的空间分析技术及单窗算法,对河谷型城市西宁市的地表温度进行反演,分析了地表温度与NDVI、NDBI的空间对应关系。结果表明:西宁市存在明显的城市热岛效应,热场分布及延伸与西宁市空间扩展布局相一致,热岛范围呈逐年增长的趋势;低、中温区的热岛面积大幅度减少,高温区的热岛范围显著增加;热岛效应冬季最强,夏季次之,秋季有明显减弱的趋势。在河谷型城市的空间格局上,地表温度与NDVI呈负相关关系、与NDBI呈正相关关系。最后,依据热岛时空演化、成因分析和策略研究的思路,从不同角度提出了缓解城市热岛效应的措施和对策,为未来西宁市热环境的改善提供科学参考和决策支持。

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    林下植被遥感反演研究进展
    焦桐, 刘荣高, 刘洋, 陈镜明
    2014, 16 (4):  602-608.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00602
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1404KB) ( )  

    林下植被在森林生态系统碳、水和营养元素的累积和循环方面有着重要作用与科学意义。多角度、高光谱和激光雷达遥感系统凭借对森林分层结构的敏感性,成为量化林下植被的重要手段。本文综述了森林林下植被的遥感反演研究进展:首先讨论了林下植被的定义,其次对当前林下植被的遥感反演现状作了深入分析,总结了多角度、高光谱和激光雷达遥感观测的森林背景的反射率、林下植被的叶面积指数、高度和覆盖度的遥感反演原理和方法。基于不同卫星观测角度下森林冠层和森林背景对总反射的贡献差异,林下反射率可通过多个角度的观测数据进行反演。此外,借助激光雷达穿透冠层直接观测林下植被的优势,总结了激光点云数据和回波波形信息反演林下植被的覆盖度和高度的方法,以及今后使用遥感技术反演的难点和获取林下植被信息的主要发展方向。

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    基于地表通量特征的城市不透水表面定量热红外遥感反演
    刘越, 迟文峰, 匡文慧
    2014, 16 (4):  609-620.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00609
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(8910KB) ( )  

    城市不透水地表格局通过改变城市下垫面结构,引起地表反照率、比辐射率、地表粗糙度的变化,从而对地表辐射和能量平衡产生直接影响。不透水地表能增强地表显热通量,导致地表波文比升高,因此地表波文比的空间差异可推算城市人工不透水表面的分布。本研究选择北京市为实验区,应用Landsat TM卫星热红外遥感数据,采用PCACA模型及理论定位算法,对城市地表波文比进行反演,进而计算遥感地表波文比空间分布数据与城市不透水表面比例数据之间的相关关系,构建回归方程,实现北京市城区与近郊区人工不透水表面百分比分布的定量估算,最后以高分辨率遥感数据获取的城市人工不透水表面比例数据进行结果验证。结果表明,采用PCACA模型定量反演城市地表波文比数据,利用地表波文比数据与不透水表面比例数据之间的相关关系可实现城市人工不透水表面百分比数据的定量估算;波文比值不仅可在遥感像元水平定性判定不透水像元,还可对混合像元中的不透水比例进行较高精度的定量反演,其相关系数R²值为0.731。此方法有效地揭示了城市不透水下垫面对地表热通量影响的机制以及空间定量关系。

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    国产遥感传感器大气层外波段平均太阳光谱辐照度计算
    张璐, 施润和, 徐永明, 李龙, 高炜
    2014, 16 (4):  621-627.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00621
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2574KB) ( )  

    目前,我国大部分遥感传感器的大气层外波段平均太阳光谱辐照度(Mean solar exoatmospheric irradiances over band b,简称ESUNb)尚未公布,这给遥感图像表观反射率的计算带来了不便,在一定程度上影响了数据资料的应用和推广。本文基于已有官方ESUNb值的EO1/ALI、Terra/ASTER、QuickBird等多种中、高空间分辨率传感器,对9条常见的太阳光谱曲线进行比较分析。结果表明,WRC太阳光谱曲线最合适计算中分辨率传感器的ESUNb,而Wehrli太阳光谱曲线最合适计算高分辨率传感器的ESUNb。基于WRC太阳光谱曲线和Wehrli太阳光谱曲线计算,得到了ZY-1 02C/PMS相机、ZY-3/TLC相机和MUX相机,以及GF-1/WFV相机和PMS相机各波段ESUNb值,并对ESUNb值的不确定性进行了分析。结果显示,太阳光谱选取的不同,对ESUNb的取值会产生-1.94%至1.48%的偏差。本文使用多种卫星传感器交叉比较的方式确定了最佳的太阳光谱,给出了ZY-1 02C、ZY-3和GF-1等卫星搭载的遥感传感器各波段的ESUNb值,为这些国产卫星遥感数据的广泛应用提供便利。此外,本文所用方法简便易行,在其他新的遥感传感器上具有推广应用价值。

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    1979-2010年青藏高原积雪深度时空变化遥感分析
    白淑英, 史建桥, 高吉喜, 卜军
    2014, 16 (4):  628-637.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00628
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(5738KB) ( )  

    积雪深度是表征积雪特征的重要参数,也是区域气候变化最敏感的响应因子之一。利用1979-2010年逐日中国雪深长时间序列数据集,采用GIS空间分析和地统计方法,分析了青藏高原积雪深度的时空变化规律及异常空间分布特征。结果表明:近32年来,青藏高原雪深呈显著增加趋势,增加速率为0.26 cm/10a,其中,昆仑高寒荒漠地带雪深增加最为明显,增加速率达0.73 cm/10a;20世纪80年代至90年代青藏高原雪深呈逐步增加趋势,21世纪初变化平稳;青藏高原4个季节雪深变化均呈现为上升趋势,尤以冬季增加最为明显,增加速率达0.57 cm/10a。青藏高原东南、西部和南部为雪深分布高值区;逐像元回归分析表明,高原雪深呈增加趋势的像元数占全区像元总数的67.1%,其中有91.3%为轻度和中度增加,主要分布在高原北部和西部;最大雪深变化基本维持在-0.1~0.1 cm/a(45.47%)之间,在昆仑北翼山地、柴达木山地、羌塘高寒地带南部等局部地区最大雪深有增加趋势,主要是轻度增加,面积比例为36.66%。果洛那曲高寒地带、青南高寒地带和羌塘高寒地带为青藏高原积雪深度异常变化敏感区。

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    三峡库区典型样带潜热通量遥感反演与验证
    罗红霞, 邵景安, 邹扬庆, 张雪清
    2014, 16 (4):  638-644.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00638
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3585KB) ( )  

    本文以三峡库区腹地的部分地区为典型样带,利用遥感数据的时效性和区域性优势,结合常规气象数据,定量反演样带地表潜热通量,并对比验证遥感反演方法的可行性和可靠性。结果表明:潜热通量在不同地表覆被状况下呈现较大差异,城镇居民区和无植被覆盖区一般在20~80W·m-2;人工林场、山区森林及草灌和山前农作区在180~280W·m-2;水体则分布在420~470W·m-2,潜热通量整体呈现出随地表覆被变化而变化的空间异质性。此外,由于库区地表覆被类型多样,并受到山区起伏地形地貌的影响,潜热通量在空间分布上的地形分异特征也较显著。

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    基于HJ-1A CCD1数据的台湾相思树叶面积指数反演
    刘玉琴, 孟庆岩, 沙晋明, 石锋, 刘苗, 王春梅
    2014, 16 (4):  645-652.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00645
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2034KB) ( )  

    基于HJ-1A CCD1环境卫星数据,以福建沿海地区普遍分布的台湾相思树为研究对象,利用回归分析法(NDVI、OSAVI、EVI、HJVI)和PROSAIL辐射传输模型,构建台湾相思树LAI反演模型。同时,利用同步野外地面实测数据,将模型估算LAI值与实测LAI值进行对比。结果表明:(1)相比归一化植被指数NDVI、优化土壤调节指数OSAVI和增强型植被指数EVI 3种常用植被指数,引入修正大气、土壤背景影响的蓝、绿波段的环境植被指数HJVI来反演相思树LAI具有更高的精度(R2=0.7344,RMSE=0.1421);(2)本研究所选4种植被指数构建的最优反演模型均为非线性模型,其中,环境植被指数HJVI反演LAI最优模型为幂函数模型,表明相思树LAI与植被指数之间呈非线性变化;(3)PROSAIL辐射传输模型法比回归分析法反演相思树LAI的精度有较大提高(R2=0.7903,RMSE=0.1303),可见PROSAIL模型法构建反演模型能更好地反演相思树LAI。

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    2011年洪湖和梁子湖受旱程度差异和成因分析
    田蓉, 曹春香, 马广仁, 鲍达明, 陆诗雷, 徐敏
    2014, 16 (4):  653-663.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00653
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3843KB) ( )  

    湿地是水陆交错的生态系统,往往受旱灾影响大,故此,对不同湖泊湿地受旱程度差异及其原因分析,可为减灾和湿地保护提供科学依据。本文利用2010年5月和2011年5月2个时相的HJ-1卫星CCD影像,提取洪湖和梁子湖2个时相的湿地水面积,结合统计资料和问卷调查数据,从湿地水面积及空间分布变化、湿地生态系统功能退化、湿地生态系统,对人类福祉影响3方面,分析了两湖湿地受旱程度的差异。并综合气象数据、统计资料和问卷调查数据,从气象因子、区域自然地理环境、湿地类型及特点、区域水文条件和湿地受保护程度5方面探讨两湖受旱程度差异的原因。结果表明:(1)2011年春旱期间,洪湖比梁子湖受旱程度更严重。旱灾时,洪湖水面积减少83.93 km2,减小比例为26%,梁子湖水面积减少13.02 km2,减小比例为4%;两湖的涵养水源、保护生物多样性、物质生产和水质净化功能均受到损害,洪湖较梁子湖更严重;受旱灾影响,洪湖湿地对人类福祉的消极影响大于梁子湖。(2)降雨量、气温和风速等气象因素、湖泊湿地成因类型、区域自然地理环境和水文条件是影响两湖受旱程度差异的主要因素,另外,湿地保护措施的差异及效果也会造成两湖受旱程度不同。

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    学苑动态
    《地球信息科学学报》征稿简则
    《地球信息科学学报》编辑部
    2014, 16 (4):  664-664. 
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(306KB) ( )  
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    《地球信息科学学报》征稿简则
    2014, 16 (4):  664-664.  doi: 10.3724/SP.J.1047.2014.00507
    摘要 ( )   HTML ( )   PDF(8423KB) ( )  
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