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基于集合经验模态分解去趋势的水分利用效率对气候变化响应的高程分异——以“21世纪海上丝绸之路”沿线省份为例

生态学报 2022年第17期42卷 6985-6996页

作者：焦阜生许小娟龚海波刘会玉林振山南京师范大学地理科学学院南京210023 生态环境部南京环境科学研究所南京210042 南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室南京210023 江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023

水分利用效率(WUE)是表征陆地碳-水循环耦合关系的重要指标,但其对气候变化响应的高程分异仍不清楚。通过集合经验模态分解(EEMD)去趋势和偏相关方法,以“21世纪海上丝绸之路”沿线省份为研究区,揭示WUE对气候变化的响应及其随高程的分... 详细信息

水分利用效率(WUE)是表征陆地碳-水循环耦合关系的重要指标,但其对气候变化响应的高程分异仍不清楚。通过集合经验模态分解(EEMD)去趋势和偏相关方法,以“21世纪海上丝绸之路”沿线省份为研究区,揭示WUE对气候变化的响应及其随高程的分异。研究结果表明:(1)研究区内WUE多年均值由中心向南北递减。不同植被类型的WUE多年均值由高到低依次为:常绿针叶林、混交林、常绿阔叶林、稀树灌木草地、耕地和城市建设用地。(2)51.11%的区域表现出均温与WUE的正相关;而81.46%地区表明温差的扩大会使得WUE增加;有近一半的研究区表明最高温的升高有利于提高WUE,而最低温的作用则相反;有67.99%的区域表明降水增多反而会导致WUE的减少。(3)在大多数土地覆盖类型,日温差和最低温主要与WUE呈正相关,而最高温和降水主要与WUE呈负相关。在常绿针叶林、耕地和城市建设用地,日均温与WUE呈负相关。在其他三种植被类型下则呈正相关。(4)在低海拔地区,均温与WUE呈负相关而在中高海拔地区则转变为正相关关系。而最高温则正好相反。降水与WUE的负相关关系系数随高度的增加而不断加强,而温差和最低温与WUE的正相关关系也随高度的增加而剧烈波动增强。

关键词：水分利用率气候变量集合经验模态分解(EEMD) 去趋势偏相关

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区块链与数字水印相结合的地理数据交易存证及版权保护模型

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测绘学报 2021年第12期50卷 1694-1704页

作者：朱长青徐鼎捷任娜崔瀚川赵亚宙虚拟地理环境教育部重点实验室(南京师范大学) 江苏南京210023 江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点江苏南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心江苏南京210023 南京吉印信息科技有限公司江苏南京210023

为有效解决地理数据交易过程中交易双方互信问题,本文提出了一种结合零水印、IPFS和智能合约技术的地理数据交易存证与版权保护模型。该模型利用区块链结合IPFS网络构建了一种新型的零水印注册机制,消除了对第三方IPR机构的依赖,还通过... 详细信息

为有效解决地理数据交易过程中交易双方互信问题,本文提出了一种结合零水印、IPFS和智能合约技术的地理数据交易存证与版权保护模型。该模型利用区块链结合IPFS网络构建了一种新型的零水印注册机制,消除了对第三方IPR机构的依赖,还通过智能合约的设计在零水印注册的同时将交易信息上链永久存证,实现零水印注册的时间戳认证。模型中区块链存证的不可篡改性与智能合约自动执行的运行机制使交易双方能够在无第三方监管的情况下,达成共识、实现互信。在模型基础上,以开放联盟链作为智能合约开发平台,实现了地理数据交易存证与版权保护系统。利用本系统,交易双方可调用智能合约获取链上交易凭证,再通过从IPFS网络下载的零水印提取数据的水印信息,最终结合交易凭证与水印信息进行数据版权确认与来源追溯,进而有效地维权或解决纠纷。试验表明,本文提出的方法能够同时保障交易双方权益并保护交易数据安全。

关键词：地理数据区块链零水印交易存证版权保护模型

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NAO在末次冰盛期和全新世对AMOC影响的对比研究

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第四纪研究 2023年第4期43卷 1042-1052页

作者：高杨刘健温琴孙炜毅宁亮严蜜南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室/江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点/江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京师范大学地理科学学院江苏南京210023 江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室南京师范大学数学科学学院江苏南京210023 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋-气候-同位素模拟开放工作室山东青岛266237 中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室陕西西安710061

大西洋经向翻转环流(AMOC)的年代际变率对气候变化起着重要的调制作用。在现代气候背景下,北大西洋涛动(NAO)加强能使AMOC增强,但这种关系在更长时间尺度上是否成立尚不清楚。本研究利用TraCE-21ka模拟资料,对比分析末次冰盛期(LGM)和... 详细信息

大西洋经向翻转环流(AMOC)的年代际变率对气候变化起着重要的调制作用。在现代气候背景下,北大西洋涛动(NAO)加强能使AMOC增强,但这种关系在更长时间尺度上是否成立尚不清楚。本研究利用TraCE-21ka模拟资料,对比分析末次冰盛期(LGM)和全新世时期NAO对AMOC影响的异同。结果表明,LGM时期较全新世时期经向温度梯度偏强,NAO位置偏南,这导致NAO与AMOC关系的不同:NAO的增强在LGM时期可以使AMOC增强,而在全新世使AMOC减弱。具体地,在LGM时期NAO的加强使北大西洋副极地气旋性环流增强,其南支导致向北的高盐海水输送增加,从而使北大西洋副极地区域密度升高,AMOC增强。与此同时,NAO正位相还能在中纬度激发异常的Ekman下沉流使AMOC加强。相反,在全新世时期,NAO正位相导致北大西洋副极地地区气旋性环流减弱,这导致中纬度向高纬度输送的高盐度海水减少,AMOC减弱。本研究表明NAO与AMOC的关系在很大程度上取决于不同气候背景下NAO的位置。

关键词：末次冰盛期全新世北大西洋涛动大西洋经向翻转环流

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地理综合研究方法的发展与思考

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科学通报 2021年第20期66卷 2542-2554页

作者：闾国年周成虎林珲陈旻乐松山温永宁南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室南京210023 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 江西师范大学地理与环境学院南昌330022 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023 江苏省地理环境演化模拟国家重点实验室培育建设点南京210023

地理系统是一个复杂巨系统,地理综合研究是整体性认知与理解地理系统的重要途径.随着地理学的发展演进,地理综合成为新时期地理学创新与突破的根本任务;发展地理综合的理论方法,成为防止地理学空心化,建立地理学核心理论的重要途径.然而... 详细信息

地理系统是一个复杂巨系统,地理综合研究是整体性认知与理解地理系统的重要途径.随着地理学的发展演进,地理综合成为新时期地理学创新与突破的根本任务;发展地理综合的理论方法,成为防止地理学空心化,建立地理学核心理论的重要途径.然而,传统地理综合方法多采用"先分后综"的思路,导致"易分难综",地理综合方法体系亟待进一步探索.本文总结了现有地理综合相关研究及方法,分析了阻碍地理综合研究方法发展的根结所在,提出了发展基于地理模态的地理综合研究方法新构想.地理模态作为地理系统规律性认知的描述形式与表达机制,是比地理要素与地理过程更高层次的抽象载体;以多层次地理模态的有机聚合、有序迭代形成地理系统的整体性、系统性认知,有望指导后期地理系统的综合研究与模型重构.基于地理模态的地理综合研究方法将试图打通片段地理认知到综合地理认知的双向通道,构建地理数据到地理规律再到综合地理认知的模型方法,推动地理综合研究在理论和方法上的协同演进,促进地理综合研究的发展.

关键词：地理综合地理模态地理规律地理分析地理建模

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同位素异位体溯源土壤N_(2)O的方法、技术和展望

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土壤 2022年第3期54卷 425-436页

作者：徐锦曹亚澄温腾张珮仪张金波蔡祖聪南京师范大学地理科学学院南京210023 中国科学院南京土壤研究所南京210008 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023 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育建设点南京210023

土壤是N_(2)O的重要排放来源之一。土壤中N_(2)O产生途径众多、受多种因素调控,深入分析土壤N_(2)O产生途径才能采取针对性的减排策略。稳定同位素技术已广泛用于研究土壤N_(2)O排放,N_(2)O同位素异位体法是近年来新兴的研究方法。该研... 详细信息

土壤是N_(2)O的重要排放来源之一。土壤中N_(2)O产生途径众多、受多种因素调控,深入分析土壤N_(2)O产生途径才能采取针对性的减排策略。稳定同位素技术已广泛用于研究土壤N_(2)O排放,N_(2)O同位素异位体法是近年来新兴的研究方法。该研究方法通过测定土壤N_(2)O的同位素组成(δ^(15)N^(SP)N_(2)O、δ^(18)ON_(2)O和δ^(15)N^(bulk)N_(2)O)分析N_(2)O排放贡献,因无需添加标记物、对土壤系统干扰小、成本低,适合在野外田间研究N_(2)O排放,是^(15)N标记方法的有力补充。本文详细介绍了N_(2)O同位素异位体法的原理、质谱测定方法、定量分析方法、影响该方法的因素及其应用前景。

关键词： N_(2)O同位素异位体位点优势值 N_(2)O排放贡献同位素比值质谱

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基于张量分解的AoT序列数据有损压缩方法

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地球信息科学学报 2021年第1期23卷 134-142页

作者：杨晨高鸿张丽莹胡旭俞肇元李冬双南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室南京210023 江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023 江苏省作物遗传生理国家重点实验室/江苏省作物栽培生理重点实验室扬州大学农学院扬州225009 江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心扬州大学扬州225009

Array of Things (AoT)通过单一位置上的多传感器对城市系统进行连续动态观测。AoT观测数据量大且持续增长,使得如何利用有限的计算资源进行AoT序列数据的压缩传输成为其应用的关键瓶颈之一。本文提出了一种基于张量分解的AoT序列数据... 详细信息

Array of Things (AoT)通过单一位置上的多传感器对城市系统进行连续动态观测。AoT观测数据量大且持续增长,使得如何利用有限的计算资源进行AoT序列数据的压缩传输成为其应用的关键瓶颈之一。本文提出了一种基于张量分解的AoT序列数据的有损压缩方法。面向其海量、高维且需在传感器端处理的需求,该方法首先将AoT序列数据组织成高维张量,利用算法复杂度较低的张量CANDECOMP/PARAFAC (CP)分解提取各维度上的特征主分量,而后利用张量重构实现特征保持的数据有损压缩。利用基于张量分解的有损压缩方法,针对美国芝加哥市区的24 h内感测的声光电磁数据进行了实验,讨论了不同压缩参数对压缩比、压缩误差、压缩精度、压缩时间、压缩过程运行内存占用和压缩结果内存占用之间的影响。实验结果表明该方法可实现AoT序列数据的有损压缩,其较小的内存占用能够支持传感器端数据压缩。并且与原始光场强度对比表明,压缩后的数据保持了原有时空分布特征。与传统矢量量化编码压缩方法相比,在相同压缩精度下,本文方法的压缩比约高27%~76%,压缩时间约节省46%~73%,压缩结果所占内存约节省17%~57%,因此本文方法具有更高的压缩比,更低的压缩时间和内存占用,可为Ao T这一类数据的大规模有损压缩提供借鉴意义。

关键词：传感器时空序列 AoT 有损压缩多维张量张量分解 CP分解张量重构

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全新世太阳活动对东亚夏季风百年尺度变化影响的模拟研究

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第四纪研究 2023年第4期43卷 1053-1065页

作者：陈萌萌孙炜毅刘健宁亮严蜜马雅楠陈少洋南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室/江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点/江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京师范大学地理科学学院江苏南京210023 可持续发展大数据国际研究中心北京100094 江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室南京师范大学数学科学学院江苏南京210023 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋-气候-同位素模拟开放工作室山东青岛266237 中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室陕西西安710061

太阳活动对东亚夏季风(EASM)变化有着重要的影响。本研究利用通用地球系统模式(CESM)开展了全新世气候瞬变模拟试验,探究了全新世EASM降水百年尺度的变化特征及其对太阳活动外强迫的响应机理。结果表明:在变化趋势上,模拟的全新世以来E... 详细信息

太阳活动对东亚夏季风(EASM)变化有着重要的影响。本研究利用通用地球系统模式(CESM)开展了全新世气候瞬变模拟试验,探究了全新世EASM降水百年尺度的变化特征及其对太阳活动外强迫的响应机理。结果表明:在变化趋势上,模拟的全新世以来EASM降水呈减弱趋势,主要受地球轨道参数外强迫的影响。在百年尺度上,中全新世以来太阳活动外强迫引起EASM降水出现约430年的周期变化特征,这与高分辨率重建资料记录的周期相似。这一百年尺度变化的空间主模态呈南北偶极型分布,北方降水与太阳活动存在显著的同期正相关,当太阳活动增强时东亚海陆热力差异加强,陆地海平面气压降低,引起异常的气旋性环流,有利于北方降水增多。南方降水与太阳活动呈负相关并滞后于太阳活动,太阳活动通过调制赤道太平洋类拉尼娜态的海温梯度,引起西北太平洋风-蒸发-海温的正反馈机制,触发异常的西北太平洋气旋性环流,从而导致南方降水减少。

关键词：东亚夏季风全新世太阳活动古气候模拟百年尺度

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景区动态承载力估算方法及其应用

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自然资源学报 2021年第11期36卷 2797-2810页

作者：葛军莲张翎刘民士刘丰源龙毅黄震方南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室南京210023 江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023 滁州学院地理信息与旅游学院滁州239000

景区承载力是旅游学研究的重要领域,由于现有景区承载力估算模型以景区由"均质的可游览空间"构成为假设前提,通过面积和游客单位游览面积进行景区承载力的估算,未涉及游客进入景区游览行为的动态性。由于游客不能瞬时填满整... 详细信息

景区承载力是旅游学研究的重要领域,由于现有景区承载力估算模型以景区由"均质的可游览空间"构成为假设前提,通过面积和游客单位游览面积进行景区承载力的估算,未涉及游客进入景区游览行为的动态性。由于游客不能瞬时填满整个景区,景区承载力具有时空特性,故建立景区动态承载力计算的概念模型,并构建以停留区、通道以及出入口等要素为空间实体的网络结构逻辑模型,从而提出基于网络结构的景区动态承载力估算方法,选取南京总统府景区作为实验区域,验证所提出的模型和算法。将地理信息科学应用于旅游管理,有利于确定景区承载力的具体量化水平,使景区管理分时管控措施得到有效发挥,进而促进旅游景区实现更高质量的经济社会效益。

关键词：景区承载力动态承载力网络模型动态估算

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过去2000年重大火山喷发对全球和中国气候的影响

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中国科学：地球科学 2024年第1期54卷 64-82页

作者：孙炜毅陈德亮闾国年宁亮高超超张人禾王斌刘健虚拟地理环境教育部重点实验室江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京师范大学地理科学学院南京210023 Regional Climate Group Department of Earth SciencesUniversity of GothenburgGothenburg 40530Sweden 浙江大学环境与资源学院杭州310058 复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院上海200438 Department of Atmospheric Sciences and Atmosphere-Ocean Research Center University of Hawaii at ManoaHonoluluHI 96825USA 江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室南京师范大学数学科学学院南京210023 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋-气候-同位素模拟开放工作室青岛266237

重大火山喷发(MVEs)越来越受到科学界的关注.已有很多工作研究了过去2000年MVEs对气候的影响,但古气候重建资料和气候模拟资料显示的全球和中国气候对MVEs的响应存在较大差异.本文汇总了观测、重建、模拟和同化数据,系统地总结了MVEs的... 详细信息

重大火山喷发(MVEs)越来越受到科学界的关注.已有很多工作研究了过去2000年MVEs对气候的影响,但古气候重建资料和气候模拟资料显示的全球和中国气候对MVEs的响应存在较大差异.本文汇总了观测、重建、模拟和同化数据,系统地总结了MVEs的史实、对气候的影响和机制以及未来的研究方向.主要结论是:过去2000年MVEs密集时期发生在公元530~700、1200~1460和1600~1840年.对温度影响上, MVEs会引起年际-年代际尺度全球和中国的显著降温,但模拟的年际尺度降温幅度明显大于重建结果.对降水影响上,热带MVEs会导致全球季风降水显著减少;在中国区域,长江流域的降水有所增加,但在华北、东北以及青藏高原南部区域,不同数据所反映的结果存在较大差异.频繁的强火山爆发、火山叠加太阳活动极小期、气候系统内部变率叠加火山的作用都可能引起北半球季风区和中国东部的年代际干旱事件.在机制上, MVEs既通过直接辐射效应影响气候,也通过调制气候系统内部变率来间接影响气候,如火山喷发会影响厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和大西洋多年代际振荡(AMO)的变化.然而, MVEs调制ENSO和AMO等气候系统内部变率模态的相位、振幅、周期和机理尚存在争议,这会加大重建-模拟之间的差异.此外,其他的气候系统内部变率、火山强迫重建的不确定性、气候模式的不确定性以及气候背景等也可能导致重建–模拟结果的分歧.

关键词：重大火山喷发气候变率影响机理过去2000年气候系统内部变率

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融合CNN和MRF的激光点云层次化语义分割方法

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测绘学报 2021年第2期50卷 215-225页

作者：蒋腾平王永君张林淇梁冲孙剑自然资源部城市土地资源监测与仿真重点实验室广东深圳518034 南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室江苏南京210093 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心江苏南京210023 地理环境演化模拟国家重点实验室建设培育点江苏南京210093

三维点云语义分割的结果包含着对场景中多个目标的识别,是三维场景信息提取的重要环节,在智慧城市等多个领域扮演关键角色。由于三维激光点云数据量庞大、场景复杂性高等问题,大多数现有方法只能以相对较低的识别率提取有限类型的对象... 详细信息

三维点云语义分割的结果包含着对场景中多个目标的识别,是三维场景信息提取的重要环节,在智慧城市等多个领域扮演关键角色。由于三维激光点云数据量庞大、场景复杂性高等问题,大多数现有方法只能以相对较低的识别率提取有限类型的对象。本文提出了一种在三维激光点云场景中结合残差学习和马尔可夫随机场(MRF)优化的层次化多类型目标自动提取框架。该框架首先将点云滤波为地面点和非地面点;然后从非地面点中提取建筑物以降低场景复杂度;接着基于现有深度模型引入残差学习模块对剩下点云进行逐点分类;最后采用马尔可夫随机场进行后处理和分类结果优化,以提高激光点云语义分割的准确率。对3个室外大规模点云场景分别进行的试验结果表明,本文方法可以对多种类型的点云场景进行有效语义分割,每个数据集的3项指标(召回率、精确度和F1值)分别为(94.6%、96.8%、95.7%)、(88.5%、90.5%、89.2%)和(95.3%、95.2%、95.3%)。此外,与现有较前沿方法相比,本文方法显著提高了语义分割性能。

关键词：激光点云语义分割层次化提取残差学习马尔可夫随机场(MRF)

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