1.联合卫星测高和卫星重力研究极地中尺度海洋环流的时空变化特征与机理(42074094)，国家自然科学基金面上项目,59万元，主持人：高春春，2021-2024

极地中尺度海洋环流（包含罗斯、威德尔和波弗特环流）是极地海洋重要的物质和热量传输系统，其时空变化在温盐循环、冰盖稳定性以及气候变化中都扮演着关键性的角色。但季节性或常年海冰的存在，严重限制了卫星和测量船对其有效的观测，环流气—海—冰之间的相互作用与机理至今仍不清晰。在此背景下，本项目提出“联合卫星测高和卫星重力研究极地中尺度海洋环流的时空变化特征与机理”这一科学命题，旨在通过卫星测高和卫星重力的联合监测分析，获取极地中尺度海洋环流高精度、长时间序列的海面变化信息，进而揭示环流的海面地形、强度、面积、位置、形态、表层流、涡度等在时间（趋势、周期和年际）与空间上的变化特征，并确定其与气候事件、温盐变化、海冰异常、冰架底部融化以及冰川运动等相关物理进程的耦合关系与机理。本项目的实施将为冰架底部融化、冰盖质量平衡以及全球海平面和气候变化的监测与评估提供实测性、基础性和前瞻性的数据支撑和科学依据。

2.激光雷达和无人机辅助的城市雾霾天气黑碳-边界层交互作用观测及其机制研究（41801282），国家自然科学基金青年项目，25万元，主持人：张淼，2019-2021

黑碳-边界层交互作用是加重雾霾的重要原因之一。受限于观测技术和模拟方法，目前这种复杂交互作用的机制尚未被完全理解。多样化的技术手段是深入挖掘黑碳-边界层交互机制的重要突破口。本项目拟利用激光雷达获取气溶胶垂直分布的特殊优势，通过反演算法优化、边界层内参量提取方法设计、边界层高计算理论改进，结合无人机技术搭建实测、验证平台，提供黑碳-边界层交互机制监测的一种新理论与新方法。在此基础上，进行实验应用研究，重点分析边界层内黑碳辐射效应垂直结构特征、黑碳对边界层层理结构影响性以及黑碳对边界层高的作用机理，为深入揭示黑碳-边界层交互机制提供实测证据，也为大气污染治理提供理论依据。

3.南极冰下湖水量平衡过程的ICESat监测研究（41604009），国家自然科学基金青年项目，20万，主持人：高春春，2017-2019

自2005年南极冰下湖被首次证实存在水量变化和空间迁移运动以来，南极冰下湖水量平衡过程及其时空分布特征已经成为极地研究中关键的科学问题之一，其所影响的冰下水排放量也是目前海平面变化研究中最缺乏了解的重要分量。在此背景下，本项目提出“南极冰下湖水量平衡过程的ICESat监测研究”这一科学命题，旨在通过对ICESat激光测高数据进行精化处理，以获取多时频、高空间分辨率的冰盖表面高程变化，从中精确提取出冰下湖水量变化的关键信息；同时利用ICESat在南极覆盖面积广、测量精度高等技术优势，开展大范围的冰下湖水量平衡过程监测并建立详细目录，重点分析接地线附近冰下湖的水量迁移规律，并联合冰下水文模型估算越过接地线的冰下水排放量，为揭示南极冰下水系对冰盖物质平衡和海平面变化的影响提供理论依据和实验据。

4.青藏高原库赛湖年纹层沉积记录的晚全新世高分辨率古地球磁场长期变化及“碳库效应”校正初探（41502165），国家自然科学基金青年项目，19万，主持人：吴旭东，2016-2018

青藏高原湖泊众多，但大多数湖泊缺乏陆源植物残体，自生有机质的14C测年往往又受“碳库效应”的影响。古地球磁长期变化可能用于建立湖泊沉积物千年尺度以内的等时地层格架，以补充14C定年的某些缺陷。本研究将利用青藏高原北部的库赛湖年纹层沉积，通过沉积物天然剩磁(NRM)经过逐步交变退磁后得到的特征剩磁(ChRM)的主成分分析，建立起青藏高原地区高分辨率的古地球磁场长期变化(磁倾角和磁偏角)，通过区域古地球磁场长期变化记录间的对比，确定库赛湖沉积物的古地磁年代标尺，结合由210Pb/137Cs、AMS14C和纹层计年建立的年代标尺，进行库赛湖沉积物14C年代“碳库效应”的校正，探讨晚全新世库赛湖沉积物“碳库年龄”随时间的变化，为青藏高原地区区域古地球磁场长期变化主曲线的建立，以及该地区湖泊沉积物利用古地磁手段进行“碳库效应”的校正研究提供科学依据。

5.河南南阳独山玉及共（存）生岩石的成因研究（41402068），国家自然科学基金青年项目，29万，主持人：罗勇，2015-2017

独山岩体位于河南省南阳市北郊,出露岩石主要以角闪辉长岩为主,中国四大名玉之一的“独山玉”呈透镜体或脉体产在岩体中,并明显受构造裂隙的控制。本文对独山角闪辉长岩进行了系统的岩相学、主元素、微量元素研究。独山角闪辉长岩为亚碱性岩石,低SiO2、高Mg#、贫碱;明显富集大离子亲石元素K、Rb、Sr、Pb,亏损高场强元素Th、Nb、Ta、Zr、Hf,反映源区物质可能受到了流体交代作用。独山角闪辉长岩可能形成于板块汇聚边缘,源区可能为受俯冲流体交代的富集石榴石-尖晶石橄榄岩地幔源区,是其经历1%~3%部分熔融的产物。独山玉可能是富水的独山角闪辉长岩在区域动力变质作用下的产物,在动力变质过程中形成了由重结晶的亚颗粒斜长石和石英及晶形完好的黝帘石组成的透镜体和脉体的独山玉。

6.基于空间化模拟的地表温度图像缺失修复方法（41301443），国家自然科学基金青年项目，25万，主持人：李丹，2014-2016

快速城市化引起的城市扩张是我国自改革开放以来发生的显著地理现象和过程。通过元胞自动机理论对城市扩张现象进行地理模拟和预测能够获取该区域的城市扩张规律、发展格局、过程和趋势，对土地资源集约利用、粮食安全、生态环境保护、碳循环等方面的研究都具有重要的意义。目前大尺度的城市扩张模拟在分区策略、尺度效应影响和模拟运行效率等理论与方法方面的研究还有待完善。本项目针对上述不足，主要研究了以下内容：（1）智能空间聚类算法。引入基于人工神经网络的非线性分类模型SOFM，能够自动、科学地划分出空间连续而属性特征不同的子区域。其分区结果能够有效区分具有不同城市扩张规律的分区，从而提高模拟的精度。（2）大尺度城市扩张模拟的尺度效应。研究结果表明尺度效应主要表现为最小可变面元问题（MAUP），其在CA模拟时是客观存在的，且会对模拟结果造成影响。研究时应进行系统的敏感性分析，获取其对研究问题的影响，寻找适宜的研究粒度和分区方案。本研究中粒度效应呈现明显的尺度阈值，尺度域内的拟合优度和模拟精度较为稳定。该尺度阈值与景观指数的尺度阈值一致，反映了景观对象大小对城市扩张的重要影响。良好的划区方案能够提高拟合优度和模拟精度，其划区方案应使区域内城市扩张规律差异最小，区域间城市扩张规律差异最大。（3）基于GPU的大尺度并行元胞自动机模型。通过改进CUDA环境下GPU-CA模型的内存数据存储与交互策略，进一步提高了并行模拟的时间加速比，能够在保证模拟结果有效性的同时更大程度地提高计算效率。同时该模型基于主流的GPU通用计算平台，具有计算成本低、计算密度高、安装部署容易等优点，是较适宜进行大规模地理模拟的计算模型。本项目的研究成果形成了一套较为完整的大尺度城市扩张模拟理论框架和方法技术体系，能够为大尺度、高精度的土地利用变化模拟提供理论和方法技术支撑，服务于城市规划、全球环境变化等研究领域。

7.基于空间化模拟方法修复遥感地表温度图像的数据缺失（41201099），国家自然科学基金青年项目，23万，主持人：戚鹏程，2013-2015

由于仪器故障和外部条件问题，热红外遥感图像往往存在数据缺失区，从而基于它们所反演的地表温度（LST）图像也就存在相应的数据缺失区，很大程度上限制了LST图像的应用。已往关于修复可见光和近中红外波段图像缺失区的研究较多，而关于修复热红外波段图像缺失区的研究却很少，并且当前常见的“利用外源图像来填补缺失区”的思路不能很好的适用于LST图像数据缺失的修复。本项目针对两种数据缺失情况研究了LST图像的修复方法，其一是因扫描行校正器（SLC）故障造成的LST图像条带状缺失；其二是因局部厚云造成的LST图像块状缺失。本方法中，利用完好区的LST和相应位置上影响LST的环境因子，以LST为反应变量，以环境因子为预测变量，确定反应变量和预测变量之间的非随机关系，继而将此关系推广到预测变量已知而LST未知的空间位置（即数据缺失区）上，以准确地模拟出数据缺失区的LST，使缺失区得到填补。结果表明，利用本方法修复遥感地表温度图像中缺失区，可以获得误差较低的修复结果（云区和SCL-off区的MAE分别为1.26K和1.34K）。基于本方法修复因云造成的图像缺失时，缺失区的面积大小不影响修复效果。我们选取了模型普适性问题中最具研究价值的方面—尺度普适性展开研究，进行了基于地学统计模型的地表温度图像降尺度。利用多元自适应回归样条法，在低空间分辨率上建立LST与解释变量之间的统计模型，然后将其应用到高分辨率的解释变量上，从而模拟出高分辨率的LST图像。该方法在典型山地样区中获得了误差很低（MAE和RMSE分别为1.132K和1.638K）、视觉效果良好的降尺度结果。该方法在对山地区域进行LST降尺度时比已往方法更为准确。深入分析了解释变量组合方式、样本抽取方法和残差校正等方面对模型的尺度普适性的影响，并且揭示了其影响机制。本项目延伸了空间化模拟的思路，进行了基于局域统计模型的野火发生概率模拟研究。已往关于野火发生概率的模型大多为全局模型。这类模型违背了地理因子的空间自相关和空间异质性规律。本项目研究证明，地理加权逻辑斯蒂回归模型考虑了空间位置及因变量与自变量间关系的空间变异，从而显著地降低了残差空间自相关性。局域模型相比全局模型具有更好的模型拟合、更少的残差空间自相关性和更合理的模拟结果，这说明局域模型的性能明显优于全局模型。

8.使用多源卫星遥感数据监测震前热异常（41071280），国家自然科学基金面上项目，24万，主持人：郭广猛，2011-2013

近年来我国自然灾害频发，特别是2008年的汶川地震和2010年的玉树地震，给国家和人民造成了巨大损失。本研究方向立足于当前我国发展面临的重大自然灾害问题，以地震灾害为主，采用多种卫星遥感数据，包括热红外数据、电离层数据、微波雷达数据、地面观测数据等，研究地震发生前的热异常，寻找其中的规律，为地震预警提供研究基础。1998年1月10日的张北M6.2级地震为例，卫星遥感监测到1月5日在张家口-渤海断裂带上，出现了T1和T2两类热异常。图中红色十字为震中。

9.大兴安岭地区高分辨率火险预警监测研究（30771744），国家自然科学基金面上项目，25万，主持人：郭广猛，2008-2010

  大兴安岭地区是我国是森林火灾危害最严重的地区，如何有效地预防和减少森林火灾，保护森林资源和生态环境成为当前研究的一个重点。以往的火险研究大多采用气象数据，没有充分利用卫星遥感数据提供的温度、湿度等信息。本研究采用MODIS数据，提取地表温度、植被指数以及可燃物湿度信息，采用遗传算法等技术将三者组合在一起，建立分辨率为1km的火险预警系统，并结合人为因素，采用不同地区、不同时间分别对待的原则，对火险等级做相应的修正，以准确可靠地反映真实情况。该研究可以缩小重点监测的范围，有利于及早发现火情，减少损失，对于加强森林防火工作，保护森林资源与生态环境有重要的意义。