地球表层系统模拟分析原理与方法

图书标准信息

• 作者 岳天祥 著
• 出版社 科学出版社
• 出版时间 2017-06
• 版次 01
• ISBN 9787030529534
• 定价 268.00元
• 装帧 精装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 460页
• 字数 948千字
• 正文语种 简体中文

【内容简介】

　　地球表层系统在数学上可定义为空间中的一片曲面。曲面建模是现实世界中连续地表的逼近。曲面建模的精度问题和多尺度问题是地理信息系统领域近20年来的研究热点。本书介绍了作者完成的高精度曲面建模（HASM）方法，解决了长期以来困扰地球表层系统模拟的误差问题和多尺度问题。为了解决HASM的计算量大和运算速度慢等理论问题，使其有效地运用于地球表层系统模拟，作者发展了HASM多重网格法和适应算法，并将其应用于地球表层系统和地球表层环境要素的模拟分析。本书理论与实际应用相结合，为地球表层系统模拟分析提供了新的方法和思路。

【目录】

部分hasm基本
章地球表层建模的概念与问题3
1.1地球表层建模研究进展3
1.1.1地球表面形絲达3
1.1.2地球气候系统模拟3
1.1.3生态建模4
1.1.4地球表层模拟系统5
1.2有关国际研究计划6
1.3地球表层建模存在的主要问题8
1.3.1误差问题8
1.3.2多尺度问题8
1.3.3三维实时可视化问题9
1.3.4地球表层模拟速度问题9
1.4撰写本书的目的9
第2章经典曲面建模方11
2.1经典曲面建模方的发展及其误差问题11
2.2经典曲面建模方的数学表达13
2.2.1趋势面分析13
2.2.2反距离权重13
2.2.3不规则三角网13
2.2.4克里金14
2.2.5样条函数14
2.2.6薄板样条函数15
2.3讨论15
第3章高精度曲面建模方的基本理论体系17
3.1曲面建模方探索与曲线等同度指数17
3.2基本18
3.2.1控制论18
3.2.2微分几何学19
3.2.3曲面论基本定理20
3.2.4hasm停机准则22
3.3高精度曲面建模方22
3.4hasm算设计与比较分析30
3.4.1驱动场选择对算精度的影响分析30
3.4.2差分离散格式对算精度的影响分析34
3.4.3主方程选择对算计算效率的影响分析37
3.4.4采样方式对hasm收敛速度的影响分析37
3.4.5采样方式对hasm精度的影响分析39
3.5曲面复杂度与hasm模拟精度关联分析40
3.6讨论44
第4章应用型hasm方程组求解方46
4.1引言46
4.2hasm直接算47
4.2.1hasm高斯消去51
4.2.2hasm的方根（hasm—sr）52
4.2.3数值实验53
4.3hasm迭代及其系数矩阵结构53
4.3.1hasm迭代表达53
4.3.2系数矩阵结构55
4.3.3hasm高斯—赛德尔算和hasm预处理高斯—赛德尔算57
4.3.4hasm共扼梯度和hasm预处理共扼梯度63
4.4结论66
第5章理论型hasm方程组求解方68
5.1hasm快速算68
5.1.1基于不完全cholesky分解的预处理共辄梯度（iccg）70
5.1.2基于对称逐步超松弛的预处理共轭梯度（ssorcg）71
5.2hasm迭代格式72
5.3数值实验76
5.3.1hasm佳算76
5.3.2hasmab与hasmabc比较78
5.3.3hasm驱动场问题78
5.3.4hasm边界值问题79
5.3.5运算速度、占用内存与模拟精度的权衡80
5.4讨论80
第6章hasm的高阶处理和复杂边界问题82
6.1非均匀步长的hasm方82
6.2采样矩阵的高阶处理83
6.3复杂边界下的hasm算89
6.4讨论93
第7章hasm实时动态算94
7.1引言94
7.2静止窗实时动态模拟的hasm算95
7.2.1数学表达及其求解95
7.2.2hasm系数矩阵的分解96
7.2.3hasm动态加点问题97
7.2.4hasm动态减点问题98
7.2.5数值实验99
7.3移动窗实时动态模拟的hasm算101
7.4讨论108
第二部分hasm高对故算
第8章hasm多重网格111
8.1引言111
8.2hasm多重网格表达111
8.3数值实验113
8.4实验研究114
8.5结论与展望116
第9章hasm适应算117
9.1引言117
9.2hasm适应算117
9.2.1hasm适应算主方程表达117
9.2.2误差估值器118
9.2.3格网细化118
9.2.4误差指示器119
9.3应用案例119
9.3.1案例区及其数据获取119
9.3.2董志塬数字高程模型构建120
9.4讨论123
0章hasm差计算124
10.1差计算124
10.1.1参数差125
10.1.2条件差126
10.1.3逐次条件差126
10.1.4逐次独立条件差127
10.2hasm差计算129
10.3hasm—ac时间复杂度和空间复杂度136
10.3.1时间复杂度136
10.3.2空间复杂度136
10.4hasm—ac误差控制137
10.4.1计算模型与数据精度的匹配137
10.4.2hasm—ac误差控制138
10.4.3数值实验138
10.5实证研究139
10.5.1误差表达139
10.5.2精度数值实验139
10.5.3精度交验证141
10.5.4计算效率分析144
10.6结论144
1章hasm并行算146
11.1引言146
11.1.1并行计算的发展146
11.1.2并行计算机体系结构147
11.1.3并行编程环境148
11.1.4并行计算时间效率测定149
11.2hasm—ac的并行算150
11.2.1hasm—ac并行算架构150
11.2.2hasm—ac并行算151
11.3hasm—ac并行算实现153
11.3.1mpi与c语言联合编程153
11.3.2并行处理中的进程映射154
11.3.3hasm—ac方并行计算中的进程同步156
11.3.4hasm—ac并行计算的文件输出156
11.4并行计算验证157
11.5结论159
第三部分hasm启用研究
2章数字地面模型构建163
12.1引言163
12.2数字地面模型构建164
12.2.1基于实测数据的数字地面模型164
12.2.2高程异常曲面模拟165
12.2.3虑地形特征点的数字地面模型模拟168
12.3srtm数字地面模型空缺填补171
12.3.1数据与方171
12.3.2空缺填补结果分析173
12.4讨论175
3章lidar点云数据hasm算176
13.1引言176
13.1.1滤波算177
13.1.2lidar点云数据空间插值178
13.1.3地面实测数据、卫星遥感数据和lidar点云数据融合178
13.2hasm算180
13.3数字地面模型与树高模拟分析181
13.3.1样地尺度案例181
13.3.2小流域尺度案例181
13.4讨论186
4章数字地面模型hasm尺度转换187
14.1引言187
14.2降尺度算188
14.3升尺度算190
14.4实证研究193
14.4.1dtm降尺度193
14.4.2dtm升尺度194
14.5讨论198
5章候空间插值与变化趋势模拟分析199
15.1引言199
15.1.1空间插值199
15.1.2空间非稳分析199
15.2趋势面模拟与空间稳分析方200
15.2.1趋势面模拟200
15.2.2空间稳分析方202
15.3空间非稳和空间稳气候要素分类205
15.3.1数据205
15.3.2尺度年均气温空间稳分析206
15.3.3尺度的年均降水空间非稳分析208
15.4气候要素空间插值结果213
15.4.1年均气温变化趋势分析213
15.4.2年均降水变化趋势分析215
15.5不同时期各区优选年均温度变化和大年均降水量变化217
15.5.1年均温度217
15.5.2年均降水量218
15.6结论219
15.6.1方219
15.6.2气候变化趋势220
6章候未来情景降尺度模拟分析221
16.1引言221
16.2cmip5年均气温、降水的降尺度模型222
16.2.1气候情景222
16.2.2空间稳分析与降尺度模型表达222
16.2.3降尺度方精度比较223
16.3cmip5精度分析225
16.3.1cmip5基准数据与气象台站观测数据比较分析225
16.3.2rc情景误差分析227
16.4气候情景模拟分析230
16.4.1年均气温231
16.4.2年均降水234
16.5讨论237
7章气候变化及森林生态系统响应模拟分析241
17.1引言241
17.2气候变化模拟误差及生态系统响应模拟分析242
17.2.1气候模拟误差分析242
17.2.2hlz生态系统模拟对气候变化插值误差的响应246
17.3气候变化248
17.3.1年均气温变化248
17.3.2年均降水变化249
17.3.3气候变化250
17.4生态系统变化趋势251
17.4.1生态系统分布与面积变化251
17.4.2生态系统均中心移动253
17.5结论254
17.5.1生态系统模拟结果对气候模拟误差的响应254
17.5.2森林生态系统对实际气候变化的响应254
8章土壤质量空间模拟分析实验256
18.1引言256
18.2数据与方257
18.2.1研究区域257
18.2.2数据获取258
18.2.3基于内梅罗指数的土壤质量评估方259
18.2.4模拟精度分析方261
18.3模拟结果对比分析261
18.3.1有机质模拟结果对比261
18.3.2全氮模拟结果对比263
18.3.3碱解氮模拟结果对比266
18.3.4全磷模拟结果对比268
18.3.5有效磷模拟结果对比270
18.3.6速效钾模拟结果对比272
18.3.7ph模拟结果对比274
18.3.8碳氮比和氮磷比模拟结果对比276
18.3.9综合肥力模拟结果对比280
18.4讨论284
9章中国土壤质量综合评价285
19.1引言285
19.2数据与方285
19.2.1土壤数据285
19.2.2环境数据286
19.2.3研究方287
19.3典型土壤剖面统计特征290
19.3.1土壤ph290
19.3.2土壤有机质291
19.3.3土壤全氮292
19.3.4土壤全磷294
19.3.5土壤全钾295
19.3.6土壤碱解氮296
19.3.7土壤有效磷297
19.3.8土壤速效钾299
19.3.9表层土壤厚度300
19.4土壤质模拟分析301
19.4.1主成分分析301
19.4.2回归分析302
19.4.3中国表层土壤主要指标模拟结果305
19.4.4中国表层土壤质量综合评价结果311
19.5讨论311
第20章陆地生态系统变化模拟分析313
20.1引言313
20.2方313
20.2.1hlz分类系统313
20.2.2生态空间分布模型314
20.3尺度潜在陆地生态系统模拟315
20.3.1中国陆地生态系统的变化趋势315
20.3.2hlz生态系统的面积变化趋势317
20.3.3生态多样和斑块连通320
20.3.4均中心移动320
20.4尺度的hlz生态系统情景分析323
20.4.1中国hlz生态系统面积变化的未来情景323
20.4.2均中心移动334
20.5讨论338
第21章土地覆被变化未来情景模拟分析339
21.1引言339
21.2土地覆盖分类及其概率转移矩阵339
21.3土地覆盖空间分布未来情景341
21.4土地覆盖结构变化347
21.5土地覆盖类型均中心移动趋势352
21.6讨论355
第22章中国碳储量模拟分析357
22.1引言357
22.1.1全球研究概况357
22.1.2中国研究概况358
22.1.3机理模型359
22.2数据劫360
22.2.1森林资源连续清查数据360
22.2.2方361
22.2.3模型评价365
22.3模型不确定分析367
22.4结论369
第23章承载力模拟分析370
23.1引言370
23.1.1土地承载力概念370
23.1.2全球人承载力估算370
23.2中国土地人承载力估算方371
23.2.1生态阈值371
23.2.2陆地生态系统食物供给潜力模型374
23.3数据375
23.3.1陆地生态系统的分类数据375
23.3.2计算食物供给潜力的数据375
23.4陆地生态系统的食物供给潜力375
23.4.1农田生态系统375
23.4.2草地生态系统377
23.4.3林地生态系统377
23.4.4水生生态系统381
23.4.5中国陆地人承载力382
23.5讨论383
第24章中国食物供给变化趋势385
24.1引言385
24.2耕地变化385
24.2.1退耕还林还草工程385
24.2.2城镇化386
24.3耕地食物产量及其变化387
24.3.1作物产量387
24.3.2食物营养产量388
24.4草地食物生产力391
24.5水产食物393
24.6进出食物394
24.7人供养能力分析396
24.8讨论397
第25章人空间分布变化趋势与未来情景模拟分析399
25.1引言399
25.2人分布曲面建模方400
25.3人增长态势分析401
25.4人空间分布曲面建模方403
25.4.1人空间分布历史反演403
25.4.2未来情景模拟分析409
25.5讨论415
第26章结论与展望416
参文献419