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当期目录

    2020年, 第40卷, 第2期 刊出日期:2020-03-10 上一期    下一期
    “地理空间智能技术及应用”专题
    不同树种叶片养分含量提取的高光谱方法及精度评价
    李丹, 黄钰辉, 孙中宇, 张卫强, 甘先华, 王佐霖, 孙红斌, 杨龙
    2020, 40 (2):  175-183.  doi: 10.13284/j.cnki.rddl.003241
    摘要 ( 121 )   HTML ( 14 )   PDF(1219KB) ( 40 )  

    以深圳市坝光银叶园和大鹏半岛自然保护区19种湿地森林树种叶片可见光近红外光谱与全氮(Total Nitrogen, TN)、全磷(Total Phosphorus, TP)、全钾(Total Potassium, TK)含量关系为基础,分析了11种光谱预处理方式、3种光谱数据降维方式和2种建模方法对模型精度的影响。结果表明,标准正态变换(Standard Normal Variate, SNV)结合一阶导数(first derivative, 1 st)预处理方式下模型精度最高;主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)降维处理对模型的降维效果最好;支持向量回归(Support Vector Regression, SVR)的建模效果精度最高。对于TN、TP、TK最佳模型的预测确定系数均在0.80以上,模型RPD值也在2.0以上,SVR模型可以用于树种叶片TN、TP、TK的快速检测。

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    自发地理信息在灾后恢复监测中的应用研究框架
    严滢伟, 马大伟, 范红超
    2020, 40 (2):  184-193.  doi: 10.13284/j.cnki.rddl.003239
    摘要 ( 118 )   HTML ( 5 )   PDF(2297KB) ( 56 )  

    文章探讨了如何有效利用自发地理信息(Volunteered Geographic Information, VGI)大数据促进灾后恢复监测工作。首先概述了国内外VGI相关研究的发展现状,明确了VGI用于灾后恢复监测研究的不足,然后提出了一个基于VGI大数据的灾后恢复监测应用的研究框架,助力于灾后恢复监测各类具体恢复目标(如旅游业恢复、工商业恢复、生活常态恢复)的实现。该研究框架包含数据获取、数据质量控制和数据挖掘3个核心组成部分。其中,数据获取对象以VGI为主,以传统官方权威数据为辅;数据质量控制主要是通过模糊逻辑专家系统和人工神经网络(深度学习)确保VGI适用性;数据挖掘则是以变革式范例为理论基础,利用定量和定性结合的方法调查灾区基建、经济和安全3个灾后恢复主要方面的状态。最后,文章还讨论了当前利用VGI大数据促进灾后恢复监测所存在的一些局限性,包括VGI来源的可持续性问题、各VGI平台应用程序接口的数据获取限制问题和VGI应用所涉及的用户隐私问题。

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    京广空中廊道系统延误弹性测算与航空流运行结构分析
    张一诺, 路紫, 丁疆辉
    2020, 40 (2):  194-205.  doi: 10.13284/j.cnki.rddl.003219
    摘要 ( 91 )   HTML ( 3 )   PDF(11563KB) ( 24 )  

    文章构建了一个多层次系统延误弹性测算框架,应用京广空中廊道24 h全部848架次航班实际航迹点数据,测算了单个航班延误偏差、系统延误累积量和系统延误弹性系数,分析了其与航空流运行结构的关系。结果表明:1)该空中廊道航班飞行过程中以延误产生为主且在低流量时段表现出延误吸收能力;沿线枢纽机场起飞航班延误均值普遍高于抵达航班,随枢纽机场等级提高和承载流量增加出现更高的航班延误均值和峰值振幅;以延误偏差>15 min标准统计,各汇流航线的延误概率和均值都高于沿线枢纽机场间直航航线,在该空中廊道贡献了正延误。2)整体呈现出中心航迹延误累积–外围航迹延误恢复的动态过程,大密度流量汇聚成为延误叠加累积的主要原因;3)系统延误弹性具有空间异质性,随机场节点间流量分散程度增加而显著提高,多样性可选路径引发积极的延误吸收而使其具有较强的延误恢复能力。4)航空流运行结构对空中廊道系统延误弹性的影响是通过中心航迹–外围航迹和航迹簇流量汇聚2个关键要素实现的,延误恢复是1个多路径选择的过程,航线重构策略优于固定航线策略。

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    基于手机信令的跨界地区职住中心识别及其模式——以广佛地区为例
    李颖, 陈婷婷, 李郇, 许伟攀, 郎嵬
    2020, 40 (2):  206-216.  doi: 10.13284/j.cnki.rddl.003211
    摘要 ( 162 )   HTML ( 10 )   PDF(4526KB) ( 59 )  

    利用手机信令数据,以广佛地区为例,采用洛伦茨方法识别广州和佛山的职住中心,进而分析了广佛跨界地区居民职住模式的时空特征及其影响因素。结果发现:1)广州市居民职住空间呈现就业单中心和居住郊区化特征,职住空间错位明显;佛山市居民职住空间则呈现大分散、小集聚的特征。2)同城化下职住空间呈现新态势,以金沙洲、芳村—桂城为主的跨界地区已形成连绵的、高强度通勤区域。3)5个跨界地区职住空间模式不同,其主要原因有:交通枢纽型的花都空港地区和新客站地区因其交通枢纽功能,影响着两地的劳动力和资本要素流动,带动周边产业发展;居住型的金沙洲和芳村—桂城地区承接了两市中心城区的居住外溢;产业型的五沙地区发挥区位优势形成跨界产业园,吸纳周边人口就业。可见,不同类型的跨界地区的发展都有利于缝合广佛两市空间断裂带,加速城市空间的契合。

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    基于出租车轨迹数据的城市空间结构变化研究——以深圳市为例
    庄浩铭, 刘小平
    2020, 40 (2):  217-228.  doi: 10.13284/j.cnki.rddl.003224
    摘要 ( 123 )   HTML ( 12 )   PDF(30576KB) ( 47 )  

    在地理大数据大量涌现的背景下,利用深圳市2009年5月和2016年9月2期出租车轨迹大数据,通过构建2层空间网络,并使用Infomap社区发现算法,发现网络中的全局空间社区和局部空间社区。通过对比空间社区的变化,并结合遥感数据和规划政策等,探讨深圳市长时期多层空间结构的动态变化,揭示了城市基础设施建设以及规划政策制定等对城市空间结构的影响。结果表明:全局尺度下,城市的空间结构趋向于紧凑式发展,如深圳市郊区的小空间社区合并成了5个大空间社区,这与深圳2020年总体规划有较大的关联。局部尺度下,城市的空间结构趋向于多中心式发展,如围绕深圳高铁北站和南山中心的2个空间社区分裂成了多个小空间社区,这与重大基础设施建设和经济发展有较大的关联。

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    基于移动监测的城市PM2.5污染时空模式研究——以广州市中心区为例
    宋洁, 周素红, 彭伊侬, 林荣平, 徐建斌
    2020, 40 (2):  229-242.  doi: 10.13284/j.cnki.rddl.003232
    摘要 ( 94 )   HTML ( 5 )   PDF(35229KB) ( 55 )  

    采用便携式空气污染监测设备对广州市环城高速内的中心城区PM2.5污染情况进行移动监测,获取225.7万条频率为1 Hz的PM2.5监测数据,基于此对研究区进行10 m×10 m高时空分辨率的PM2.5污染模拟,并分析移动采集的可靠性及城市中心区PM2.5污染时空模式。结果显示:天气状况稳定条件下移动监测的城市PM2.5数据在时间维度与固定监测站点数据呈现较显著相关性(R 2为0.72~0.86);广州市中心城区的PM2.5污染时空分布在短时间内具有显著的时空分异特征:时间上,干、湿季的平均逐时极差分别为27和11 μg/m3,质量浓度最高值和最低值出现的时段与当天的背景质量浓度值有关;空间上,交通枢纽、商业中心、工业园和大型商贸市场附近PM2.5污染风险高,公园绿地、高校、高级住宅区等风险相对较低,且呈干季西高东低、南高北低,湿季东高西低的空间分异特征。

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    基于夜光遥感影像的粤港澳地区城市发展时空格局演变
    赵丽娴, 李长辉, 宋杨, 李熙
    2020, 40 (2):  243-253.  doi: 10.13284/j.cnki.rddl.003231
    摘要 ( 162 )   HTML ( 10 )   PDF(6056KB) ( 60 )  

    将VIIRS时间序列夜光遥感影像首次应用于粤港澳地区,结合LandScan TM人口分布图等辅助数据,采用夜间灯光统计、位序-规模法则以及由基尼系数构建的夜光发展指数等方法,在地市级、区县级2种尺度上对其城市发展空间格局进行分析,探究其城市规模的时空演变情况。结果发现,2012—2018年粤港澳地区所有城市的夜光总量均呈现出增长的态势,但中小城市的增速明显高于大城市,汕尾市的夜光增长率高达310.35%。在位序-规模分析中,地市级与区县级的q值在2012—2018年分别下降了16.86%和13.52%,城市规模分布趋于分散的力量大于趋于集中的力量,城市间规模发展日趋平衡。夜光发展指数同样随时间的变化逐渐降低,城市内部夜光与人口之间的分配水平差距正逐渐弥合,中小城市的发展相对更快。同时,夜光发展指数下降最为显著的几个地级市均位于粤东地区,说明粤东地区近年来正展现出强劲的发展态势。

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    基于开放大数据的广州市中心城区职住平衡特征研究
    林勋媛, 王广兴, 胡月明
    2020, 40 (2):  254-265.  doi: 10.13284/j.cnki.rddl.003218
    摘要 ( 152 )   HTML ( 4 )   PDF(8797KB) ( 44 )  

    以广州市中心城区为例,借助百度热力图、百度实时路况和百度地图POI数据,从中观层面多角度综合分析广州市中心城区就业与居住的空间分布关系。结果显示:1)工作时间段人口聚集的高值区整体呈带状分布,斑块较为细碎,但绝大部分集中在核心地带;人口主要高度集中于各区的商业繁华地段与交通线路周围。而休息时间段的高值区则相对集中分布,用地效率较高,表现出多中心的圈层结构;人口主要高度集中分布在传统的老城居住区和新开发的商业住宅区,与核心商圈相对错开。2)不管是在上班时段还是休息时段,人口聚集程度越高的地区,POI设施密度表现越显著;这意味着人口的聚集具有一定的选择性,主要集中在城市基础设施发展较完备的区域。3)广州市中心城区各街道的职住比介于0.73~1.54,职住相对平衡,区域之间差异较小。其中,分值较高的街道多分布于核心地带(主要集中在越秀区、荔湾区北部和天河区南部),分值较低的街道多分布于核心地带的外围或边缘地区(主要在海珠区、荔湾区和白云区零散分布)。4)从城市交通响应上看,广州市中心城区工作日内早高峰的拥堵度大于晚高峰,但总体路况变化跨度不大,区内并没有出现特别严重的“潮汐通勤”现象。

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    半封闭大棚实验下广州市植被滞尘光谱特征分析
    张晨, 周霞, 李勇, 杨骥, 李林
    2020, 40 (2):  266-277.  doi: 10.13284/j.cnki.rddl.003230
    摘要 ( 63 )   HTML ( 0 )   PDF(7039KB) ( 33 )  

    基于广州市常见的绿化植物,采用高光谱遥感技术,通过设计半封闭的大棚实验方案,探讨了滞尘污染下不同植物叶片的光谱特征,结果表明:1)滞尘时间是影响绿化植物累积滞尘量的一个重要因子,滞尘量随着时间的增加而增加,但达到饱和之后会呈减少的趋势。2)在可见光波段,受叶面尘影响,叶片光谱反射率升高,且随滞尘量的增加而升高;在近红外波段则相反,光谱反射率随滞尘量的增加而降低。3)叶面尘对植物叶片的光谱特征参数具有直接或间接的影响,其中滞尘量与植物的三边位置无关,与归一化植被指数NDVI呈负相关关系,且不同植物的NDVI受叶面尘影响的程度不同,从大到小依次为:朱蕉>红花檵木>金叶榕。文章设计的半封闭大棚实验方案为植物滞尘效应的长时间可持续性研究提供了新思路。

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    基于侧扫声呐影像的南海珊瑚礁沉船及周边地形重建
    刘小菊, 施祺, 杨红强, 周胜男
    2020, 40 (2):  278-288.  doi: 10.13284/j.cnki.rddl.003221
    摘要 ( 100 )   HTML ( 0 )   PDF(13414KB) ( 41 )  

    利用南海某珊瑚礁区所获得的一艘沉船的单幅侧扫声呐影像,定量重建了沉船及其周边地形。沉船区侧扫声呐数据经过格式转换、影像生成、水体去除、影像增益校正和坐标转换等预处理后,采用明暗恢复形状(Shape From Shading, SFS)方法反演声呐影像的水深,获得沉船区的水下地形数据,重建了该区域的三维地形地貌。结果显示,沉船位于珊瑚礁西侧礁坡区,该区为典型的礁坡地貌形态,由东向西水深递增,变化于-1.8~-165.4 m之间,按水深和坡度的不同可划分为地势较平缓的两级阶地和地势陡峭的两级坡地。沉船坐底于礁坡第二级阶地(宽约87 m,平均水深约-26.7 m,平均坡度约5.7°),船体呈EES—WWN走向,长约45 m,宽约9 m,高约4 m,排水量估计为500~600 t,船体残破。利用侧扫声呐影像开展地形地貌的定量反演和重建是对侧扫声呐影像地形地貌定性分析的有效补充,能更全面、更详细地揭示珊瑚礁地形地貌的特征。

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    喀斯特山区石漠化耕地遥感精准提取与分析——以贵州省北盘江镇与花江镇为例
    赵馨, 周忠发, 王玲玉, 骆剑承, 孙营伟, 刘巍, 吴田军
    2020, 40 (2):  289-302.  doi: 10.13284/j.cnki.rddl.003233
    摘要 ( 93 )   HTML ( 6 )   PDF(80040KB) ( 36 )  

    选取北盘江镇与花江镇作为研究区,利用谷歌高精度遥感影像,结合分区分层分级思想,基于深度学习与传统约束方法对研究区耕地进行精准提取。结果表明:1)在数量精度上,以视觉形态差异对研究区进行分区并选取不同模型训练获得的精细地块,面积约为9 867 hm 2,与实际数量基本一致,F-Measure主要分布在[0.82, 0.98]之间,受到地形和岩石裸露率的影响,石漠化严重地区耕地提取精度较低。2)在形态精度上,预测耕地与实际耕地的GIOU主要分布在[0.7, 1]之间,分割正确率>0.85,表明预测耕地边界与实际地块边界吻合度高,提取结果符合研究区实际情况。3)利用地貌坡度等约束条件对耕地进行划分发现,研究区以喀斯特耕地为主,占比74%,并且石漠化程度较严重,其中轻度石漠化耕地与中度石漠化耕地占总耕地的32%。在石漠化地区,耕地的狭长程度、破碎程度受人类影响较大;距离居民地越近、可达性越高的地区,其土地利用率越高,斑块越破碎。文章所提出方法可用于耕地破碎、地形复杂地区的耕地提取,能够为地区的发展、耕地治理与研究、环境保护与决策等提供精准数据支持。

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    采用双注意力机制Deeplabv3+算法的遥感影像语义分割
    刘文祥, 舒远仲, 唐小敏, 刘金梅
    2020, 40 (2):  303-313.  doi: 10.13284/j.cnki.rddl.003229
    摘要 ( 299 )   HTML ( 4 )   PDF(25841KB) ( 78 )  

    针对DeepLabv3+网络在遥感影像上呈现出拟合速度慢,边缘目标分割不精确,大尺度目标分割类内不一致、存在孔洞等缺陷,提出在该网络中引入双注意力机制模块(Dual Attention Mechanism Module, DAMM),设计并实现了将DAMM结构与ASPP(Atous Spatial Pyramid Pooling)层串联或并联的2种不同连接方式网络模型 ,串联连接方式中先将特征图送入DAMM后,再经过ASPP结构;并联连接方式中将双注意力机制层与ASPP层并行连接,网络并行处理主干网提取特征图,再融合两层处理特征信息。将改进的2种方法通过INRIA Aerial Image高分辨率遥感影像数据集验 证,结果表明,串联或并联方式2种网络都能有效改善Deeplabv3+的不足,并联方式网络性能更好,其对原网络缺陷改善效果更明显,并在测试数据集上mIoU达到85.44%,比Deeplabv3+提高了1.8%,而串联方式网络提高了1.12%。并联结构网络更符合本文需求,其形成了一种对DeepLabv3+网络上述问题进行统一改善的方案。

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    基于遥感和机器学习的内陆水体水深反演技术
    温开祥, 李勇, 王华, 杨骥, 荆文龙, 杨传训
    2020, 40 (2):  314-322.  doi: 10.13284/j.cnki.rddl.003237
    摘要 ( 90 )   HTML ( 11 )   PDF(6493KB) ( 19 )  

    文章主要根据机器学习算法(随机森林算法和极端梯度提升算法)和遥感水深反演的原理,利用Sentinel_2多光谱卫星数据和无人船实测水深数据,对内陆水体——梅州水库建立了随机森林(RF)、极端梯度提升(XGBoost)和支持向量机(SVM)水深反演模型,并对反演结果进行对比分析。结果表明:1)RF的训练精度为97%,测试精度为0.80;XGBoost模型的训练精度为97%,测试精度为0.79;SVM的训练精度为90%,测试精度为0.78。说明了在水深预测方面RF模型和XGBoost模型比SVM模型表现更好,对各个区段的水深值较为敏感。2)根据运行时间考察各个模型的效率,其中RF模型从读取数据至输出结果耗时3.92 s;XGBoost模型4.26 s;SVM模型6.66 s。因此,在反演精度和效率上RF模型优于XGBoost模型优于SVM模型,且RF模型的预测结果图细节更加丰富,轮廓更加分明;XGBoost模型次之,但总体效果也较好;SVM模型表现最差。由此可知,机器学习水深反演模型获得的水深结果精度明显提高,解决了传统水深反演模型精度不高的问题。

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    论文
    中国城市创新能力及其影响因素的空间分异——基于GWR模型的实证
    陈依曼, 李立勋, 符天蓝
    2020, 40 (2):  323-334.  doi: 10.13284/j.cnki.rddl.003210
    摘要 ( 109 )   HTML ( 5 )   PDF(17451KB) ( 37 )  

    基于城市发明专利授权数,利用克里金插值法、空间自相关方法分析了中国城市创新能力的空间分异特征;并运用地理加权回归(GWR)模型探讨了289个地级及以上城市创新能力影响因素的空间异质性,揭示主导因素的空间分异。结果表明:1)中国城市创新能力呈现由东南向西部递减的趋势,创新能力最强的城市主要集中在东南部沿海地区,而以西藏各市及青海、新疆部分城市为主的西部城市创新能力最弱,空间集聚性显著;创新能力高-高集聚的地区为京津冀、长三角、珠三角地区,低-低集聚的地区为西部及东北地区。2)影响因素方面,各自变量的显著性水平较好,显著区域占比由大到小依次为财政投入、人才要素、经济基础、经济外向度、金融环境、信息化水平,除财政投入对城市创新能力具有显著的正相关性之外,其他因素皆同时存在正负相关效应;各自变量指标回归系数区间范围较大,具有明显的空间分异特征。3)主导因素方面,东南部城市创新能力受经济基础影响较大,而东北以及西部城市受金融环境影响较大。中国城市创新能力影响因素存在空间分异,政府及相关部门在制定创新政策时需要考虑不同城市的特点,采取针对性措施,促进中国城市创新健康协调发展。

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    贵州夜郎湖表层水体地球化学昼夜变化及其影响因素
    王家录, 任娟, 王勇, 李维杰, 娄昭, 陈佳
    2020, 40 (2):  335-345.  doi: 10.13284/j.cnki.rddl.003214
    摘要 ( 101 )   HTML ( 5 )   PDF(2742KB) ( 17 )  

    为探究岩溶水库水文地球化学行为过程,对贵州普定夜郎湖表层水体进行了为期3 d的高分辨率昼夜监测。结果表明:1)多变的天气和水文条件叠加导致水体离子指标昼夜变化不显著,规律性较差。而水温、DO、pH值、SpC、SIc、pCO2等常规理化指标受水温变化和生物作用表现出明显的昼夜波动。2)利用亨利常数和主成分分析,得到温度变化、生物作用、人类活动、水库的蓄水与放水对夜郎湖水库水文地球化学特征变化的贡献率分别为21.66%、17.28%、14.08%和10.22%,说明作用于水库水文地球化学行为的因子具有多元性。3)δ 18O表现出与DO一致的波动趋势,即白天上升,晚上下降,反映在短时间尺度上,氢氧稳定同位素变化受控于生物过程(主要是呼吸作用过程);而对比水库水体和大气降水的d-excess(d值)发现,水库水体的d值(8.21‰)显著偏低于当地大气降水的d值(9.64‰),说明在长时间尺度上,主要受蒸发效应引起的不平衡分馏影响。

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    代表性人口空间分布数据集的精度评价——以2010年广东省为例
    林丹淳, 谭敏, 刘凯, 柳林, 朱远辉
    2020, 40 (2):  346-356.  doi: 10.13284/j.cnki.rddl.003220
    摘要 ( 117 )   HTML ( 5 )   PDF(2198KB) ( 26 )  

    以人口密度差异显著的广东省为研究区,比较Worldpop、GPW v4和2种中国公里网格人口分布数据集的空间分布一致性,并以第六次全国人口普查数据为真值,按人口密度分为高、中、低3组,从误差的数值分布和空间分布两方面定量评价4种数据集的精度,最后讨论估算误差的可能来源及数据适用性。结果表明,4种网格人口数据集中Worldpop整体精度最高,且在人口密集区的精度也是最高;GPW v4在低人口密度和中人口密度区域精度略高于Worldpop,但对镇街内人口分布细节刻画不够详细;2种中国公里网格人口分布数据集精度较前两者低,主要受空间化方法和模型变量的选择所限制。Worldpop适合用于人口密度中等及人口密度高区域的精细化研究,GPW v4适合用于长时序、最小研究单元大于镇街的研究,第一种中国公里网格人口分布数据集适合用于需要考虑镇街内人口分布和空间异质性的研究,第二种中国公里网格人口分布数据集适用于需要考虑人口分布细节和空间格局变化的长时序研究。

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    1960—2014年广东省干旱时空演变特征
    王水寒, 邱建秀, 王大刚
    2020, 40 (2):  357-366.  doi: 10.13284/j.cnki.rddl.003236
    摘要 ( 118 )   HTML ( 3 )   PDF(17635KB) ( 45 )  

    利用1960—2014年广东省24个气象站点的逐日降水资料,采用下次降水平均等待时间(Average Waiting Time for Precipitation, AWTP)计算得到的相当干期(Equivalent Dry Period, EDP)指数分析了广东省1960—2014年的干旱时空特性,重点分析其自21世纪以来的干旱时空演变趋势。结果表明:EDP指数能够较好地适用于本研究区。从空间分布上看,广东省干旱大致呈现自西向东、自北向南逐渐加重的空间分布格局,东南部沿海地区干旱程度较粤北和粤西地区更为严重。1960—2014年广东省干旱有明显的年代际的变化特征,且干旱程度存在显著的逐年加重趋势。此外,广东省存在典型的季节性干旱,秋旱和冬旱频发,其次是春旱;各季的干旱中心位置有所不同。21世纪以来广东省干旱的发生频率、强度和影响面积都远超20世纪后半叶。具体而言,进入21世纪,珠三角东部东源站和粤西云浮市罗定站的EDP值明显增高,成为广东省新的干旱中心。从季节性干旱的角度分析,21世纪以来,秋季与冬季的旱情加剧最为严重并向全省蔓延,秋、冬季EDP值在21世纪初期相对20世纪后半叶的增幅都为23%。春旱则是逐年缓慢加重,夏旱在1960—2014年较少,但进入21世纪后广东省夏旱也呈现频发的态势。

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