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自然资源遥感  2025, Vol. 37 Issue (4): 152-162    DOI: 10.6046/zrzyyg.2024125
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区域多尺度地面沉降时空变化特征分析
王琴1,2(), 宫辉力1,2(), 陈蓓蓓1,2, 周超凡1,2, 朱琳1,2
1.首都师范大学资源环境与旅游学院,北京 100048
2.地面沉降机理与防控教育部重点实验室,首都师范大学,北京 100048
Analysis of the spatiotemporal variation characteristics of regional multi-scale land subsidence
WANG Qin1,2(), GONG Huili1,2(), CHEN Beibei1,2, ZHOU Chaofan1,2, ZHU Lin1,2
1. School of Resources, Environment and Tourism, Capital Normal University, Beijing 100048, China
2. Key Laboratory of Land Subsidence Mechanism and Prevention, Ministry of Education, Capital Normal University, Beijing 100048, China
全文: PDF(8867 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 快速、不均匀的地面沉降对人类的生命和生产活动构成了严重威胁,了解地面沉降的时空演化规律对于精确的地质灾害防控至关重要。该文基于永久散射体合成孔径雷达干涉测量(persistent scatterer interferometric synthetic aperture Radar,PS-InSAR)技术获取山东省德州市的逐月地表形变信息,计算多尺度形变增量(subsidence vertical increment,SVI),并结合时间序列聚类分析、时空立方体、时空热点分析和时空异常值分析方法来探究德州市2017年7月—2021年12月多尺度SVI的时空分布特征。结果表明: 通过时空序列聚类,月尺度趋势聚类不明显,季节尺度和半年尺度聚类特征更显著,且半年尺度的沉降波动较大; 通过时空立方体模型呈现,月尺度的SVI连续性较差,沉降变化特征不明显,季节尺度和半年尺度沉降发生月份较为接近,呈现出每年3—8月沉降,9月—次年2月回弹的显著性规律; 对德州市54个月的半年尺度SVI时空热点分析可知,加强的沉降和连续的沉降主要发生在武城县、德城区的西北部,东南部的临邑县、禹城县和齐河县主要为振荡的沉降和振荡的回弹; 对多尺度SVI进行局部异常值分析可知,月尺度的沉降特征无明显规律,季度尺度和半年尺度的沉降情况相近,东部及东南部的临邑县、齐河县季节性沉降和与作物生长相关的半年尺度沉降均呈逐渐减弱,甚至回弹趋势,但半年尺度高-高聚类范围更广,回弹现象更显著。
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王琴
宫辉力
陈蓓蓓
周超凡
朱琳
关键词 地面沉降多尺度增量时空变化特征PS-InSAR    
Abstract

Rapid and uneven land subsidence severely threatens human life and production activities. Understanding the spatiotemporal evolutionary patterns of land subsidence is crucial for the precise prevention and control of geological disasters. Employing the persistent scatterer interferometric synthetic aperture Radar (PS-InSAR) technology, this study obtained the information of monthly surface deformation in Dezhou City to calculate the multi-scale subsidence vulnerability indices (SVI). Combining time series cluster analysis, space-time cube, spatiotemporal hot spot analysis, and spatiotemporal outlier analysis, this study explored the spatiotemporal distribution characteristics of multi-scale SVI in Dezhou City from July 2017 to December 2021. The time series cluster analysis reveals inconspicuous trend clustering on a monthly scale, and significant clustering characteristics on quarterly and semi-annual scales, with large subsidence fluctuations on a semi-annual scale. The space-time cube model presents poor continuity of SVI and subtle subsidence variations on a monthly scale. In contrast, the subsidence on quarterly and semi-annual scales exhibited relatively close occurrence time, showing a significant pattern of subsidence from March to August and rebound from September to February of the ensuing year. The spatiotemporal hot spot analysis of SVI in Dezhou City for 54 months shows that enhanced and continuous subsidences occurred primarily in the northwest of Wucheng County and Decheng District. Oscillatory subsidence and rebound occurred principally in Linyi, Yucheng, and Qihe counties in the southeast. The local outlier analysis of multi-scale SVI shows nonsignificant subsidence characteristics on a monthly scale but similar subsidence conditions on quarterly and semi-annual scales. Seasonal subsidence and semi-annual subsidence related to crop growth in Linyi and Qihe counties gradually weakened or even rebounded. Notably, the high-high clustering range on a semi-annual scale was broader, accompanied by a more significant rebound.

Key wordsland subsidence    multi-scale    increment    spatiotemporal variation characteristics    persistent scatterer interferometric synthetic aperture Radar (PS-InSAR)
收稿日期: 2024-04-07      出版日期: 2025-09-03
ZTFLH:  TP79  
  P237  
基金资助:国家自然科学基金重点项目“京津冀典型区地下空间演化与地面沉降响应机理研究”(41930109/D010702);国家自然科学基金面上项目“京津冀二元水循环与地面沉降耦合演化机理及沉降调控阈值研究”(42371081/D0104);“地下水位回升驱动下京津冀平原区差异性地面沉降响应机制”(42371089/D0104);国家自然科学基金青年项目“新水情背景下京津冀地面沉降中心差异性演化机理”(42201081/D0104);北京高校卓越青年科学家计划项目(BJJWZYJH01201910028032);北京市教育委员会科学研究计划项目(KM202210028010)
作者简介: 王 琴(1990-),女,博士研究生,主要研究方向为区域地面沉降。Email: wvivianq@126.com
引用本文:   
王琴, 宫辉力, 陈蓓蓓, 周超凡, 朱琳. 区域多尺度地面沉降时空变化特征分析[J]. 自然资源遥感, 2025, 37(4): 152-162.
WANG Qin, GONG Huili, CHEN Beibei, ZHOU Chaofan, ZHU Lin. Analysis of the spatiotemporal variation characteristics of regional multi-scale land subsidence. Remote Sensing for Natural Resources, 2025, 37(4): 152-162.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2024125      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2025/V37/I4/152
Fig.1  研究区概况(水文地质分区修改自文献[16])
Fig.2  形变测量精度评定分析图
Fig.3  地面沉降时空立方体建立过程
Fig.4  时空热点分析过程
类别 意义
分散的热点 (分散的回弹区) 孤立、不连续的热点
连续冷点 (连续沉降区) 冷点无间断,且在一个时间序列中,冷点占比>90%
分散的冷点 (分散的沉降区) 孤立、不连续的冷点
加强的冷点 (加强的沉降区) 冷点占比>90%,且聚集强度仍在递增
振荡的冷点(振荡的沉降区) 冷、热点间隔出现,且冷点占比<90%
振荡的热点(振荡的回弹区) 热、冷点间隔出现,且热点占比<90%
无显著特征 不属于上述任何一种趋势,无明显的沉降或回弹趋势
Tab.1  各沉降趋势分类的意义
Fig.5  SVI1,SVI3,SVI6不同聚类数目下的DB指数分布
Fig.6  SVI1,SVI3,SVI6聚类结果
Fig.7-1  各聚类区的SVI1,SVI3,SVI6统计
Fig.7-2  各聚类区的SVI1,SVI3,SVI6统计
Fig.8  SVI1,SVI3,SVI6的时空立方体
Fig.9  SVI1,SVI3,SVI6的时空热点分析结果
Fig.10  SVI1,SVI3,SVI6的局部异常值
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