复杂地形区植被覆盖度遥感精细估算方法——以青藏高原山地区为例

植被覆盖度(FVC)是刻画地表植被覆盖的重要参数,是生态监测的重要指标。遥感已成为区域尺度FVC估算的主要技术手段,但受限于地形所导致的太阳辐射变化及遥感像元内部较强的异质性和复杂性,复杂地形区的FVC遥感估算精度仍有很大提升空间。研究利用随机森林回归模型,发展了一种综合遥感地表反射率、地形特征和观测几何信息的复杂地形区FVC遥感精细估算方法(SRTVG)。选择青藏高原祁连山区、黄河源区和横断山区为测试区,利用Sentinel-2影像对新方法进行了应用,并利用基于无人机影像获取的FVC数据和现有FVC遥感产品对新方法进行了评估。加入地形特征与观测几何信息后,新方法估算FVC的R²为0.89,均方根误差(RMSE)为0.13;相较于未加入地形特征与观测几何信息,新方法估算FVC的RMSE降低了19.26%-28.02%;相较于已有的MultiVI FVC产品和GEOV3 FVC产品,新方法估算FVC的RMSE分别降低了40.91%和16.67%。新发展的SRTVG方法提高了复杂地形区的植被覆盖度遥感估算精度,丰富了植被覆盖度遥感估算的技术方法体系。     

基于植被信息季节变换的植被覆盖度变化——以福建省连江县为例

基于植被覆盖度的植被信息遥感变化检测已成为研究植被及其相关生态系统变化的主要途径,但由于云覆盖等天气条件的影响,很难获得不同年份同一季节覆盖整个研究区的光学遥感影像来进行植被变化检测,而采用季节差异的影像必然会影响植被变化检测的结果.为此,本研究利用中高分辨率遥感数据的空间分辨率优势和MODIS遥感数据的时间分辨率优势,基于二者关系的拟合,提出一种植被信息季节变换的方法,将不同季节影像的植被覆盖度变换到研究所需的季节上.结果表明: 将该方法应用到福建敖江流域连江片区发现,植被信息变换的效果较好,经过将覆盖研究区的2007年冬季和2013年春季的中高分辨率影像的植被信息统一变换到夏季后,2007年的植被覆盖度由66.5%上升到79.7%,2013年由58.6%上升到77.9%,有效消除了因季节差异而对植被覆盖度估算产生的误差,提高了结果的准确性.     

植被覆盖度的时间变化及其防风蚀效应

 在防治风蚀过程中过去人们只关注植被覆盖度的空间特性,但对其随时间变化的特性未引起足够的重视。该文着重强调了植被覆盖度随时间变化的特性,并对不同类型植物覆盖度的动态变化特征进行了研究。通过调查研究与理论分析,在土壤风蚀量与植被覆盖度及风蚀气候侵蚀因子三者之间建立了随时间变化的定量关系,并利用该公式计算和比较了不同类型植物防风治沙性能的动态差异、总植被覆盖度及相应的总土壤风蚀量的动态变化。结果表明在防风蚀的作用效应中灌木＞多年生牧草＞林木＞作物＞一年生牧草;总时空植被覆盖度与总土壤风蚀量呈“反相位”的动态变化;风蚀季节总植被覆盖度较低,介于0.11～0.14之间,低于20%的临界覆盖度,这也是该地区风蚀危害严重的一个重要原因所在。     

崩岗区不同植被覆盖度对土壤氮素含量的影响

不同植被覆盖度土壤氮素含量变化规律的研究可作为评价生态退化区植被恢复的指标之一。以福建省长汀县濯田镇黄泥坑崩岗群中三种不同植被覆盖度的毗邻崩岗为研究对象, 比较其氮素含量的变化及不同部位氮素含量的变化规律。结果表明: 植被覆盖度的提高能有效地减少土壤侵蚀, 且与土壤的全氮含量及各部位的全氮含量均达到显著正相关, 但同时也会增加硝态氮和铵态氮的流失, 从而导致土壤中硝态氮、铵态氮的含量反而减少。而这三种不同植被覆盖度崩岗的全氮含量最高值均出现在集水坡面部位。与裸露崩岗和低覆盖崩岗不同的是, 高覆盖崩岗的硝态氮与铵态氮的最大值也均出现在集水坡面部位。     

内蒙古不同类型草原光合植被覆盖度对降水变化的响应

植被是影响土壤侵蚀过程的重要因素。论文基于MODIS遥感数据和同期降水数据,用相关和回归分析方法从不同时间尺度揭示了内蒙古草甸草原、典型草原和荒漠草原2002—2016年光合植被覆盖度(Fractional Photosynthetic Vegetation,f_PV)的变化规律及其对降水变化的响应。结果表明:(1)2002—2016年间多年平均f_PV草甸草原为46.5%,典型草原和荒漠草原分别为36.3%和22.4%;草甸草原f_PV随时间变化呈不显著增长趋势(线性变化斜率为0.29%/a),典型草原和荒漠草原f_PV呈不显著下降趋势(线性变化斜率分别为-0.04%/a和-0.21%/a);相应时期年降水量随时间变化都呈现不显著波动上升趋势。(2)内蒙古草原的月植被覆盖度对月降水量存在明显的1—2个月滞后效应和显著的累积效应,且表现出草原类型越干旱,滞后效应越明显的特征;相比草甸草原和典型草原,荒漠草原植被对降水量变化更加敏感。(3)内蒙古3类草原年平均植被覆盖度对降水量的响应,均表现出年、季、月尺度上...     

基于气候的植被空间分布的数字模拟——以内蒙古为例

介绍了一种在GIS支持下,基于气候的植被空间分布的数字模拟方法。研究以内蒙古为例,结果表明,内蒙古植被的空间分布与气候存在明显的相关性。以气候因子为变量,对植被类型的判别较好,地带性植被、山地植被、沙地植被和低湿地植被的判对率分别为61.82%、64.44%、82.72%帮77.44%,数字模拟的结果较好,k值为0.50。对植被地带的判别和模拟的准确性明显提高,判对率达86.84%,k值为0.57,模拟结果属很好,判别和模拟的错误主要出现在因基质、地形、人类干扰等因素而产生的非地带性和次生、退化的植被中,该方法适于分析大尺度空间中植被地带与气候的关系。与传统的植被-气候研究方法相比,所使用的植被和气候因子数字图象具备空间和数值上的连续性,结果客观且可以重复、使用精准的专题数据如数字遥感信息,以及引入更多的专题数据如土壤、植被生产力、样地资料等,是提高判别和模拟准确性的有效途径。     

基于LSMM和改进的FCM提取城市植被覆盖度——以北京市海淀区为例

植被是城市生态系统的重要组成部分,及时获取植被覆盖信息对城市生态环境监测具有重要意义。利用中分辨率Landsat TM遥感数据,采用线性光谱分解模型(LSMM)开展城市植被覆盖度提取;同时,通过改进训练样本选择方式,在最小噪声变换(MNF)、像元纯净指数分析(PPI)、N维可视化分析基础上得到端元样本,再运用模糊C-均值(FCM)获取植被覆盖度;最后以高分辨率SPOT5遥感数据对两种方式的提取结果进行精度检验。结果显示,基于LSMM和改进的FCM提取的城市植被覆盖度与检验数据相关系数分别为0.8252和0.9381,后者可以较好地处理其他要素的非线性影响,因而具有较高精度。     

生物土壤结皮对照相法测量植被覆盖度结果的影响

植被覆盖度测度的准确性很大程度上影响着研究结论是否科学合理。在干旱半干旱退化草原区,尤其是受采矿剧烈扰动的矿区,发育的生物土壤结皮(Biological soil crust,BSC)由于其颜色和光谱同绿色植被具有相似性,导致对植被覆盖度的测量存在一定的影响。以伊敏露天矿区为研究区,在西排土场和内排土场采集了含苔藓结皮、地衣结皮和藻结皮的样方相片各四组(每组中包含样方喷水前和喷水后的相片各一张),并采集了一组不含结皮的样方相片作为对照组,运用数码照相法提取植被覆盖度,通过不同的数据处理方法(最大似然分类法及RGB阈值法)进行植被覆盖度提取,设立对比试验,分析BSC对于植被覆盖度测度是否有影响,其影响大小如何,影响程度是否受BSC含水量大小的影响,并对比各常规处理方法的优劣,研究能否通过结合纹理特征与色彩信息剔除BSC对植被覆盖度提取值的影响。研究结论:1)基于照相法的常规数据处理方法提取植被覆盖度时,BSC的存在导致测得的植被覆盖度值偏高,且苔藓结皮、地衣结皮吸水后比吸水前影响更显著,藻结皮相反;2)3个演替阶段的BSC中,尤以含苔藓结皮的样方植被覆盖度高估最为明显,其次为地衣,而含藻结皮样方规律不明显;3)样方内BSC覆盖度越高,植被覆盖度越低,其植被覆盖度测度越不准确,因此在研究草原矿区这类草本植物覆盖度较低、结皮发育的区域时,应当注意BSC的影响;4)试通过应用纹理信息提出改进的提取方法,发现单纯的纹理分类精度极低,而结合了纹理信息与RGB色彩信息的分类精度较高;5)对两种常规分类方法的精度进行比较,RGB阈值法较最大似然分类法更为不准确,对植被覆盖度的高估接近最大似然分类法的2倍。对两种改进的提取方法的精度进行比较,二者都可以有效提高测量精度,基于波段合成的纹理分类方法最佳。四种方法精度由高到低的顺序为:纹理结合RGB法考虑生物土壤结皮的最大似然分类法普通最大似然分类法RGB阈值法。     

高原河谷城镇化对植被覆盖度的影响

以典型的高原河谷城市——西宁市为例,定量分析了2000—2015年研究区景观格局及植被覆盖度的时空演变,揭示了高原河谷地区的城镇建设对植被覆盖度的干扰过程及生态环境质量的影响。结果表明:(1) 2000—2015年间,西宁市城镇面积增幅为25.99%,总体城镇化率为4.76%,各区县城镇化水平差异较大;(2)西宁市平均植被覆盖度呈增加趋势但不显著(P<0.57)。植被覆盖度以中高和高植被覆盖度为主,空间上呈现\"东西低—南北高\"的分布特征,退耕(牧)还林(草)区的植被覆盖度显著增加(P<0.01),说明生态恢复工程效果显著;(3)区县尺度上,城镇化速率与中高覆盖植被面积变化呈显著负相关(P<0.01),区县内生态质量有所下降,城镇发展程度和区位条件的差异是影响中高覆盖度植被变化的主要因素;(4)格网尺度上,建成区及其周边区域的低覆盖植被面积呈显著增加趋势(P<0.01),表明城镇内部区域生态质量有所改善。研究结果对保护和提高西宁市生态环境质量及合理推进城镇建设等方面具有重要意义。     

内蒙古草原植被覆盖度遥感估算

以内蒙古锡林浩特市南部中国科学院草原生态系统定位研究站周围的草场为研究对象, 分析比较了统计模型和亚像元分解模型进行草地植被覆盖度(vegetation coverage, VC)遥感估算的适用性。结果表明, 根据Landsat-5 TM影像数据计算的比值植被指数(simple ratio vegetation index, SR)与观测的VC的相关性最高(R² = 0.761); 统计模型和亚像元分解模型生成的VC空间分布特征相似, 但亚像元分解模型得到的VC平均值比统计模型的结果高0.091; 在VC的低值和高值区, 两种方法得到的VC结果相似; 但在VC的中值区, 亚像元模型得到的结果较统计模型的结果偏高。     

近10年来蒙古高原植被覆盖变化对气候的响应

基于东亚干旱半干旱地区内蒙古和蒙古国67个气象站的观测资料和SPOTVEGETATION归一化植被指数(NDVI)数据,借助线性趋势、MK趋势性检验、最大化合成法和相关分析等常用数理统计方法,研究了内蒙古和蒙古国地区的植被覆盖变化和气候变化及其响应关系。结果表明:①近49年内蒙古和蒙古国地区年均气温显著上升,降水变化不明显。年均气温在空间上呈现出南高北低的空间分布格局,降水量表现出由西向东递增趋势。②空间分布上,内蒙的植被覆盖状况好于蒙古国。时间变化上,该地区植被覆盖变化分为2个阶段,1998—2001年NDVI呈整体退化趋势,2002—2012年波动上升,其中2009—2012年连续3a上升。空间变化上,内蒙古境内植被退化的区域主要集中在锡林郭勒盟周边地区,蒙古国境内退化的区域分布在中西部地区。③蒙古国境内荒漠和草原植被NDVI与降水呈正相关关系,与气温呈负相关。而对于内蒙古而言荒漠和草原植被的NDVI也与降水呈正相关关系,森林植被与气温呈正相关。就政策层面:内蒙古区域近年来受国家重大生态政策退耕还林、退牧还草的影响,大部分东部和西部植被恢复较快。在今后如果增强两国的文化和政策交流学习,将会对未来的游牧民族文化的保留和发展提供契机。     

基于C值和>5℃积温的内蒙古自治区植被-气候分类

C值是崔启武(1981)提出的一个水热联系方程的参数,代表了一个地区的干湿状况。本研究根据150个气象站点资料,计算了内蒙古自治区1961—1990年30年平均C值和>5℃积温,并生成空间分布图。结合内蒙古自治区植被地带分布图,绘制了内蒙古10个植被地带的C值和>5℃积温的散点图,较好地表现了内蒙古各植被带与气候指标的关系,并确定了内蒙古各植被带的C值和>5℃积温的界限。根据确定的各个植被带的C值和>5℃积温的界限,模拟了内蒙古自治区植被带的空间分布。通过Kappa一致性检验结果表明,C值与>5℃积温结合可以较好地反映内蒙古植被地带的空间分布状况。作为一个综合气候指标,C值为模拟内蒙古植被带分布提供了重要信息。     

转基因抗虫棉根系分泌物对棉花黄萎病菌生长的影响

转基因抗虫棉的抗病性下降已成为制约我国棉花生产的重要因素之一.以转基因抗虫棉及其亲本非转基因棉花对照为材料,研究转基因抗虫棉根系分泌物对棉花黄萎病菌孢子萌发和菌丝生长的影响,并对其根系分泌物中氨基酸及糖类的组成和含量进行了测定.结果表明：与亲本非转基因棉相比,2种转基因抗虫棉对棉花黄萎病菌的抗性下降,转基因抗虫棉的根系分泌物对黄萎病菌孢子萌发和菌丝生长均具有促进作用.与亲本常规棉中23相比,转基因双价抗虫棉中41根系分泌物中多了甲硫氨酸和赖氨酸,并且天冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、酪氨酸的含量显著升高.泗棉三号与单价抗虫棉GK12的根系分泌物中虽然含有相同的氨基酸组分,但GK12的根系分泌物中酪氨酸、缬氨酸、亮氨酸的含量显著下降.中41根系分泌物中检测出4种糖类,而中23中仅检测出葡萄糖.抗虫棉GK12和泗棉三号根系分泌物中都检测出4种糖类,但其含量差异明显.     

地表植被景观对PM2.5浓度空间分布的影响研究

我国当前城市日益频发的雾霾问题引发公众广泛关注,PM_2.5被认为是雾霾的主要成因。研究认为,在某一区域短时间尺度上（如日）,PM_2.5浓度主要受气象条件影响。但在较长时间尺度上（如季,年）,由于气象条件基本相似,则PM_2.5浓度主要受土地利用特别是地表植被景观的影响。如何耦合地表植被景观格局与PM_2.5浓度信息,定量分析其影响是当前相关科学研究的一个难点,需要引入新思路。首先基于季节气象条件基本相似的科学假设,采用土地利用回归模型分四季高精度模拟PM_2.5浓度空间分布。其次,采用像元二分模型分四季估算研究区植被覆盖度。在此基础上采用随机抽样法通过统计回归模型耦合植被覆盖度与PM_2.5空间分布,定量研究植被覆盖度对PM_2.5分布影响及其尺度效应。研究结果表明:1)植被覆盖度与PM_2.5浓度在本研究选择的空间尺度上,都显著负相关,说明植被覆盖度对PM_2.5具有显著影响;同一个季节不同尺度上,以及不同季节同一尺度上的植被覆盖度对PM_2.5浓度的影响存在一定差异。2)植被覆盖度对PM_2.5浓度的影响方式比较复杂,不同的季节的表现方式不同,总体来说PM_2.5浓度与植被覆盖度曲线回归模型的拟合度高于线性回归模型,说明植被覆盖度对PM_2.5的影响具有非线性特征。3)不同的PM_2.5浓度水平下,植被覆盖度对PM_2.5浓度的影响程度存在差异。PM_2.5浓度越高,植被覆盖度对其浓度的影响越明显。本研究提出的区域尺度耦合地表植被覆盖与PM_2.5浓度的思路与方法,有效的揭示了植被覆盖度对PM_2.5浓度分布的影响方式与尺度效应,为通过优化城市植被缓解大气污染提供一定参考。     

内蒙古锡林郭勒草原植被的光谱反射特征与牧草产量相关性的分析

本文论述了内蒙古锡林郭勒草原植被的光谱反射特征;分析了各波段反射率与不同植被牧草产量的相关关系;利用6种比值植被指标和正交指标拟建立产草量的估算模式;并进行了精度检验;确认:比值指标G与ND以及二维正交指标(PVI)可以成功地用以估测牧场产草量;这种估测方法最大误差为10%左右。     

1982-2013年内蒙古地区植被物候对干旱变化的响应

气候变化引起的植被物候变化正在大幅度改变生态系统,研究植被物候对干旱的响应对保护内蒙古的生态系统具有重要意义。根据1：100万植被区划,把内蒙古划分为8个植被分区,利用多时间尺度气象标准化降水蒸散指数（SPEI）和NDVI3g时序数据所反演的物候指标,分析内蒙古植被物候的时空变化及其对干旱的响应规律。结果显示：1）在1982年至2013年间,内蒙古植被受到不同时间尺度下干旱的高度控制,尤其是时间尺度干旱的影响（SPEI-3）;2）对于整个研究区,生长季开始（SOS）呈提前趋势,生长季结束（EOS）呈延后趋势,生长季长度（LOS）呈延长趋势,像元比例分别为63.79%、59.77%和62.83%;3）内蒙古除荒漠植被类型地区外,同年春季和夏季初期干旱对SOS均具有延迟作用,同年秋季干旱对EOS均具有延迟作用 ;4） 不同植被类型对干旱强度指数的响应程度存在差异,响应程度集中在-10d/0.1-10d/0.1（例如,1d/0.1表示干旱强度指数每增大0.1,会导致物候指数延迟1 d,而-1d/0.1表示干旱强度指数每增大0.1,会导致物候指数提前1 d）。     

基于地形因素的新疆荒漠植被-气候模型应用研究

本研究在新疆荒漠植被型分类的基础上,用植被与气候Holdridge生命带模型进行荒漠植被型的模拟,并用Kappa检验系数进行结果检验,模拟结果很差(0.19),将地形作为模拟模型具体考虑的一个因素,对重新分类的气候区进行二次植被模拟。二次模拟结果Kappa检验系数平均值为0.45,二次模拟整体荒漠植被型模拟结果的Kappa检验系数为0.64,极大地提高了模型模拟的准确度。模型模拟准确度的提高在于将影响新疆水分分配的地形因素作为改进Holdridge生命带模型的参数,该参数的引入为提高Holdridge生命带模型的准确度提供了新的思路,也为较准确地模拟新疆地区的植被提供了新途径。