基于土壤异质背景的玉米秸秆覆盖度遥感反演

玉米秸秆覆盖还田是东北平原当前大力推广的一种保护性耕作方式。区域作物秸秆覆盖度(CRC)的遥感估算可大范围快速获取耕地秸秆覆盖还田信息,对于政府监测和推广秸秆覆盖还田工作有重要作用。本研究以吉林省梨树县为研究区,基于Sentinel-2A卫星影像,选取归一化耕作指数(NDTI)、归一化秸秆指数(NDRI)、简单耕作指数(STI)和归一化差值指数(NDI7)4种光谱指数,建立光谱指数与玉米秸秆覆盖度的线性回归模型,进行秸秆覆盖度反演。结果表明: 研究区土壤背景空间异质性较强,对光谱指数回归模型影响显著,采用土壤质地分类(分区)分别建立回归模型的方法可提高反演精度。土壤背景空间异质性会增大模型估算误差;4种光谱指数与玉米秸秆覆盖度均有较强相关性,其中,NDTI和STI模型表现更好;基于NDTI和STI的分区线性回归模型验证R²为0.84、RMSE为13.3%,优于不分区的模型(R²为0.75,RMSE为16.5%),有效提升了反演精度。     

利用机载激光雷达技术估测东北林区典型针叶林的蓄积量

为了推广激光雷达技术在森林蓄积量估测计量方面的应用,本研究以东北林区云冷杉林、落叶松林、红松林和樟子松林4种典型针叶林为对象,基于机载激光雷达获取的点云数据提取特征变量,结合800块地面样地数据,采用逐步回归方法和偏最小二乘方法,建立4种针叶林的蓄积量模型。结果表明: 偏最小二乘法建立的模型精度优于逐步回归方法(ΔR²=0.05～0.15,ΔRRMSE=2.6%～4.2%);在参与建模的3类点云特征变量中,贡献最大的是点云高度变量(被选择26次),其他变量有一定的辅助作用(分别被选择12次和11次);使用偏最小二乘方法建立的林分蓄积量模型中,红松林(R²=0.79,RMSE=60.92,RRMSE=22.9%)和落叶松林(R²=0.76,RMSE=28.39,RRMSE=25.8%)的精度最高,云冷杉林(R²=0.81,RMSE=46.96,RRMSE=27.7%)次之,樟子松林(R²=0.50,RMSE=55.49,RRMSE=30.4%)的精度稍低。研究结果为东北林区4种典型针叶林蓄积量估测提供了一种有效的方法。     

不同气候区生态系统服务权衡空间异质性及其驱动因素——以川滇-黄土高原生态屏障带为例

厘清生态系统服务权衡关系的驱动因素对实现生态系统高效管理至关重要。然而,在不同气候区生态系统服务权衡关系在空间上如何变化及其驱动机制是否一致,尚不清楚。以川滇-黄土高原生态屏障带为例,基于InVEST模型、CASA模型评估生态系统服务空间分布特征,采用RMSE量化生态系统服务权衡关系,利用地理探测器探究不同气候区生态系统服务权衡的驱动机制,以期为生态系统管理提供参考依据。结果如下：(1)不同生态系统服务在不同气候区存在明显差异,WY整体由东北向西南呈递减趋势,NPP和SC呈现由北向南递减的趋势。(2)WY∩NPP的权衡最高值在中温带为0.317,最低值在高原气候区为0.181。WY∩SC在不同气候区RMSE变化幅度较小,由南向北呈现递减趋势;中亚热带气候区WY∩SC的权衡程度最高,为0.295,南温带的权衡程度最低,为0.229。NPP∩SC的RMSE差值最小,仅有0.064,高原气候区权衡程度略低于温带和亚热带。(3)在不同气候区自然因素对权衡关系作用显著高于社会因素,但在人口密集区,人为活动可以部分突破自然因素的约束,使其对权衡的影响有所提升。因此,在制定不同气候区生态系统服务管理...     

无人机高光谱联合LiDAR估测林分与单木尺度叶绿素含量

叶绿素是表征植被健康状况的重要指标,它的准确估计对森林碳汇评价研究至关重要。本研究通过无人机高光谱数据联合激光雷达点云估计针叶林、阔叶林和针阔混交林林分与单木水平的叶绿素含量,提升叶绿素无损估测精度,全面分析不同尺度叶绿素含量空间分布规律。在无人机高光谱数据与激光雷达点云融合的基础上,结合地面样地实测数据,通过相关性分析筛选与叶绿素含量相关的36个光谱特征变量,采用统计模型多元逐步回归、BP神经网络、萤火虫算法优化的BP神经网络、随机森林和混合数据驱动的机理模型PROSPECT模型构建多个叶绿素估算模型,选取最优模型估算森林叶绿素含量,分析其在林分和单木尺度上水平方向与垂直方向的空间分布规律。结果表明：在统计模型中,随机森林(R²=0.59～0.64,RMSE=3.79～5.83μg·cm^-2)优于多元逐步回归、BP神经网络和萤火虫算法优化的BP神经网络构建的模型;机理模型验证精度最高(R²=0.97,RMSE=3.40μg·cm^-2)。不同林分类型叶绿素的含量存在较大差异,阔叶林叶绿素含量为25....     

基于SWCI-NDVI特征空间的县域耕地地力遥感反演

利用遥感反演县域耕地地力状况,快速、准确、高效地实现耕地定级,是区域耕地资源利用与管理的客观需求。本研究以东平县为研究区,利用Landsat-TM卫星影像和耕地地力评价资料,构建以地表含水量指数(SWCI)、归一化植被指数(NDVI)为特征参量的水分植被地力指数(MVFI),进而优选得到最佳反演模型,并在县域空间上进行推广应用和精度验证。结果表明: MVFI与耕地地力综合指数(IFI)的相关系数为-0.753,能综合反映小麦长势、土壤墒情和地力水平,具有明确的生物物理意义;最佳反演模型为二次模型,反演精度较高;模型适用于县域耕地地力的反演,反演结果与地力评价结果的空间分布规律和均匀程度相似,高、中、低等级耕地的面积差均低于2.9%。本研究提出的基于特征空间理论的耕地地力遥感反演方法,可有效提高县域耕地地力的评价效率和预测精度。     

基于多源遥感数据协同的滇西北森林郁闭度估测

森林郁闭度(FCC)是评价森林资源和生物多样性的重要参数,利用多源遥感协同手段以较小成本高精度实现区域FCC反演是当前研究热点。本研究以星载激光雷达ICESat-2/ATLAS为主要信息源,结合54块实测样地数据,采用贝叶斯优化(BO)算法改进后的随机森林(RF)、K-最近邻值法(KNN)、梯度回归(GBRT)模型获取光斑尺度ATLAS光斑内FCC,协同多源遥感影像Sentinel-1/2及地形因子基于BO算法优化后的全连接深度神经网络模型(DNN)进行区域尺度的滇西北香格里拉市FCC遥感估测。结果表明：在提取的50个ATLAS激光雷达光斑参数指标中,经RF特征变量优选后,6个特征参数(乔木冠层百分比、冠层顶光子相对高度的标准差、冠层高度最小值、区段内98%冠层高度值与冠层高度中位数的差值、冠层顶部光子数、表观反射率)贡献率较大,可作为光斑尺度遥感估测模型变量。在BO-RF、BO-KNN、BO-GBRT模型中,以BO-GBRT模型估测的FCC结果最优,留一交叉验证的决定系数(R²)为0.65、均方根误差(RMSE)为0.10、绝对残差均值(RS)为0.079,预测...     

祁连山南坡表层土壤有机质含量反演

文章采用对数函数模型, 借助有机质含量的实测数据, 结合MODIS遥感影像, 反演祁连山南坡表层土壤有机质含量, 揭示其空间分布特征, 进一步为祁连山生态环境保护与土壤质量评价提供可靠的依据。结果表明: (1)MODIS遥感影像可见光波段为表层土壤有机质的敏感波段, 且该波段与表层土壤有机质含量具有良好的负相关关系; (2)土壤有机质含量呈现西北低东南高的空间分布特征; (3)土壤有机质含量的空间异质性与植被的空间异质性一致。     

基于无人机的冬小麦拔节期表层土壤有机质含量遥感反演

快速监测大面积分布的盐渍化麦田土壤有机质含量,可为推进盐渍土改良和促进碳循环研究提供数据支撑。通过野外采样与获取无人机遥感影像,分别基于裸土和植被情况,采用多元线性回归(MLR)、偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机回归(SVR)3种方法,建立区域有机质含量遥感模型,并进行检验和对比,确定最优的土壤有机质含量反演模型;最后基于最优模型进行研究区表层土壤有机质的反演,并与插值结果进行比较。结果表明: 经5×5的中值滤波处理后的光谱与土壤表层有机质对应最优;3种模型中,SVR模型的预测精度最高,PLSR次之,MLR效果最差。对比两种变量的建模效果,基于植被的SVR建模效果最好,其建模决定系数(R²)、均方根误差(RMSE)分别为0.89、0.20,验证R²、RMSE分别为0.82、0.24;基于裸土的建模效果不理想,最优的也是SVR模型,其建模R²、RMSE分别为0.63、0.26,验证R²、RMSE分别为0.61、0.25。根据最优模型反演得到该区域有机质含量为17.51～22.53 g·kg^-1,平均值为19.51 g·kg^-1,与实地调查结果较为一致;插值结果与反演结果相比,精度受到限制。综上,基于无人机多光谱可以对盐渍土冬小麦拔节期土壤有机质含量进行快速、大范围精准估测。     

4-Scale几何光学模型冠层反射率模拟的空间尺度适用性

明确4-Scale模型模拟森林冠层反射率适用的空间尺度,有助于提高其应用于不同植被类型冠层反射率模拟时的精度,进而提升其开展叶面积指数、郁闭度和其他参数的反演精度。以黑龙江省尚志市帽儿山实验林场2块100 m×100 m森林样地(阔叶林与混交林各一块)为研究对象,分别分割为10、20、30、40和50 m空间尺度,使用4-Scale模型模拟森林冠层反射率,采用局部平均法、最邻近法、双线性内插法和立方卷积法对空间分辨率为10 m的Sentinel-2影像升尺度转换至其他尺度并评价,对比分析模拟冠层反射率和遥感像元反射率,明确混交林和阔叶林适合4-Scale模型高精度反演参数的空间尺度。结果表明：4-Scale模型整体低估了像元森林冠层反射率,混交林和阔叶林冠层反射率在20 m尺度的模拟效果均最差,红光波段和近红外波段的均方根误差(RMSE)和平均绝对偏差(MAE)均较大;>20 m尺度的模拟效果开始变好,混交林40 m、阔叶林30 m时模型的适用性最佳,红光波段和近红外波段下,模拟值与遥感像元反射率之差的均值和标准差最小,RMSE和MAE同样最小;10 m尺度混交林和阔叶林模拟结果...     

协同ICESat/GLAS和MISR数据估算小兴安岭地区森林地上生物量

大光斑激光雷达ICESat/GLAS波形数据包含大量的地物垂直结构信息,如森林垂直断面、地形等。这些信息与森林地上生物量具有很强的相关性。本研究在雷达波形数据处理的基础上,提取波形参数,分别用线性逐步回归模型和Erf-BP神经网络模型建立波形参数与森林地上生物量的关系式。使用Erf-BP神经网络模型计算研究区域内GLAS光斑点的生物量,协同多角度光学遥感数据MISR应用随机森林机器学习方法构建从点到面的空间尺度生物量扩展模型,最后用样地数据对模型反演的生物量结果进行检验。研究结果表明Erf-BP神经网络模型预测能力(P=0.965,RMSE=3.81 t·ha-1)优于线性逐步回归模型(P=0.86,RMSE=4.54 t·ha-1);空间尺度扩展模型预测精度P=0.81,RMSE=2.39 t·ha-1,反演的森林地上生物量估计值范围在0~144.4 t·ha-1,平均地上生物量估计值为59.28 t·ha-1,用样地数据检验模型的反演结果(R2=0.72,RMSE=8.98 t·ha-1),估计值与实际值较为接近。研究实现使用少量实测数据获取大尺度、高精度森林地上生物量的目的,为森林资源调查、生态研究及碳循环研究提供基础。     

深圳市大气污染时空分布及其与景观格局的关系

气溶胶和臭氧是我国大部分地区的两种主要大气污染物,对城市生态环境和人类身体健康影响严重。以深圳市为研究区,利用大气监测站点提供的监测数据和普通kriging空间插值法,从年、季、月尺度上开展近5年（2015-2019）深圳全市PM_2.5和臭氧的时空分布研究,通过皮尔逊分析和显著性检验从月尺度上分析土地覆盖类型及其景观格局对大气污染的影响。结果表明：（1）近5年内深圳市PM_2.5浓度总体呈现下降趋势,臭氧浓度则先降后升,二者季节性和月度差异显著。（2）PM_2.5和臭氧在年、季、月尺度上空间差异明显,全市PM_2.5浓度整体为西北高、东南低;臭氧浓度西北、东南较高,其余区域相对较低。（3）植被占比的增多对PM_2.5浓度有明显的抑制和调控作用,植被斑块间距离越近,对PM_2.5浓度的调控作用越明显;水体占比的增高会导致臭氧浓度增高和变化幅度增大。研究结果可为城市大气污染防治和景观格局规划管理提供参考。     

青藏高原生态气候因子的空间格局

基于1966—2005年间青藏高原及其周边113个气象站的观测资料,对研究区最热月均温、最冷月均温、≥10 ℃日数、潜在蒸散、年降水量和干燥度指数的空间格局进行了分析.结果表明：青藏高原最热月均温在7 ℃～20 ℃,由东部周边地区向中部呈逐渐减小趋势;最冷月均温在-18.4 ℃～8 ℃,由南向北逐渐减小;青藏高原≥10 ℃日数由东部周边向中部地区逐渐减小,研究区东南部的≥10 ℃日数最大（150 d以上）,中部地区最少（<50 d）;研究区年均降水量由东南部向西北地区呈减少趋势;青藏高原的潜在蒸散（由Thornthwaite模型计算）由东南向西北逐渐减小,大部分地区在330～750 mm;青藏高原干旱地区所占比例较大,主要位于研究区西北部,湿润地区面积小,主要位于东部和东南部.青藏高原的植被分布与其生态气候限制因子有较好的一致性,生态气候因子可较好地刻画植被分布状况.     

基于作物需水与自然降水适配度的湖南省防旱避灾种植制度优化

季节性干旱对湖南省农业生产造成很大影响,明确防旱避灾种植制度,可为指导当地农业生产提供科学依据。基于湖南省代表站点1981-2007年的气候数据和作物生育期资料,依据干燥度和地形地势特点,划分不同类型区,并在各区域内选取代表站点和代表性种植制度,采用FAO推荐的分段单值平均作物系数法订正了作物系数。比较了主要种植制度的作物需水与自然降水适配度及作物需水与自然降水适配度保证指数,确定了湖南省基于自然降水的防旱避灾种植制度。研究结果表明:各区域基于自然降水资源的防旱避灾种植制度分别为:(1)湘中偏北湿润中低海拔地形复杂区和湘东北半湿润中低海拔山地丘陵区为麦-稻和薯-稻种植模式;(2)湘北半湿润低海拔平原区为油-棉、油-稻和豆-稻种植模式;(3)湘东偏北半干旱低海拔平原与盆地丘陵过渡区为油-苕、油-棉和油-稻种植模式;(4)湘东南较干旱中低海拔丘陵区为油-稻、麦-稻和薯-稻种植模式;(5)中南部较干旱中低海拔盆地区为油-稻和油-棉种植模式;(6)湘西北较湿润中高海拔中山低山区为薯-稻和油-苕种植模式;(7)湘西南较湿润中高海拔丘陵区为油-苕、油-稻、麦-稻和薯-稻种植模式;(8)湘西干旱高海拔山地丘陵区为油-苕和油-棉种植模式。     

Storage,patterns and environmental controls of soil organic carbon in China

Based on the data from China’s second national soil survey and field observations in northwest China, we estimated soil organic carbon (SOC) storage in China and investigated its spatial and vertical distribution. China’s SOC storage in a depth of 1 meter was estimated as 69.1 Pg (10¹⁵ g), with an average density of 7.8 kg m⁻². About 48% of the storage was concentrated in the top 30 cm. The SOC density decreased from the southeast to the northwest, and increased from arid to semi-humid zone in northern China and from tropical to cold-temperate zone in the eastern part of the country. The vertical distribution of SOC differed in various climatic zones and biomes; SOC distributed deeper in arid climate and water-limited biomes than in humid climate. An analysis of general linear model suggested that climate, vegetation, and soil texture significantly influenced spatial pattern of SOC, explaining 78.2% of the total variance, and that climate and vegetation interpreted 78.9% of the total variance in the vertical SOC distribution.     

中国北方气候干湿变化及干旱演变特征

利用中国北方15个省(区、市)320个气象站1960—2014年逐月降水量资料,运用标准化降水指数(SPI)、标准差和相关分析等方法,基于不同时间尺度,对近55年来中国北方及不同干湿区气候干湿时空变化特征进行分析,并从干旱站次比、干旱强度等方面分析了年际干旱的时空变化特征。结果表明:(1)1960—2014年中国北方地区整体呈变干趋势,年际干旱站次比和干旱强度在同步波动中均呈下降趋势。(2)1960—2014年北方地区春季和冬季呈湿润化趋势,冬季湿润化趋势最明显,夏季和秋季呈干旱化趋势,夏季干旱化趋势最显著,夏季降水对年干湿状况的变化起决定性作用。(3)湿润区和半湿润区有干旱化趋势,而干旱区和半干旱区均呈湿润化趋势发展;湿润区和半湿润区年际干旱站次比、干旱强度呈上升趋势,而干旱区和半干旱区则相反。(4)中国北方东部季风区的湿润区和半湿润区以及处于季风区和非季风区分界线两侧的半湿润区和半干旱区气候干湿变化均呈显著同步波动变化趋势,而中国北方东部季风区的湿润区和半湿润区与中国北方西部非季风区的干旱区气候干湿变化呈显著反向波动变化趋势,夏季具有同样的规律,而冬季和春季四大干湿区干湿变化具有较好的同步一致性。     

中国典型植被类型NDVI动态变化与气温、降水变化的敏感性分析

 利用1983～1992年覆盖全国范围的、多时相的、NOAA／AVHRR的NDVI数字影像,结合我国160个基本标准气象站逐月的气温、降水资料,对10年来中国主要植被类型的遥感特征参数NDVI的动态变化与同期气温、降水变化的关系进行了分析。结果显示：就全国而言,从北到南,NDVI的变化与气候条件变化的相关系数逐渐降低;从东南到西北,NDVI的变化与气候条件变化的相关系数逐渐增加。     

中国典型植被类型NDVI动态变化与气温、降水变化的敏感性分析

利用 198 3～ 1992年覆盖全国范围的、多时相的、NOAA/AVHRR的 NDVI数字影像 ,结合我国 16 0个基本标准气象站逐月的气温、降水资料 ,对 10年来中国主要植被类型的遥感特征参数 NDVI的动态变化与同期气温、降水变化的关系进行了分析。结果显示 :就全国而言 ,从北到南 ,NDVI的变化与气候条件变化的相关系数逐渐降低 ;从东南到西北 ,NDVI的变化与气候条件变化的相关系数逐渐增加。     

青藏高原高山植被的初步研究

青藏高原是我国高山植被类型最丰富、独特和分布最广泛的区域,发育有大面积的高山灌丛、高寒草甸、高寒草原,高寒荒漠、高山流石坡稀疏植被及零散分布的高山垫状植被。它们占据着森林上线至永久雪线之间的高山带和广阔的高原面,从高原东南部至西北部有水平方向的地域分异。联系高山带以下各垂直带的植被特征及各地的气候条件分析,初步认为高原东南部的山地植被垂直带谱属于湿润型山地垂直带结构类型,高原腹地及西北部的山地植被垂直带谱属于干旱型山地垂直带结构类型。此外,还对青藏高原高山植被类型的丰富性及高山垫状植被的生态地理分布特点进行了初步探讨。     

河西走廊植被净初级生产力时空变化及其影响因子研究

干旱半干旱区植被NPP变化对全球碳循环有重要影响,该区域NPP对气候变化的响应表现出较大的时空异质性,其驱动机制并不十分清楚。选择中国河西走廊,利用随机森林算法估算了2002-2018年的NPP,基于偏导数法计算了气候与人类活动对NPP的影响。结果表明：（1）随机森林算法能较好的适用于干旱半干旱区NPP估算。（2）2002-2018年间河西走廊年NPP的平均值为153.32 gC m^-2 a^-1,总量为37.468 Tg C/a,呈东南向西北递减的分布特征,研究期间NPP呈2.37 gC m^-2 a^-1（P=0.09）增长趋势。（3）河西走廊NPP变化52.51%由气候因子贡献,47.49%由人类活动贡献。（4）在气候变化对NPP的影响中,降水主导了该区72.21%的区域,温度对NPP变化量的贡献占73.71%,前者影响着NPP变化格局,后者主导NPP变化数量。升温和增湿均有利于该区NPP增加,随着西北地区气候暖湿化,河西走廊植被会持续改善,该研究有助于理解干旱半干旱区NPP对气候变化的响应机制,为适应气候变化政策制定提供理论依据。     

Does interference competition explain why White Terns of Aride Island,Seychelles, breed predominantly when marine productivity is lower?

White Terns Gygis alba breed throughout the year on Aride Island but show a marked preference to nest during the northwest monsoon (November–March), when interspecific competition and also marine productivity are considered to be lower. In this study we investigated and compared breeding and foraging parameters of White Terns between the northwest and southeast (May–September) monsoons to assess whether interspecific competition affected foraging activity and explained the timing of breeding of White Terns. Goatfish (Mullidae) dominated the diet of White Terns and no significant differences were found in diet composition between the northwest and southeast monsoons. Similar diets and patterns of food provisioning of White Terns between the two monsoons do not support the hypothesis of strong exploitation competition during the southeast monsoon. On the other hand, foraging behaviour and frequency of capture attempts of White Terns differed between the two monsoons. The percentages of multi‐species flocks with White Terns and of large flocks with more than 25 noddies Anous and terns Onychoprion were significantly higher during the southeast monsoon. Moreover, capture attempt frequencies of White Terns foraging in multi‐species flocks were lower than those of solitary individuals, and both solitary and flocking White Terns had significantly lower capture attempt frequencies during the southeast monsoon in comparison with the northwest monsoon. These results suggest that interference competition depresses foraging activity of flock‐foraging White Terns, particularly during the southeast monsoon, which could potentially explain why White Terns breed preferentially during the northwest monsoon. However, and despite avoiding interference competition, White Terns nesting during the northwest monsoon did not show higher breeding success than those nesting during the southeast monsoon. Other hypotheses that might explain the preference of White Terns for breeding during the northwest monsoon, such as avoidance of agonistic interactions with Lesser Noddies Anous tenuirostris at nest sites, should also be investigated.