基于混合像元分解的 MODIS 绿潮覆盖面积精细化提取方法研究

在绿潮遥感业务化监测中,250 m 分辨率的 MODIS 卫星数据是主要数据源,归一化差值植被指数（ND-VI）是绿潮卫星遥感信息提取的主要方法。研究发现,由于 MODIS 空间分辨率较低,存在大量的混合像元,导致提取的绿潮覆盖面积明显偏大。针对该问题,本文在 MODIS 绿潮 NDVI 计算的基础上,首先对大于 NDVI 阈值的像元进行混合像元分解,得到 MODIS NDVI 混合像元分解后的绿潮面积,然后以准同步的30 m 分辨率 HJ-1 CCD 影像提取的绿潮覆盖面积为真值,建立了 MODIS NDVI 混合像元分解得到的绿潮面积与 HJ-1提取的绿潮面积之间的关系模型,以实现绿潮面积的精细化提取。与传统的 NDVI 阈值法和混合像元分解法相比,该方法提取的绿潮覆盖面积更接近于“真值”,面积约为“真值”的96％,而传统的 NDVI 阈值法和混合像元分解方法提取的面积分别为“真值”的2．96倍和45％。另外,与传统的 NDVI 阈值法相比,新方法对 NDVI 阈值变化不敏感,在相同的 NDVI 阈值变化区间内,前者提取的绿潮覆盖面积变化了41％,而新方法的变化仅为11％。本文的工作在很大程度上解决了 MODIS 空间分辨率低导致的绿潮监测结果不准确的问题,为精细化的绿潮卫星遥感业务监测提供了参考。     

基于实测光谱混合像元分解的苹果园地遥感提取技术

以山东省栖霞市为研究区,对苹果花期的TM影像进行混合像元分解,提取苹果园地信息.基于实测地物光谱端元,利用小波变换对线性分解模型进行改进,采用实测端元改进后线性分解模型、实测端元线性分解模型、TM影像端元线性分解模型分别提取研究区苹果园地信息,并以ALOS数据进行精度评价.结果表明:经过精确的大气及地形校正后,可以利用实测光谱端元进行混合像元分解,面积精度＞97％,对丰度图像的归一化植被指数(NDVI)值与ALOS数据的平均NDVI值进行回归分析,R2＞0.8;利用小波变换对线性分解模型进行改进,可在一定程度上提高分解精度.     

空间分辨率对绿潮覆盖面积、密集度卫星遥感信息提取的影响

研究表明,多源卫星数据提取的绿潮信息存在较大差异,通常认为可能的主要原因是不同卫星遥感器的的空间分辨率、过境时间差、波段设置等各不相同,但对此仍缺乏深入的研究。本文采用波段设置和过境时间完全相同、仅空间分辨率不同的四景 MERIS 全、降分辨率（300 m 和1200 m）影像,利用统一的算法（NDVI）进行绿潮信息提取,量化了空间分辨率对绿潮覆盖面积、密集度（由斑块个数、聚合度表征）卫星遥感信息提取的影响。结果表明：空间分辨率对绿潮覆盖面积卫星遥感信息提取影响显著,全、降分辨率 MERIS 影像提取的绿潮覆盖面积最大相对偏差可达67％,遥感影像的空间分辨率对绿潮面积提取结果的影响既与绿潮 NDVI 探测阈值有关,还可能与绿潮发展阶段有关。绿潮密集度卫星遥感提取结果也受遥感影像空间分辨率的影响,全分辨率 MERIS 影像提取的绿潮斑块个数为降分辨率影像的7～21倍,绿潮聚合度较降分辨率影像高15％～25％。     

基于线性混合模型和NDVI阈值法的MODIS影像黄海浒苔监测

水体富营养化等原因,导致浒苔(Enteromorpha prolifera)灾害自2007年在中国黄海海域频发,成为黄海最严重的生态灾害。卫星遥感具有大范围监测、瞬时优势,成为浒苔灾害最重要的监测手段之一。中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)影像因其幅宽大、时间分辨率高、免费分发,成为浒苔业务化监测的主要数据源。由于空间分辨率(250 m)较低,混合像元的存在导致传统阈值法获取的浒苔面积误差较大。本文结合线性混合模型(linear mixing model,LMM)和归一化差值植被指数(normalized different vegetation index,NDVI)阈值法对250 m空间分辨率的MODIS影像进行浒苔面积提取。选择1个大区及其内部3个小区,以准同步5.8 m空间分辨率资源三号(ZY-3)卫星影像提取浒苔结果为准进行精度评价。发现NDVI阈值为0.04提取的浒苔像元对线性混合模型分解结果掩膜所得浒苔面积误差最小,大区及其3个小区的误差分别是7.86%、14.59%、-7.65%、-0.15%。应用本文提供方法可有效排除浒苔混合像元和非浒苔像元对浒苔面积信息提取的干扰,与阈值法相比大幅提高了反演精度,且在不同区域精度较稳定,可为浒苔生态灾害的处置决策和评估提供支撑。     

基于MODIS NDVI的东北虎分布区植被变化趋势

基于2000-2010年MODIS NDVI(分辨率250 m)生长季均值数据,采用普通线性回归方法,分析了东北虎分布区——俄罗斯远东和中国东北东部地区植被的变化趋势及其与人类活动的关系.结果表明:研究期间,归一化植被指数(NDVI)显著下降像元面积占当前东北虎分布区面积的比例为9.6％,NDVI显著上升像元所占面积比例仅0.5％;NDVI显著下降像元散布于整个研究区,NDVI显著上升像元则集中在俄罗斯远东的北部中间区域;东北虎分布区内NDVI显著下降像元的面积比例稍高于其在整个研究区域的面积比例.当前东北虎分布区内土地覆盖类型的变化以渐变形式为主.NDVI显著下降的像元主要分布在海拔低、坡度缓以及距公路和铁路较近的区域;NDVI显著下降的像元先随着与居民点最近距离的增加而增多,而后持续下降,NDVI显著下降与人类活动密切相关.采取有效措施减少人类活动的干扰,可遏制该地区植被退化,进而为东北虎保护和维护该区域丰富的生物多样性提供可持续的基础.     

干旱区荒漠稀疏植被覆盖度提取及尺度扩展效应

选择线性混合像元分解模型、亚像元模型、最大三波段梯度差法模型以及修正的三波段梯度差法的2个变异模型来提取植被覆盖度,结合地面实测数据,探讨了提取干旱区荒漠稀疏植被覆盖度信息的适宜模型,并以简单平均法模拟了不同尺度的覆盖度影像,通过尺度上推检验了模型在MODIS尺度上的反演效应.结果表明：线性混合像元分解模型反演覆盖度的精度高于其他模型,适于稀疏植被地区,但端元的正确选取较难,从而影响其运用;亚像元分解模型是一个通用模型,植被分类图越精细,通过亚像元分解模型得到的覆盖度精度越高,但这也同时意味着该模型需要测定大量的输入参数;最大三波段梯度差法的算法简单、易于操作,其在农田等中高植被覆盖区及裸土区的预测值与实测值接近,但对干旱区稀疏植被的估计精度偏低;修正后的三波段最大梯度差法模型在稀疏植被覆盖区的预测值与实测值基本一致,在不同尺度上反演的覆盖度信息与实测值的一致性较好.该方法可有效提取干旱区低覆盖度植被信息.     

黑河流域叶面积指数（LAI）空间尺度转换

为有机地整合利用不同分辨率遥感数据获取的陆面过程以及其他相关的环境变量,尺度问题越来越受到人们的重视.选取黑河张掖绿洲区为实验研究区,利用ETM 影像反演的LAI通过升尺度转换到900m分辨率,对LAI尺度转换过程中引起的误差进行了定量分析,尝试提出一种新的基于NDVI像元分解的更有效的升尺度转换方法.研究发现非线性的升尺度算法引起的误差不超过 10.5%,且误差大小与地表异质性程度正相关,而地表异质性是导致LAI尺度转化误差的主要原因,严重时可能造成 45%的偏差,但纯像元LAI的计算不受尺度影响.提出的基于NDVI像元分解的LAI升尺度转换算法,分两步考虑了地表异质性问题,很好的实现了研究区30m空间精度 LAI向900m的尺度转换,该方法应用于干旱、半干旱的中国西北黑河流域NASA 发布的MODIS LAI产品校正,取得了良好效果.     

基于MODIS混合像元分解的湖南省森林碳密度反演

随着遥感技术的快速发展,基于遥感影像和地面样地的方法成为目前森林碳密度估算的常用手段.然而由于混合像元的存在严重制约了区域森林碳密度反演精度的提高,特别是MODIS这种低空间分辨率影像.本研究以MODIS影像和固定样地为数据源,开展森林碳密度的反演研究.首先利用不带约束、带约束的线性分解和非线性分解3种方法进行混合像元分解,导出不同土地利用/覆盖类型的丰度图;然后采用结合和未结合丰度图的序列高斯协同模拟算法对湖南省森林碳密度进行反演.结果表明： 3种混合像元分解模型中,带约束线性分解估计的地物丰度精度最高（平均均方根误差0.002）,明显优于不带约束线性分解和非线性分解模型;通过将混合像元分解模型和序列高斯协同模拟算法结合,森林碳密度反演精度从74.1%提高到81.5%,均方根误差从7.26减小到5.18;2009年湖南省森林碳密度的平均值为30.06 t·hm^-2,变化范围介于0.00～67.35 t·hm^-2之间.这表明混合像元分解在提高区域和全球尺度森林碳密度反演精度方面显示出巨大的潜力.     

基于几何光学模型的毛竹林郁闭度无人机遥感定量反演

基于几何光学模型,探讨无人机遥感数据在毛竹林郁闭度定量反演中的应用,并分析了无约束和全约束两种混合像元分解对反演结果的影响.结果表明:利用无人机遥感数据与几何光学模型在一定程度上能够实现毛竹林郁闭度的估算,但不同混合像元分解方法反演精度差异较大;相对于无约束混合像元分解而言,全约束混合像元分解反演得到的郁闭度精度高,其反演郁闭度与野外实测数据的相关系数达显著水平,决定系数R2为0.63,且均方根误差也很小,为0.04左右,能够较真实地反映毛竹林的实际情况.     

基于气候分区与遥感技术的大兴安岭湿地信息提取

针对高山湿地遥感研究的复杂性,本文提出了一种基于气候分区、面向对象分层分割的高山湿地遥感提取方法。利用MODIS归一化植被指数(NDVI)时间序列及数字高程模型(DEM)数据,在气候分区的基础上采用面向对象分类方法,进行大兴安岭地区的湿地遥感提取,并分析了2001—2013年大兴安岭湿地的时空动态变化及成因。结果表明:基于MODIS影像综合特征的面向对象方法,比基于像元的最大似然法和Logistic模型法提取湿地信息的精度更高,面向对象方法提取大兴安岭湿地制图精度为82%,Kappa系数为0.74;2001年大兴安岭地区湿地面积为414.89×104hm~2,2013年湿地面积为340.39×104hm~2,13年间湿地面积总体呈减少趋势;不同地区湿地增减趋势不同,湿地增加区域主要分布在塔河县和呼玛县,是由于2013年降雨量高于2001年降雨量引起的,而湿地农田化导致分布在甘南县和龙江县的湿地减少。研究成果将为高山湿地时空动态信息提取提供技术支持。     

Relating rainfall and vegetation greenness to the biology of spur‐throated and Australian plague locusts

• 1 Rainfall and vegetation greenness are widely claimed to influence fat content and egg development in locusts. Body size, abdominal fat and egg length of spur‐throated Austracris guttulosa and Australian plague Chortoicetes terminifera locusts were related to the normalized difference vegetation index (NDVI; a greenness indicator) to test these assumptions and quantify biological responses.
• 2 Cumulative rainfall was highly correlated with NDVI values of an area (25 × 25 km) surrounding the trap to which locusts were attracted. Catches of locusts were greater in hotter periods preceding rain, associated with an increase in NDVI indicative of brown (0.298) versus green (0.465) vegetation.
• 3 Pre‐overwintering descendent A. guttulosa were larger and fattier than post‐overwintering antecedents. Egg maturation of antecedents occurred coincident with increasing NDVI. Higher abdominal fat in pre‐overwintering locusts was positively associated with higher NDVI.
• 4 Male C. terminifera of two descendent generations were larger than their antecedents but only pre‐overwintering locusts were significantly fattier than their predecessors. Only pre‐overwintering females were significantly larger than their predecessors and no generation was significantly fattier than any other. Fat content was negatively correlated with egg maturation and differed significantly with NDVI, although strong and consistent relationships were not obtained.
• 5 The findings suggest that locust–environment interactions are species‐ and habitat‐specific. If A. guttulosa hoppers develop during periods when regional NDVI exceeds 0.4, fatter adults will arise. The elucidation of relationships between greenness, fat and egg development in C. terminifera is unlikely using NDVI values from areas comprising mixtures of monocotyledonous and dicotyledonous vegetation.

     

城市绿色空间可达性与居民分布的空间匹配与影响因素

城市居民的绿色空间可达性是衡量城市基础设施公平分配的指向标,关乎城市民生福祉。以宁波为研究区,基于高德地图路径规划Application Programming Interface（API）测度了绿色空间可达性,融合多源数据模拟了人口空间分布,分析了绿色空间可达性与人口分布的空间匹配状态,并采用地理探测器探讨其影响因素。研究表明：①宁波绿色空间可达性由各区中心向郊区衰减,高可达性空间占比不高,反映了绿色服务供给不足的现状。高可达性空间集中于三江口、鄞州新城、北仑城区和镇海老城区,低可达性空间则主要分布在东部郊区、西部山区和南部农业区。②宁波居民的绿色空间可达性在空间上表现为市中心高人口密度—高可达性和郊区低人口密度—低可达性的空间匹配特征,在规模上仅不及半数的居民享有15min绿色空间可达性,在乡镇尺度上呈现显著的城区—郊区二元类型分异。③城市居民绿色空间可达性受多重影响因子驱动,按照重要性依次为区位特征、人类活动、开发强度、社会经济和地形条件。     

基于水环境承载力评价的产业选择——以扬州市北部沿湖地区为例

区域的产业发展与该区域的自然和社会经济因素密切相关,对于水网稠密地区,水环境承载力是影响产业结构和布局优化的重要自然因子之一。选择江苏省境内跨长江与淮河两大流域的典型水网密集区——扬州市北部沿湖(邵伯湖)地区为研究区,选取水网构成指数、水利设施调控指数和水质达标差距指数3个指标,评价研究区水环境承载能力,并探讨水环境承载力与不同产业结构的联系,为该地区产业结构布局和优化提供建议。结果表明研究区水环境承载力"高"、"较高"、"中等"、"较低"和"低"5个等级分别占研究区总面积的0.38%、21.74%、29.67%、13.65%和34.56%。根据研究区水环境承载力空间差异和水环境承载力与不同产业的联系,以选择生态涵养型产业为基本导向,以兼具开发适宜性和环境保护重要性为基本原则,提出应根据研究区水环境承载力水平不均衡的特点实施差别化的产业结构与布局方案,邵伯湖湖区及入湖河道下游等水环境承载力高和较高地区适宜发展特色水产与特色水禽的生态养殖业;沿湖、沿河及南部槐泗等水环境承载力中等地区适宜发展现代生态种植业及湖泊生态旅游业;河流中上游等水环境承载力低和较低地区适宜发展大宗农作物的种植。     

川渝地区NDVI动态特征及其对气候变化的响应

四川、重庆位于我国西南、长江上游地区,地形条件复杂,区内生态环境对气候变化较为敏感,作为我国现代农业发展区和长江中上游重要生态屏障,探究区域植被覆盖与气候变化之间的关系对该地区生态文明建设与农业可持续发展具有重要意义。基于归一化差值植被指数（NDVI）和气象数据（气温、降水）,采用Sen趋势分析、MK检验和偏相关分析法,以农业地貌分区视角分析1999-2018年川渝地区植被覆盖的时空变化特征,以及植被NDVI与气温和降水之间的时空响应。研究结果表明：（1）川渝地区及各农业地貌分区植被NDVI在近20年均呈显著上升趋势,增长速率为盆周山地区（0.0073/a）>四川盆地区（0.0063/a）>川西南山地区（0.0050/a）>川西高山高原区（0.0026/a）,整体年际变化率为0.0047/a。（2）川渝地区91.51%的NDVI像元值变化为正,空间上呈现出东高西低的总体分布格局,其中盆周山地区NDVI值最高为0.60,川西高山高原区NDVI值最低为0.44。（3）川渝地区整体上NDVI与气温和降水呈正相关,且气温（r=0.707,P<0.01）强于降水（r=0.535,P<0.05）,空间上植被NDVI与气温和降水呈显著正相关区域分别占39.31%、18.92%。（4）不同农业地貌区植被生长与气候变化的响应关系呈现出明显差异。在川西高山高原区NDVI与气温呈显著的正相关关系,但与降水的关系不明显,其中阿坝-若尔盖-红原等高平原地区及西北部石渠等丘状高原地区受气温的显著正效应驱动尤为明显;在四川盆地区和盆周山地区NDVI与气温和降水均呈正相关,特别是东北部平行岭谷及低山丘陵区受气温和降水的正效应影响显著。研究有助于进一步理解川渝地区植被与气候变化的响应机制,并为促进川渝地区生态建设及发展提供参考依据。     

生态效率视角下旅游业生态福利及驱动因素——以常州市为例

经济效益最大化与环境影响最小化是绿色旅游与可持续发展的内在诉求。本文立足于生态效率模型,创新性地提出旅游业生态福利指数,据此分析1995—2017年常州市旅游业生态福利变化趋势及驱动效应,旨在为评价旅游产业绿色可持续发展能力提供新视角。研究发现:(1)1995年来常州市生态足迹呈现先增长后下降趋势,但旅游业各部门生态足迹均不断增长,游客人均资源消耗约为本地居民人均资源消耗的2.81—9.37倍,面临艰巨的节能减排压力。(2)1995年来常州市本底生态效率与旅游生态效率逐年提升,分别增加了37033元/hm~2和44226元/hm~2;同等资源消耗下,旅游业平均每单位产出高14409元/hm~2,但游客年均消耗的自然资源却为本地居民的5.78倍。(3)1995—2007年间常州市旅游生态福利升降波动频繁,2007年来呈以直线式地骤降,受规模效益影响,旅游业的绿色生态福利和高效性不断弱化,为全市的资源节约量下降了10.7倍。(4)迪氏对数指标分解法(Logarithmic Mean Disivia Index, LMDI)揭示规模效应、经济效应对旅游福利水平变化起到显著地负向驱动效应,效率效应、技术效应起到正向拉动作用。未来,常州市旅游业应以绿色发展为导向,走出"无烟产业"误区,转变经济增长模式,大力倡导节能减排工作,走资源利用精细化、可持续发展道路,最大限度提升旅游业福利效应。     

基于MODIS NDVI的长江中游区域植被动态及与气候因子的关系

基于1999-2015年的MODIS NDVI时间序列遥感数据，应用趋势分析、变异系数、重标极差分析和偏相关分析等方法，分析了长江中游的植被时空变化特征及其与气象因子的关系。结果表明，长江中游地区NDVI均值总体上呈上升趋势（从0.72增加到0.80）。从空间分布来看，NDVI低值区域（0.1-0.5）占1.40%，高值区域（>0.7）占87.15%；NDVI空间格局呈"西高东低、北高南低"的分布特征，低值区域表现为以三省省会城市为中心向外辐射。Hurst指数显示，研究区大部分区域（60.54%）的NDVI变化趋势具有不确定性，持续性改善区域（34.78%）主要分布在西部山地区，持续性退化区域（3.26%）主要分布在人类活动频繁的较发达城市区域。在年际尺度上，研究区NDVI与各气象因子关系均不显著；月际尺度上，NDVI与降水、相对湿度和日照时数显著相关，降水和日照时数有明显的时滞性。区域内NDVI动态趋势以不确定性发展为主，城市群周边NDVI呈现持续退化的区域应该引起关注。     

中国和邻近地区杉科特有植物的核型及其进化水平的初步研究

中国和邻近地区杉科特有植物的核型类型,柳杉属、水松属、水杉属均为“1A”,杉木属、台湾杉属分别为“1B”和“2B”,它们的进化水平似依序递增并组成A-柳杉属——水松属——台湾杉属和L-水杉属——杉木属二条演化路线。该结果得到某些形态学性状和古植物学的支持,基本上适用于整个杉科。     

Analysis of spatial and temporal patterns of aboveground net primary productivity in the Eurasian steppe region from 1982 to 2013

To explore the importance of the Eurasian steppe region (EASR) in global carbon cycling, we analyzed the spatiotemporal dynamics of the aboveground net primary productivity (ANPP) of the entire EASR from 1982 to 2013. The ANPP in the EASR was estimated from the Integrated ANPP_NDVI model, which is an empirical model developed based on field‐observed ANPP and long‐term normalized difference vegetation index (NDVI) data. The optimal composite period of NDVI data was identified by considering spatial heterogeneities across the study area in the Integrated ANPP_NDVI model. EASR's ANPP had apparent zonal patterns along hydrothermal gradients, and the mean annual value was 43.78 g C m^?2 yr^?1, which was lower than the global grasslands average. Compared to other important natural grasslands, EASR's ANPP was lower than the North American, South American, and African grasslands. The total aboveground net primary productivity (TANPP) was found to be 378.97 Tg C yr^?1, which accounted for 8.18%–36.03% of the TANPP for all grasslands. In addition, EASR's TANPP was higher than that of the grasslands in North America, South America, and Africa. The EASR's TANPP increased in a fluctuating manner throughout the entire period of 1982–2013. The increasing trend was greater than that for North American and South American and was lower than that for African grasslands over the same period. The years 1995 and 2007 were two turning points at which trends in EASR's TANPP significantly changed. Our analysis demonstrated that the EASR has been playing a substantial and progressively more important role in global carbon sequestration. In addition, in the development of empirical NDVI‐based ANPP models, the early–middle growing season averaged NDVI, the middle–late growing season averaged NDVI and the annual maximum NDVI are recommended for use for semi‐humid regions, semi‐arid regions, and desert vegetation in semi‐arid regions, respectively.