青藏高原草地承载力空间演变特征及其预警

为研究青藏高原草地承载力的空间演变特征并对其进行预警，以已有的青藏高原净初级生产力数据为基础，核算了该地区的草地理论载畜量及演变趋势，并结合县域实际存栏量，划定了草地承载力的预警等级。结果表明：（1）青藏高原草地承载力整体呈东高西低的格局，其中高寒草原和高寒草甸是该地区草地承载力的主要组成部分；（2）2000-2015年，青藏高原理论载畜量由8614.89万羊单位增至9451.53万羊单位；（3）青藏高原整体处于超载状态，2000-2010年超载状况加剧，至2015年超载状况稍有缓解，草畜平衡指数由67.88%增至79.90%，再降至67.91%。目前亟需优先控制72个红色预警县（超载状态正在加剧）的牲畜存栏量，避免超载状况进一步恶化。未来需要通过控制牲畜存栏量、调整畜牧区发展布局和提高草地生产力等多项措施的结合来改善青藏高原地区的草地承载状况，维持草地生态系统的可持续发展。     

基于遥感技术的全国生态系统分类体系

随着遥感技术的发展,以遥感数据作为生态系统监测与评价的基础已成为宏观生态学研究的重要手段。遥感数据要求每一数据集都要有相应的地物分类体系与之匹配,这也造成不同遥感数据及分类体系之间相互独立。虽然体系间多有联系和相似之处,但不同数据集的分类体系难以直接使用或替换,制约了多元数据在生态系统评价中的使用效果。为尝试解决这一问题,提高多源遥感数据的使用效率,提出了一套基于中分辨率遥感数据的生态系统分类体系。这套体系共有9个一级类、21个二级类、46个三级类,该体系主要依据类别内生态系统特征的相似性,并考虑了气候、地形等因素。最后以海南岛、内蒙古和甘肃3个省为例,探讨了以遥感数据为基础的区域生态系统构成分析方法与应用效果。研究表明,该分类体系有较好的生态学依据,可以支持更加深入的生态系统评估。但分类体系中还存在遥感数据与生态因子数据尺度不匹配、不能满足小尺度研究中对三级类进一步细分的要求以及当前数据质量和模拟技术不足以完全支持植被覆盖率反演精度要求等问题。     

基于中高分辨率遥感的植被覆盖度时相变换方法

植被覆盖度是衡量地表植被状况、指示生态环境变化的一个重要指标,也是许多学科的重要参数。传统的测量方法难以获取时间连续的面状数据,且耗时、耗力,很难大范围推广。遥感估算方法虽然可以弥补传统方法的不足,但由于云覆盖等天气条件的影响,获得同一时相覆盖整个研究区的遥感影像非常困难,时相的差异必然导致研究结果产生误差。针对植被覆盖度这一重要生态参数,结合低分辨率遥感数据的时间优势和中高分辨率遥感数据的空间优势,提出一种时相变换方法,将源于中高分辨率影像的植被覆盖度变换到研究需要的时相上。首先,利用像元二分模型计算MODIS尺度的时间序列植被覆盖度,并利用已经获得的SPOT影像计算其获取时相上的植被覆盖度;其次,利用土地利用图划分植被覆盖类型,并利用MODIS数据和土地利用数据之间的空间对应关系制作MODIS像元内各类植被覆盖的面积百分比数据;再次,利用面积百分比数据提取各类植被覆盖的纯像元,结合MODIS植被覆盖度时间序列,从而提取各类植被覆盖纯像元的植被覆盖度时间序列曲线;最后利用像元分解的方法提取MODIS像元内各类植被覆盖组分的植被覆盖度的变化规律,将其应用到该组分对应位置上SPOT像元的植被覆盖度上,从而将其变换到所需要的时相上。在密云水库上游进行试验,将覆盖研究区的10景SPOT5多光谱影像计算的植被覆盖度统一变换到7月上旬,结果显示:视觉效果上明显好转,且空间上连续一致;变换前后植被覆盖度的统计量对比结果也符合植被生长规律;利用外业样点数据与对应位置的植被覆盖度变换结果进行回归分析,结果发现各植被覆盖类型的R2均在0.8左右,表明变换结果与实测值非常接近,时相变换的效果较好,从而可以很好地促进相关研究精度的提高。     

环境减灾卫星多光谱CCD影像自动几何精纠正与正射校正系统

我国环境减灾光学卫星(HJ)多光谱CCD影像由于具有高时空分辨率、大幅宽等优势,能够提供同一区域不同生长阶段的植被信息,是提取具有生态学意义土地覆盖及开展植被生理生态参量反演的重要数据源之一。然而,目前该数据产品的几何定位不准确及山区地形畸变误差使其难以满足应用需求。高定位精度是遥感影像信息提取、参数反演与应用分析的前提,遥感影像的几何精纠正与正射校正是遥感数据预处理面临的首要问题。在分析国内外卫星影像自动化处理系统研究现状的基础上,结合HJ CCD影像幅宽大的特点,构建了HJ CCD影像的自动几何精纠正与正射校正处理系统。与目前商业软件相比,自动几何精纠正与正射校正处理系统采用了自动化的控制点搜索与过滤方法,能有效提高控制点选取的效率与精度。同时,结合DEM数据,系统自动拟合卫星飞行路径并纠正由偏离星下观测导致的山体位移。系统应用结果表明,自动几何精纠正和正射校正系统能够有效的提高处理效率,节省人力和时间成本。该系统已被成功应用于全国生态十年(2000—2010年)变化遥感调查与评估专项土地覆盖遥感监测的环境减灾卫星多光谱遥感影像预处理工作。     

耦合过程和景观格局的土壤侵蚀水环境影响评价

将景观格局的作用纳入到土壤侵蚀的生态环境影响评估中,具有方法上的实用意义,可为水体泥沙源区识别、评价立地侵蚀对目标水体的泥沙输出风险和流域景观格局对土壤流失抑制潜力提供一种途径.本文将RUSLE模型作为模拟立地土壤侵蚀强度的工具,考虑植被覆盖和地形对泥沙输送的阻滞作用,从点(栅格)和子流域两个尺度,采用景观格局表征方法定量评估南水北调中线水源区土壤侵蚀对河流、水库的影响.在点(栅格)尺度提出土壤侵蚀影响强度(I)指标表征土壤侵蚀对水体的泥沙输出风险;在流域尺度利用反映流域景观格局留滞泥沙能力的渗透指数(LI)指示泥沙进入水体的风险.结果表明： 耦合景观格局信息和侵蚀过程的指标能空间分布式地有效反映立地土壤侵蚀对水体泥沙输入的影响强度;LI与流域平均景观阻滞、平均植被覆盖度呈显著的指数关系, 子流域输沙模数与LI呈显著的指数回归关系.说明基于土壤侵蚀过程表征景观格局、将景观格局信息与景观土壤保持功能结合起来的评价方法,可为土壤侵蚀风险评价提供新途径.     

基于多尺度分割和决策树算法的山区遥感影像变化检测方法——以四川攀西地区为例

山区遥感影像变化检测面临地形效应明显、空间异质性高等不利因素的影响,构建适用于复杂地形条件的变化检测方法一直是遥感应用研究的难点。在对影像进行多尺度分割的基础上,构建对象的多种光谱、形状及地形特征,将地形阴影、物候等造成的虚假变化当作"未变化"训练样本,利用决策树算法自动提取检测规则,建立复杂地形条件下面向对象的遥感影像变化检测方法,并将该方法用于四川攀西山区1989年和2009年TM影像的检测试验,最后对方法的不足和改进措施进行了讨论。主要结论包括:(1)文中构建的方法能够有效减弱山区复杂地形条件对遥感影像变化检测的不利影响,采用地面调查数据和分层随机采样的总体验证精度为93.57%,Kappa系数为0.8706。(2)C5.0决策树算法对于只有"变化"和"未变化"两种类别且同类间训练样本高度异质化的影像分类仍能取得较好的效果,具有较好的鲁棒性和适应能力。通过将地形、物候等引起的虚假变化当作"未变化"训练样本可以有效提高检测精度。(3)光谱特征仍是TM影像遥感分析的主要信息源,影像间NDVI的差值对于植被覆盖区域土地覆盖格局变化的检测具有良好的表征作用。(4)攀西地区1989—2009年间土地覆盖格局变化明显且与人类活动关系密切,典型的驱动方式包括退耕还林(草)工程、水利工程建设和矿山开采等。共检测出变化面积740.2km2,占影像总面积的2.49%。     

基于碳收支的中国土地覆被分类系统

生态系统的碳收支是影响全球变化的重要环节,而土地覆被变化改变了生态系统碳收支的现状、速率。提出了面向碳收支的中国土地覆被分类系统,服务于生态系统碳收支估算和国家生态环境监测。分类系统由一、二级土地覆被类型、三级土地覆被辅助特征构成。通过物质组成、结构、排列、季节特征等19个指标,将土地覆被划分38个二级类型,反映生态系统的碳储量现状。三级土地覆被辅助特征利用9个指标补充了二级土地覆被类型的属性。其中5个环境指标主要反映生态系统碳储备的潜力和强度,土地利用方式指标反映植被演替过程植被碳收支中的人为扰动影响,植被覆盖度、植被生育期、物种特征指标用于进一步细化植被类型。二级类型与三级特征为分层组织的土地覆被产品,有利于产品管理和应用。分类系统已应用到面向全国生态系统碳收支的30m格网的中国土地覆被制图中。     

基于MODIS数据的三北防护林工程区植被覆盖度提取与分析

以像元二分模型为基础,构建了基于归一化植被指数(NDVI)的植被覆盖度定量估算模型,并利用MODIS-NDVI时间序列数据,估算了三北防护林工程区2001年8月和2007年8月的植被覆盖度,分析了三北防护林工程区植被覆盖度的时空变化特征.结果表明:2001-2007年三北防护林工程区植被覆盖度变化较为明显,平均覆盖度增加了2.07%,其中吉林、山西、陕西和宁夏四省变化幅度最为显著,增加幅度分别达到27.37%、14.12%、9.29%和9.22%.研究区植被覆盖度增加的主要自然原因是降雨量的增加,主要人为原因是人们环境意识的提高以及国家实施的封山育林、退耕还林还草等一系列生态保护政策,特别是三北防护林体系建设工程.     

遥感用于森林生物多样性监测的进展

随着物种和栖息地的丧失,全球范围的生物多样性保护已经成为迫切的需要。航空航天技术的迅猛发展使遥感成为能提供跨越不同时空尺度监测陆地生态系统生物多样性的重要工具,这方面的研究在欧美等国已经有了小范围的开展,在国内刚刚起步。国外关于生物多样性遥感探测的方法基本有3种:1.利用遥感数据直接对物种或生境制图,进而估算生物多样性;2 .建立遥感数据的光谱反射率与地面观测物种多样性的关系模型;3.与野外调查数据结合直接在遥感数据上进行生物多样性指数制图。研究表明,物种直接制图法只能应用于较小的范围;生境制图的方法,应用广泛,技术相对成熟,研究范围局限于几百公里的范畴,但不能获取生境内部的多样性信息。光谱模型技术目前正处于探索阶段,对于植被复杂、生物多样性高的地域,具有较大的应用潜力。在遥感数据上直接进行生物多样性制图在加拿大已经得到了应用。     

20世纪90年代以来中国西南地区土地覆被变化

西南地区是我国重要的生态安全屏障区,也是气候敏感区和生态脆弱区。20世纪90年代以来,西南地区土地覆被发生了巨大变化,对生态环境和生态系统服务功能产生重大影响。基于全国30 m土地覆被数据集,分析了近20 a来西南地区土地覆被格局、变化及驱动因素。同时,基于MODIS-NDVI数据,利用像元二分模型估算了2000—2010年250 m分辨率年最大植被覆盖度,对森林、灌丛和草地的植被覆盖度变化进行分析。结果表明:1)2010年西南地区土地覆被以森林和草地为主,分别占总面积的29.08%和24.11%。2)1990—2010年西南地区森林、湿地和人工表面分别增加1.39%、5.86%和48.57%,灌丛、耕地和裸露地分别减少2.12%、2.88%和0.64%,变化的区域主要集中在生态建设重点区、城市圈、地震灾区、三峡库区、三江源区、青藏高原东南部和云南南部。3)2000—2010年西南地区森林、灌丛和草地植被覆盖度呈增加趋势的面积分别占26.54%、32.53%和28.87%,但汶川地震重灾区、横断山区、云南南部等地的森林及灌丛植被覆盖度下降,青藏高原东南部、川西高原草地退化。近20 a来,尽管气候变化对西南地区的土地覆被有一定影响,但人类活动仍然是导致其变化及时空差异的主要原因。