基于光谱特征和HSV变换融合MODIS影像的滇池叶绿素a浓度监测

使用实测高光谱数据,研究滇池水体的光谱特征,应用统计方法建立滇池叶绿素a浓度的高光谱反演模型,并基于滇池水体的光谱特征,运用HSV变换融合遥感影像技术,监测水体叶绿素a浓度分布。结果表明:滇池水体光谱的反射峰位于550和700nm附近;此2个反射峰的位置和大小对水体叶绿素a浓度的变化反应最敏感。随着水体叶绿素a浓度升高,2个反射峰的峰值越接近,同时,550nm附近反射峰向短波方向偏移,而700nm附近反射峰向长波方向偏移。用这2个反射峰峰值的差值作为参数建立的滇池水体叶绿素a浓度估测模型,其精度较高;HSV变换融合MODIS遥感影像的假彩色合成图能直观反演滇池水体叶绿素a浓度的空间分布。     

滇中高原湖泊鱼类多样性的研究

依据历年馆藏的鱼类标本和资料,采用多元逐步回归与多项式逐步回归的分析方法,系统分析了滇中6个高原湖泊鱼类的物种丰度、特有种以及属的数目与7个主要湖泊环境因子之间的关系。分析结果显示,控制湖泊鱼类物种丰度、特有种数和属数的关键湖泊环境因子是湖泊面积和湖岸线长度;其中与湖泊面积呈显著正相关,而与湖岸线长度呈负相关。分析不停留于这一常规的横向比较,而是从历史生物地理学的角度,更深入一步揭示了滇中6个湖泊鱼类多样性的演化实质上是受湖泊的发育阶段所控制的。     

云南高原湖泊放线菌区系及资源的研究

1983—1987年从云南高原的滇池等12个湖泊采集底泥和水样,用不同方法从中分离了放线菌,同时筛选了产生纤维蛋白溶酶等的菌株,结果如下： 1．放线菌的数量和组成与湖泊的理化特性有关。 2．在12个湖泊的底泥样品中,小单孢菌占有明显优势。这是湖泊放线菌区系的一个显著特点。 3．杞麓湖、异龙湖、大屯海的放线菌总数达2991—3542x 103／g干土。 4．从这些湖泊分离到马牡拉放线菌,小多孢菌,小四孢菌,糖单孢菌,糖多孢菌。这在有关淡水湖泊放线菌的研究中还未报道过。还发现了以下新种：暗绿小单孢菌,云南糖单孢菌,黄玫瑰小四孢菌,程海马杜拉放线菌,绿黄马杜拉放线菌。 5．放线菌在湖内甲壳素、纤维素及某些有毒物质的降解中起显著的作用。 6．湖生放线菌是各种有用产品(如纤维蛋白溶酶等)的一个来源。     

A novel MODIS algorithm to estimate chlorophyll a concentration in eutrophic turbid lakes

A novel approach was developed to estimate phytoplankton biomass in eutrophic turbid lakes, using MODIS bands designed for land and atmospheric studies. The Baseline Normalized Difference Bloom Index (BNDBI) uses the difference of remote-sensing reflectance (Rrs, sr⁻¹) at 555 nm (band 4) and 645 nm (band 1) after baseline correction using bands at 469 nm and 859 nm: (Rrs′(555) − Rrs′(645))/(Rrs′(555) + Rrs′(645)). BNDBI takes advantage of the Chl-a’s absorption minimum near 572 nm and absorption maximum near 667 nm. Using data from Lake Chaohu, the index showed a strong relationship with Chl-a concentrations in conditions that would normally saturate more sensitive ocean-color sensors. Extensive field measurements were used to calibrate and validate the algorithm with unbiased root-mean-square-error (URMSE) of 47.9% when compared to in situ Rrs data. A reduced sensitivity to atmospheric effects was accomplished by using a baseline correction approach, anchored at 469 nm and 859 nm to correct the radiances at 555 nm and 645 nm. Radiative transfer simulations showed that the algorithm can be applied directly to MODIS Rayleigh-corrected reflectance (Rrc) after adjusting algorithm coefficients (URMSE uncertainty of 56.4% for MODIS Rrc data) for Chl-a concentrations <1000 μg L⁻¹. Comparative analyses showed that the index was resistant to changes in turbidity and organic matter concentrations. Theoretical simulations, image comparisons and spectral analyses demonstrated that the index was robust in a range of complex atmospheric and surface conditions, with different aerosol types, optical thickness (τ_a555), solar/viewing geometry, sun glint and thin clouds. A comparison with other MODIS and MERIS Chl-a algorithms for turbid waters showed that BNDBI provided consistent results with the advantage of using MODIS wavebands that remain unsaturated in high turbidity conditions. The BNDBI opens new possibilities to explore bio-optical dynamics in turbid eutrophic lakes using data from a range of satellite sources.     

云南不同高原湖泊噬藻体psbA基因多样性

【目的】噬藻体(cyanophage)广泛存在于自然水体生态系统中,通过侵染蓝藻进而调控蓝藻种群及群落结构,具有重要生态功能和生态地位,在控制蓝藻水华方面有巨大开发潜力。本研究旨在探究云南高原湖泊噬藻体psbA基因多样性,分析其系统进化地位,为深入了解高原湖泊生态功能、开发利用噬藻体资源奠定理论基础。【方法】以云南高原主要湖泊滇池、抚仙湖和星云湖等为研究对象,以psbA基因作为分子靶标,对湖泊水体中噬藻体遗传多样性进行研究。【结果】从不同湖泊中共获得100条环境噬藻体psbA基因序列,系统发育分析表明,湖泊的噬藻体psbA基因序列与中国东湖、中国东北稻田、日本稻田等淡水中的环境噬藻体psbA基因亲缘关系较近,与海洋环境噬藻体psbA基因亲缘关系较远;抚仙湖中的噬藻体psbA基因多样性高于滇池、星云湖和异龙湖中的噬藻体psbA基因多样性;云南高原湖泊中存在新的噬藻体类群;各湖泊秋冬季节噬藻体psbA基因遗传多样性差异不明显。【结论】云南主要高原湖泊噬藻体psbA基因遗传多样性高,与淡水环境噬藻体psbA基因亲缘关系较近,且存在独特的噬藻体类群。     

Determinants of chlorophyll-a concentration in tropical reservoirs

Predictive models for chlorophyll-a concentration are the most common ecological tools for water-quality management. However, the interactions among factors driving eutrophication processes remain poorly understood. In addition to nutrient concentrations, other variables such as, for instance, hydrology, land use and biotic interactions may also be included as explanatory variables. Here, we compared a set of a priori models (which included local, morphological, and landscape variables) with respect to their power to predict chlorophyll-a concentration in 21 reservoirs of central Brazil. The best model, selected according to the Akaike information criterion, explained 67.7% of the variation in chlorophyll-a concentration, and indicated a positive relationship with total phosphorus concentration (the main predictor in our model) and depth. Turbidity was negatively correlated with chlorophyll-a concentration. Contrary to recent studies indicating the importance of landscape predictors, our results suggested a preponderance of local factors in determining chlorophyll-a concentration, and that the control of phosphorus sources in tropical reservoirs is as important as it is in temperate ecosystems. We also detected a substantial uncertainty regarding the best model, suggesting that further studies should focus on explicitly modeling the variation in the strength of the relationships between chlorophyll-a and explanatory variables.     

基于MODIS数据的天山区域地表温度时空特征

基于2001-2013年MODIS地表温度产品及TM影像遥感解译的土地利用类型数据,对天山区域地表温度时空特征进行分析.结果表明: 2001-2013年,研究区地表平均温度达1.73 ℃,呈东高西低的特点,西北部分地区的地表温度年际变化幅度明显高于其他地区,局部地区在0.55 ℃以上;地表温度呈逐年缓慢增加趋势,增加率为0.147 ℃·a^-1,季节性差异明显,冬季地表温度波动幅度较大,变异系数达12.7%,地表温度的差异白天大于夜晚,夏季明显高于其他季节;不同土地利用类型的地表温度之间存在差异,与对应像元的归一化植被指数之间存在不同的拟合效果.随着植被盖度的增加,林地、草地地表温度下降明显,归一化植被指数每下降0.1时,林地和草地的地表温度降幅为3.74、5.04 ℃;受人为活动影响较多的城镇用地和农地的地表温度与归一化植被指数之间的敏感性高于其他土地利用类型.     

基于MODIS数据的草地生物量估算模型比较

准确估算草地生物量对合理规划区域畜牧业、评估草地植被的生态效益有重要意义.目前,在常用的遥感估算模型中,采用的植被指数和模型函数形式多样.本文根据野外生物量调查结果和MODIS数据,分别采用归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)和修正的土壤调节植被指数(MSAVI)建立了内蒙古科尔沁左翼后旗草地地上生物量和地上地下总生物量估测的3种(线性、乘幂和指数)模型,并进行了比较.结果表明:3种模型能够对草地生物量进行较好的模拟,其中指数模型效果最佳;3个植被指数(NDVI,EVI和MSAVI)与草地生物量均有较高的相关性,可用于该草地产量估测,其中MSAVI对地上生物量拟合效果最好(R2=0.900);NDVI和EVI的线性模型对总生物量的模拟明显好于对地上生物量的模拟.     

基于MODIS NDVI、SPOT NDVI数据的GIMMS NDVI性能评价

以MODIS NDVI和SPOT NDVI数据为基准对2000—2015年重叠时段的GIMMS NDVI数据进行评价.在全国尺度以及水田、旱地、林地、草地4种土地类型上对比分析3种数据的数值差异、动态一致性、变化趋势差异和两两间相关性.结果表明: GIMMS NDVI在数值上整体高于MODIS NDVI和SPOT NDVI,3种数据在反映植被月动态方面能力相当;研究期内3种NDVI数据在全国大部分区域均呈增加趋势,GIMMS的增加幅度最小,且在我国西北、东北、中南、青藏高原及云贵高原的部分地区与另两套数据差异较大,表明在研究该区域时应对GIMMS NDVI数据的使用有所保留;各数据间两两相关性较强,在全国尺度上MODIS NDVI与SPOT NDVI的相关性更好,旱地GIMMS NDVI与MODIS NDVI的相关性更好,水田、林地、草地MODIS NDVI与SPOT NDVI的相关性更好.     

Six decades of changes in vascular hydrophyte and fish species in three plateau lakes in Yunnan, China

Biodiversity in the plateau lakes of Yunnan, China has decreased significantly over the past decades. To better understand this degradation, we analyzed the processes and characteristics of changes in vascular hydrophytes and fish species in three of Yunnan’s largest lakes (Dianchi, Erhai, and Fuxian). We reviewed primary literature reporting the occurrence of such species between the 1950s and 2000s. During this period, 46.3 % of native hydrophytes and 84.0 % of native fish species in Dianchi Lake had gone locally extinct, compared to 21.4 and 58.8 % in Erhai, and 11.8 and 41.7 % in Fuxian, respectively. In Dianchi alien species comprised 15.4 % of total hydrophytes and 87.5 % of total fish species, compared to 5.7 and 70.8 % in Erhai, and 11.8 and 65.0 % in Fuxian, respectively. The extinction of endemic fish species was particularly serious. The proportion of endemic fish species extinct was 90.0 % in Dianchi, 75.0 % in Erhai and 63.6 % in Fuxian. Homogenization of fish assemblages (calculated Jaccard indices) across the lakes increased during the study period in parallel with the extinction of endemics and introduction of alien species. Results showed that lacustrine conditions determined the observed changes of hydrophytes and fish species, likely reflecting anthropogenic disturbances associated with rapid economic development around the lakes. In a developing region like the plateau of Yunnan, which is rich in endemic freshwater species, the challenge is how to balance economic growth with habitat protection.     

基于MODIS的海河流域生态系统空间格局

以2007年23时相MODIS增强型植被指数为数据源,利用决策树分类方法对海河流域生态系统进行了分类,分析了生态系统空间分布格局及其与地形因子的关系。结果表明：利用MODIS植被指数时间序列数据进行的生态系统分类,精度达到85.6％,Kappa系数为0.82。农田、城市和湿地生态系统分别占流域总面积的53.8%、1.0%和1.3%,主要分布在海拔<200 m的平原;森林生态系统占22.5％,主要分布在500～1000 m的低山;草地生态系统占21.4％,主要分布在1000 m以上的区域。农田、城市和湿地生态系统主要分布在坡度<2°的地区,森林和草地生态系统主要分布在5°～15°的地区。随着坡度增加,农田、湿地和城市生态系统所占比例减小,森林生态系统所占比例增加,草地生态系统所占比例则先增加后减小。     

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.     

一种自优化RBF神经网络的叶绿素a浓度时序预测模型

藻类水华发生过程具有复杂性、非线性、时变性等特点,其准确预测一直是一个国际性难题.以天津市于桥水库为研究对象,根据2000年1月至2003年12月常规监测的水生生态数据(采样周期为10 d),提出了一种结合时序方法的可自优化RBF神经网络智能预测模型,对判断藻类水华的重要指标叶绿素a浓度进行预测.研究了训练样本量及RBF神经网络扩展速度SPREAD值的可自优化性能,以及该模型用于于桥水库叶绿素a浓度的短期变化趋势预测的可行性.结果表明,预测性能指标随SPREAD值及样本量不同发生变化,该预测模型能自动寻到最优SPREAD值,并发现至少需要约两年的训练样本量才能达到较好预测效果.当样本量为105,SPREAD值为10时,预测效果最好,精度较高,预测值与实测值的相关系数R达到0.982.该方法对水库的藻类水华预警有一定的参考价值.     

基于MODIS数据的中国三种主要土地类型变化的空间特征分析

人类活动使得土地利用和植被覆盖发生了巨大变化,直接影响着全球气候。本研究通过从2000—2013年对中国三种主要土地利用类型的NDVI变化特征进行了分析,结果表明:(1)14年来,中国三种主要土地利用类型NDVI平均值均有增强的趋势。(2)三种主要土地利用类型中除耕地中的水田,林地中的有林地和草地中的高覆盖草地增长速率不显著外,其他土地类型增长速率均显著。(3)三种土地利用类型均以改善面积大于退化面积,耕地中改善面积占总耕地的64.21%,退化的区域占18.50%;林地改善的区域占总林地的54.21%,退化的区域占20.13%;草地改善的区域占55.53%,退化的区域占18.23%。三种土地类型均有所改善且改善明显的区域主要集中在甘肃以南,陕西以北和东北部分地区。     

基于小波分析与BP神经网络的西湖叶绿素a浓度预测模型

小波神经网络是基于小波分析理论所构造的一种分层的、多分辨率的新型人工神经网络。选择合适的小波基和分解尺度对西湖水体Chl—a进行小波分析,将原序列分解成一个低频概貌分量和多个高频细节分量,再通过BP网络建立西湖叶绿素a浓度短期预测模型Ⅰ和模型Ⅱ。模型Ⅰ将小波分析去除高频细节信息后的低频概貌部分作为输入变量预测Chl-a含量;模型Ⅱ则对低频部分和高频部分分别进行预测,最后汇总各分网络输出得到最终结果。对确证集预测时,模型Ⅰ的平均误差为4．4％,模型Ⅱ仅为1．9％,且误差范围较模型Ⅰ小,表明模型Ⅱ具有较高的预测精度和稳定性。最后运用模型Ⅱ进行水质预测,预测值与实际值的平均相对误差为6．4％,并选取3号点（中山码头）进行模型的泛化,平均相对误差为6．9％,取得了较理想的预测效果,说明小波神经网络能成功预测西湖水体中Chl—a含量的短期变化趋势,为西湖水质管理提供科学依据。     

风场对太湖叶绿素a空间分布的影响

叶绿素a的浓度是水环境评价的重要参数。根据2005—2009年太湖全湖32个采样点的20次太湖采样数据,结合气象要素资料模拟的太湖风场,探求了风场对太湖叶绿素a空间分布的影响。结果表明:叶绿素a浓度的高值中心位于太湖西北侧、竺山湾以及梅梁湾流域,而太湖东南部的叶绿素a浓度较低;全太湖全年以东南风为主,南部风速较大,北部风速较弱;风场对叶绿素a的输移作用明显,在风场作用下,叶绿素向太湖西北部和北部输移,造成了该地区太湖流域叶绿素浓度普遍偏高。