植被叶面积指数遥感监测模型

叶面积指数是植被定量遥感的重要参数,区域的时序列叶面积指数揭示了区域生态的演化过程,反演方法上主要是通过植被指数建立相关模型实现的,对于不同地区或不同气候带而言,模型的通用性以及各种植被指数在模型中的灵敏度都需做进一步的探讨。以江苏省宜兴市作为研究区,采用2002年8月22日获得的Landsat-5TM图像数据和2003年8月23～26日采用LAI-2000进行的野外实测植被叶面积指数(LAI)数据,分别探讨了植被指数(VI)与LAI的一元、多元线性回归模型和非线性回归模型,其中的非线性回归模型包括对数、指数、乘幂和多项式回归模型。结果表明,VI与LAI之间的最佳回归模型为多元线性回归模型,R2达0.864;采用逐步选择剔除法,遴选出了用于回归模型的植被指数为RVI、PVI、SAVIL=0.35、MSAVI、ARVIγ=1、ARVIγ=0.5和SARVI。经模型LAI=-ln((VI-VI∞)/(VIg-VI∞))/KVI检验,预测值(y)与实测值(x)的拟合度较好y=0.5345x 1.3304,R2为0.7379。RVI与LAI的三次多项式回归模型也较好,R2为0.7806。再次为RVI与LAI的一元线性回归模型,R2为0.7726,比值植被指数RVI在反演叶面积指数模型中具有较高的灵敏度。     

新疆喀纳斯国家自然保护区植被叶面积指数观测与遥感估算

叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是重要的植被结构参数,调控着植被与大气之间的物质与能量交换,在生态环境脆弱的我国西北部开展植被LAI的研究对阐明该地区植被对气候变化和人类活动的响应特征具有重要的科学意义.利用LAI-2200和TRAC仪器观测了新疆喀纳斯国家级自然保护区森林和草地的有效叶面积指数(LAIe)和真实LAI,构建了其遥感估算模型,生成了研究区LAIe和LAI的空间分布图.在此基础上,分析了LAI随地形因子(海拔、坡度、坡向)的变化特征,探讨了将其应用于估算研究区森林生物量密度的可行性,并评估了研究区MODIS LAI产品的精度.结果表明:研究区阔叶林、针阔混交林、针叶林、草地LAIe的平均值分别为4.40、3.18、2.57、1.76,LAI的平均值分别为4.76、3.93、3.27、2.30.LAIe和LAI的高值主要集中分布在湖泊和河流附近;植被LAI随海拔、坡度和坡向的变化表现出明显的垂直地带性的特点.LAI随海拔和坡度的增加呈现先增加后减小的变化趋势,坡向对针叶林和草地LAI的影响明显,但对阔叶林和针阔混交林LAI的影响较弱;森林生物量密度(BD)随LAI增加而线性增加(BD=44.396LAI-25.946,R2=0.83),研究区森林生物量密度平均值为120.3 t/hm2,估算的总生物量为5.0×l06 t;MODIS LAI产品与利用TM数据生成的LAI之间具有一定的相似性(森林R2=0.42,草地R2=0.53),但森林和草地的MODIS LAI产品分别比利用TM数据生成的LAI偏低16.5％和24.4％.     

林地叶面积指数遥感估算方法适用分析

叶面积指数是与森林冠层能量和CO2交换密切相关的一个重要植被结构参数,为了探讨估算林地叶面积指数LAI的遥感适用方法和提高精度的途径,利用TRAC仪器测定北京城区森林样地的LAI,从Landsat TM遥感图像计算NDVI、SR、RSR、SAVI植被指数,分别建立估算LAI的单植被指数统计模型、多植被指数组合的改进BP神经网络,获取最有效描述LAI与植被指数非线性关系的方法并应用到TM图像估算北京城区LAI。结果表明,单植被指数非线性统计模型估算LAI的精度高于线性统计模型;多植被指数组合神经网络中,以NDVI、RSR、SAVI组合估算LAI的精度最高,估算值与观测值线性回归方程的R2最高,为0.827,而RMSE最低,为0.189,神经网络解决了多植被指数组合统计模型非线性回归方程的系数较多、较难确定的问题,可较为有效的应用于遥感图像林地LAI的估算。     

湿地小叶章叶绿素含量的高光谱遥感估算模型

通过实测不同覆盖度和水深状况下小叶章(Calamagroestis angustifolia)的冠层高光谱反射率与叶绿素a(Chl-a)浓度,采用高光谱可见光-近红外波段及其微分光谱波段(350～1050 nm)逐波段构建FNDVI、FRVI、FDVI、FDNDVI、FDRVI和FDDVI植被指数,分别找出与Chl-a具有最佳相关性波段组合的植被指数,建立小叶章Chl-a含量的最佳估算模型,并对比分析了最佳模型与线性模型的预测精度.结果显示:微分光谱植被指数与Chl-a的最佳预测模型(FDNDVI、FDRVI和FDDVI)比反射率植被指数最佳模型(FNDVI、FRVI和FDVI)的预测精度分别提高了6.86%、4.82%和10.10%;植被指数(FNDVI、FD-VI、FDNDVI和FDRVI)与Chl-a含量具有较好的线性关系,而最佳模型比线性模型预测精度仅仅提高了0.60%、1.40%、1.02%和0.93%,可以用简单的线性模型反演湿地小叶章的Chl-a含量.     

中国区域植被叶面积指数时空分布——机理模型模拟与遥感反演比较

叶面积指数是表征植被冠层特征的重要参数,同时也是决定生态系统净初级生产力的重要因子,它对全球变化和生态系统碳循环研究具有重要意义。目前大范围的叶面积指数只能通过遥感反演和机理模型模拟获得,而通过这两种方法获取的叶面积指数都存在一定的不确定性。利用大气-植被相互作用模型(AVIM2)在0.1°×0.1°经纬度网格上模拟产生了中国区域叶面积指数并与两套使用不同遥感反演方法生成的叶面积指数在空间分布和季节变化特征方面进行了比较。通过比较说明中国区域植被叶面积指数分布主要受水分条件限制,整体呈现东南部高西北部低的趋势。中国区域植被生长的季节变化受季风影响显著,与气温及地表太阳辐射的季节变化趋势相一致。中国区域叶面积指数整体呈现夏季高、春秋季次之而冬季低的趋势。     

基于PROSAIL辐射传输模型的毛竹林叶面积指数遥感反演

采用PROSAIL辐射传输模型建立毛竹林叶面积指数(LAI) 冠层反射率查找表,并结合Landsat TM卫星遥感数据,实现了毛竹林LAI的定量反演.结果表明： PROSAIL模型各输入参数的敏感性由高到低依次为LAI>叶绿素含量(C_ab)>叶片结构参数(N)>平均叶倾角(ALA)>等效水厚度(C_w)>干物质含量(C_m),并以LAI、C_ab两个主要敏感因子用于构建毛竹林LAI 冠层反射率查找表;基于PROSAIL模型的毛竹林LAI遥感反演结果与实测LAI具有很好的一致性,二者相关系数为0.90,均方根误差和相关的均方根误差也较小,分别为0.58和13.0%,但也存在反演LAI平均值高于实际值的问题.     

基于临界慢化模型和长时间序列叶面积指数的植被及其恢复力遥感监测研究——以三峡库区为例

基于临界慢化模型,利用长时间序列叶面积指数(GLASS LAI)数据,进行时间序列分解后,计算了LAI及其时间自相关指数作为指标,对三峡库区植被及其恢复力进行监测,通过案例模型对临界慢化模型精度进行了验证,分析了三峡库区植被及其植被恢复力的时空分布特征,探索基于临界慢化模型的植被恢复力遥感定量估算方法的适用性。结果表明：(1)2000—2018年三峡库区LAI平均值为3.4,重庆段LAI较低,湖北段LAI较高;三峡库区LAI整体呈上升趋势,重庆段LAI呈现降低趋势,显著下降区域占重庆段面积的21.75%,湖北段LAI呈现升高趋势,显著上升区域占湖北段面积的21.22%;(2)2000—2018年三峡库区重庆市北碚区、大渡口区、渝北区植被恢复力较低,宜昌市兴山县、夷陵区、点军区植被恢复力较高;(3)模型精度方面,在两个地质灾害扰动事件中案例模型结果与临界慢化模型结果呈现较高的一致性。本文对三峡库区2000—2018年的植被恢复力进行了定量估算,同时通过案例模型对临界慢化模型在恢复力监测上的有效性进行了验证,为三峡库区制定相应生态环境管理决策提供理论基础,为保障西南地区生态安全提供决策依据...     

三种干旱指数在干旱区沼泽湿地土壤水分遥感反演中的应用

湿地水文条件对湿地生态系统结构和功能起着关键作用。借助卫星遥感技术,以干旱区疏勒河中下游沼泽湿地为研究对象,基于Landsat8 OLI遥感影像的温度植被干旱指数(TVDI)、垂直干旱指数(PDI)和归一化干旱监测指数(NPDI)3种干旱监测方法,结合野外湿地实测土壤水分数据进行比较和验证。结果表明:(1)TVDI、PDI和NPDI3种干旱指数在不同土层中均与土壤实测水分呈显著负相关(P0.01),且NPDI指数与表层土壤水分的拟合效果最好。不同土层中,3种干旱指数与土壤水分的拟合优度大小均为NPDITVDIPDI;(2)研究区同一湿地类型不同土层的土壤水分存在显著差异(P0.05),且不同湿地类型的土壤水分总体上表现为随着土壤深度的增加呈递增态势;(3)研究区同一土层不同湿地类型的土壤水分差异显著(P0.05),且不同土层中土壤水分的大小均为:沼泽化草甸草本沼泽季节性咸水沼泽内陆盐沼。     

三江平原湿地保护区内外的生态功能差异

湿地保护区是一类特殊的陆地保护区,其保护效果不仅取决于内部的管理强度,还受到其周边地区水文状况的强烈影响,因此保护区内外生态功能的差异程度是评价其保护效果的一个综合性指标.根据三江平原建三江管局2004年Landsat-TM影像解译的土地利用图以及2002年1∶50000数字高程(DEM)数据,利用基于Arcview3.2软件的SWAT水文模型获得各湿地保护区的汇水区作为其水文敏感区.在此基础上,利用专家咨询和有关湿地生态系统服务功能价值的研究结果,计算出各湿地保护区及其水文敏感区的湿地生态功能指数.结果表明,国家级保护区的湿地生态功能普遍优于地方级保护区,而其水文敏感区的湿地生态功能则并不一定优于地方级保护区的水文敏感区.通过对各保护区及其水文敏感区的湿地生态功能指数相对值进行聚类分析和相关分析可知,位于浓江-别拉洪河流域且毗邻的几个保护区的湿地生态功能相对状况较为接近,地方级保护区与其水文敏感区的湿地生态功能指数之间存在高度正相关.这充分说明湿地保护区的管理强度很大程度上决定了其保护效果.     

科尔沁沙地植物群落圆环状分布成因地统计学分析

调查发现,在科尔沁沙地中部部分梁窝状沙丘的丘顶、丘坡和丘间地,植物群落依生境梯度而分布,呈典型圆环状分布格局．沙层水分状况分析表明,同一沙丘不同部位的沙层含水量为丘顶低于丘坡地,且二者均低于丘间地．地统计学分析表明,无论是流动沙丘还是固定沙丘,从丘顶、丘坡到丘间地,沙层含水量的空间异质性呈规律性的变化,块金值与基台值之比逐渐减小,变程逐渐减小,分维数逐渐增大,表明随机部分引起的空间异质性逐渐降低,而由空间自相关部分引起的空间异质性逐渐增高．因此,沙丘不同部位沙层含水量及其空间异质性的有规律变化是科尔沁沙地中部部分梁窝状沙丘植物群落呈圆环状分布格局的一个重要原因．     

不同抚育措施对闽西毛竹林碳密度、碳贮量与碳格局的影响

以闽西永安市Ⅰ（挖笋+劈草+施肥+灌水)、Ⅱ(挖笋+劈草+施肥)、Ⅲ（挖笋+劈草)3种不同抚育措施的毛竹林为对象,对其碳密度、碳贮量及碳格局进行了研究。结果表明：毛竹各器官碳密度变动范围为0.3947～0.5619 g·g^-1,碳密度高低排序为竹鞭＞竹秆＞竹枝＞竹蔸＞竹叶＞竹根＞鞭根;不同竹龄间竹秆、竹枝、竹叶、竹根碳密度存在极显著差异（P<0.01）,而竹蔸碳密度差异不显著（P＞0.1）;随着竹龄增加,毛竹平均碳密度有下降趋势,1～6年毛竹平均碳密度为0.4579～0.4957 g·g^-1。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类毛竹林毛竹层碳贮量分别为76.74、64.30和55.91 t·hm^-2;凋落物层碳贮量分别为2.59、3.01和4.88 t·hm^-2;土壤层碳贮量分别为150.64、197.36和232.56 t·hm^-2;总碳贮量分别为227.37、261.66和288.47 t·hm^-2,其中土壤层碳贮量所占比例最高,分别为66.25%、75.43%和80.62%,毛竹层碳贮量比例分别为32.61%、23.43%和17.69%,凋落物层碳贮量比例分别为1.14%、1.15%和1.69%。毛竹生物器官中,竹秆固碳能力最强,占年总固碳量比例为56.47%～59.66%,鞭根的固碳能力最弱,占年总固碳量的比例仅为2.52%～2.83%;毛竹林年固碳量排序为Ⅰ类型＞Ⅱ类型＞Ⅲ类型。     

三江平原湿地典型植物群落物种多样性研究

以三江平原分布最广的毛果苔草(Carex lasiocarpa)群落和小叶章(Calamagrostis angustifolia)群落为研究对象,研究2个群落的植物物种及其组成特征。结果表明,毛果苔草群落以毛果苔草为优势种,以漂筏苔草(C.pseudocuraica)为亚优势种,二者的重要值之和为56.4%;小叶章群落以小叶章为优势种,其重要值为50.8%。物种多样性分析表明,毛果苔草群落和小叶章群落的Simpson指数(D)、Shannon-Wiener指数(H)和Pielou均匀度指数(J)均有较大波动,且H与J呈显著正相关,与D呈显著负相关,与S无显著相关关系;毛果苔草群落的H、D、J和S均高于小叶章群落,但差异不显著;2群落的相似性指数为46.5%,表明二者间存在一定的联系。     

湿地翅碱蓬生物量遥感估算模型

以黄河三角洲HJ-1A CCD遥感数据和滨海湿地翅碱蓬生物量实测数据为数据源,通过对比分析参数回归模型（单变量线性和非线性回归模型,多元线性逐步回归模型）和人工神经网络模型（BP网络、RBF网络、GRNN网络）,构建黄河三角洲湿地翅碱蓬生长初期的生物量湿重遥感估算最优模型。研究表明：基于遥感信息变量能够建立生长初期翅碱蓬生物量湿重估算模型。尽管基于RDVI、MSAVI和PC2的3个变量的多元线性回归模型的拟合效果较优,但是以SAVI、MSAVI、RVI、DVI、RDVI和PC2等7个遥感信息变量构建的BP神经网络模型的精度更高,平均相对误差为12.73%,估算效果最优,能够满足较高精度的生物量湿重估算需求。翅碱蓬生长初期生物量湿重最优估算模型的建立,为滨海地区植被生物量监测、区域翅碱蓬生物量季节动态模拟以及黄河三角洲生态系统功能评价提供技术支持与基础。     

三江平原典型沼泽湿地植物种群的生态位

采用Levins 公式,对三江平原典型沼泽湿地植物群落的优势种群生态位宽度和生态位重叠值进行了研究.结果表明：各湿地植物种的生态位宽度排序为漂筏苔草(0.907)>毛果苔草(0.864) >狭叶甜茅(0.855) >小叶章＝睡菜＝球尾花＝二歧银莲花(0.500).毛果苔草、漂筏苔草、睡菜与球尾花之间,以及狭叶甜茅、小叶章与二歧银莲花的生态位重叠值均较高,说明几种植物在同一资源位上出现的频率相近,利用资源的能力相似,在对资源利用上具有一定的竞争性.睡菜与小叶章和二歧银莲花,以及球尾花与小叶章和二歧银莲花的生态位重叠值均为0,表明几种植物适应环境的方式不同.水分是导致湿地植物生态适应性差异的主导因子,植物对环境生态位适应的程度是水分和营养状况等因素共同作用的结果.湿地植物的生态位特征能较好地表征各植物的生态适应性和分布幅度.     

土地利用/覆被变化扎龙湿地蒸散发量及生态需水量的遥感估算

地表蒸散发量是影响湿地水热平衡的主要因素,也是水分损失的主要途径,对湿地生态需水量的合理确定和水资源的有效管理具有重要意义。借助遥感和GIS技术,利用2002、2010、2016年34景Landsat影像,基于时序NDVI数据对湿地下垫面物候特征的定量表征,准确获取了扎龙湿地保护区3个时期土地利用/覆被的动态变化信息。选用物理基础较好且应用广泛的SEBAL模型,估算了湿地的瞬时蒸散发量,并结合站点气象数据,实现了湿地蒸散发量在时间尺度上的扩展,分别得到日、月、年尺度的湿地蒸散发量,深入探究了扎龙湿地蒸散发的时空分布特征;最后从湿地湖泡需水量、植物需水量及生物栖息地需水量3个方面,定量估算出扎龙湿地3个时期的现状生态需水量。研究发现：扎龙湿地的土地覆被类型主要以芦苇沼泽、草地和耕地为主,其中芦苇沼泽分布占绝对优势,且2002-2016年持续增加了205.82 km²;草地、耕地呈持续减少态势,分别减少了119.35 km²和95.96km²,表明2002-2016年扎龙湿地生态系统呈恢复态势;湿地保护区蒸散发量年内均大致呈单峰型分布,符合夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季的规律,在年际上呈现明显的递增趋势,年蒸散发量由2002年的518.87mm增加到2016年的625.98mm,增加了20.64%。为满足湿地内的生态消耗,总体上2002-2016年湿地的生态需水量也相应的增加,保护区适宜生态需水量的变动范围为5.40亿-7.08亿m³,可以维持湿地湖泊、植被、动植物栖息地的健康态势。维持核心区健康状态的最小生态需水量变化范围为2.71亿-3.32亿m³。随着遥感数据时空分辨率的提高,基于蒸散发量反演的湿地生态需水量估算将更加实用和准确,为湿地保护区制定科学合理的补水方案提供有效的技术支撑。     

天山南麓山前平原植物群落物种多样性及空间分异研究

荒漠灌丛是天山南麓山前平原主要植被类型.本研究定量分析了山前平原植物群落物种多样性及生境尺度异质性的影响.结果表明:(1)天山南麓山前平原的植物群落多样性指数Simpson、均匀度指数McIntosh及丰富度指数Margalef都较低,在地貌带的过渡上,植物分布呈现均匀化.(2)海拔和地下水埋深是影响天山南麓山前平原植物群落物种多样性的重要环境指标.海拔梯度与物种多样性指数Simpson、Margalef及McIntosh均呈显著的线性正相关关系,物种多样性均随海拔高度的增加而增加;地下水埋深与物种多样性指数呈极显著的线性负相关关系,物种多样性随地下水埋深的增加而减小.(3)土壤含盐量与物种多样性指标无显著关系,但土壤含盐量与地下水埋深相关性显著,这是天山南麓山前平原土壤盐分空间异质性的一个重要特点.土壤盐分含量变化影响着植物群落物种组成,随土壤盐分含量增加,群落中盐生植物种类逐渐占据优势.(4)海拔的变化是决定天山南麓山前平原灌丛群落生境差异的主导因子.海拔差异表征了山前平原地貌、水文地质条件及土壤的变化,而随海拔变化的水热、水盐等干扰体系的差异则进一步导致了异质性的生境,进而影响不同植被类型中群落组成结构和多样性的差异.     

水位梯度对三江平原典型湿地植物根茎萌发及生长的影响

通过水位控制模拟试验,研究了水位梯度对三江平原典型湿地植物——小叶章和毛苔草根茎萌发及生长的影响.结果表明:2种植物对水位的适应策略各异,小叶章种群密度、平均高度和最大高度都在0cm水位条件下出现极大值,而毛苔草种群平均高度和最大高度随水位上升而升高,种群密度则随水位上升而下降.在萌发初期,一定时间的无淹水环境促进2种湿地植物的根茎萌发,而淹水抑制其萌发;在生长期,过度的淹水限制了小叶章的生长,而毛苔草则水分越多生长越旺盛;干旱缺水限制植物生长,可能会引起植物生活史的改变.     

基于MODIS数据的松嫩平原西部芦苇湿地地上生物量遥感估算

芦苇作为湿地生态系统中重要的群落类型,其地上生物量是衡量湿地生态系统质量的关键指标。应用面向对象的土地覆盖分类技术,基于多季相Landsat8 OLI遥感数据,提取松嫩平原西部芦苇湿地分布信息;依托野外实测芦苇地上生物量数据(AGB)和同期MODIS数据源的NDVI、EVI、RVI、MSAVI和WDVI 5种光谱植被指数,探讨不同光谱植被指数对芦苇AGB的敏感性,进而构建松嫩平原西部芦苇AGB遥感估算最优模型,并进行芦苇AGB遥感反演及空间格局分析。结果表明:2014年松嫩平原西部地区芦苇总面积为1653 km~2,其中扎龙湿地自然保护区内芦苇分布面积最大(1178km~2),占区域芦苇总面积的71.3%;所选取的5种植被指数均与芦苇AGB呈极显著正相关(P0.01),基于EVI构建的指数曲线模型为松嫩平原西部芦苇AGB反演的最优模型(R2=0.55)。研究区芦苇平均AGB为372.1g/m~2,AGB总量为6.14×105t,其中扎龙湿地自然保护区内芦苇AGB总量为4.38×105t;各保护区芦苇平均AGB由大到小依次为:向海保护区(469.7 g/m~2)大布苏保护区(454.1 g/m~2)莫莫格保护区(373.0 g/m~2)扎龙保护区(372.4 g/m~2)查干湖保护区(369.8 g/m~2);松嫩平原西部芦苇AGB总体呈现南高北低的分布格局,将为湿地生态系统管理与保护及芦苇资源的合理利用提供科学依据。     

三江平原七星河流域湿地植物多样性及影响因素

湿地植物多样性是生物多样性的重要组成部分,在维护湿地生态功能和湿地生态系统稳定性方面发挥着极其重要的作用。为研究七星河流域湿地植物的多样性,选择七星河流域的七星河国家级自然保护区和三环泡国家级自然保护区,分别于2016年和2017年,对该流域内湿地植物进行了实地植物样方调查,共计调查194个样方,利用TWINSPAN进行了样方群落划分,并采用广义线性模型分析了影响植物多样性的影响因素。结果表明七星河流域湿地植物共有532种,隶属于80科,212属,主要群落类型为湿苔草-隐果苔草群丛;狭叶甜茅群丛;萍蓬草-狐尾藻群丛;漂筏苔草群丛;小叶章-臌囊苔草群丛;甜茅-芦苇群丛;芦苇群丛;貉藻群丛等,狭叶甜茅群丛物种多样性较单一,芦苇群丛的物种多样性较丰富。广义线性模型分析结果得出物种多样性与植被密度密切相关,植被密度越大,物种的多样性越小。为七星河流域物种多样性研究提供了重要的基础数据。