基于BP神经网络与ETM+遥感数据的盐城滨海自然湿地覆被分类

高效而精确的湿地遥感分类是大范围湿地资源动态监测与管理的必要保障。本研究使用ETM 遥感数据,借助Matlab神经网络工具箱,构建了基于BP神经网络的滨海湿地覆被分类模型,并将其应用于江苏盐城沿海湿地珍禽国家级自然保护区的核心区的自然湿地覆被分类研究中。本研究选择3、4、7、8波段作为输入层变量,单隐藏层设为10个节点,输出层变量对应待划分的8种覆被类型,构建三层式BP神经网络滨海湿地覆被分类模型。结果显示,BP分类总精度为85.91%,Kappa系数为0.8328,与最小距离法和极大似然法的分类总精度相比,分别提高了7.99%和6.08%,Kappa系数也相比提高。研究结果表明,BP神经网络分类法是一种较为有效的湿地遥感影像分类技术,能够提高分类精度。     

基于RS与GIS的乔木层物种多样性分布格局——以辽东山区水源涵养林为例

根据ETM+遥感影像与实地考察数据,通过建立乔木层物种多样性反演模型及模型地面验证等方法,对辽东山区水源涵养林乔木层物种多样性分布格局及其在不同海拔高度和坡向上的分布状况进行了研究.结果表明:归一化植被指数(NDVI)、湿度(TC3)和绿度(TC2)与Shannon-Wiener多样性指数相关性较高,3个植被指数与Shannon-Wiener多样性指数的回归模型可靠(R2=0.637,P<0.01).地面验证结果表明,模型能解释乔木层物种多样性的69.38%;乔木层物种多样性指数主要集中在1.0～2.2,并符合"中间海拔高度膨胀"理论;坡向对乔木层物种多样性分布的影响体现在东北坡出现高物种多样性的可能性最大,验证了由于坡向导致的水热差异,从而影响物种多样性的结论.     

基于多时相Landsat TM影像的汶川地震灾区河岸带植被覆盖动态监测——以岷江河谷映秀-汶川段为例

基于混合像元分解方法,利用Landsat TM卫星遥感数据监测了岷江上游干旱河谷区映秀\汶川段河岸带植被在汶川地震前后的植被覆盖动态变化,并结合高程、坡度及坡向数据,分析了植被受损及地震3a后植被恢复的空间分布特征。结果表明,地震造成研究区河岸带植被的受损总面积为2736.61hm²,且集中分布在海拔1100-1700m,坡度25-55°之间以及东、东南和西坡;地震3年后,受损植被与震前相比,共恢复了56.20%。     

基于LSMM和改进的FCM提取城市植被覆盖度——以北京市海淀区为例

植被是城市生态系统的重要组成部分,及时获取植被覆盖信息对城市生态环境监测具有重要意义。利用中分辨率Landsat TM遥感数据,采用线性光谱分解模型(LSMM)开展城市植被覆盖度提取;同时,通过改进训练样本选择方式,在最小噪声变换(MNF)、像元纯净指数分析(PPI)、N维可视化分析基础上得到端元样本,再运用模糊C-均值(FCM)获取植被覆盖度;最后以高分辨率SPOT5遥感数据对两种方式的提取结果进行精度检验。结果显示,基于LSMM和改进的FCM提取的城市植被覆盖度与检验数据相关系数分别为0.8252和0.9381,后者可以较好地处理其他要素的非线性影响,因而具有较高精度。     

基于RUSLE-SMA的黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀评价及景观格局分析——以庆城县蔡家庙流域为例

以甘肃省庆城县蔡家庙小流域为例,运用混合光谱线性分解(SMA)从Landsat遥感影像提取植被覆盖度,获取流域的植被覆盖因子,借助通用土壤侵蚀方程RUSLE计算了2003和2010年土壤侵蚀量,分析了土壤侵蚀与土地利用和地形因子之间的关系,并对流域土壤侵蚀景观格局变化进行了研究.结果表明:7年间,蔡家庙小流域土壤侵蚀量由3.61×106 t·a-1增加到4.48×106 t·a-1,增加了24％;平均侵蚀强度由8590.23 t·km-2增加到10652.01 t·km-2.不同土地利用类型的侵蚀状况差异较大,未利用地、草地、园地的侵蚀状况严重;坡度大于15°、高程低于1395 m以及坡向朝西的区域,土壤侵蚀较严重.研究区整体侵蚀景观高度破碎,斑块总数减少,破碎度变小,景观异质性减小,整体形状趋于规则;除微度侵蚀景观外,其余景观类型趋于简单化.     

黄土丘陵沟壑区退耕还林(草)工程的经济效应——以安塞县为例

退耕还林(草)工程的经济效应关系到人工重构生态系统的稳定性,研究退耕区农村经济的发展情况,对科学评价退耕还林(草)工程经济效应具有十分重要的意义;本研究以安塞县退耕还林(草)试点工作为对象,采用参与性农村评估(Participatory Rural Appraisal, PRA)为调查方法,对安塞县实行退耕还林工程以来农村经济效应的变化情况进行调查;采用主成分析法对6个经济指标与退耕还林(草)经济效应的关系进行分析;用聚类分析法对8个模式的经济效应进行分类.主成分分析结果表明:6个经济效应指标可以简化为特色农业收入因子、粮食收入因子和非农业收入因子,并对各因子对经济效应的贡献作了详细分析.聚类分析结果表明:8个退耕模式可分成4个经济效应发展类型:经济效应增效型、经济效应稳步型、经济效应迟缓型和经济效应滞后型;从而进一步验证经济效应与农业结构调整、后续产业的发展、剩余劳动力转移的关系,为退耕还林(草)的顺利开展提供研究依据.     

基于Hyperion影像植被光谱的土壤重金属含量空间分布反演——以青海省玉树县为例

本研究主要探讨了利用Hyperion影像植被光谱估算土壤重金属含量的可行性.以野外采集的三江源区玉树县48个表层土壤样品As、Pb、Zn、Cd实验室测定含量值,以及从两景Hyperion影像提取的48个土壤样本点相应的176个植被光谱反射率波段及构建的5种植被指数为数据源,利用偏最小二乘回归方法(PLSR)建立土壤各重金属含量与上述两套Hyperion影像上提取的变量之间的估算模型.模型分别为176个植被光谱反射率波段与土壤各重金属含量间的估算模型(植被光谱反射率模型),和以5种植被指数作为自变量,与土壤各重金属含量建立的估算模型(综合植被指数模型).运用验证样本的4种重金属元素实测含量值的标准差与均方根误差的比值(RPD)作为检验标准,As、Pb两种模型RPD均小于1.4,不具备粗略估算能力;Zn、Cd两种模型RPD分别为1.53、1.46与1.46、1.42,均具备粗略估算能力.根据上述结果将Zn的光谱反射率估算模型与Hyperion影像相结合反演得到土壤重金属Zn含量的空间分布,Zn含量在214国道、308省道和乡镇附近偏高,主要受到较强的人类活动影响.表明运用Hyperion高光谱影像植被光谱反射率可以间接估算土壤Zn、Cd元素含量.     

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%。     

土地利用和环境因子对表层土壤有机碳影响的尺度效应——以陕北黄土丘陵沟壑区为例

土壤表层有机碳对土地利用和环境因子的变化非常敏感,并具有尺度变异特征。研究不同尺度上表层土壤有机碳的空间分布及其与土地利用与环境因子的关系对于评价黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳状况具有重要意义。选择黄土丘陵沟壑区安塞集水区和集水区内典型小流域——沐浴小流域作为研究区,探讨两个尺度上,表层土壤有机碳的分布特征及其与土地利用、环境因子的关系。结果表明:(1)土地利用方式对有机碳的影响在不同尺度上差异明显,对于不同利用方式下的有机碳含量,沐浴小流域从高到低依次是荒草地林地灌木林地耕地,安塞集水区则依次为林地灌木林地耕地荒草地;(2)对于不同利用方式下的土壤有机碳密度,沐浴小流域从高到低依次是荒草地林地耕地灌木林地,安塞集水区则是林地耕地荒草地灌木林地;(3)在沐浴小流域和安塞集水区两个尺度上,坡向、坡度和植被盖度均与有机碳含量和有机碳密度正相关,而相对海拔、土地利用与有机碳密度负相关;(4)在小流域尺度上,海拔高度、坡位、土地利用与有机碳含量负相关,坡位与有机碳密度负相关,但是在集水区尺度上,相关性则与此相反。     

基于Landsat TM的热带精细地物信息提取的模型与方法——以海南岛为例

应用遥感技术进行精细地物信息提取是研究生态系统结构、过程和功能的重要手段之一。由于热带地区生态系统复杂,为精细地物信息提取带来很大的不确定性,极易产生"同物异谱"、"同谱异物"的现象。研究以地处热带地区的海南岛精细地物遥感信息提取为例,在综合分析典型地物光谱特征、空间分布、斑块形状等基础上,构建和优化了水陆指数WLI(Water and Land differing Index)、乔灌草指数GSI(Grass and Shrub differing Index)、旱地-沙地指数SSI(Field and Sand differing Index),并结合新型通用植被指数VIUPD(Vegetation Index of the Universal Pattern Decomposition Method)及DEM(Digital Elevation Model)等多源数据,提出基于决策树的面向对象遥感信息提取方法。该方法首先确定要提取的对象,明确对象类别与对象隶属关系,然后逐层逐项的提取天然林、橡胶林、浆纸林等地物信息。结果表明,综合提取的精度达88%,相比传统的监督分类方法精度(66%)提高22个百分点,精度明显提高。     

洪家渡水库溶解二氧化碳分压的时空分布特征及其扩散通量

为了了解水库温室气体的释放特征,于2006年4月、7月、10月和2007年1月对中国西南喀斯特地区新建的洪家渡水库入库水体、出库水体和水库坝前水体的CO2分压(pCO2)特征进行了分析.结果表明:入库河流pCO2为春季<夏季<秋季<冬季,其中,六冲河全年平均值为488μatm,凹水河全年平均值为624 μatm;水库库区表层水体pCO2冬季最高,春季最低,分别为925和279 μatm,全年平均值为598 μatm;在水体垂直剖面上,pCO2随水深的增加而增加;出库水体pCO2夏季最高,达8 417 μatm,春季最低,为382 μatm,全年平均值为3 260 μatm.就全年平均而言,入库水体、水库库区表层水体以及出库水体PCO2均高于大气CO2分压(380 μatm),其向大气中释放的CO2通量分别为3.93～6.29、4.87～7.79和64.29～102.86 mmol·m-2·d-1.该水库总体上是大气CO2的源,天然河流水体经水库作用后CO2释放强度增加,导致水库泄水pCO2为天然河流的16倍、水库库区表层水体的13倍,其向大气中释放CO2量也相应增加.因此,水库泄水的CO2释放问题值得关注.     

渭北旱塬苹果种植分区土壤水分特征

在区域尺度和定位观测的基础上,探讨了渭北塬区不同苹果种植分区的土壤水分特征．结果表明,渭北旱塬苹果种植分区土壤水分特征主要受降水和蒸散量的影响．在区域尺度上,苹果地潜在蒸散量是台塬东部区>高原沟壑区>台塬西部区．3种类型区苹果地土壤水分都存在亏缺现象,台塬东部区苹果地平均土壤水分亏缺量为390．9mm．最大亏缺量为674．6mm,最小亏缺量为186．3mm;高原沟壑区苹果地水分平均亏缺量、最大亏缺量分别为264．4和441．2mm,偶尔也出现水分盈余的现象;台塬西部区总体上表现为亏缺。但苹果地出现水分盈余的现象较高原沟壑区普遍,最大盈余量达151．8mm．渭北旱塬苹果地水分储存量也存在区域分异,在全生育期2m土层水分储存量台塬西部区>高原沟壑区>台塬东部区．这种变化特性与降水量的时空变化、果树对土壤水分的消耗量及降水年型有关;具体表现为苹果地耗水量以台塬东部区最大,高原沟壑区次之,台塬西部区最小,干旱年苹果全生育期耗水量低于丰水年．在干旱年份,苹果树耗水量除来源于生育期问的有效降水外,还有相当一部分依赖于3m以下土层贮水,形成土壤干层。影响果业持续发展．     

黄土高原半干旱区土壤干层水分恢复研究

黄土高原土壤干层是一个重要的生态环境问题,研究干层土壤水分的恢复对正确指导黄土高原退耕还林还草,实现该区土地的可持续利用具有重要意义。研究在黄土高原半干旱区的固原县,选择了将紫花苜蓿翻耕后3a、12a的坡耕地,对其土壤干层的水分恢复状况进行了分析。发现二者土壤干层水分最大恢复深度分别为3m、4．8m,但土壤水分含量在中效水及其之上的主要恢复层深度分别为2m、2．2m。苜蓿翻耕3a和12a后2m以上土层土壤平均湿度都能恢复到易效水或极易效水的水平,可以满足1年生农作物的生长需求而不会进一步恶化土壤水分生态环境。但即使苜蓿翻耕12a后土壤水分,也不能满足林木和多年牛豆科牧草正常生长的水分需求。     

黄土高原水土保持林对土壤水分的影响

黄土高原植被恢复的限制因素主要是土壤水分,植被与土壤水分关系的研究对黄土高原植被恢复具有重要意义.2008年7月1日至2009年10月31日间采用EnviroSMART土壤水分定位监测系统以每30min监测1次的频度,对晋西黄土区刺槐人工林地、油松人工林地、次生林地的土壤水分变化进行了研究.研究得出:次生林地0-150 cm土层中平均蓄水量为331.95mm,刺槐人工林地为233.85 mm,有整地措施的油松人工林地为314.85mm,刺槐人工林比次生林多消耗的98.10mm土壤水分主要来源于80 cm以下土层.次生林主要消耗0-80 cm土层的水分,而人工林不但对0-80 cm土层水分的消耗量大于次生林,对深层土壤的消耗也较次生林大,这将有可能导致人工林地深层土壤的“干化”.在土壤水分减少期(11-1月)刺槐人工林土壤水分的日均损耗量为0.86mm、油松人工林为0.82 mm、次生林为0.84 mm.土壤水分缓慢恢复期(2-5月)刺槐人工林地土壤水分的恢复速度0.90mm/d,油松人工林地为0.53 mm/d、次生林地为0.79 mm/d.土壤水分剧烈变化期(5-10月)刺槐人工林地土壤水分含量的极差为95.71mm,油松人工林地为179.1mm,次生林地为72.03mm.在干旱少雨的黄土高原进行植被恢复时,应多采取封山育林等方式,依靠自然力量形成能够与当地土壤水资源相协调的次生林,是防止人工植被过度耗水形成“干化层”、保障水土保持植被持续发挥生态服务功能的关键.     

陕北黄土高原土壤干层的分布和分异特征

以人工刺槐林为研究对象,经大量野外调查和数据分析,研究了陕北黄土高原土壤干层的分布状况和分异特征,结果表明,土壤干层在陕北黄土高原从南到北大范围内普遍分布,根据干化程度可分为4个类型区：1)以宜君为代表的高原沟壑区南部;2)以富县、黄陵为代表的高原沟壑区北部;3)范围较广的丘陵沟壑区,该区又可分为南、西、北3个小区,南区以延安、延长为代表;西区以吴旗、安塞为代表;北区以绥德、米脂为代表;4)以神木为代表的风沙区,受降雨量的影响,土壤干化程度具有明显的水平分异规律,即随着降雨量从南到北的减少,干化程度亦随之加重;受海拔高度、降雨入渗能力的影响,土壤干化程度在小范围的山地呈现明显的垂直分异规律,海拔愈高,干化程度愈严重;因土地类型的不同,土壤干化程度在局地空间上呈现明显的分异规律。     

黄土丘陵沟壑区土壤水分环境及植被生长响应——以燕沟流域为例

调查了黄土丘陵沟壑区燕沟流域刺槐(Robinia pseudoacacia)林地、辽东栎(Quercus liaotungensis)林地、荒草地、农地等不同植被类型条件下7种地类的土壤水分环境,分析不同植被类型对水分环境的生长响应.结果认为,各地类均存在一定程度的水分亏缺,亏缺量由大到小依次为:阳坡刺槐林地991.57mm、阳坡荒草地941.21mm、阴坡刺槐林地866.53mm、阳坡辽东栎林地815.89mm、阴坡荒草地790.27mm、阴坡辽东栎林地745.20mm、农地325.55mm.土壤水分的交换深度农地达320cm,阴坡荒草地为240cm,阴坡辽东栎林地为200cm,阴坡刺槐林地和阳坡辽东栎林地均为160cm,阳坡荒草地为140cm,阳坡刺槐林地为120cm.试验期间,林地、荒草地和农地分别约有10%、14%、30%的降水储存于土壤中,林地、荒草地600cm深土壤水库可利用水量62.6～309.0mm,与农地728.6mm相比土壤水库的调节能力很有限.受林木耗水量和土壤供水能力的双重影响,阳坡刺槐林枯梢现象严重,有整株枯死林木;阴坡刺槐林有明显的枯梢,但没有整株枯死的林木;辽东栎林也存在枯梢现象,但较刺槐林轻微,林木生长仍然十分旺盛.人工林地植被较高的截留和蒸腾耗水是造成土壤干燥化的主要原因,在植被建设中应遵循区域植被的演替规律,以水定植,尽量选择低耗水的适生乡土树种,采取自然修复为主、人工栽植为辅的措施,同时实施好水土保持措施.黄土丘陵区天然辽东栎林是当地植被演替的顶级群落,林地土壤的干燥化是黄土高原气候整体趋于旱化造成的,并不是人为干扰导致植被过度耗水造成的,这种土壤干燥化不宜归属于干层的范畴.判别土壤干层应以当地稳定天然植被群落的生物量水平和土壤水分状况为基准.     

黄土丘陵区植被的土壤水文效应

采用定位监测与普查相结合方法,对黄土丘陵区主要降水量级地区不同植被下土壤水分状况进行了系统的总结分析。研究认为：农林草地土壤水分剖面有较大差异,土壤水分由高到低依次为农地、草地、灌木地、乔木。部分地区灌木林土壤水分可能不如乔木林地。在特旱年份,不同植被下的土壤水分严重亏缺,但不同植被利用引起的土壤水分差异变小。森林带土壤水分明显好于过渡带,该带刺槐生长正常;在过渡带,特旱年份油松、刺槐林不能正常生长,且乔、灌、草均引起土壤干层。所以在林草植被建设中需要一些辅助措施来保证土壤水分供应的可持续性。     

黄土高原丘陵沟壑小流域土壤水分垂直分布变异特征及影响因子

以地统计学的半变异函数为分析工具,分析了黄土高原丘陵沟壑区小流域土壤水分在垂直方向的空间变异特征以及土地利用类型和地形等因子对其的影响.结果表明:1)球状模型可以很好地拟合土壤水分在垂直方向的半变异函数曲线,其存在强烈或中等程度的空间自相关,变程范围从2～5 m不等;2)果园对土壤水分含量的影响主要表现在1～2 m深度,5月份含量最高,且分布均匀,8月份由于气温和叶面蒸腾作用,水分含量最低.坡耕地和梯田的水分含量都较高,垂直变化不明显,梯田的土壤水分含量最低月份是9月,比坡耕地晚1个月,这是因为所种作物的主要生长季节为9月份,这期间消耗水分较多而造成的.林地由于根系发达,对土壤水分垂直方向的变化的影响比较大,变化为先增大、再减小、最后再增大且分布趋于平缓.灌木林的土壤水分含量整体较低,主要变化深度范围集中在0～2 m;草地的土壤水分含量较高,垂直变化的深度范围集中在1 m以内;3)坡度、坡向地形因子和土壤水分的垂直方向变异特征没有呈现明显的相关性.     

黄土高原半湿润区苜蓿草地土壤干层形成及水分恢复

研究了黄土高原地区不同生长年限苜蓿草地0～1000 cm土层土壤水分消耗规律.结果表明,荒地与苜蓿草地土壤干层出现的区域及发生的程度不同:荒地在80～100 cm土层深度,出现轻度干层;生长年限低于8a(含8a)的苜蓿草地,在250～350 cm土层出现轻度干层,生长年限超过8a,出现中度干层,干层范围延至500 cm土层以下.苜蓿生长超过18a,0～200 cm上层土壤水分开始恢复,年均恢复1.49%;但在200～1000 cm土壤深层,18、26年生苜蓿草地土壤含水量仅为10.20%,深层土壤通体干化,水分难以恢复.     

不同土地利用类型下土壤粒径分形分析——以黄土丘陵沟壑区为例

土壤粒径分布影响土壤的水力特性、土壤肥力状况以及土壤侵蚀等,是重要土壤物理特性之一。在水蚀严重的黄土丘陵沟壑区,不同的土地利用类型对水土流失的阻截作用不同,因而进一步导致其土壤粒径分布的差异。对不同土地利用类型下土壤粒径分布的分形和多重分形分析发现：黄绵土土壤粒径分布包含有3个无标度区间,分别为粘粒域、粉粒域和砂粒域;土壤粒径分布的分形维数D、粉粒域维数Dsilt、砂粒域维数Dsand、信息维数D1、信息维数/容量维数D1/D0与土壤细颗粒含量和有机质含量成显著的正相关关系;土地利用对分形维数D、粉粒域维数Dsilt、砂粒域维数Dsand、容量维数D0、信息维数D1、信息维数/容量维数比值D1/D0的影响较显著。这表明这些分形和多重分形参数可以作为反映土壤物理性质和土壤质量的潜在性指标,其实用性有待进一步探讨。