秦岭山区植被春季物候的海拔敏感性

植被物候作为自然界规律性、周期性的现象,对自然环境尤其是气候变化有着重要的指示作用,研究其时空变化特征对陆地植被生态环境监测具有重要意义。本研究采用Savitzky-Golay滤波法重建秦岭山区2001—2018年MODIS增强植被指数时间序列影像,利用动态阈值法提取研究区春季物候信息(返青期),并对返青期多年平均值和年际变化与海拔、坡度进行相关分析。结果表明: 海拔每升高100 m,植被返青期推迟1.82 d;返青期的年际变化趋势主要集中在0~5 d·(10 a)^-1。其中,呈推迟趋势的像元主要分布在低海拔地区,呈提前趋势的像元主要分布在高海拔地区。高海拔地区返青期的年际变化比低海拔地区复杂;秦岭山区植被返青期存在南北差异。北坡植被返青期多年平均值较南坡早2.9 d,南坡植被返青期的推迟程度大于北坡。南北坡植被返青期的年际变化在低海拔地区呈推迟趋势,且南北坡相差不大,而提前趋势在中高海拔地区存在显著差异。     

近144年来秦岭太白山林线区3-6月平均气温的重建

秦岭太白山林线植被因海拔较高且受人为扰动较轻,对气候变化的响应尤为敏感,为获取过去气候变化信息提供了可靠代用资源。然而,结合树木年代学方法及Arcgis空间插值功能进行秦岭林线气候变化重建的工作至今仍处于空白。利用采自太白山林线地带太白红杉(Larix chinensis)所建立的树轮宽度资料,与提取自太白山保护区气温栅格数据中的采样点位置气象数据进行相关分析。结果表明,太白红杉与3—6月平均气温相关性最显著,采用线性回归建立了两者的拟合模型,剔除重建方程中的1997、1998年之后,方差解释量达57.2%(调整自由度后为55.5%);重建气温序列显示偏冷时段平均跨度(16年)较偏暖时段平均跨度(10.8年)长,偏冷时段有:1870—1881年、1903—1918年和1977—1996年;偏暖的时段有:1882—1892年、1919—1929年和1997—2013年;在1931—1978年这一时期,气温相对稳定,1988年之后升温强烈;周期分析显示近144年以来3—6月气温存在22—31 a,18—22 a以及10—13 a的3个振荡周期,可能与大尺度气候驱动及太阳活动存在联系。以上结果均得到历史记录以及周边重建结果的支持。     

基于MODIS/NDVI时间序列的森林灾害快速评估方法——以贵州省为例

以2005—2008年中分辨率成像光谱仪(MODIS)的归一化植被指数(NDVI)数据集为主要数据源构建研究区时间序列,结合统计学分析方法设计一套快速有效的森林灾害评估体系,用以探测森林资源损失的空间分布范围与灾害等级,并利用森林资源雪凝灾害损失的实际调查数据对评估结果进行一致性检验。结果表明:通过计算2005—2007年研究区所有森林像元的平均值R珔2005-2007和平均绝对偏差δall,确定森林灾害阈值DT为0.048;利用该阈值,获取2008年受灾较重的森林空间分布,主要密集分布在贵州省东南部和东北部,包括了黔南自治州、黔东南自治州和铜仁市等地区;受灾森林像元数占总森林像元数的28.6%,高于凝冻灾害森林资源损失实际调查结果(17.7%);在县域尺度上,根据MODIS/NDVI关键期影像获取的森林资源损失区域和灾害等级,确定德江、沿河和都匀等11个重度受灾县(市、区)和湄潭、榕江和桐梓等10个中度受灾县(市、区),与小班调查结果具有较高的一致性,其Kappa系数为0.86。方法为大区域尺度的森林灾害快速评估提供了一种新思路。     

基于MODIS的洞庭湖湿地面积对水文的响应

利用MODIS影像数据集提取了2000-2010年间的洞庭湖水面面积。结合城陵矶水位数据分析了10月-翌年5月洞庭湖水体湿地和洲滩湿地的面积变化。研究结果表明,洞庭湖水体湿地呈现明显减小的趋势。2010年2月、10月、12月较2000年2月、10月、12月相比,分别有29.98%、26.76%和9.02%水体湿地转化为洲滩湿地。城陵矶在24-26 m水位涨落的时序变化较大,使东洞庭湖草滩湿地提前出露。推迟淹没,洲滩湿地裸露时间延长,亦将导致低海拔的草滩湿地向芦苇滩湿地的演变。洞庭湖湿地面积的变化是三口、四水来水减少、降雨减少等多方因素共同作用的结果,而三峡在9-10月间蓄水,将进一步加重湿地洲滩化的趋势     

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.     

基于时序植被指数的华北地区作物物候期/种植制度的时空格局特征

随着气候变化对农业系统的影响不断加剧,为保障粮食安全,须掌握变化中的自然与人文因素,而农业生态系统中变化最为明显直观的是农作物物候特征,如何提取大区域尺度上农作物物候期以及种植制度的时空格局特征,是评价区域粮食安全的重要因素.基于多时相遥感信息可以有效反映年内/年际农作物物候特征变化的原理,首先利用近10a来的SPOT/VGT-NDVI时间序列数据,在进行数据序列平滑重构处理基础上,提取了华北地区农作物典型物候期的数量分布与空间格局特征;然后,基于上述物候期的分异特性建立了一年一熟和一年二熟等种植制度类型的遥感识别标志;最后,重点分析了上述种植制度的空间格局及其时间波动特征,并利用农业统计资料对提取结果进行了简单验证.分析结果表明,作物物候期特征的数量分布和空间分布在不同生长季均具有显著差异,直接体现了与外界环境条件(诸如区域温度、降水和光照等)的匹配程度以及作物类型自身的生长特征;从主要种植制度空间分布来看,华北地区南部地区农作物类型以夏收作物和二熟秋收作物为主,与之对应的农田种植制度以一年两熟为主;华北地区北部主要为一熟制区域,作物类型以一年一熟秋收作物为主,作物种植制度空间分布随着纬度递减呈现出简单到复杂的总体趋势;从近10a的种植情况来看,一年一熟作物种植面积最大,年际变化幅度亦较大,一年二熟的夏收作物种植比例次之,而年际变幅最小,二熟秋收作物比例最低,其年际变幅居中.研究中亦提出,在进一步加强多时相遥感技术监测大区域农业生态系统动态变化的同时,亦需深入探讨作物物候特征及种植制度变化的驱动因素及其对国家粮食安全的影响.     

基于层次分析法和GIS的秦岭地区魔芋潜在分布研究

魔芋(Amorphophallusrivieri)为我国传统的食用与药用植物,主产于秦岭以南地区。依据陕西秦岭地区28个魔芋分布点信息,利用秦岭地区45个气象台站1961—2010年气候资料、土壤数据(分辨率1 km)和DEM高程数据(分辨率30 m),结合前人研究,通过魔芋产量与环境指标的相关性分析,获取相关性显著的20个评价指标,包括气候指标13个、土壤指标4个和地形指标3个,运用GIS技术和多元回归模型对气候指标进行栅格化处理,基于层次分析法和加权平均法获得评价指标权重,建立陕西秦岭地区魔芋潜在种植分布模型,确定魔芋潜在种植的空间分布。结果显示:陕西秦岭地区魔芋最适宜种植区面积1 214.42 km2,占可种植区面积的10.18%;适宜种植区面积2 015.60 km2,占可种植区面积的16.90%;次适宜种植区面积3 115.03 km2,占可种植区面积的26.12%;不适宜种植区面积5 580.02 km2占可种植区面积的46.80%。适宜魔芋潜在种植区域主要分布在陕西汉中中南部、安康中南部以及商洛东南部。     

秦岭北坡几种人工林根系及土壤有机碳剖面分布特征的研究

对秦岭北坡浅山区刺槐、油松、侧柏人工林根系生物量、土壤有机碳含量以及土壤氮素进行了测定分析.结果表明,3种人工林之间的根系生物量存在差异,变异系数达到27.75%;土壤有机碳含量差异不明显,变异系数只有3.36%;在土壤剖面上,3种人工林根系生物量的垂直分布有明显差异,但土壤有机碳含量的层次变化基本一致,土壤有机碳主要集中在0~10 cm土层中,其含量超过0~60 cm土层总量的40%;3种人工林土壤全氮与土壤有机碳含量之间都呈显著的线性正相关.     

一种新的人脑信息传输复杂性的研究

我们在过去的工作中曾用Ｋｏｌｍｏｇｒｏｖ复杂性（简称ＫＣ）来研究人脑信息传输的过程。但计算ＫＣ时需要对序列作粗粒化。粗粒化过程很容易丢失许多有意义的细节。为此,本文提出一种新的复杂性测度,即Ｃ０复杂性。我们认为复杂运动时间序列是由规则运动部分时间序列及随机运动部分时间序列组成的,因此Ｃ０复杂性就被定义为随机运动部分时序与时间轴所围区域的面积与整个复杂运动时序与时间轴所围区域面积之比。Ｃ０复杂性测度在计算过程中避免了粗粒化,因而较之ＫＣ等复杂性测度能更好反映序列的动力学性质。计算Ｃ０复杂性的关键是怎样从一复杂运动时序中找到规则部分时间序列。     

全胃切除术后四种消化道重建方式的对照研究

目的:全胃切除术后常常会发生明显的营养不良、各种术后不良症状以及生活质量的下降.本研究通过对比全胃切除术后四种消化道重建方式,探讨全胃切除术后理想的消化道重建术式.方法:选取自2007年11月至2011年3月间我院行全胃切除术治疗胃癌患者196例,分为A组(行功能性空肠间置代胃术)、B组(P型空肠间置代胃术)、C组(P型Roux-en-Y空肠代胃术)、D组(改良Longmire法空肠代胃术)4种消化道重建术.比较4组患者手术时间、出血量、住院时间和死亡率以及术后1年生活质量、营养状况和术后并发症情况.结果:4组患者在平均手术时间、出血量、住院时间和死亡率方面无明显差异(P＞0.05).A组患者倾倒综合征、反流性食管炎、Roux-en-Y滞留综合征发生率分别为2.1％(1/48)、4.2％(2/48)和2.1％(1/48),均显著低于其他3组(均P＜0.05).术后1年生活质量(Visick分级指数)的比较,A组明显优于其他3组(均P＜0.05).术后1年营养预后指数(PNI)分别为55.40± 3.6,52.30± 2.8,41.5±4.3和40.7±5.5,A组和B组明显高于C组和D组(P＜0.05),A组和B组组间数据差异无统计学意义(P＞0.05),C组和D组组间数据差异无统计学意义(P＞0.05).结论:全胃切除术术后消化道重建应保持空肠的连续性并保持摄入食物通过十二指肠.功能性空肠间置代胃术安全可靠,对于减少全胃切除术后并发症的发生率,提高生活质量和营养状况有着重要的意义.     

Quantitative time series reconstruction of Eemian temperature at three European sites using pollen data

Botanical data are widely used as terrestrial proxy data for climate reconstructions. Using a newly established method based on probability density functions (pdf-method), the temperature development throughout the last interglacial, the Eemian, is reconstructed for the two German sites Bispingen and Gröbern and the French site La Grande Pile. The results are compared with previous reconstructions using other methods. After a steep increase in January as well as July temperatures in the early phase of the interglacial, the reconstructed most probable climate appears to be slightly warmer than today. While the temperature is reconstructed as relatively stable throughout the Eemian, a certain tendency towards cooler January temperatures is evident. January temperatures decreased from approx. 2–3 °C in the early part to approx. –3 °C in the later part at Bispingen, and from approx. 2 °C to approx. –1 °C at Gröbern and La Grande Pile. A major drop to about –8 °C marks the very end of the interglacial at all three sites. While these results agree well with other proxy data and former reconstructions based on the indicator species method, the results differ significantly from reconstructions based on the modern pollen analogue technique (pollen transfer functions). The lack of modern analogues is assumed to be the main reason for the discrepancies. It is concluded that any reconstruction method needs to be evaluated carefully in this respect if used for periods lacking modern analogous plant communities.     

Automatic reconstruction of molecular and genetic networks from discrete time series data

We apply a mathematical algorithm which processes discrete time series data to generate a complete list of Petri net structures containing the minimal number of nodes required to reproduce the data set. The completeness of the list as guaranteed by a mathematical proof allows to define a minimal set of experiments required to discriminate between alternative network structures. This in principle allows to prove all possible minimal network structures by disproving all alternative candidate structures. The dynamic behaviour of the networks in terms of a switching rule for the transitions of the Petri net is part of the result. In addition to network reconstruction, the algorithm can be used to determine how many yet undetected components at least must be involved in a certain process. The algorithm also reveals all alternative structural modifications of a network that are required to generate a predefined behaviour.     

2003-2019年山东省冬小麦关键物候期时空特征

农作物物候的变化会直接影响农作物的生长过程,进而影响其质量和产量。基于MODIS EVI遥感数据,提取2003-2019年山东省冬小麦种植区以及主要物候期（返青期、拔节期、抽穗期、成熟期）信息,并分析各物候期的时空变化特征。结果表明：2003-2019年山东省冬小麦返青期、拔节期、抽穗期、成熟期分别集中在一年中的第45-70天、第75-100天、第103-125天、第135-155天;4个物候期的空间分布均呈鲁南早于鲁北、内陆早于沿海的格局特征。区域尺度上,返青期、拔节期、抽穗期、成熟期年际变化率分别为1.56 d/10a、0.65 d/10a、-0.54 d/10a、2.51 d/10a,变化趋势均不显著。像元尺度上,返青期与拔节期变化以推迟趋势为主,呈显著推迟趋势的区域分别占总面积的1.65%、3.05%,这些区域主要分布于鲁东沿海地区和鲁南内陆地区;抽穗期变化以提前趋势为主,呈显著提前趋势的区域占总面积的6.56%,集中分布于菏泽东北部地区;成熟期变化以推迟趋势为主,呈显著推迟趋势的区域占总面积的10.23%,多出现在滨州、德州以及济宁等地区。研究结果可为山东省农田和冬小麦管理以及农业生态保护等提供数据支持和科学参考。     

基于MODIS时序数据的黑龙江流域火烧迹地提取

火烧迹地信息是研究火灾的重要参数和基础数据,也是研究全球生态系统和碳循环扰动的重要依据之一。以受森林火灾影响较为严重的黑龙江流域为研究区,以MODIS时间序列数据为数据源建立了一个分为两阶段的火烧基地提取算法(即首先设定较为严格的提取条件对最有可能发生火灾的像元——核心像元进行提取,然后设定较为宽松的阈值提取距离核心像元一定范围内的火烧像元),对2000—2011年的火烧迹地信息进行了提取,生成了研究区长时间序列火烧迹地分布图,并对其时空分布特征进行了分析。选择黑龙江省为典型验证区对算法精度进行了验证,结果显示算法的整体精度较之以往的算法有了一定程度的提高。     

中国东北城乡植被物候时空变化及其对地表温度的响应

以中国东北地区的沈阳、长春、哈尔滨3个大城市及其周边的乡村为研究单元,在像元尺度上采用小波变换法对长时间序列中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS)增强植被指数(Enhanced Vegetation Index, EVI)数据滤除噪声数据后重建平滑的EVI曲线,基于EVI曲线,采用动态阈值法提取出研究区2009—2016年植被关键物候期参数指标,即植被生长季开始时间(Start of Growing Season, SOS)和结束时间(End of Growing Season, EOS),分析各研究单元植被物候时空变化特征及其对地表温度的响应特征。结果表明:各研究单元SOS和EOS值的空间分布图存在明显的城乡差异。每一个像元所属的实际位置距离城区中心越近,其SOS值越小,EOS值越大,表明植被生长季开始日期早结束日期晚,整个植被生长期时间变长。各研究单元植被物候参数指标的年际变化趋势具有一定的相似性,即SOS随时间均呈现出提前趋势,且城区和乡村的SOS年际变化趋势保持一致,变化速率各不相同。研究区...     

Detecting soil salinity with MODIS time series VI data

Mapping of salinization using the satellite derived vegetation indices (VIs) remains difficult at broad regional scales due to the low classification accuracy. Satellite derived VIs from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) have more potential because the MODIS balances the requirements of spatial detail, spectral and temporal density and tends to reflect vegetation responses through time. However, the relationship between MODIS data and salinity may be underestimated in previous studies because the MODIS time series data were not investigated thoroughly, especially regarding vegetation phenology. This study assessed the applicability of MODIS time series VI data for monitoring soil salinization with a series of MODIS pixels selected in the Yellow River Delta, China. The hidden information in vegetation phenology was investigated by improving the quality of VIs time series data with the Savitzky–Golay filter, extracting the phenological markers and differentiating VIs time series data based on vegetation types. The results showed that the quality of the enhanced vegetation index (EVI) time series data were improved by the Savitzky–Golay filter, which could provide more accurate thresholds of phenological stages than the empirical definition. The seasonal integral of EVI (EVI-SI) extracted from the smoothed EVI time series profile was verified as the best indicator of the degree of soil salinity. Additionally, the correlation of EVI-SI and soil salinity was highly dependent on land cover heterogeneity, and the ranges of correlation coefficients were as high as 0.59–0.92. EVI-SI was linearly correlated with EC_e in cropland with a high model fit (R² = 0.85). The relationship of EVI-SI and EC_e fit best with a binomial line and EVI-SI was able to explain 70% of the variance of EC_e. Despite the poor fit of the linear regression model in mixed sites limited by spatial resolution (R² = 0.32), MODIS time series VI data, as well as the extracted seasonal parameters, still show great potential to assess large-scale soil salinization.     

基于增强型植被指数序列和景观格局分析的松嫩平原盐碱地动态——以大安市为例

吉林省西部是我国盐碱化严重的地区之一,盐碱地动态变化与监测受到关注.基于盐碱化典型区大安市2000、2005和2010年TM影像解译获取的土地利用数据与2000—2012年增强型植被指数（EVI）的序列数据,结合传统景观格局方法分析盐碱地的动态变化,并通过灰色关联方法分析盐碱地动态变化的主要驱动因子.结果表明： 2000—2010年,大安市主要景观类型为耕地、草地和盐碱地,其中,盐碱地和耕地面积呈增加趋势,草地呈减少趋势,盐碱地面积的增加主要来源于草地、沼泽和水域,盐碱地呈现出连通性和聚集度增加的特征.大安市年际EVI呈增长趋势,年均EVI空间分布差异明显,盐碱地EVI值低于其他景观类型,2000—2012年植被覆盖改善的面积稍高于植被覆盖退化的面积,景观类型转化影响了EVI的变化趋势.盐碱地景观演变是自然因素与人为因素共同作用的结果,人类活动干扰对土地盐碱化的影响大于气候因子.
     

华南三省(区)2001—2020年植被物候时空变化

为深入了解气候变化对我国热带亚热带季风区植被物候的影响,该文基于2001—2020年MODIS EVI时序数据,采用Double Logistic法和阈值法提取华南三省(区)植被物候参数,分析了华南三省(区)植被物候的时空变化特征。结果表明, 研究区植被返青期主要集中在第90~105天,枯黄期在第320~335天,生长季在第220~235天。20年来植被返青期推迟,枯黄期基本不变,生长季缩短。在空间分布上,返青期在两广地区自西向东、自北向南逐渐推迟,海南则自东北向西南逐渐推迟;枯黄期表现为在两广中部晚、周边早,在海南中部早、周边晚的分布特征;生长季在两广地区整体自西向东逐渐缩短,在海南则自西南向东北逐渐延长。随着海拔增高,不同地区和不同植被的返青期差异较大,且波动性较大,而枯黄期先推迟后提前,生长季先延长后缩短。这揭示了气候变暖背景下华南三省(区)植被物候的变化特征,对更全面认识我国南方植被对气候变暖的响应有指导意义。     

A new model of net ecosystem carbon exchange for the deciduous-dominated forest by integrating MODIS and flux data

The eddy covariance technique provides continuous measurements of plot-level net ecosystem carbon exchange (NEE) across a wide range of vegetation types. However, these NEE estimates only represent fluxes at the tower footprint scale. To quantify the NEE over regions or continents, flux tower measurements need to be up-scaled to large areas. In the present study, we propose a new NEE model solely based on Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer data, including enhanced vegetation index (EVI), land surface water index (LWSI), land surface temperature (LST), and Terra nighttime LST′. Site-specific data from the deciduous-dominated Harvard Forest flux site were used. Analysis covered six years (2001-2006) of CO₂ flux data. The data of the first four years were used for model building and the rest as validation set. Compared with the model based solely on EVI, we also introduced LST and LSWI into the new model. The results showed that this method could further improve the precision (R² and RMSE reached 0.857 and 1.273, respectively) and generally capture the expected seasonal patterns of NEE.