基于景观格局的锦州湾沿海经济开发区生态风险分析

以辽宁省锦州湾沿海经济开发区为研究区,利用1992、2000和2007年3个时期的TM遥感影像为数据源,通过计算各景观格局指数,引入生态风险指数,利用GIS和地统计学,对生态风险指数进行采样和空间插值,得到基于景观格局的生态风险分布图。运用相对指标法对生态风险指数进行分级,将研究区域划分为低生态风险区、较低生态风险区、中等生态风险区、较高生态风险区和高生态风险区5个等级,在此基础上通过将不同时期的生态风险图层的叠加运算,分析了研究区景观生态风险的时空变化情况。结果表明：近15年来研究区生态风险主要以中等程度为主;处于低、较低生态风险程度的区域面积变化不大,空间分布也一直位于西部低山丘陵地区;较高生态风险区域面积增加较为显著,主要发生在兴城市和绥中县东南沿海地区;高生态风险区面积随着未利用地和芦苇湿地等高生态脆弱性景观类型面积的减少而略有下降。     

基于生境等价分析法的胶州湾围填海造地生态损害评估

围填海造地的生态损害是指围填海造地所引致的海洋生态系统服务功能的下降,包括生物资源消失、生态调节功能减弱以及生物栖息地破坏等。针对胶州湾围填海造地规模及其生态影响,使用生境等价分析法,对围填海造地的资源和生态服务功能的受损程度和补偿规模进行了评估。结果表明,1988-2005年胶州湾填海造地的资源生态受损程度为41.33%,以退田还海作为修复工程,修复期为8a,在5%的折现率水平下,修复工程的规模应为22.47 km²,才能使被填海域的生态服务功能恢复到初始水平。这一结论可作为地方政府对胶州湾围填海造地实施生态修复建设和生态补偿管理的技术依据。     

基于优选遥感干旱指数的华北平原干旱时空变化特征分析

基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)产品和气象资料,对比分析了作物缺水指数(CWSI)、干旱严重度指数(DSI)、归一化植被供水指数(NVSWI)和温度植被干旱指数(TVDI)表征华北平原干旱状况的适用性,并基于优选后的指数研究了2000—2018年干旱的时空变化特征。结果表明：(1)CWSI在反映干旱的效果上明显优于另外三种干旱指数。(2)时间上,2000—2018年春季干旱最严重,其次是秋季和冬季,夏季干旱最轻,但春季干旱强度有所下降,速率为-0.03/10a,而其他三季均呈增加趋势,速率为(0.01—0.08)/10a。(3)空间上,华北平原东部和东南部发生轻旱频率高,西部和北部中旱及以上干旱频率较高。山东省西北部及河南省东部、安徽省北部等地春旱呈显著减弱趋势(P<0.05);夏季华北平原东南部干旱增加趋势显著(P<0.05),而北部减弱趋势显著(P<0.05);秋季华北平原西南一带干旱上升趋势较大;冬季西部、中部及南部干旱增加趋势显著(P<0.05)。     

基于小波分析的大豆叶面积高光谱反演

实测了不同水肥耦合、经营制度及有效营养面积条件下的大豆(Glycinemax)冠层高光谱反射率与叶面积指数(LAI),并对光谱反射率、微分光谱与LAI的关系进行了分析;采用比值植被指数(RVI)与归一化植被指数(NDVI)建立了大豆LAI反演模型;采用小波分析对采集的光谱反射率数据进行了能量系数提取,并以小波能量系数作为自变量进行了单变量与多变量回归分析,对大豆LAI进行估算。结果表明:大豆LAI与光谱反射率在可见光波段呈负相关;在近红外波段呈正相关;微分光谱在红边处与大豆LAI密切相关(R2=0.92);RVI与NDVI可以提高大豆LAI的估算精度(R2分别达0.79、0.84);各植被指数各有优缺点,应根据需要进行选择;小波能量系数回归模型可以进一步提高大豆叶面积的估算水平,以一个特定小波能量系数作为自变量的回归模型,大豆LAI回归确定系数R2高达0.884;以4个和6个小波能量系数建立LAI回归分析模型(R2分别达0.92、0.93),2个模型LAI预测值与大豆LAI实测值线性回归确定性系数R2分别为0.90、0.92。比较可知,小波分析可以对高光谱进行特征变量提取,进而反演大豆生理参数,并且反演的LAI精度较光谱反射率、微分光谱及植被指数都有明显提高,小波分析在植被生理参数的高光谱提取方面有着广阔的应用前景。     

城市黑臭水体遥感监测与筛查研究进展

持续改善城市水环境,加强黑臭水体整治,不仅是“水污染防治行动计划(水十条)”的国家战略需求,也是人民群众的关注热点.国内外以往的研究侧重于黑臭水体的成因、评价方法和治理措施,而关于遥感手段监测黑臭水体的研究十分少见,很难满足国家的业务化监测需求.本文总结了黑臭水体遥感监测与筛查迫切需要解决的问题,包括完善城市黑臭水体的识别和分级标准,开展遥感监测黑臭水体的关键技术研究,构建城市黑臭水体遥感筛查体系.其中,重点归纳了核心关键技术,主要包括: 面向黑臭水体提取的高分影像预处理技术,城市水体提取技术,黑臭水体分类技术,基于星、空、地基遥感的黑臭水体识别与分级模型.本文总结基于高分遥感技术手段监测与筛查城市黑臭水体的研究进展、提出研究思路,将利于全面掌握黑臭水体的空间分布状况、治理进展情况,为城市黑臭水体整治提供有力的技术支撑.     

基于遥感的煤炭型矿业城市土地利用与生态承载力时空变化分析

运用遥感和社会经济系统发展指数修正生态足迹模型,开展淮南市土地利用与生态承载力时空演化分析。结果表明:1987—2012年,淮南市人均生态承载力总体呈现缓慢降低后略微升高的趋势,2009年是人均生态承载力提升的拐点,表明经济科技因子的提升作用;淮南市生态承载力时空差异显著,总体呈现东南和北部高、西部低的格局,而且区域破碎化加剧的趋势。矿区占用大量耕地以及积水塌陷区的形成,是生态承载力的下降和空间格局分异的主要原因;土地利用转移以耕地、建筑用地为主,水域对土地利用格局的影响日益增强,开展塌陷区整治,将塌陷区形成的水域转换成耕地或建设用地,将是提高淮南市生态承载力的最有效途径之一。     

基于Google Earth Engine平台的1984—2018年太湖水域变化特征

湖泊是重要的淡水资源,准确了解湖泊水体动态变化有利于水资源可持续利用和社会经济发展。本研究基于Google Earth Engine(GEE)平台,以Joint Research Centre(JRC)全球地表水数据集和Landsat遥感影像为数据源,分析了1984—2018年大型湖泊——太湖水体的动态变化,并利用改进的归一化差异水体指数(MNDWI)研究了太湖面积变化趋势。结果表明:1984—2018年,太湖湖泊面积呈增加趋势,共增加45.31 km²,湖泊面积呈夏季低、春冬季高的特点,东太湖是太湖面积发生变化的主要区域。与1984年相比,2018年太湖88.9%的水体未发生任何变化,0.3%的水体永久性消失。湖泊面积变化受自然和人为因素的共同影响,农业灌溉、渔业养殖、围湖垦殖、水利工程设施和土地利用类型转移等导致湖泊面积减少;年降水量增加和环境保护政策的实施是湖泊面积增加的主要原因。本研究结果可为实施水资源可持续管理提供参考,亦验证了基于GEE平台开展水体长期变化监测的可行性。     

基于遥感生态指数的河套灌区生态环境质量变化研究

河套灌区是黄河中游的大型灌区,也是我国设计灌溉面积最大的灌区,2019年被列入世界灌溉工程遗产名录。为探究河套灌区在近十年来的生态变化情况,基于Landsat系列卫星2010年TM及2016年和2020年OLI/TIRS数据,利用绿度、湿度、干度、热度构建了遥感生态指数等指标,分析了河套灌区的近年来的生态环境变化情况。研究结果表明:从2010年至2020年,研究区的植被覆盖区域的绿度水平显著提高,湿度增加变化明显,干度和热度两大指标均有所下降,遥感生态指数由0.45上升到0.57,生态水平有所提高。沙漠及盐碱化地区的生态水平有变好的趋势,部分区域完成了从无植被到有植被覆盖的转换,人为影响因素显著,极大提高了区域生态环境水平。本次研究通过多种环境因子、遥感生态指数等手段研究河套灌区的生态变化情况,探讨人为因素对生态环境的影响,以期为河套区域生态保护提供理论参考和科学依据。     

填海造地导致海湾生态系统服务损失的能值评估——以套子湾为例

评价填海造陆导致的海湾生态系统服务价值损失成为海洋资源配置和调控沿海经济发展与环境保护的重要手段。运用能值分析方法,结合海湾生态系统特点,针对填海工程造成的供给、调节、文化、支持4类生态系统服务损失构建了能值估算模型,并以烟台套子湾填海工程为例,分析了该湾生态系统服务的损失情况。结果表明,该湾供给服务损失最大,全部生态系统服务年能值损失为3.32×1024sej/a,海域使用年限内(50a)的能值货币价值损失总计2.28×1014元,单位面积的能值货币价值损失1.73×1012元/hm2,远远高于依据现行的生态补偿评估方法计算的结果。该能值模型对生态系统服务损失的评价更为客观合理,适用范围较广,为完善控制填海活动的经济体制建设、促进沿海区域的可持续发展提供依据。     

基于高光谱遥感的小麦叶干重和叶面积指数监测

生物量和叶面积指数(LAI)是描述作物长势的重要参数, 叶干重和LAI的实时动态监测对小麦(Triticum aestivum)生长诊断和管理调控具有重要意义。为分析多种高光谱参数估算小麦叶干重和LAI的效果, 建立小麦叶干重和LAI的定量监测模型, 该研究连续3年采用不同小麦品种进行不同施氮水平的大田试验, 于小麦不同生育期采集田间冠层高光谱数据并测定叶片叶干重和LAI。试验结果显示, 小麦叶干重和LAI随施氮水平的提高而增加, 随生育进程呈单峰动态变化模式。小麦叶干重和LAI与光谱反射率间相关性较好的区域主要位于红光波段(590~710 nm, r<-0.60)和近红外波段(745~1 130 nm, r>0.69)。对于不同试验条件下的叶干重和LAI, 可以使用统一的光谱参数进行定量反演, 其中基于RVI (810, 560)、FD755、GM1、SARVI (MSS)和TC3等光谱参数的方程拟合效果较好。经不同年际独立试验数据的检验表明, 以参数RVI (810, 560)、GM1、SARVI (MSS)、PSSRb、(R_750-800/R_695-740) -1、VOG2和MSR705为变量建立的叶干重和LAI监测模型均给出较好的检验结果。因此, 利用关键特征光谱参数可以有效地评价小麦叶片生长状况, 尤其是光谱参数RVI (810, 560)、GM1和SARVI (MSS)可以对不同条件下小麦叶干重和LAI进行准确可靠的监测。     

基于能值分析的黑龙江垦区农业生态经济系统可持续性

运用能值理论与分析方法,采用净能值产出率、环境负荷率、能值密度、人均能值用量、能值产投比及可持续性指数、系统稳定性指数及优势度指数等重要能值指标,对黑龙江垦区2002—2011年间农业生态经济系统的能值结构作了分析。结果表明:黑龙江垦区各项指标都维持在较高水平,工业辅助能投入大幅增加,农业生态系统的产能不断提高,垦区的经济发展水平和职工生活水平得到显著改善,但由此也产生了农业生态系统可持续性下降、种植结构不合理和能源利用效率低等问题,需要在今后的发展中亟待解决。     

遥感技术在大亚湾区域土地利用类型监测中的应用

文章综合利用了Landsat系列卫星不同传感器(MSS、TM、ETM )的遥感资料对1979至2004年20多年间的大亚湾周边的植被陆地、非植被陆地以及水域等土地利用类型的相关变化进行了定量监测与评估。遥感监测结果表明,在过去的二十多年间,大亚湾周边植被覆盖总体保持相对稳定,但非植被陆地由1991年的5.1%左右上升到2004年的10.5%左右,水体面积也相应降低了5%左右,表现出“人进水退”的总体变化格局,该变化特征与该区域过去的环境政策、经济活动发展历程有关。通过将人类对区域环境影响的方式、力度和土地利用类型的变化建立一种对应关系,可以预测以后的开发建设活动对土地利用类型的影响,并应用到区域环境影响评价中去。     

基于卫星遥感数据的黄淮海地区植被覆盖时空变化特征

利用1982—2003年GIMMS NDVI遥感数据,在进行合成、重采样和时间序列滤波处理的基础上,采用线性趋势分析、经验正交函数分解等方法,对中国黄淮海地区植被覆盖的时空特征进行了研究。结果表明:22年来黄淮海地区植被覆盖总体上呈略微增加的趋势,且该区域生长季有提前和延长的趋势;黄淮海大部分地区植被活动在增强的同时,局部地区出现了植被退化现象;从季节变化上看,春季上升和夏季下降趋势明显;林地为主的自然植被、草甸类自然植被和所有农业植被未变化类别占主导地位,而草原植被则以增加趋势为主。主要生长季的NDVI距平EOF分析表明,第1模态的主要特征是区域中间、北部和南端为正,四周为负变化;第2模态的主要特征是从东南向西北由正到负变化且正值区明显偏多;第3模态从东南向西北呈现"正-负-正"的空间分布,其中负值区大部分为以林地为主的自然植被区和一年一熟农业植被,正值区大部分为农耕区和草原牧区,该模态大致反映了农牧区和林区的NDVI分布型。     

基于生态系统服务评价的围填海区域景观生态红线划分方法及应用研究

以围填海活动为代表的高强度的人类开发利用方式从根本上改变了海岸带地区的自然属性,区域生态环境发生了深刻变化。定位于我国大陆沿海的围填海区域,通过人机交互目视解译的方法获取我国大陆沿海围填海区域的矢量数据,基于围填海活动影响下海岸带区域的景观类型和生态系统服务变化的评估结果,识别我国海岸带的生态脆弱区和重点保护区,提出围填海区域景观生态红线的划分方法。通过分析可知:(1)围填海区域景观生态红线区呈现出"总体分散、局部集中"的的分布特点;(2)景观生态红线区主要分布在人工湿地和残存自然湿地中。围填海区域是进行海陆统筹研究的关键区域,而景观生态红线作为识别其重要生态功能区,并进行二次保护和抢救性保护的有效手段,将为我国海岸带生态管理提供新思路和新方法。     

胶州湾湿地海域水体和表层沉积物环境质量评价

基于2009年对胶州湾湿地48个站点的调查数据,采用内梅罗(Nemerow)指数、富营养指数(EI)和Hakanson潜在生态危害指数法对胶州湾湿地水体和表层沉积物环境质量现状进行了评价.结果表明:对参与评价的pH值、溶解氧、无机氮、活性磷酸盐、CODMn、石油类、Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As、六六六、滴滴涕、大肠菌群、粪大肠菌群等16项指标而言,各调查月份大沽河感潮河段水质处于中污染-重污染水平,潮间带区域水质处于轻污染-中污染水平,浅海区域水质处于轻污染水平.胶州湾湿地不同区域富营养化程度差异明显,其中大沽河感潮河段水体EI值在58.13 ～327.89,富营养化程度严重;潮间带区域水体EI值在1.34 ～19.96,富营养化程度较为严重;浅海区域水体EI值在0.65 ～ 2.10,富营养化程度较轻.胶州湾湿地海域表层沉积物质量基本处于轻污染水平,其中大沽河感潮河段处于轻污染水平,潮间带区域处于轻污染-中污染水平,浅海区域处于较清洁-轻污染水平.胶州湾湿地海域表层沉积物中重金属单项污染参数(Cfi)和污染程度指数(Cd)较低,污染程度处于低级水平,Cu、Zn是表层沉积物中的主要污染因子;重金属潜在的生态危害系数(Eir)和潜在生态危害指数(RI)较小,污染程度属于低生态危害范畴.     

Simple and robust methods for remote sensing of canopy chlorophyll content: a comparative analysis of hyperspectral data for different types of vegetation

Canopy chlorophyll content (CCC) is an essential ecophysiological variable for photosynthetic functioning. Remote sensing of CCC is vital for a wide range of ecological and agricultural applications. The objectives of this study were to explore simple and robust algorithms for spectral assessment of CCC. Hyperspectral datasets for six vegetation types (rice, wheat, corn, soybean, sugar beet and natural grass) acquired in four locations (Japan, France, Italy and USA) were analysed. To explore the best predictive model, spectral index approaches using the entire wavebands and multivariable regression approaches were employed. The comprehensive analysis elucidated the accuracy, linearity, sensitivity and applicability of various spectral models. Multivariable regression models using many wavebands proved inferior in applicability to different datasets. A simple model using the ratio spectral index (RSI; R815, R704) with the reflectance at 815 and 704 nm showed the highest accuracy and applicability. Simulation analysis using a physically based reflectance model suggested the biophysical soundness of the results. The model would work as a robust algorithm for canopy‐chlorophyll‐metre and/or remote sensing of CCC in ecosystem and regional scales. The predictive‐ability maps using hyperspectral data allow not only evaluation of the relative significance of wavebands in various sensors but also selection of the optimal wavelengths and effective bandwidths.