基于Landsat 8影像的不同燃烧指数在农田秸秆焚烧区域识别中的应用

农田秸秆焚烧造成秸秆资源的巨大浪费和大气环境的污染,利用热红外波段识别火点的方法可以实时、快速地获取焚烧情况,但是不能提供秸秆焚烧的面积、范围等详细的空间分布情况,也不能确定焚烧的严重程度.利用已燃烧与未燃烧区域的光谱差异选择某些波段构建燃烧指数的方法在森林火灾研究中得到了广泛应用,但是这些指数在农田秸秆焚烧中的潜在应用没有被研究.本文基于松嫩平原地区的两景Landsat 8卫星影像,采用归一化燃烧率（NBR）、引入热红外波段的归一化燃烧率（NBRT）、燃烧面积指数（BAI）3种燃烧指数对农田秸秆焚烧和未焚烧区域进行提取,并与秸秆覆盖度进行相关分析.结果表明：NBR、NBRT和BAI指数对焚烧和未焚烧区域的分类精度分别为91.9%、92.3%、87.8%,NBR、NBRT与覆盖度呈线性相关,R²分别为0.73、0.64,BAI与覆盖度呈幂指数相关关系,R²为0.68.燃烧指数方法可以在农田秸秆焚烧中得到很好的应用,可定量评估秸秆燃烧程度,为大气环境评价提供技术与数据支持.     

基于Sentinel-2A数据的东北森林植物多样性监测方法研究

植物多样性监测是开展生物多样性评估,制定生物多样性保护政策的基础。传统的森林植物多样性监测以实地调查为主,难以快速获取森林植物多样性的空间分布及其动态变化信息。遥感技术的发展为评估区域尺度森林植物多样性提供了重要工具。该研究选取凉水、丰林和珲春3个国家级自然保护区,利用Sentinel-2A卫星影像和野外实测数据,探讨了基于像元和聚类的光谱多样性直接估算方法,以及基于随机森林回归的森林植物多样性反演方法。研究结果表明:(1)在像元尺度,基于凸包面积计算的光谱多样性指数对Shannon-Wiener多样性指数的估算精度(R²=0.74)优于基于变异系数的方法(R²=0.60);(2)基于像元的光谱多样性估算方法对Shannon-Wiener多样性指数的估算精度优于聚类分析方法(R²=0.59);(3)基于6个特征变量,利用随机森林回归算法对Shannon-Wiener多样性指数的估算精度最高(R²=0.79);(4)上述方法均不能精确估算Simpson多样性指数和物种丰富度。研究发现基于Sentine...     

基于多光谱影像的森林树种识别及其空间尺度响应

当前,不同空间分辨率卫星影像对森林类型识别结果中普遍存在的尺度效应,而且纹理参量对不同尺度下树种识别精度的影响仍缺乏广泛认知.本研究以中国东北旺业甸林场为研究区,采用观测时相同步、地理坐标匹配的GF-1 PMS、GF-2 PMS、GF-1 WFV,以及Landsat-8 OLI卫星传感器数据组成空间尺度观测序列(1、2、4、8、16、30 m),并结合支持向量机(SVM)模型,探讨了区域内5种优势树种遥感识别结果的尺度变化规律及其纹理特征参数的影响,同时检验了基于尺度上推转换影像的树种识别结果差异.结果表明: 影像空间分辨率对区域树种识别结果具有显著影响,其中,研究区森林树种识别的最佳影像分辨率为4 m,当分辨率降低至30 m时,树种识别结果最差.在1～8 m影像分辨率范围内,增加纹理信息能够显著提高不同优势树种的识别精度,使总分类精度提升了2.0%～3.6%,但纹理信息对16～30 m影像的识别结果没有显著影响.与真实尺度卫星影像相比,基于升尺度转换影像的树种识别结果及其尺度响应特征存在显著差异,表明在面向多个空间尺度的遥感观测和应用研究中,需要采用真实分辨率影像以确保结果的准确性.     

花期苹果树冠氮素营养状况的卫星遥感反演

以山东栖霞为研究区,基于TM和ALOS影像获取花期苹果树的冠层反演反射率,结合实测反射率,构建并筛选氮素敏感光谱指数,以敏感光谱指数为自变量,建立氮素反演模型,利用精度最高模型进行空间反演.结果表明： 光谱指数与氮素营养相关性为：冠层＞叶＞花,敏感指数构成以绿、红、近红外波段为主;反演模型精度为：支持向量机回归＞逐步回归＞单变量回归;基于不同影像的反演结果近似,叶N含量均以3～4等(27～33 g·kg^-1)为主,冠N指标均以2～4等(TM: 38～47 g·kg^-1; ALOS: 32～41 g·kg^-1)为主;基于不同影像的空间布局亦类似,研究区北部和南部的营养水平高于中部,叶N和冠N高等级区域位于西北部的苏家店镇和松山街道、东北部的臧家庄镇和亭口镇、南部的蛇窝泊镇等,与苹果生产重点镇布局一致.此研究为果树营养状况的宏观数据获取提供了可行方法,也可为其他类似遥感反演提供借鉴.     

亚热带常绿林型遥感识别及尺度效应

光学遥感是获取宏观地表植被覆盖信息的重要手段,但常绿树种之间物候差异小,关于亚热带地区常绿林型的遥感识别研究相对较少。遥感林型识别存在尺度效应,从实际应用视角出发,常绿林型遥感识别的最优空间分辨率仍然不清楚。本研究以湖南省会同县为例,利用Pléiades(2 m)、RapidEye (5 m)、Landsat-8 (15、30 m) 4种光学遥感影像,结合光谱、纹理、植被覆盖度等特征变量与随机森林模型,探讨了3种典型亚热带常绿林型:杉木林(Chinese fir forest,CFF)、马尾松林(Masson pine forest,MPF)、常绿阔叶林(evergreen broadleaved forest,EBF)的最优遥感识别分辨率以及尺度效应问题。结果表明:研究区地表覆盖分类精度随影像空间分辨率的降低呈现先降低后上升的变化趋势,在2 m时具有最佳分类精度(Kappa=0.70,总精度=0.77)。3种林型的识别精度随空间分辨率的上升均表现出先降低后上升的变化规律,识别率(rate of identification,RI)范围分别为:RI_(CFF)=68%～87%、RI_(MPF)=55%～84%、RI_(EBF)=29%～74%。杉木林与马尾松林的漏分误差(omission error,OE)与错分误差(commission error,CE)低于常绿阔叶林(OE_(CFF)=0.26～0.46,CE_(CFF)=0.32～0.53; OE_(MPF)=0.31～0.50,CE_(MPF)=0.31～0.46; OE_(EBF)=0.47～0.71,CE_(EBF)=0.39～0.66)。本研究证实了亚热带常绿林型的遥感识别存在明显的尺度效应,30 m分辨率的Landsat-8影像相比高分辨率遥感影像因具备更丰富的光谱信息而具有更高的识别精度。本研究表明,常绿林型的遥感识别不宜盲目追求高空间分辨率,需要综合考虑遥感传感器光谱配置与空间分辨率之间的内在权衡。     

基于多源遥感数据的草地净初级生产力质量评价

植被净初级生产力NPP(Net Primary Production)的遥感估算与分析对全球生态系统具有重要指导意义,不同尺度的遥感影像上占主导地位的地物景观信息是不同的,现代生态研究多尺度分析至关重要。以青海省海北藏族自治州为研究区,使用Landsat 8 OLI遥感影像、天宫二号宽波段成像仪影像、融合影像(Landsat8 OLI影像和天宫二号宽波段成像仪影像融合)联同MODIS影像,作为CASA模型的输入参数,探究不同尺度下的研究区域NPP的空间分布情况,并对比分析不同数据源数据在估算NPP时的精度。结果表明:(1)Landsat 8 OLI数据的NPP值位于150—200 g C m~(-2) a~(-1)所占比例最高;天宫二号宽波段成像仪影像数据和融合后影像的NPP值位于50—100 g C m~(-2) a~(-1)所占比例最高;MODIS数据的NPP值位于小于50 g C m~(-2) a~(-1)比例最高。(2)天宫二号宽波段成像仪影像数据的均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和平均绝对百分比误差(MAPE)最小,与Landsat 8 OLI影像反演的草地NPP值相关度最高,表明天宫二号宽波段成像仪影像数据在描述草地NPP时精度高于融合影像和MODIS影像;MODIS影像在描述该区域的草地NPP时误差值较大,精度最低。     

基于数字相机、ASTER和MODIS影像综合测量植被盖度

选择我国北方温带典型草原作为研究对象,基于Bottom-up方法,采用地表实测和多尺度遥感综合测量的方法,建立基于地表实测与多尺度遥感数据综合测量的两阶段植被盖度经验模型。此外,还将该模型与常用的亚像元分解模型相比较,结果表明:1)两阶段经验模型可以较好地实现将地面数据扩展到中尺度空间范围,从而完成数据空间尺度的转换,提高大区域草地植被盖度的测量精度;2)MODIS遥感影像数据,结合地面数据和ASTER遥感影像数据可以较好地在区域范围内对北方典型草原的植被盖度进行估测;3)目前常用的亚像元分解模型,应用于中空间分辨率的MODIS影像,估测北方温度典型草原植被盖度的精度不够理想。     

基于不同空间尺度遥感影像估算森林叶面积指数的差异

地面测量点对遥感像元的代表性如何,怎样获取像元的相对真值,多大的空间分辨率可以真实地反映森林区域的叶面积指数(LAI),这些都是定量遥感中的重要问题.本研究计算LAI-2200和TRAC两种冠层分析仪测量的空间范围,并结合GF-2(4.1 m)、Sentinel-2(10 m)、Landsat-8(30 m)3种不同空间分辨率遥感影像,找到各尺度下像元的相对真值,在保持真值观测面积和遥感获取面积一致的条件下,基于一元指数和多元回归模型,对比分析不同空间分辨率影像对估算森林LAI的影响,并对3种影像模型进行30和100 m尺度下的检验以及各自数据集的空间代表性评价,比较得出最适合表达研究区域森林LAI的尺度.结果表明:对于森林来说,高分辨率并不一定能充分反映森林LAI.基于3种分辨率影像的统计模型都能很好地估测森林LAI,其中,基于Sentinel-2的反演精度最高,基于GF-2的反演精度最低.30和100 m尺度下的检验结果表明,基于GF-2反演模型高估了森林LAI,基于Landsat-8的反演模型低估了森林LAI,基于Sentinel-2分辨率的统计模型可以很好地估测研究区域森林LAI.     

多尺度遥感综合监测我国北方典型草原区植被盖度

利用多尺度遥感影像综合进行全球和区域尺度的土地利用/覆盖变化(LUCC)研究是最近全球变化研究的重要方向之一.本文综合利用野外群落样方、数字相机、ETM+影像、NOAA/AVHRR影像,在遥感、GIS和GPS支持下,对我国北方典型草原区植被盖度进行了综合监测、模拟与分析.结果表明:(1)利用经处理后的数字相机影像测量盖度的结果准确性较高,可以作为植被盖度测量的标准结果,反映真实的覆盖特征,并用以验证利用其它方法测量结果的精度.(2)利用野外1 m2样方网格法目视估测的植被盖度结果变化较大,不稳定.本次实验中,与数字相机测量结果相比,样方估测的盖度普遍偏高,平均偏差为9.92%;但两者相关性较好(r2=0.89).(3)采用Gutman模型ETM+影像、NOAA/AVHRR影像反演植被盖度的结果与数字相机测量结果偏差分别为7.03%、7.83%,ETM+像元分解NOAA像元后得到的植被盖度与数字相机测量结果偏差5.68%.三者与数字相机测量结果的相关系数r2分别为0.78、0.6l和0.76.(4)利用野外实测植被盖度数据直接与NOAA-NDVI影像建立统计模型估算植被盖度的精度较低(r2=0.65),而通过空间分辨率介于两者之间的ETM+影像进行转换后,该精度得到一定的提高(r2=0.80).利用像元分解的方法提高了大尺度植被盖度监测的精度,是利用遥感数据进行尺度转换研究的重要实践.多尺度遥感影像的综合对地观测对大区域上反演植被盖度有很好的促进作用.     

基于亚像元估测的城市硬化地表景观格局分析

城市硬化地表不仅是影响城市生态环境质量重要因子,也是定量描述城市地表物理特征,进行城市景观分类的基础.基于多种分辨率遥感影像亚象元分类提取硬化地表成为近年来的研究热点.利用TM/ETM＋和Quickbird不同分辨率遥感数据,以北京市中心城区为研究区域,对比分析回归树法和多元回归法的估测精度,选出预测硬化地表指数（Impervious surface index,简称为ISI）最优估测模型,并进行景观分类与城市景观格局分析.结果表明：（1）回归树亚象元估测法是提取硬化地表信息的一种有效的方法（最大相关系数＝0.94）,不同季节遥感影像可以挖掘地物在不同时期光谱差异,提高分类精度.（2）根据硬化地表指数划分城市用地类型,提供了量化分类的依据;（3）北京城市硬化地表景观格局表现出极强的空间梯度性,从北京市中心到郊区,ISI逐渐降低：城市二环以内,ISI平均值为67.32%,集中分布在高于60%范围;二环-四环分布比较相似,平均值分别为65.91%、66.13%;四环-五环区域ISI下降迅速（ISI=46.42%）,存在两个高峰,分别是低于＜20%和＞70%;六环以外区域,非硬化地表成为主要类型（ISI=9.32%）;（4）北京市景观格局在不同区域差异巨大：从市中心到市郊,景观破碎化程度加强,平均斑块面积逐渐增加,高密度城市用地比例逐步下降,自然地表平均面积呈现U形分布;中等密度城市用地斑块密度最高,破碎度最高;城市用地形状比自然地表复杂,低密度城市用地形状最为复杂.（5）运用回归树亚象元估测法提取出北京中心城区硬化地表信息,为城市地表景观特征提取与高精度量化分类提供了新的研究方法与研究思路,在此基础上进行了景观分类及景观格局分析,进一步推广并论证了硬化地表在景观生态学研究中的应用价值.     

美国野地-城市交界域火灾管理概述及对我国的启示

随着全球人口增长,世界范围内野地-城市交界域(WUI)正在加速扩张。美国的WUI面积大、分布广、聚集人口多,由于交界域直接与森林植被相贯通,极易受到林火影响,区域范围内人类生命财产安全面临巨大威胁。经过长期的火灾管理实践,美国形成了一套较为完善的WUI林火预防、扑救管理体系。本文从美国WUI的形成方式、火灾发生情况、预防扑救措施等几方面系统总结了美国WUI火灾的管理体系。此外,本文分析了我国WUI火灾管理的现状及存在问题,并基于美国经验提出了完善我国WUI火灾管理的六点建议:(1)制定交界域消防管理计划;(2)合理利用计划火烧;(3)研发火灾预警系统;(4)增强社区防火能力;(5)提高消防员灭火水平;(6)完善火灾扑救策略。     

火在生态系统中的作用

前言火对植被的影响是在近十多年来才被完全确认的。在二十世纪的大部分时间内,火常常被认为是破坏生态系统的非自然因子;然而,植被学家、人类学家、地理学家和其他许多学者都认为北美的土族印地安人和其他许多民族曾广泛地利用火作为土地管理的工具(Van-     

不同植被类型森林火灾及雷击火自组织临界性

利用黑龙江省大兴安岭林区呼中区 196 5～ 2 0 0 2年的雷击火数据、黑龙江省 1981～ 2 0 0 0年森林火灾数据及森林资源数据 ,对雷击造成的森林火灾的自组织临界性及不同植被类型条件下的自组织临界性作了研究 ,比较了在不同尺度和植被类型条件下火干扰的自组织临界性、自相似性 ,并与传统的森林火灾元胞自动机模型模拟的结果进行比较。结果表明 :中国黑龙江省不同森林类型的火干扰具有自组织临界行为 ,森林可燃物已经达到临界状态 ,其临界值在 1.8～ 2 .86之间 ,具有自相似性 ;当森林的面积过小时 ,森林火灾的“面积 -频率”分布曲线上会出现频率峰 ,表现出“有限面积效应”现象。     

秦岭西部山地针叶林凋落物持水特性

采用野外实地观测与室内浸提法,对秦岭西部地区4种主要针叶林（华北落叶松、日本落叶松、粗枝云杉和欧洲云杉）林地凋落物的储量、持水量、持水率和吸水速率进行了研究.结果表明：林龄相近的4种针叶林林下凋落物储量大小依次为粗枝云杉（29.81 t·hm^-2）>欧洲云杉（26.17 t·hm^-2）>日本落叶松（13.30 t·hm^-2）>华北落叶松（8.46 t·hm^-2）;不同林型不同分解程度凋落物的持水量和持水率与浸泡时间皆呈对数关系,其吸水速率与浸泡时间呈幂函数关系,而各种持水特性与森林类型和凋落物的分解程度无关;研究区4种针叶林半分解层凋落物的持水能力均强于分解层,而落叶松林的持水能力较云杉林强.     

Fire as a dimension of historical ecology: a response to Bowman et al. (2011)

Bowman et al. (Journal of Biogeography, 2011, 38 , 2223–2236) attempt a synthesis of the current status of study into human use of fire as an ecosystem management tool and provide a framework for guiding research on the human dimensions of global fire. While we applaud this ambitious effort, we believe the proposed ‘pyric phase and transition’ model to be too deterministic and simplistic to account for the complexity and diversity in human–fire relationships. After reviewing theoretical problems with the proposed framework, we question policy implications of their conclusions concerning tropical forest systems. We suggest that a theoretically informed perspective should build on an historical fire ecology framework for investigating social and ecological aspects of human–environment interactions.     

Potentials and limitations for human control over historic fire regimes in the boreal forest

Fire, being both a natural and cultural phenomenon, presents problems in disentangling the historical effect of humans from that of climate change. Here, we investigate the potential impact of humans on boreal fire regimes from a perspective of fuels, ignitions and culture. Two ways for a low technology culture to impact the fire regime are as follows: (i) by altering the number of ignitions and their spatial distribution and timing and (ii) by hindering fire spread. Different cultures should be expected to have quite different impacts on the fire regimes. In northern Fennoscandia, there is evidence for fire regime changes associated with the following: a reindeer herding culture associated with few ignitions above the natural; an era of cattle husbandry with dramatically increased ignitions and somewhat higher fire frequency; and a timber exploitation era with decreasing fire sizes and diminishing fire frequency. In other regions of the boreal zone, such schemes can look quite different, but we suggest that a close look at the resource extraction and land use of different cultures should be part of any analysis of past fire regimes.     

下层土壤容重对玉米生育后期光合特性和产量的影响

在耕层（0～20 cm）土壤容重不变情况下,采用池栽方法研究了下层（20～40 cm,40～60 cm）土壤容重变化对玉米生育后期光合特性和产量的影响.结果表明：当下层土壤容重不同时,玉米的光合速率（P_n）和产量都存在显著差异,随着下层土壤容重的增加,叶片P_n和产量降低,下层土壤容重越大,降幅越大.不同处理玉米叶片的P_n和细胞间隙CO₂浓度（C_i）的变化趋势不同,P_n早晨和傍晚较低,中午较高,且随着下层土壤容重的增加而降低, C_i的变化趋势则相反.气孔限制值（L_s）和气孔导度（G_s）也随着下层土壤容重的增加而降低. 随着玉米生育进程,P_n、L_s和G_s不断下降,而C_i不断升高.     

Mapping fire severity and fire extent in forest in Victoria for ecological and fuel outcomes

This study shows how high‐resolution (~15 cm) simultaneous colour and infra‐red digital aerial photography can be used to map both fire severity and, particularly, fire extent, in forest in south‐eastern Australia. The results show that this methodology is capable of detecting and mapping burnt and unburnt edges under unaffected forest canopy (i.e. still green) – that is, revealing the mosaic of burnt and unburnt areas that often result from planned landscape burning under mild weather conditions (i.e. with little of the brownish canopy scorch that results from more intense bushfires). This has important implications for both fuel management and ecology. It can answer the basic questions of fire and biodiversity managers following planned burning –’how much of the planned area burnt, and, within the burnt area, what aspects were burnt, and how hot did they burn?’ The analysis of fire extent by aspect showed that about 80% of southern and eastern aspects remained unburnt during broadscale autumn prescribed burning, with many of these moister aspects potentially providing longer unburnt refuges over multiple burn rotations. The fire severity and extent mapping products, produced using the methodology outlined in this study, have the potential to substantially increase the understanding of the ecological and fuel outcomes of landscape‐scale autumn prescribed burning.     

Generalized fire response strategies in plants and animals

Despite the existing large body of research on plant–animal interactions, plant research and animal research are still relatively independent and asymmetrical in relation to disturbance. Animals and plants are likely to have different fire responses, yet biodiversity studies in relation to disturbance may benefit from a more integrated functional approach across kingdoms. This would also force us to go deeper into the biological mechanisms and scales for persistence than a taxonomic‐based classification. An integrated view of plant and animal responses would enable us to learn from a great variety of life forms and benefit from expertise in complementary disciplines. To achieve this integrated view, I propose a functional classification for both plants and animals in relation to their fire response strategy. This classification includes the following strategies: resistance, refugia, avoidance, dormancy, recolonization, crypsis and intolerance. Given the limited knowledge of fire responses for many organisms, and especially for many animals, this classification may require further development. However, it provides a framework that facilitates finding knowledge gaps and directing future research for gaining a better understanding of the role of fire on biodiversity.