基于遥感与模型耦合的冬小麦生长预测

遥感的空间性、实时性与作物生长模型的过程性、机理性优势互补,将两者有效耦合已成为提高作物生长监测预测能力的重要手段之一。提出了一种基于地空遥感信息与生长模型耦合的冬小麦预测方法,该方法基于初始化/参数化策略,以不同生育时期的小麦叶面积指数(LAI)和叶片氮积累量(LNA)为信息融合点将地面光谱数据(ASD)及HJ-1 A/B CCD、Landsat-5 TM数据与冬小麦生长模型(WheatGrow)耦合,反演得到区域尺度生长模型运行时难以准确获取的部分管理措施参数(播种期、播种量和施氮量),在此基础上实现了对冬小麦生长的有效预测。实例分析结果表明,LNA较LAI对模型更敏感,以之作为耦合点的反演效果较好。另外,抽穗期是遥感信息与生长模型耦合的最佳时机,对播种期、播种量和施氮量反演的RMSE值分别达到5.32 d、14.81 kg/hm²、14.11 kg/hm²。生长模型与遥感耦合后的模拟结果很好地描述了冬小麦长势和生产力指标的时空分布状况,长势指标的模拟相对误差小于0.25,籽粒产量模拟的相对误差小于0.1。因此研究结果可为区域尺度冬小麦生长的监测预测提供重要理论依据。     

基于遥感信息的作物模型重新初始化/参数化方法研究初探

作物模型与遥感信息的结合有助于利用遥感监测的大范围植被信息解决作物模型区域应用时模型初始状态和参数值难以确定的问题。该文借助叶面积指数(LAI)将经过华北冬小麦(Triticum aestivium)适应性调整的WOFOST模型与经参数调整检验的SAIL-PROSPECT模型相嵌套,利用嵌套模型模拟作物冠层的土壤调整植被指数(SAVI),在代表点上借助FSEOPT优化程序使模拟SAVI_s与MODIS遥感数据合成SAVI_m的差异达到最小,从而对WOFOST模型重新初始化。结果表明,借助于遥感信息,出苗期的重新初始化使模拟成熟期与按实际出苗期模拟的结果相差在2天以内,模拟的LAI和总干重的误差比按实际出苗期模拟结果的误差降低3~8个百分点;返青期生物量的重新初始化使模拟LAI和地上总干重在关键发育时刻的误差降至16%以内,模拟LAI和贮存器官重在整个生育期内都更加接近实测值;对返青期生物量的动态调整显示返青到抽穗期间较少次数的遥感数据即能有效地提高作物模型的模拟效果。与国外同类研究相比,该文在作物模型本地化、重新初始化变量和优化比较对象的选择上都有所不同,而利用遥感数据动态调整作物模型初始状态或参数值更具有新意。该文对区域尺度上利用遥感信息优化作物模型的研究具有基础性、探讨性意义。     

区域土壤-水稻籽粒镉耦合关系模型的构建和验证

为构建区域土壤-水稻籽粒镉(Cd)耦合关系模型,通过文献调研获取369组数据,采用广义线性回归(GLM)、梯度提升机器(GBM)、随机森林(RF)和Cubist等方法,以文献共有的土壤pH和总Cd含量(Soil_Cd)为自变量、水稻籽粒Cd含量(Grain_Cd)为因变量构建模型,并以实测土壤pH、Soil_Cd和Gr...     

基于耦合模型和遥感技术的江苏中部海岸带生态系统健康评价

以生态系统健康理论为基础,从资源环境、景观生态、人类活动3个方面,按活力、组织力和恢复力3个子系统选取了10个代表性指标,构建了遥感技术支持下的海岸带陆域生态系统健康评价指标体系,并耦合TOPSIS模型和VOR生态系统健康度量模型对江苏中部海岸新洋港至川东港岸段进行了应用评价。研究结果表明:江苏中部海岸生态系统健康状态处于健康和良好的区域占27.62%,一般占60.94%,较差和差占11.44%,整体生态健康状况中等偏好。从地物类型和空间分布来看,斗龙港至四卯酉河岸段以滩涂植被、农田和围海养殖区为主,植被和水体对气候调节有积极作用,整体生态健康状况良好;四卯酉河至王港岸段由于大丰港建设,港区陆域植被覆盖率低、热岛效应强,建筑将原本连通的自然景观隔断,导致斑块数量增多,斑块面积减小,加剧了景观破碎化,对原有海岸带生态系统产生一定的破坏,生态健康状况相对较差;此外,新洋港至斗龙港岸段以及川东港岸段以自然保护区湿地为主,植被覆盖度高,人为干扰程度小,生态健康状况也较好。由于该耦合模型评价方法直接基于遥感监测数据,且无需赋予指标权重,因此研究结果相对更加客观,更能反映海岸带生态系统的实际健康状况。     

水稻多组分双向反射模型的研究

利用1999-2000年的水稻田间试验实测光谱数据,对水稻不同生长期特性建立的水稻多组分双向反向模型进行了一些主要因子的敏感性分析及模型模拟值与实测值的比较分析。结果表明,考虑水稻冠层叶、茎干、穗等作用及水稻不同生长期特点的水稻多组分双向反向模型,能较好地反映水稻多组分反向光谱的角度分布特征,较准确地模拟水稻不同条件下水稻的自然方向反向系数和冠层\"热点\"效应的非对称性分布。得到了薄层水体和土壤背景的一次反向辐射以及在冠层内部、薄层水体和土壤表面相互间的多次反向辐射随水稻各组分平均倾角的变化规律,冠层双向反向率随叶面积指数LAI的变化特征。     

基于模型的景观格局与生态过程研究

景观格局与生态过程关系的研究是景观生态学的主要特色和理论核心之一。模型可以充分利用实验和观测数据并综合不同时间和空间尺度上的信息提炼规律或揭示内在机制,模拟景观格局与生态过程的动态与相互关系,成为景观生态学研究的有力工具。结合研究实例,总结了基于模型的景观格局研究、生态过程研究和格局-过程关系研究的发展现状和薄弱环节,同时探讨了通过构建耦合模型研究格局-过程相互关系的途径。总结了景观模型研究亟待发展的领域与发展趋势。     

水稻生长模拟模型的组建与验证

在模型L1D和TIL的基础上,利用田间试验和文献资料,组建了水稻生长过程的动态模拟模型．验证结果显示,模型运行后生育期的模拟值与实测值吻合良好,干物重、叶面积系数和分蘖数的模拟值与实测值也基本一致,表明该模型能较好地模拟水稻生长过程的动态变化．     

马鞍山市城市化与生态环境耦合协调发展研究

伴随城市化的快速推进,生态环境面临日益严峻的挑战,因此研究城市化与生态环境的耦合协调发展显得尤为重要.以安徽省马鞍山市的街道及乡镇为研究对象,利用DMSP/OLS夜间灯光数据和Landsat遥感影像数据,建立夜间灯光指数和遥感生态指数,并引入耦合协调模型,对1993—2013年马鞍山市城市化与生态环境耦合协调关系进行探...     

基于WaSSI模型的珠江流域水-碳耦合模拟

流域水循环和碳循环通过植物光合作用与蒸散发(ET)过程紧密相联,两者在流域尺度上的耦合模拟研究是实现水、碳资源综合管理的重要基础。本研究通过对WaSSI(供水压力指数)生态水文模型进行适当改进,建立并验证了珠江流域水-碳耦合模拟模型(WaSSI-PRB),将珠江流域划分为1715个子流域,选定1980—2004年为率定期、2005—2016年为验证期,并对径流、蒸散发和总初级生产力(GPP)等3个关键水-碳通量的模拟结果进行验证。结果表明: 西江、北江、东江的水文控制站,径流模拟纳什效率系数(NSE)和决定系数(R²)在率定期均达0.80以上,在验证期均达0.75以上;相较于MODIS、PML、SSEBop、VPM等大尺度遥感数据产品,WaSSI-PRB模型能更好地模拟ET和GPP的时空分布特征。总体而言,WaSSI-PRB模型在珠江流域具有较好的适用性,可作为量化分析流域水-碳平衡及其对变化环境响应关系的一种有效工具。     

多模型耦合的流域水土流失监测方法研究

濑溪河流域存在严重的水力侵蚀,同时伴随着水土流失分布点多线长面广的特点。而现有模型几乎只考虑了流域尺度上的坡面和河流侵蚀过程,或者是坡面和流域尺度的基本结合,导致对土壤侵蚀全过程的物理模拟产生高度不确定。为此提出不同尺度模型相互耦合的水土流失监测体系,从三级顺序\"坡-沟-河\"结构,全面反演流域水沙的时空动态迁移过程。基于多模型耦合体系的流域应用表明:①单一模型在濑溪河流域都表现出良好的适用性和准确性。RUSLE模型预测结果与实际侵蚀规律高度吻合,SWAT模型参数率定的纳什效率系数(NSE)和决定性系数(R²)均达到0.6以上,模拟预测结果鲁棒性较好。②不同侵蚀模型的特征反演相互关联程度都达到极显著相关水平。WEPP和SWAT模型间R²为0.96,RUSLE和WEPP模型间R²为0.77,RUSLE和SWAT模型间R²为0.58,分析表明坡面、细沟和河道尺度下的侵蚀物理过程是紧密耦合的。③多模型耦合的水土流失全过程风险评价较单一模型更为全面。通过对土壤侵蚀物理过程的空间耦合,实现流域土壤侵蚀、细沟冲刷和河道沉积等相关侵蚀过程的整体性评价,利于从不同尺度全面反演流域水沙输移的时空动态迁移过程和预测侵蚀风险发生规律。     

植物叶绿素含量的遥感模型及用陆地卫星数据所作的二维分布图

为了确定全球和区域尺度的植物叶绿素含量的多少和分布,遥感方法是一种很好的途径。有些遥感科学家直接利用归一化植被指数(NDVI)等植被指数推算叶绿素含量。实践表明,这种做法的缺点有:1.植被指数NDVI中的近红外波段反射率与叶绿素含量基本无关,这样NDVI中的主信息并没有表达叶绿素含量,其信噪比显著降低;2.存在明显的信息不确定性,同一个植被指数NDVI可能有两种状态:较高叶面积指数伴有较低叶绿素含量或者是较低叶面积指数伴有较高叶绿素含量。通过实践,作者推导出可用LANDSAT和NOAA影像图灰度值推算植被叶绿素含量遥感模型。并在中国科学院禹城遥感实验场实际应用中得到验证:用其模型推算植被叶绿素含量的精度比NDVI有较明显提高,不确定性有明显的降低。     

科尔沁沙质荒漠化评价遥感信息模型

采用遥感信息模型对科尔沁沙地奈曼旗荒漠化主要评价因子（植被盖度、生物量和土壤含水率）进行定量反演;利用线形混合光谱分析（SMA）模型计算裸沙占地百分比.通过每个像元可获取全部评价因子的指标值.在现有荒漠化评价方法的基础上,建立以像元为单位的荒漠化程度评价的定量化遥感信息模型,并输出荒漠化程度分布图.选取了60个样点进行评价模型的精度验证,被正确评价的点数为55个.结果表明,该模型对研究区域荒漠化程度进行定量评价,其精度可达91.7%,说明利用遥感信息模型评价土地荒漠化的方法具有较高的科学性.     

农田土壤水分预测模型的研究进展及应用

本文对国内外土壤湿度的监测,预报发展情况进行了回顾,总结了国内外土壤水分监测方法及其原理,介绍了国内外土壤湿度预测模型的研究进展及其应用情况,讨论了传统的土壤水分平衡方程统计模型法,从土壤水分运动方程出发的物理学模型法,利用气象要素与土壤水相关关系为基础的统计预报法、及新兴的人工神经元网络和遥感数据估测法的优缺点,并对土壤水分研究工作所面临的问题进行了必要的阐述。     

基于RS与水动力模型的鄱阳湖草洲产卵型鱼类潜在产卵场识别

鱼类产卵场的研究与保护对维持鱼类生物多样性具有重要意义, 研究结合遥感数据与水动力模型, 旨在识别2000—2020年鄱阳湖草洲产卵型鱼类潜在产卵场, 并分析其时空变化特征, 探究现有保护区对产卵场的保护效率。结果表明, 近20年来鄱阳湖鱼类潜在产卵场面积呈增加趋势, 空间上呈现从湖岸向中心扩张趋势。2005年前后潜在产卵场平均面积分别为519.97和694.42 km², 产卵场面积与空间分布均发生显著变化。2005年前潜在产卵场主要分布于鄱阳湖西部的永修、新建, 以及东部的鄱阳和南部的余干等地近岸区域。2005年之后产卵场向湖中心扩张, 都昌水域出现大片连续的潜在产卵场。鄱阳湖鲤鲫产卵场省级自然保护区内平均包含了17.75%的潜在产卵场, 鄱阳湖的蝶形湖平均分布有34.73%的潜在产卵场。潜在产卵场分布可以进一步指导鄱阳湖保护区的优化和鱼类产卵场调查, 研究使用的方法也适用于其他区域草洲产卵型鱼类潜在产卵场的识别研究。     

利用遥感技术实现作物模拟模型区域应用的研究进展

作物模拟模型从单点发展到区域应用时,模型中一些宏观资料的获取和参数的区域化方面出现困难,利用遥感技术将实现作物模拟模型的区域应用．文中综述了近年来遥感反演作物模型所需的地表生物物理参数的方法、利用遥感信息直接获取生物量的途径和遥感信息与作物模拟模型之间时空匹配问题等方面的研究概况,重点介绍了利用遥感技术实现作物模拟模型区域应用的3种解决方案(强迫型、调控型和验证型)及其研究进展,并讨论了目前存在的问题和今后研究的方向．     

景观空间动态模型研究现状和应重点解决的问题

分析了景观空间动态模型研究的现状及今后的重点发展方向。论文重点介绍了随机景观模型、邻域规则模型和景观过程模型(包括渗透模型、个体行为模型和空间生态系统模型)3类景观空间模型的发展现状、存在的主要问题以及对这些模型途径进行完善的有关工作,并从确证性分析、有效性分析与敏感性分析等3个方面阐述了模型检验技术的发展现状。最后,总结了未来景观空间动态模型发展中应重点解决的主要问题,即模型算法的优化、尺度转换、模型的复杂化与简化、模型检验与评价,通用模型的建立以及传统模型与社会经济因素衔接问题。     

浅谈化学生态学

一、概述化学生态学是最近一、二十年才发展起来的新的生态学分支学科,是一门研究化学物质的生态作用,揭示生物与环境关系本质的科学。目前,它虽然还处在幼年阶段,但它展示的方向和表现出的作用,却使生态学、生理学、化学、环境科学、农学、林学等许多领域内的科学家感到兴趣,在国际上引起相当的重视。在我国,有的单位也开始了这方面的研究工作。     

Spectral unmixing of coral reef benthos under ideal conditions

Hyperspectral remote sensing has shown promise for detailed discrimination of coral reef substratum types, but, by necessity, it samples at pixel scales larger than reef substratum patch sizes. Spectral unmixing techniques have been successful in resolving subpixel areal cover in terrestrial environments. However, the application of spectral unmixing on coral reefs is fundamentally challenging, due not only to the water column, but also to the potentially large number of spectrally similar and ecologically significant end-member (substratum) classes involved. A controlled ex-situ experiment was conducted using field-spectrometer data to assess the accuracy of spectral unmixing techniques to estimate the areal cover of small-scale (<0.25 m²) assemblages of reef substrata (e.g., changes in cover between massive corals, branching corals, bleached corals, macroalgae, and coralline red algae). Mixture compositions were obtained precisely by analysis of digital images collected by a camera calibrated to the field of view of the spectrometer. Linear unmixing techniques were applied to derive estimates of substratum proportions using the full spectral resolution data and various transformations of it, including derivatives and down sampling (merging adjacent wavelengths into broader spectral bands). Comparison of actual and estimated substratum proportions indicate that spectral unmixing may be a practical approach for estimating subpixel-scale cover of coral reef substrata. In the most accurate treatment, coefficients of determination across all mixture sets were high for most end-member classes (37 of 52 cases with r ² >0.64, i.e. r >0.8). The most successful analyses were based on derivatives of down-sampled data, implying that spectral unmixing benefits more from spectral smoothing and judicious choice of band locations than from high spectral resolution per se. Although these results show that changes in coral and algal cover can be determined by unmixing their spectra, the method is not yet an operational remote sensing tool. Primary empirical research is needed before taking the next step, which is to incorporate a water column, of variable depth, above the sea bed.