MODIS多光谱研究攀西地区植被对气候变化响应

遥感方法定量监测植被与气候变化的关系已经成为全球变化研究的一个重要领域。攀西地区是我国长江上游重要的生态屏障,对维持四川乃至我国整体生态环境的稳定具有重要作用。基于攀西地区多年MODIS多光谱数据和气象数据对植被动态变化以及该变化与气候因子的关系进行了探讨。结果显示,NDVI变化和气温、降水呈正相关,其中降水是影响攀西地区植被生长的主要气候因子,NDVI变化与秋季降水量变化呈现出良好的一致性;研究区植被长势与气温和降水存在一定的时滞性,主要体现在前1个月气温和降水对植被长势的影响上。     

基于遥感数据的辽宁省植被变化分析

利用从美国国家海洋和大气局(NOAA)的甚高分辨率辐射计(AVHRR)获得的20年的归一化植被指数(NDVI)时序数据,分析了辽宁省的空间异质性和时间动态。通过分析研究区域2 292个点在1982～2001年间NDVI月平均值,发现有明显的反常。通过统计分析每月的NDVI值,包括最小值、平均值、最大值、变化系数(CV)、标准化不规则值(Z分),36个月的动态平均值,识别了植被动态的空间和时间变化。发现植被的NDVI在生长期有强烈的季节摆动,观测到的NDVI最大值出现在7～8月,用CV表达的季节变化范围从6%～14%。另外,在1984～1990年间植被绿度呈现一致向上的趋势,而在随后的1991～1998年间表现出很大的相反。植被绿度向上和向下的趋势遵从7到8年的摆动周期。研究还发现干燥季节NDVI的峰值沿纬度的变化是1991～1999年间比1982～1990年间大20%～25%。研究的结论是辽宁省的植被变化模式是由于20世纪最后10年加剧的干旱造成的。     

利用遥感植被指数模型研究青狮潭水源林变化

漓江近30年来出现了水量减少、枯水期越来越长的问题,而其上游青狮潭水源林覆盖的变化是影响漓江水量的重要因素之一。分别利用遥感比值植被指数(RVI)和归一化植被指数(NDVI)模型,提取美国ETM遥感图像青狮潭水源林不同时相的植被指数,通过分析植被指数的变化来研究水源林覆盖的变化。结果表明,1999年12月15日至2002年1月5日,研究区青狮潭水源林大部分面积(约80%)的植被覆盖度出现下降趋势,但植被覆盖度减少的数值不大,RVI减少值主要在-1.5≤·RVI<-0.1,NDVI减少面积中超过一半面积的NDVI减少值在-0.2≤·NDVI<-0.1,增长、不变的面积各占10%左右,遥感植被指数为定量分析漓江上游水源林覆盖的变化提供了一种有效手段。     

基于光谱反演的青藏高原1982年到2014年植被生长趋势分析

植被在陆地碳循环和气候系统中发挥着重要作用 ,近几十年来众多研究集中于分析植被生长状况的动态变化.拥有大面积高海拔区域的青藏高原是"世界的第三极" ,其植被生长状况对全球变暖现象十分敏感.而由光谱的可见光红波段和近红外波段反演产生的NDVI ,则是监测植被生长状况的最有效工具之一.通过一元线性回归模型 ,在青藏高原地区利用2000年到2014年的MODIS资料将GIMMS NDVI数据集从1982到2006年的时间序列扩展至2014年.相比已有的研究 ,因考虑了尺度变化引起的残差 ,NDVI扩展数据集的精度得到进一步提高.该方法可以为今后不同NDVI数据集耦合提供一种新的思路.利用1982年到2014年的NDVI新数据集可以发现以下结果 :青藏高原植被生长季的生长存在明显的增长趋势(0.000 4 yr-1 ,r2 =0.585 9 ,p<0.001) ,春、夏和秋季的增长率分别为0.000 5(r2 =0.295 4 ,p=0.001) , 0.000 3(r2 =0.105 3 ,p=0.065)和0.000 6(r2 =0.436 7 ,p<0.001).因高原植被生长 ,促进该区域碳积累效应 ,故青藏高原植被在1982到2014年间是一个稳定的碳吸收区.结合高原温度和降水资料分析植被生长状况增长的原因 ,虽二者都具有增长趋势 ,不过生长季及春、夏和秋季的NDVI变化状况同温度的相关性显著高于降水.在空间分布上 ,各区域植被增长趋势同温度、降水变化都具有明显的空间异质性.     

江淮流域夏季降水对前冬持续时间长短的响应

利用NCEP/NCAR再分析资料计算得到江淮流域1961–2011年前冬持续时间, 分析其时空变化特征, 并进一步探究它与后期江淮流域夏季降水的关系. 结果表明, 江淮流域前冬持续时间存在着明显的年际和年代际变化, 前冬持续时间显著偏长年份比偏短年份的前冬温度低、气压高、北风强, 表明温度、气压、经向风可能是反映江淮流域前冬持续时间的关键因子, 且不同区域各气象要素对季节长度的影响存在一定差异; 1961–2011年江淮流域前冬持续时间与该区域夏季降水呈显著正相关关系; 统计分析亦发现, 前冬持续时间显著偏长(偏短)的代表年份中, 夏季降水以偏多(偏少)为主; 对典型代表年份环流场进行合成分析发现, 前冬持续时间显著偏长时, 乌拉尔山与鄂霍次克海地区夏季易形成阻塞形势, 进而会对江淮流域夏季降水产生影响; 最后利用奇异值分解从空间场相关的角度探讨了两者的联系, 发现江淮流域夏季降水与前冬持续时间存在非常显著的关系. 关键词： 江淮流域 季节划分 前冬持续时间 夏季降水     

基于时序高分一号宽幅影像火后植被光谱及指数变化分析

为了探究国产高分卫星遥感技术监测火干扰对植被生长影响的能力及其表征植被指数,选取2014年发生在四川省雅江县和冕宁县的两场森林火灾形成的火烧迹地作为研究区,利用火灾前后时序的高分一号宽幅(GF-1 WFV)数据,对不同受灾程度火烧迹地火灾前后的光谱特征变化进行分析,并以月为单位分析了不同受害程度植被火后两年内由GF-1 WFV数据生成的归一化植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)和全球环境监测植被指数(GEMI)等三种表征植被生长状态的植被指数的变化,结合研究区纬度、海拔和气候条件分析火后植被的年内恢复规律。结果表明：火烧造成植被色素和细胞结构破坏,使其不再表现出正常植被特有的光谱特征,在可见光区受害植被的反射率相比于正常植被偏高,且其值随受灾程度加重而升高;在近红外波段火干扰后的植被反射率降低,其值远低于正常植被的反射率值。NDVI,EVI和GEMI在表征植被恢复生长过程中存在高度相关性且对植被季节变化敏感,均能反映植被恢复的生长过程,具有描述火烧区植被恢复动态过程的能力;受灾植被恢复生长过程中的植被指数变化与正常植被年生长过程的植被指数变化趋势基本一致,同样存在生长季和非生长季;火烧区植被的NDVI,EVI和GEMI值相比正常植被对应植被指数值始终偏低,且植被受灾越严重,其植被指数值在同期中对应越低。     

中国东部海域叶绿素时空变化经验正交分析及探讨

利用经验正交函数(EOF)分析了中国东部海域SeaWiFS叶绿素a(1998—2007年)时空变化主要模态,对前3个模态进行了功率谱分析。气候平均结果表明,叶绿素a空间总体分布特征为近海高、外海低,季节变化为春季3—4月最高,夏季6—7月最低。EOF前3个模态所占的贡献率分别为84.89%,3.38%,1.06%。第一模态权重占绝对优势,空间分布与气候平均场基本一致,时间序列表明1998年和2000年为叶绿素a浓度典型低值年,2007年为叶绿素a浓度典型高值年,线性拟合表明总体叶绿素a浓度呈缓慢增加趋势。第二模态主要体现为季节变化,功率谱显著周期为12个月,空间上呈长江口、杭州湾及浙江沿岸海域为正,离岸海域为负的反位相分布特征。第三模态功率谱显著周期为12个月和6个月,以122.9°E,32.2°N为中心的区域呈负相位,黄海和浙江外海区域呈正相位分布,这可能受沿岸流、长江径流转向路径和台湾暖流变化所影响。     

基于物候特征的植物光谱识别方法研究

光谱分析对于植物识别特征与机理研究具有重要意义,长期以来在植被光谱的叶绿素吸收特征、水分吸收特征、红边效应、光谱波形参数提取、波形转换、以及植被叶面结构和化学组份对光谱的影响方面进行了大量研究,而在植物因季节变化引起的叶面结构、叶绿素、叶面积指数变化而产生的光谱变化研究较少。通过开展对不同生活型、叶面结构与大小、物候特征的11类植物季节生长过程的地物光谱观测,提取植物的归一化植被指数NDVI、包络线去除后的绿波段最大光谱吸收深度、红波段最大光谱吸收深度参数,对该参数时间过程曲线的均值、变幅、斜率进行分析,研究植物生长期和成熟期特征参数的植物光谱可分性研究。提出了植被光谱区分度的参数运算方法,利用该参数进行植被识别能力分析。结果表明：植物生长过程的光谱特征比成熟期的光谱特征更容易区分。在相同参数对比中,生长期植物区分度比成熟期区分度高出三个点。在植物生长过程中,总体上植被的季节变幅区分度>斜率区分度>均值区分度,而对于NDVI参数季节变化,植物季节斜率区分度最大。所以利用植物的季节NDVI斜率、绿波段最大光谱吸收深度的季节变幅、红波段最大光谱吸收深度的季节变幅进行植物的识别效果最佳。     

红外伪装涂料发射率的季节性要求

为了研究伪装涂料8～14 μm波段的平均发射率在不同季节的取值范围,结合太阳辐射,植被温度以及气温的一日变化,建立目标及单一植被背景在晴朗天气情况下不同季节的一日辐射温度变化模型.以合肥地区为例,分别以春分、夏至、秋分、冬至四个节气的日气候状况代表春夏秋冬四季的气候特征,采集该地区在四个节气近五年的日值气侯数据,对覆盖不同发射率伪装涂料的目标以及植被背景在四个节气中从6时到22时的辐射温度变化进行模拟.获得目标和植被背景的日辐射温度变化数据,计算不同覆盖发射率值的伪装涂层时的目标和背景的欧氏距离和伪装效率.利用欧氏距离和伪装效率对目标的伪装效果进行分析.当欧氏距离最小时目标与植被背景红外特征最接近,春夏秋冬欧氏距离最小时的发射率值依次为0.58、0.33、0.41、0.86;以参考目标与背景的辐射温度差控制在4K以内为实现隐身的标准,春夏秋冬伪装效率最高时的发射率值依次为0.6、0.3、0.4、0.9.     

基于MODIS植被指数时间谱的太湖2001年—2013年蓝藻爆发监测

藻类水华爆发已成为影响内陆水体生态环境的重要因素。遥感能够提供实时的大范围观测,在水华监测中起到越来越重要的作用。遥感植被指数已广泛应用于藻类水华监测中,通过对研究区植被指数图像进行阈值分割,能够反映不同子区域内的藻类爆发程度;然而阈值分割法的结果只能反映某一时间点(图像获取时)的藻类爆发状况,无法表征长时间内藻类的变化。相比于单个时间点的植被指数,植被指数时间谱(时谱)包含藻类的物候信息,能够更加全面准确地反映藻类的长时间变化。目前,植被指数时间谱还尚未应用到水华相关研究中。选取2001年—2013年太湖区域的MODIS NDVI数据,构建年度NDVI时谱数据,利用(support vector machine, SVM)方法对每年的太湖蓝藻水华爆发强度进行分类,将太湖重度、中度和轻度蓝藻水华爆发的区域以及水生植物的区域提取出来,得到其空间分布和面积;并从2007年的时谱数据中抽取了8个时间点的NDVI图像,利用传统阈值分割法提取太湖重度、中度和轻度蓝藻水华爆发的区域,将结果与2007年时谱数据分类的结果进行对比。结果表明：所提出的方法能够更加全面准确地对太湖蓝藻爆发强度进行分类,通过NDVI时谱曲线提供的丰富物候信息可准确区分蓝藻与水生植被区域。本研究有望为准确掌握和预测藻类水华的爆发趋势及强度提供有效手段。     

典型“高山-绿洲-荒漠”生态区植被净初级生产力时空变化特征分析

“高山-绿洲-荒漠”作为干旱区独特的自然景观,其内部迥异的生态系统极易在全球变化影响下产生不同波动,而植被净初级生产力（NPP）作为评价生态环境质量的重要指标,对整体认识区域变化有重要意义。遥感影像的产生为大尺度、长时间的区域NPP估算提供了可能,通过土地利用类型数据划分的不同植物覆被下的最大光能利用效率也提高了NPP估算的精度。因此选取具有典型“高山-绿洲-荒漠”生态系统的叶尔羌河流域作为研究区,使用多年遥感影像数据、气象数据,选用基于光能利用率的CASA模型对其进行模拟并对各生态区NPP状况进行分析,得出以下结论：(1) 叶尔羌河流域NPP年均值在2000年之后整体呈波动上升状态,约有85.9%的区域呈上升趋势,在绿洲区域的水域以及居住地处NPP出现下降状况。(2) 流域内NPP变化与降水量相关性较强,其空间分布特征与NPP和温度的相关性表现出相反状态。(3) 叶尔羌河流域NPP在各生态区上表现出“绿洲最高,荒漠绿洲过渡带次之,高山以及荒漠最低”的状况,生态环境相对绿洲、荒漠绿洲过渡带更为脆弱的区域（荒漠、高山）NPP波动性更强。研究结果将为区域生态环境保护修复、应对气候变化、实现人类与自然协调发展、促进多民族共同繁荣提供科学支撑。     

基于光谱数据的祁连山不同生态区植被覆盖时空变化特征

时序光谱遥感植被指数是公认的监测植被覆盖变化的有效指标,在大范围植被覆盖动态变化监测中发挥着重要作用.祁连山地处中国西部甘肃和青海两省交界处,地理位置特殊,对维持中国西部生态安全具有重要作用.随着全球气候变化,祁连山区的气候也出现了不同程度的变化,并且近些年来国家在祁连山实施了多项生态环境保护工程措施.针对祁连山不同生...     

Insights from stable isotopes of water and hydrochemistry to the evolutionary processes of groundwater in the Subei lake basin,Ordos energy base,Northwestern China

ABSTRACT

Changes in groundwater evolutionary processes due to aquifer overexploitation show a world-wide increase and have been of growing concern in recent years. The study aimed to improve the knowledge of groundwater evolutionary processes by means of stable water isotopes and hydrochemistry in a representative lake basin, Ordos energy base. Groundwater, precipitation, and lake water collected during four campaigns were analysed by stable isotopes and chemical compositions. Results showed that temperature effect predominated the isotope fractionation in precipitation, while evaporation and inadequate groundwater recharge were the key factors explaining high salinity and isotopic enrichment in lake water. Additionally, the Kuisheng Lake was a preferential area of groundwater recharge, while the Subei Lake received less sources from underlying aquifer due to the combined effects of low permeable zone and upstream groundwater captured by the production wells. The homogeneous isotope signatures of groundwater may be ascribed to the closely vertical hydraulic connectivity between the unconfined and the confined aquifers. Isotopically enriched groundwater pumping from well field probably promoted isotopic depletion in groundwater depression cone. These findings not only provide the conceptual framework for the inland basin, but also have important implications for sustainable groundwater management in other groundwater discharge basins with arid climate.     

作物植被覆盖度的高光谱遥感估算模型

通过大田试验,使用ASD光谱仪测量了油菜、玉米、水稻三种作物不同覆盖度水平下的冠层光谱,同时拍照获取植被图片并用计算机求算了植被覆盖度。利用三种作物光谱求算“红边”变量,并对波段两两组合求算归一化植被指数(NDVI),建立这些光谱变量与覆盖度之间的估算模型,得到适用于三种作物的最优估算模型和最佳的NDVI波段组合。另外,利用响应函数模拟了TM归一化植被指数,同植被覆盖度进行了相关分析,回归方程的R2达到0.80,并通过了预留数据的检验,为TM数据植被覆盖度估算进行了探索性的研究。     

基于光谱特征的北京城区植被滞尘分布反演

植被叶片的滞尘量可以表征空气污染的程度, 分析城市植被滞尘的空间特征对于制定更为有效的空气污染控制政策具有重要的现实意义。基于北京市主城区采集的大叶黄杨、国槐、毛白杨和山桃等四种典型绿化植被叶片的滞尘量、光谱反射率和叶面积等数据,比较四种植被叶片滞尘前后的光谱曲线,进行窄波段与卫星波段滞尘前后叶片光谱反射率比值与滞尘量的相关分析。然后,分别建立相关性最大的卫星波段反射率和NDVI与滞尘量之间的回归模型, 选取拟合较好的模型反演北京城区植被的滞尘量分布,进而插值得到整个北京城区的尘埃分布。最后,根据高滞尘区域周围的土地覆盖和土地利用以及滞尘期间PM₁₀浓度的空间分布对反演的的合理性进行检验。结果表明：在780~1 300 nm波段,大叶黄杨、国槐、毛白杨和山桃四种植被的滞尘叶片反射率均明显低于干净叶片;窄波段反射率与滞尘量在520~650 nm波段和1 390~1 600 nm波段具有较高的相关性,相关系数的绝对值最高达到0.626;利用Landsat8的green波段和NDVI构建的滞尘反演模型,决定系数(R2)分别为0.446和0.465。NDVI模型反演的北京城区植被的滞尘量分布结果表明,北京城区滞尘含量呈现出北高南低,东高西低,中心城区高于郊区的空间分布格局。该研究通过高光谱和遥感影像数据反演滞尘量,可以为快速全面监测城市地区尘埃分布提供参考。     

基于天宫一号高光谱数据的荒漠化地区稀疏植被参量估测

为了精准地估测荒漠化地区的稀疏植被信息,选取内蒙古苏尼特右旗为研究区,以天宫一号高光谱数据为数据源,结合野外实地调查数据,通过归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)和土壤调节植被指数(soil adjusted vegetation index, SAVI)对研究区内的植被覆盖度和生物量进行反演,并对比两种植被指数的优劣。首先,分析了每种波段组合下的植被指数与覆盖度、生物量的相关性,确定了最大相关的波段组合。覆盖度和生物量与NDVI的最大相关系数可达0.7左右,而与SAVI的最大相关系数可达0.8左右。NDVI的最佳波段组合的红光波段中心波长为630 nm,近红外波段的中心波长为910 nm,而SAVI的组合为620和920 nm。其次,分别构建了两种植被指数与覆盖度、生物量之间的线性回归模型,所建模型的R2均能达到0.5以上。SAVI所建模型R2要比NDVI略高,其中植被覆盖度的反演模型R2高达0.59。经留一交叉验证,SAVI所建模型的均方根误差RMSE也比基于NDVI的模型小。结果表明：天宫一号高光谱数据丰富的光谱信息能有效地反映地表植被的真实情况,并且SAVI比NDVI更能较为精准地估测荒漠化地区的稀疏植被信息。     

Isotopic fingerprints of the Lake Żabińskie (NE Poland) hydrological system on contemporary carbonates precipitated in the lake

An isotopic monitoring was undertaken in 2012–2014 at Lake ?abińskie (Mazurian Lakeland, NE Poland). The aim was to identify the factors and processes controlling an isotopic composition of the lake water and to explore the mechanism responsible for recording the climatic signal in stable isotope composition of deposited carbonates. δ¹⁸O and δ²H in the precipitation, lake water column, inflows and outflow, δ¹⁸O and δ¹³C in the carbonate fraction of sediments trapped in the water column were recorded with monthly resolution. A relationship between δ¹⁸O and δ²H in local precipitation was used to estimate the local meteoric water line. The dataset obtained for the water enabled to identify the modification of the water’s isotopic composition due to evaporation, connected with seasonal lake water stratification and mixing patterns. Statistically significant correlation coefficients suggest that the δ¹⁸O of the carbonate fraction in the sediment traps depends on the δ¹⁸O of rainfall water and on air temperature. The fractionation coefficient α shows that in summer months the carbonate precipitation process is closest to equilibrium. As expected for an exorheic lake, no significant correlation was observed between δ¹⁸O and δ¹³C in precipitated carbonate.