基于无人机与机器学习的黄河源高寒草地植被覆盖度反演技术

针对高原高寒地区大面积草地植被覆盖度调查与实验过程中地面测量效率低下,遥感数据质量不佳、数量源受限与反演结果不确定等问题,在黄河源地区利用低空无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)遥感技术、统计建模与机器学习方法,开展基于可见光影像的高寒草地植被覆盖度反演与验证。结果表明:基于可见光构建的过绿指数与植被覆盖度的相关系数达0.676,比归一化差异指数高出近5.2%,具有较高的可靠性;利用过绿指数建立的高寒草地植被覆盖度统计模型中,对数模型和Gamma模型精度较高,但具有显著的地域差异性;直接利用低空无人机遥感波段值建立的机器学习模型精度显著优于各个统计模型,获得的均方根误差、估算精度、相对偏差和决定系数比统计模型中表现最优的对数模型分别提高2.68%、3.75%、7.35%和13.91%,且无需计算植被指数,在成本、效率和精度等方面具有较大的优势。     

引入地形特征的田块尺度玉米遥感估产与空间格局分析

田块尺度作物估产引入地形特征提升精度与产量空间格局分析对规模经营具有重要意义。以黑龙江省规模化种植的春玉米为研究对象,测定无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)高精度地形与变量测产数据,基于多时期SPOT-6影像提取7种植被指数;采用最小二乘法,构建不同时期植被指数与春玉米实测产量的经验统计模型,确定遥感估产最佳时期和最优植被指数;提取6种地形因子,使用多元逐步回归评价引入地形因子的遥感估产模型,应用空间统计分析探索产量空间分布格局。结果表明:春玉米灌浆期是遥感估产的最佳时期,决定系数R~2达到0.6以上的植被指数共6种,比值植被指数(ratio vegetation index, RVI)为最优植被指数,其余依次为修正比值植被指数(modified simple ratio, MSR)、无蓝色波段增强型植被指数(enhanced vegetation index without a blue band, EVI2)、归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)、次生修正土壤调节植被指数(modified secondary soil adjusted vegetation index, MSAVI2)、绿度归一化植被指数(green normalized difference vegetation index, GNDVI);最佳估产模型引入地形辅助信息后R~2提升5.6%,达到0.79,均方根误差(root mean squared error, RMSE)为347.03 kg/hm~2;高海拔与高坡度区域产量均值最低为7 502.64 kg/hm~2,中海拔与低坡度区域产量均值最高为9 157.63 kg/hm~2。优化后的遥感估产模型可以快速评估作物产量,确定春玉米最佳生长区域,为规模化农业精细管理、土地整治与作物种植结构调整提供科学依据。     

中国东北多年冻土区植被生长对气候变化的响应

基于归一化植被指数(NDVI),分析多年不同冻土分布状态下植被生长的年际变化趋势及其与气候因子的相关性差异.结果表明:1981—2014年,中国东北多年冻土分布区针叶林的NDVI呈增加趋势,与生长季温度正相关,与生长季降水量负相关.随着冻土活动层深度增加,针叶林NDVI的增加速度自北向南逐渐下降;草原NDVI在非多年冻...     

高宝邵伯湖关键地理要素时空演变遥感监测

基于1977—2020年的37景Landsat遥感影像,采用人机交互目视解译、决策树分类等方法提取了高宝邵伯湖近43年养殖区、沉水植被、浮叶植被、滩地和耕地等地理要素,从要素的长时序时空动态演变分析了高宝邵伯湖地理要素的变化过程。结果表明:养殖区面积整体呈现先增后减的趋势,其变化主要受政策调控的影响;菹草为水生植被优势种,在2010年之后暴发式生长,几乎覆盖全湖;耕地多分布在高邮湖北部,面积先增后减,滩地多分布在高邮湖北部及近岸区域,面积不断减少,两者最终均主要转变为养殖区;湖泊地理要素变化热点区位于高邮湖北部,受政策和经济利益驱动,此处滩地、耕地、养殖区之间的转化十分显著。     

桂西南岩溶植被演替过程中的植物多样性

2001年10月至2002年8月,以“空间代替时间”方法对(?)岗自然保护区及其周边区域的岩溶植被进行调查,采用物种丰富度(S)、Shannon-Wiener指数(H)、Simpson指数(D)、Margalef’s指数(E)分别从乔木层、灌木层、草本层以及整个群落分析桂西南岩溶植被各演替阶段的物种多样性特征。结果表明:随着演替进行、草本层由种类较少的阳性草种发展到种类丰富的耐荫草种,物种多样性随着演替的进行而增加,在灌草丛阶段存在一个较小的峰值。灌木层物种多样性在藤刺灌丛阶段达到最大,随后到先锋阶段明显下降,至亚顶极、顶极阶段灌木层的物种多样性又略有回升,但不及藤刺灌丛阶段,亚顶极阶段与顶极阶段的灌木层物种多样性差异不大。乔木层由于亚顶极阶段既存活有阳性树种,又存活有阴性树种,物种多样性基本上是先锋群落阶段〈亚顶极群落阶段、亚顶极群落阶段〉顶极群落阶段。桂西南岩溶植物群落物种多样性并非随着演替发展而增大,而是在亚顶极阶段达到最大值;不同群落演替阶段各层次物种多样性表现为灌木层〉草本层、灌小层〉乔木层的规律。     

红树林生态系统中潮滩与植物消浪特性试验

采用室内水槽物理模型试验研究了潮滩、植物和红树林生态系统的消浪特性，量化了潮滩对红树林生态系统波高衰减的贡献。结果表明：随着植物淹没度的增大，潮滩、红树林生态系统的波高比均逐渐增大，即消浪效果越来越弱，而植物的波高比则是先减小再增大，水位在树冠中心时消浪率远高于其他植物部位；随着相对波高的增大，潮滩的波高比先稳定在1.0附近然后再减小，红树林生态系统的波高比逐渐减小，而植物的波高比先减小再增大；随着波长与植物带宽度的相对宽度增大，潮滩的波高比先略减小再增大，但多数稳定在1.0附近，而植物与红树林生态系统的波高比先增大再略微减小；潮滩对红树林生态系统波高衰减贡献随淹没度减小逐渐增大，最大可达63%;波浪在红树林生态系统传播过程呈非线性衰减，单位长度的波高衰减率在植物带前1/4宽度远大于后3/4宽度。     

北部湾沿海流域植被覆盖动态变化及其驱动因素

基于2000—2018年的中分辨率成像光谱仪13Q1数据,利用修正的变化矢量分析、变异系数、Hurst指数等方法分析北部湾沿海流域植被覆盖动态变化趋势及其持续性、预测未来植被覆盖变化情况以及植被覆盖变化的驱动因素.研究表明:北部湾沿海流域植被覆盖度较高,且年际变化幅度较小,多年植被指数均值表现出从陆地到滨海、从流域外边...     

双碳目标背景下湖泊湿地的生态修复技术

湖泊湿地是我国湿地的重要组成部分,对于实现碳减排和缓解全球气候变暖具有重要作用,当前全球气候变化和人类活动干扰导致的湖泊湿地退化等限制了其碳汇功能的发挥。笔者梳理了我国湖泊湿地的退化现状与成因,分析了土地利用方式改变、生物多样性降低和环境污染对湖泊湿地碳汇功能的影响,总结了湖泊湿地的生态修复技术及增汇途径:①通过水环境修复技术去除内源和外源污染物、提升湖泊湿地水质、减缓温室气体排放等途径提高湿地植物和土壤碳储量;②生物修复可直接提高植物碳储量,进而通过植源碳的输入和微生物作用等过程提高土壤/沉积物碳储量。水文修复和生境修复技术可为生物修复营造有利的水位和生境条件。未来应强化湖泊湿地生物多样性与其碳库的协同关系及机理、水质特征对湖泊湿地碳演化规律的影响、湖泊湿地生态系统的碳汇饱和度和碳汇计量核准系统的研究等,为实现我国“双碳”目标提供科学依据。