基于MODIS时序植被指数和线性光谱混合模型的水稻面积提取

水稻是中国的主要粮食作物,及时获取水稻种植面积和空间分布信息对指导水稻生产、调整区域供需平衡等具有重要的意义。以江苏省为例,利用2009—2011年连续三年的MODIS 8 d合成地表反射率数据(MODIS09A1),计算了归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)和陆表水指数(land surface water index,LSWI)。结合水稻在不同生长发育期EVI的时间序列变化特征,确定了水稻面积提取的关键生育期。根据水稻移栽期稻田土壤含水量高的特征,利用NDVI、EVI和LSWI三种指数构建判别条件,确定可能种植水稻的区域。利用线性光谱混合像元分解模型对包含水稻的混合像元进行分解,得到江苏省三年水稻种植空间分布。最后,选取研究区内的水稻典型样区,利用与MODIS同时期的较高分辨率的环境小卫星HJ-1 CCD(30 m)数据提取水稻种植面积和空间分布,以此作为参考数据进行精度验证,同时利用统计部门的江苏省水稻种植面积统计数据对江苏省水稻面积进行验证,两种方法验证后表明误差均在10%以内。研究表明,采用MODIS09A1数据结合线性光谱混合模型可以更高精度地提取大范围的水稻种植面积。     

基于ENVISAT/ASAR资料的土壤湿度反演方法

提出了利用ENVISAT/ASAR/AP模式VV极化的低入射角数据和黄土高原陆面过程试验资料对黄土高原平凉试验区表层土壤湿度进行反演的方法。结果表明:在相对平坦的混合地表类型区域,反演的土壤湿度与地面实测值平均误差<0.02 cm3.cm-3,绝对误差均在0.04 cm3.cm-3范围内,该结果能较好地对黄土高原塬区土壤湿度进行干旱监测;但在陡峭山坡及塬边等地形起伏较大的区域,结果较差。     

基于Tesseract-OCR的复杂发票自适应识别

针对复杂发票任意区域下的特定表格内容提取与实时识别问题,提出了一种基于Tesseract-OCR引擎的自适应识别方法.首先利用OpenCV对发票图像进行预处理滤波、自适应阈值等一系列预处理得到二值图像;然后利用形态学中的开运算提取表格全域线段,进行表格位置提取,并结合表格交点坐标与自定义模板,实现表头与内容自适应适配;最后利用jTessBoxEditor对表格区域内容进行字库训练优化,最终实现基于Tesseract-OCR的字符识别.实验结果表明该方法具有高准确识别率,支持感兴趣区域自适应识别,具备高可用性.     

基于温度层强回波区域面积的天气雷达雷暴自动识别方法北大核心

为利用天气雷达回波资料实现雷暴的自动识别,提出了一种基于温度层强回波区域面积的天气雷达雷暴自动识别方法。该方法首先利用雷达回波体扫数据在水平范围内搜索强回波区域;再对某一温度层上,达到设定阈值的雷达回波反射率因子的区域进行面积求和,当水平范围强回波区域面积达到识别面积阈值时,判定该强回波区域为雷暴区域。在此基础上,结合S波段双偏振多普勒天气雷达观测资料、闪电定位资料,采用了17个雷暴天气过程的312个雷暴区域检验识别算法。结果表明:当等高度平面位置显示(CAPPI)数据处理中采用(35 dBZ,0℃,2 km^(2))参数组合能够达到最优的识别效果,识别概率可达87.5%,虚警率为32.9%,临界成功指数为61.2%。该方法可以用于天气雷达的雷暴计算机自动识别业务。     

基于雷达回波概率特征的雷达部分遮挡区域识别算法

部分遮挡是影响雷达观测资料质量的重要误差源之一。基于雷达回波的概率特征,本文提出一种不依赖高精度地形信息的雷达部分遮挡区域识别算法。该算法无须以人工方式建立样本数据库,只需直接检测实际业务应用中雷达连续观测的反射率因子,统计雷达探测范围内的每个格点出现大于某一反射率因子阈值(定义为Z阈值)的概率,并通过设置适当的概率阈值(定义为C阈值)来确定不同遮挡性质的雷达探测区域。应用该算法,使用2012年5-10月金华、衢州及上饶雷达连续探测资料,识别得到金华、衢州和上饶三部雷达距离地面3 km高度层上CAPPI的完全遮挡区域、部分遮挡区域和无遮挡区域;同时,通过对比2013年4月29日金华、衢州、杭州、上饶、黄山雷达3 km高度重叠探测区域的雷达反射率因子,检验了雷达部分遮挡区域识别结果的有效性,并分析了算法阈值的敏感性;最后,结合剔除部分区域弱回波的方案,对雷达组网拼图算法进行优化改进。结果表明:通过选择适当的Z阈值和C阈值算法,可以有效识别雷达部分遮挡区域;算法阈值的设置是识别部分遮挡区域的关键,较为适中的Z阈值有利于C阈值的选择;优化后的组网拼图算法可以有效解决部分遮挡问题,有效地提高了组网拼图数据的质量。     

基于SAR数据的南极冰山分布监测

随着全球气候变暖,冰架崩解事件的发生愈益频繁.冰架崩解产生的冰山是南极冰盖-冰架-海洋系统中活跃的组成部分,冰山的运动特征和时空分布对南大洋洋流循环、海洋生态以及水文系统有着非常重要的影响.因此利用卫星遥感监测冰山运动与变化信息,探究冰山崩解和消融过程,研究南极冰山分布,以及冰山和周围海洋环境之间的相互作用机制,是理解南极冰山变化与全球气候变化之间关系的关键.本文利用覆盖全南极海岸线的ENVISAT ASAR影像,基于简译软件的面向对象的多尺度图像分割算法实现了全南极近岸海域冰山对象的提取.利用2006年8月63期ENVISAT ASAR影像提取了32 267座面积大于0.06 km²的冰山,统计了冰山空间分布特征,研究发现南极小型冰山在全南极淡水输入中扮演着重要的作用.     

香河站太阳辐射识别晴空方法的评估

根据位于华北平原的重污染站点——香河5年的分钟级别地表太阳辐射和人工订正的全天空成像仪数据,对21种晴空识别(CSD)方法进行了评估:晴空识别准确率较高的方法云天识别准确率较低,反之亦然;由于CSD方法采用的参数阈值不适用于污染情况,当气溶胶含量增加时,识别准确率呈下降趋势.研究结果显示,利用太阳辐射数据识别晴空的方法...     

基于Landsat8巫山石漠化区域监测识别方法探讨

利用Landsat8遥感数据计算的植被覆盖度及岩石裸露度数据、土地利用数据、地貌类型数据建立了石漠化监测识别指标,利用该指标对巫山进行石漠化监测识别,并分析石漠化区域的生态植被环境.得出以下结论:石漠化区域(包含轻度石漠化、中度石漠化、重度石漠化、极重度石漠化4个分级)面积为875.9 km2,非石漠化和潜在石漠化区域...     

南京地区稻田蒸散的研究

引进半经验模式计算稻田蒸散，仅需要常规气象资料和作物的叶面积资料即可较精确地估算农田蒸散，解决了用Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ方法计算误差偏高以及需要风速梯度观测等在实际应用中存在的困难。通过对模式进行参数的敏感性分析，证实了模式的可靠性和可行性。分析稻田蒸散发现水稻一生有两个耗水高峰：拔节期和抽穗开花期，此时的气象条件最有利于水稻蒸散的进行。     

稻田甲烷排放的初级模式

本文建立了一个区域尺度稻田生态系统CH4排放的初步模式，该模式能从理论上反映稻田CH4产生、传输与排放的机理，并提供了一种估计不同区域气候和土壤条件下稻田生态系统CH4排放总量的有效方法。模式主要包括三个部分:水稻的生长、土壤有机物的分解和CH4的产生、传输及排放过程。模式分别模拟了早稻和晚稻CH4的排放，模拟结果与实测比较接近，CH4的季平均排放量，模拟值与实测值的偏差在10% 左右。模式的敏感性实验表明，温度是稻田CH4排放规律的主要控制因子。     

基于FastICA算法和MODIS数据的水稻面积提取

以苏、皖、赣三省为研究区域,采用FastICA算法从MODIS数据中提取2010年水稻种植面积,并验证该算法在混合像元分解中的有效性。在对2010年46景8 d合成地表反射率产品数据进行预处理的基础上,结合MODIS土地利用产品和平滑滤波算法,构建耕地类型像元的I_LSW和I_NDV时相变化曲线。依据I_LSW和I_NDV曲线在水稻移栽期前后的变化规律,并根据由各地区水稻I_NDV时相曲线计算得到水稻相似性指数,从MODIS影像中提取水稻像元。采用FastICA算法对潜在水稻像元水稻生长期内的I_NDV时相曲线进行分解,计算每个像元的水稻丰度,绘制水稻丰度图,获取研究区各省水稻分布和种植面积。利用统计年鉴数据和样方资料对FastICA算法提取的水稻面积进行了验证。结果显示:采用水稻相似性曲线有利于提高稻田识别效率,所获取的水稻分布与实际情况吻合;FastICA算法能够分解不同地区水稻I_NDV时相曲线;与统计资料比较,江苏、安徽、江西三省水稻面积的提取精度分别为86.4%、87.9%、51.5%。江西水稻面积提取误差主要出现在地形起伏较大的山区。     

基于MODIS时序数据提取河南省水稻种植分布

以河南省为研究区,利用2009年多时相8d合成MODIS地表反射率产品提取水稻种植分布。根据稻田含水量变化特征及水稻生长规律,构建水稻种植分布提取流程。为减少云等噪声的影响,对地表水含量指数（ILSW,land surface water content index）和增强型植被指数（IEV,enhanced vegetation index）的时序数据进行平滑重建。然后,依据豫北和豫南稻区水稻物候期差异,分别建立标准水稻IEV生长线,以计算像元尺度的水稻相似性指数作为影像分类的特征波段。同时,对重建的ILSW和IEV时序数据分别进行主成份分析,选择各自的前3个成份作为特征波段。在此基础上,采用支持向量机分类算法对组建的特征波段进行分类,提取影像中水稻的种植分布。结果显示,提取的河南省水稻种植分布与实际情况吻合较好,豫北稻区水稻分布呈现集中连片的特征,多分布在沿黄河两岸,而豫南稻区水稻种植广泛,多在大型水库灌区周边及沿淮和低洼易涝地区。与各地区水稻统计面积相比,MODIS提取的水稻面积平均相对误差为6.56%,根均方误差为5.63khm2。受到混合像元影响,以及个别地区水稻种植分散且面积相对较小,使该地区水稻面积相对误差超过±60%。     

水稻干旱动态模拟及干旱损失评估

根据农田水分平衡原理, 结合水稻生育特点建立了稻田水分平衡方程; 以广东省早、晚稻大田生育期为例, 模拟各个生育阶段稻田水分逐日动态变化, 得出生育期缺水状况, 并分别就自然环境和灌溉条件下的水稻受旱损失进行了客观定量评估。首次根据试验资料就水稻作物的缺水敏感系数进行研究计算, 得出了十分有意义的结果。     

气候变化对我国农作物种植结构的影响

气候变化引起水热条件的变化,从而影响到我国农业生产的方方面面,人们采取不同措施以适应气候变化带来的各种影响。为了清楚地认识气候变化对我国主要粮食作物生产的影响以及适应措施,利用《中国农业统计年鉴》1980-2007年资料和1961-2007年全国逐日平均温度观测数据及前人的研究成果,分析了气候变化对我国三大粮食作物布局和种植结构的影响。结果表明,由于气候变暖,粮食作物种植比例变化明显。小麦种植比例对气候变化最为敏感,波动大;水稻种植比例变化南北方反向,且变化幅度趋缓;玉米种植比例持续增加,增幅加大。三大粮食作物种植结构变化均以2000年为分界点,呈现不同增减趋势。而作物熟制、复种指数也发生明显变化,种植北界持续北推。黑龙江地区大面积扩种水稻,原来的玉米优势种植区为水稻所替代。     

水稻免耕栽培的减灾效应研究

为探索稻田保护性耕作技术——水稻免耕的减灾效应,将免耕与传统稻作方法相结合组成常耕移栽、常耕抛秧、免耕移栽、免耕抛秧4个处理进行试验,并运用生态学原理对试验结果进行了分析研究。结果表明,稻田保护性耕作能提高作物产量,降低部分生育期间水稻病虫害,抑制农田杂草的生长。     

Modeling Methane Emissions from Paddy Rice Fields under Elevated Atmospheric Carbon Dioxide Conditions

Methane(CH4 ) emissions from paddy rice fields substantially contribute to the dramatic increase of this greenhouse gas in the atmosphere.Due to great concern about climate change,it is necessary to predict the effects of the dramatic increase in atmospheric carbon dioxide(CO2 ) on CH4 emissions from paddy rice fields.CH4MOD 1.0 is the most widely validated model for simulating CH4 emissions from paddy rice fields exposed to ambient CO2(hereinafter referred to as aCO2 ).We upgraded the model to CH4MOD 2.0 b...     

Impact of precipitating ice on the simulation of a heavy rainfall event with advanced research WRF using two bulk microphysical schemes

In this study, the Weather Research and Forecasting (WRF) model version 3.2 is used to examine the impact of precipitating ice and especially snow-graupel partitioning in the simulation of a heavy rainfall event over Chalkidiki peninsula in Northern Greece. This major precipitation event, associated with a case of cyclogenesis over the Aegean Sea, occurred on the 8th of October 2006 causing severe flooding and damage. Two widely used microphysical parameterizations, the Purdue Lin (PLIN) and WRF Single-Moment 6-class scheme (WSM6) are compared with available raingauge measurements over the complex topography of Chalkidiki. To further investigate the importance of snow and graupel relative mass content and the treatment of precipitating ice sedimentation velocity, two older versions of the WSM6 scheme were compiled and run with the current model. The verification results indicate that all simulations were found to match raingauge data more closely over the eastern mountainous Chalkidiki peninsula where maximum accumulations were observed. In other stations all schemes overestimate 24h accumulated rainfall except a station situated at the western part of the peninsula, where none of the simulations was able to reproduce observed rainfall. Graupel dominance in PLIN generates rapid precipitation fallout at the point of maximum predicted 24h accumulation. Similar behavior is shown in WSM6 from WRF version 2, but with significant less rainfall. Increasing snow amounts aloft, due to the unified treatment of precipitating ice in WSM6 from WRF version 3, modifies rain dynamics which decrease rainfall rates, but increases 24h accumulations. A sensitivity experiment where PLIN is used with snow accretion by graupel turned off, indicated that this process seems to be the most important factor controlling the differences in surface precipitation between PLIN and WSM6 from WRF version 3, determining the spatial and temporal distribution of this heavy precipitation event. The results also revealed that snow overestimation can lead to high rainfall accumulations, even though rain is more evenly distributed over the 24h period, deteriorating precipitation forecast.     

Changes in soil organic carbon stocks as affected by cropping systems and cropping duration in China’s paddy fields: a meta-analysis

Great uncertainties remain in the impact of cropping systems on soil organic carbon (SOC) stocks in paddy fields that hold a large potential for carbon (C) sequestration. In this study, a meta-analysis was performed to examine trends on SOC stocks in unfertilized and fertilized fields from three of the most common rice cropping systems in China. Results showed that rice cropping without any nutrient application (Control) significantly increased SOC stocks by 9% compared to the initial level in double rice cropping systems (DR), whereas no significant effects were observed in single rice cropping systems (SR) and rice-upland crop rotation systems (RU). Paddy soils sequestered C in all the three cropping systems under inorganic NPK fertilization, and the magnitude of the increase in SOC stocks was in the order DR > RU > SR. Soil C stocks increased with the increasing cropping duration. Continuous rice cropping for more than 20?years led to average SOC gains of 15% and 23% in the control and NPK treatments, respectively. Furthermore, it seems that C sequestration was still occurring in the longest fields from the included studies. Thus, no SOC saturation trend was found over the investigated cropping duration. However, the negative relationship between SOC changes and their initial C stocks suggests indirectly the possibility of SOC saturation in paddy fields.     

不同云微物理方案对上海特大暴雨模拟影响的分析

利用中尺度数值预报模式WRF3.5,采用36、12和4 km三重嵌套,在积云参数化方案为BMJ条件下,选用WSM5、WSM6和Lin三种云微物理参数化方案,对发生在上海地区的两次典型特大暴雨（简称“0913”和“0825”）进行模拟试验和对比分析,探讨不同云微物理参数化方案对上海暴雨模拟的影响。结果表明:三种方案总体上都较好地模拟出两次特大暴雨过程,但在降水落区、降水中心、降水强度等方面仍存在差异。再利用地面自动站、观测站的实测雨量以及自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据,结合K指数、相对湿度、垂直速度和涡度散度等物理诊断量,从降水落区、降水中心和降水强度等方面对三种云微物理参数化方案的模拟结果进行对比分析。此外,通过对三种方案主要参数的比较以及三种方案模拟的冰、雪、霰粒子混合比的垂直廓线对相应的模拟结果进行解释。结果显示:WSM5微物理方案能更好地模拟出强降水的范围,其模拟的降水量较实测偏大;WSM6方案模拟的降水落区略有偏移,降水量偏小;Lin方案模拟的降水落区偏移较大。