基于Worldview-3与Sentinel-1 SAR数据的草原矿区复垦植被生物量反演方法研究

利用多源遥感数据定量反演矿区复垦植被生物量是高效、动态、大面积监测土地复垦和生态恢复效果的必要手段之一。本文以内蒙古草原露天煤矿为研究区,联合遥感光学与雷达数据各自的优势,探索基于Worldview-3(WV-3)与Sentinel-1 SAR数据的矿区复垦植被生物量反演方法,选择主成分-小波变换(W-PCA)算法对WV-3与Sentinel-1 SAR数据进行融合,揭示波段反射率、植被指数、后向散射系数及纹理特征等参数与生物量之间的相关关系,建立多变量的生物量反演模型,并分析不同生物量模型的空间不确定性。结果表明:(1)通过W-PCA算法得到融合后的图像,信息熵的提高反映了融合图像与光学WV-3图像相比具有更多的细节信息,平均梯度的提高反映了融合图像与Sentinel-1 SAR图像相比具有更高的清晰度和更丰富的纹理信息。融合后的第8波段相关系数最高、光谱扭曲度最低、光谱保真度最高。(2)通过相关性分析,发现增强型植被指数(EVI)、归一化植被指数(NDVI)、VH极化、VH均值纹理以及融合后第8波段与生物量显著正相关。WV-3的NDVI与Sentinel-1的VH_ME建模精度(R²=0.834 0,RMSE=16.464 6 g/m²,Ac=81.52%)最高,融合后的第8波段验证精度(R²=0.798 3,RMSE=22.828 3 g/m²,Ac=74.64%)最高。(3)基于不同模型的残差不确定性分析,Sentinel-1 SAR数据变量建立的模型估测结果更容易出现高估及饱和现象,两者联合变量建立的模型可实现优势互补,利用融合数据建立的模型明显改善生物量小于40 g/m²时的高估计现象以及生物量大于100 g/m²时的两者饱和现象,其不确定性降低2.42~9.68 g/m²。因此,利用光学和雷达遥感融合能够有效提高复垦植被生物量的估算精度,为草原矿区复垦植被精细监测提供有效的数据支持。     

基于生物地理优化的人工神经网络模型预测软土的固结系数

软土固结系数C_v是岩土工程结构设计中的重要参数,测试固结系数需要花费大量的时间和成本。基于生物地理学优化算法(biogeographical optimization algorithm,BBO)来改进人工神经网络(artificial neural network,ANN)模型,使用生物地理优化的人工神经网络(ANN-BBO)模型对软土固结系数进行计算。基于连淮高速公路改扩建项目的路基软土数据对计算模型进行了训练和测试。通过相关系数矩阵和主成分分析对软土的11个物理力学参数进行了统计分析,确定了7个参数作为计算模型的输入参数,并对计算模型进行了训练和测试;模型通过相关系数、均方根误差和方差比进行检验,并对误差进行了统计分析;采用蒙特卡罗模拟对计算模型的鲁棒性进行了分析。结果表明：ANN-BBO模型可以用于估计软土的固结系数,相关系数R²=0.947 1,均方根误差RMSE=0.165 7×10^-3 cm²/s,方差比VAF=94.54%;ANN-BBO模型预测精度明显优于ANN模型;ANN-BBO...     

不同尺度的土壤含水量主被动微波联合反演方法研究

土壤含水量是水文、农业和气象等领域的关键参数,而微波遥感是目前监测土壤含水量最有效的手段之一。本文利用主动微波与被动微波数据,结合其他多源遥感数据,运用随机森林算法分别在主动微波数据分辨率尺度和被动微波数据分辨率尺度下完成主被动微波数据的土壤含水量联合反演。首先对被动微波尺度的地表覆盖类型与归一化植被指数(NDVI)参数进行空间分辨率优化,再利用回归ReliefF方法对两种尺度所用的输入变量的重要性进行评估,并对输入变量进行优选,最后对比主被动微波数据土壤含水量联合反演和单独利用主动/被动微波数据进行反演的精度,分析主被动微波联合反演方法的有效性。结果表明：在主动微波尺度,主被动微波联合反演的精度相比单独利用主动微波数据反演的精度有所提升,相关系数r由0.691升至0.744,RMSE由0.084 8 cm³/cm³降至0.079 6 cm³/cm³;在被动微波尺度,主被动微波联合反演的精度反而比单独利用被动微波数据反演的精度更低,相关系数r由0.944变为0.939,RMSE由0.043 5 cm...     

东北典型黑土区有机碳遥感定量反演研究

利用多元逐步回归分析法,结合Landsat8 OLI遥感数据对该地区土壤有机碳进行定量反演.试验采集了164个土壤样品,通过3倍标准差准则对样品进行奇异点去除及数据集划分,其中120个样品作为训练集,44个样品作为验证集,建立土壤有机碳的多元逐步回归预测模型.结果表明：有机碳与Landsat8各波段反射率均显著相关;黑土有机碳光谱预测最优模型以倒数为自变量模型最优,决定系数R²=0.180,均方根误差RMSE=0.558,海伦地区适于C_org含量遥感反演,预测模型稳定性好,可以用于揭示黑土典型区C_org含量的空间分布特征.同时认为在不对土壤进行地面光谱测试的情况下,直接采用化学分析数据与遥感卫星相关联的方法预测模型拟合度有限,光谱对有机碳可解释性较低.     

基于OGGM模型的萨吾尔山冰川面积和储量预估

基于全球开放冰川模型(OGGM),结合第六次气候模式比较计划(CMIP6),在5种气候模式(BCC-CSM2-MR、CESM2、CESM2-WACCM、FGOALS-f3-L、NorESM2-MM)模拟的3种气候情景(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5)下,系统分析了萨吾尔山冰川2020—2100年间面积和储量的变化。结果显示,3种气候情景下,萨吾尔山冰川面积和储量都呈现退缩趋势,其中SSP5-8.5气候情景下的冰川面积和储量损失最大,对应面积和储量变化为-0.154 km2·a^-1和-5.11×106 m³·a^-1,其次是SSP2-4.5,对应面积和储量变化为-0.150 km²·a^-1和-5.05×10⁶ m³·a^-1,SSP1-2.6气候情景下面积和储量损失最小,面积和储量变化为-0.139 km²·a^-1和-4.93×10⁶     

桂林典型岩溶峰丛洼地碳储量功能研究

为了揭示不同发展模式下土地利用变化对碳储量的影响,以桂林市阳朔县兴坪镇西塘村的岩溶峰丛洼地为对象,采用In VEST模型对岩溶峰丛洼地的碳储量进行评估,并模拟2种情境(生态保护模式、经济发展模式)下植被类型对碳储量的影响。结果表明：研究区碳储量总量是16 641.68 t,碳密度是221.30 t·hm^-2,经济总价值是1 997.00万元,单位面积价值是26.56万元·hm^-2;人工林、自然林、经济林生态系统碳储量分别是339.38 t·hm^-2、261.79 t·hm^-2、150.34 t·hm^-2,经济价值分别是40.72万元·hm^-2、31.42万元·hm^-2、18.04万元·hm^-2,且土壤碳储量是生态系统中最大碳库;自然林和经济林中土壤是最大的碳汇,而人工林中土壤和地上植被的碳汇较大;生态保护模式下研究区碳储量经济价值是2 252.14万元,相比于现状增加了254.89万元;经济发展模式下研究区碳储量...     

应用磁测法快速检测石英砂中铁含量的研究

为了快速检测石英砂中铁含量，通过对安徽省凤阳县灵山工业园区30个湿法石英砂样品磁学参数和代表性样品中磁性离子含量的测量以及石英砂中铁含量与磁学参数相关关系的研究，提出石英砂中铁含量的磁学检测方法。通过在高纯石英砂中掺入不同质量磁选物的合成实验建立石英砂的磁化率(χ)、饱和等温剩磁(SIRM)与铁元素含量之间的标准曲线方程，合成实验结果显示石英砂的磁化率与铁含量在143.3×10^-6～500.0×10^-6范围内呈线性关系，相关系数R²=0.994 5,饱和等温剩磁与铁含量在67.9×10^-6～500.0×10^-6范围内呈线性关系，相关系数R²=0.999 2。实例检测结果显示，应用χ和SIRM测量石英砂中铁含量与应用分光光度法测量相比，相对误差分别在-9.83%～3.03%之间和-4.91%～2.42%之间，说明采用磁测法测量石英砂中铁含量是可行的，测量精度良好，采用SIRM测量精度较χ高，对石英砂进行700℃高温处理后，测量精度会增加。该研究为石英砂中铁含...     

基于集成学习与贝叶斯优化的岩石抗压强度预测

岩石抗压强度是评估岩体工程稳定性的重要力学参数,传统统计回归方法对于岩石抗压强度预测存在一定的局限性.为此,提出了一种利用简单岩石力学参数实现岩石抗压强度智能预测的方法,首先收集了620组含不同类型岩石的三轴试验数据,然后分别采用随机森林(Random Forest,RF)、极限梯度提升树(XGBoost,XGB)和轻量梯度提升机(LightGBM,LGB)3种主流的集成学习算法建立了岩石抗压强度预测模型,使用贝叶斯优化算法在模型训练过程中进行超参数优化,最后利用决定系数(R²)、平均绝对百分比误差(MAPE)和均方根误差(RMSE)对优化后模型的泛化能力进行了综合评估和对比分析.此外,利用LGB模型对输入特征进行重要性分析,以评估不同输入特征对模型泛化性能的影响重要程度.研究结果表明：所建立的3种模型对岩石抗压强度均取得了较好的预测结果,其中LGB模型泛化性能优于另外两种模型(R²=0.978,RMSE=5.58,MAPE=9.70%),且运行耗时相对最少.弹性模量(E)、围压(σ₃)和密度(ρ)对模型的泛化性能影响较...     

采用支持向量回归从测井曲线定量计算油页岩含油率

获取油页岩含油率是油页岩资源评价的重要步骤,传统从测井曲线计算油页岩含油率多采用回归模型,但存在误差大或过拟合的局限性和弱点.本文尝试结合大数据概念的数据挖掘算法和测井应用知识进行油页岩含油率定量计算,提高含油率计算的精度以及模型的泛化性.利用改进的ΔlogR技术获得DT_s、DEN_s、GR_s作为解释变量.采用数据挖掘算法——支持向量回归进行定量计算油页岩含油率能够大幅提高泛化性和精度,获得模型训练样本R²得分为0.82,测试样本R²得分可达0.70,拟合精度较高.支持向量回归模型比传统回归模型泛化能力更强,能够避免过拟合问题,具有广泛的应用性.     

辽河流域土壤碳密度分布特征和碳储量研究

基于辽河流域多目标地球化学调查取得的土壤表层和深层有机碳和全碳数据,探讨辽河流域土壤碳储量计算方法,分析辽河流域碳密度的分布特征.对辽河流域5.23×10⁴ km²土壤碳储量计算表明,深层（0~1.8 m）土壤碳储量为860.50×10⁶ t,中层（0~1.0 m）为538.30×10⁶ t,表层（0~0.2 m）为138.76×10⁶ t;辽河流域土壤深层碳密度为16.45×10³ t/km²,中层为10.28×10³ t/km²,表层为2.65×10³ t/km².分别根据土壤类型、地质单元、生态系统和土地利用类型的划分方式计算土壤的碳储量,为土壤碳循环研究与环境效应评价提供了科学依据.     

土壤有机碳含量高光谱建模研究——以青藏高原三江源区为例

土壤有机碳(SOC)是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,也是评价区域土壤质量、土地退化程度和作物产量的重要指标。高寒生态系统土壤有机碳含量估算,对于高寒地区土壤碳库核算和土壤质量评价等都具有重要意义。本研究以青藏高原三江源区作为研究区,基于野外采集的272个土壤样本的SOC和土壤光谱室内测试数据,首先对原始光谱数据进行一阶微分(FD)、二阶微分(SD)、倒数对数(RL)、去包络线(CR)和多元散射校正(MSC)等多种数学变换;然后基于8种光谱变换数据与SOC含量的相关性分析提取特征波段,利用多元线性回归(MLR)、偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量机(SVM)和随机森林(RF)4种方法,分别构建SOC含量的高光谱反演模型;对各种模型的模拟精度和稳定性进行评价,明确SOC含量反演的最佳光谱变换和模型组合模式。结果表明：三江源区SOC含量较高,且不同植被类型和不同土壤类型的SOC含量差异较大;总体上,单一数学变换形式中基于一阶微分(FD)变换构建的反演模型的模拟精度最高(尤其是FD-RF组合模型,其验证集R²=0.86,RMSE=8.40,RPD=2.64);多种数...     

福建长汀河田盆地的马尾松林碳储量时空动态变化

以福建省长汀县侵蚀退化严重的河田盆地为例,重点研究该区水土流失生态修复的主要树种——马尾松林的碳储量动态变化.通过2011年的野外样地调查获得了马尾松林的实测数据,并将其与同期SPOT5影像对应样地改进的归一化植被指数(MNDVI)数据进行回归分析,建立了河田盆地2011年马尾松林碳储量的反演模型.进一步通过不变特征法对所获得的2011年模型进行校正,使其能够推广应用于2004年和2009年的马尾松林碳储量反演,以揭示河田盆地马尾松林碳储量在2004—2011年间的时空变化.研究结果表明,这期间河田盆地马尾松林的总碳储量和碳密度均呈逐步上升的趋势:总碳储量由2004年的9.28×105 t增加到2011年的12.49×105 t,碳密度由27.31×10-4 t/m2增加到35.84×10-4 t/m2,总的说明该区马尾松林的碳汇能力在这期间有了明显的增加,而且在2009—2011年间表现得更为明显.      

基于遗传算法优化BP神经网络的玉米遥感估产方法

以内蒙古自治区开鲁县玉米作物为研究对象,将生育期内玉米遥感影像所提取的多种植被指数和实地采样点的测产数据作为训练值,利用BP(back propagation)神经网络和遗传算法优化BP(GA-BP)神经网络估产模型,得出网络预测的玉米产量数值。通过决定系数R 2和均方根误差RMSE,比较实测产量与预测产量之间的精度,BP神经网络模型R^2为0.8452,RMSE(%)为28.37;遗传算法优化BP神经网络模型R^2为0.9850,RMSE(%)为6.70,表明遗传算法优化BP神经网络估产模型具有一定可行性和可信度。     

地球化学块体法在埃塞俄比亚铜矿资源评价中的应用

低密度地球化学填图具有采样水系级别高、工作覆盖面积广阔的特征，可有效追溯具有高金属含量的地球化学块体。本次研究以埃塞俄比亚1∶100万低密度地球化学填图数据为基础，通过对原始水系沉积物中Cu测试数据处理后，应用迭代剔除的方法，计算得出Cu的异常下限值为37×10^-6。在此基础上，以37×10^-6、42×10^-6、47×10^-6、52×10^-6、59×10^-6、66×10^-6作为分级间隔，共圈定出地球化学块体3个、区域异常2个。通过参考相同成矿带中铜矿勘查研究程度较高的地球化学块体中已知铜矿床储量，计算出研究区的Cu块体成矿率为0.055%。本次以1 000 m岩块厚度估算出研究区内Cu的资源量为260万t。结合区域成矿地质条件分析，确定2号、3号、4号地球化学块体所在区域可作为开展进一步详细勘查工作的重点成矿远景区。     

祁连山摆浪河全新世冰量变化初探

采用祁连山老虎沟12号冰川2009年RTK测量生成的数字高程模型(DEM), 建立现代冰川表面横截面拟合的二次方程, 结合差分GPS测量的冰碛垄形态, 运用于祁连山摆浪河上游14号冰川和16号冰川全新世以来冰量变化的估算. 结果表明: 新冰期以来冰储量减少0.38 km³, 小冰期以来14号冰川和16号冰川的冰储量分别减少0.016 km³和0.047 km³; 根据祁连山全新世各个时期最大冰川范围的时间, 估计了全新世以来14号和16号冰川冰储量的减少速率, 新冰期以来为12.2×10^-5~15.0×10^-5 km³·a^-1, 小冰期以来分别为4.0×10^-5~5.3×10^-5 km³·a^-1, 11.75×10^-5~15.7×10^-5 km³·a^-1.     

1980—2017年祁连山水源涵养量时空变化特征

祁连山是中国西北地区十分重要的生态安全屏障,也是当地极为关键的水源涵养区。基于InVEST模型中的产水量模块,对祁连山水源涵养量和时空变化进行了分析并探讨其影响因素。结果表明：祁连山多年平均产水总量和水源涵养总量约为93.03×10⁸ m³和57.83×10⁸ m³。从时间变化来看,水源涵养量呈上升趋势,上升速率约为0.196 mm·a^-1;在空间上呈“东多西少”的分布格局,与年降水量的空间分布大致相同。不同土地利用类型下的水源涵养总量依次为：草地（31.87×10⁸ m³）>林地（16.71×10⁸ m³）>耕地（4.92×10⁸ m³）>其他用地（2.29×10⁸ m³）>建设用地（0.63×10⁸ m³）。降水量与水源涵养量在所有研究时段内均存在显著正相关性。不同时期土地利用类型的变化也会对水源涵养量产生重要影响,研究区草地面积变化对水源涵养量影响较大。根据建立的经验公式并参考已有研究成果,估算得出研究区多年冻土地下冰储量在550 km³以上,在全球气候变暖的背景下,消融趋势明显。研究可为祁连山水资源合理配置和生态系统保护提供参考。     

LF-Y油田动态石油地质储量评价

LF-Y油田S区在ODP开发调整方案实施中,钻井表明构造边部变陡,含油面积变小,静态方法重新计算地质储量为1 328.30×10⁴ m³,但该储量规模与油田生产动态不相符。结合生产动态法、储量反算法及油藏数值模拟法分析油田储量规模及合理性,指出了S区存在储量计算不足的问题并分析了原因,通过动态信息反算地质储量的方法,反算储量规模在1 450.00×10⁴~1 700.00×10⁴之间,因此该油田西边无井控区域储量潜力可能性较大。结合重新开展的孔隙度反演、精细地质模型、储量计算及油藏数值模拟等研究,再通过静态方法最终计算S区的地质储量为1 566.03×10⁴ m³,储量规模增加了237.73×10⁴ m³。以动态反算储量,并反馈到静态储层评价与储量计算之中,使两者达到较为一致的结果。研究成果不但解决了S区储量不足的矛盾,使模型更加合理,剩余油分布预测也更加可靠,为ODP调整方案成功实施提供了储量基础;而且验证了油藏动态方法对储量问题研究的反证作用,从而实现了油藏动、静态结合解决地质难点问题。     

祁连山区黑河上游俄博岭多年冻土区活动层碳储量研究

为了探索在全球气候变化背景下多年冻土区碳储量现状, 通过野外实地勘探和室内实验, 对黑河上游俄博岭多年冻土区地貌特征及不同海拔活动层内的碳储量进行考察和估算. 结果表明: 黑河上游俄博岭冰缘现象显著, 土壤季节冻融过程活跃, 且活动层中碳储量丰富. 在研究区约2.5×10⁶ m² 的范围内, 活动层平均厚度约为1.1 m, 活动层土壤有机质平均含量约为72.1%, 碳储量估算约为1.57 Mt C. 活动层不同深度处有机质含量呈现不同的变化规律. 随着活动层深度增加, 土壤有机质的含量逐渐降低, 在多年冻土上限附近有机质含量较高. 另外, 活动层有机质含量随着海拔和土壤含水量的不同而变化, 同时多年冻土区微地形和地质条件也对有机质含量具有重要的影响.     

基于地下水陆面过程耦合模型的黑河干流中游耗水分析

耗水分析能够直接揭示水资源利用的本质, 蒸散发是流域尺度耗水的主体. 将一个典型的陆面过程模型和一个地下水模型紧密耦合, 从而在地下水模型中增加具有物理机理的蒸散发描述, 同时改进陆面过程模型中地下水的动力过程, 由此在发挥这两类模型各自优势的基础上, 构建了一个地下水-陆面过程耦合模型. 利用该模型模拟了黑河干流中游2008年逐小时的蒸散发过程. 结果表明: 黑河干流中游2008年总耗水量约为35.7×10⁸ m³, 耗水最大的地表类型是农作物为19.3×10⁸ m³、 裸地和戈壁为7.2×10⁸ m³、 草地为6.0×10⁸ m³、 稀疏植被为3.1×10⁸ m³, 其中, 不同地表类型的年蒸腾量分别为8.8×10⁸ m³、 0.02×10⁸ m³、 2.2×10⁸ m³以及0.4×10⁸ m³, 对应它们的年蒸散发强度分别为: 580 mm、 117 mm、 331 mm以及202 mm. 通过耗水平衡分析也得到2008年黑河干流中游地下水呈负平衡状态, 全年地下水超采约0.9×10⁸ m³, 其中区内地下水储量在7—11月间呈增加趋势, 其他各月呈减少趋势.     

川西龙门山南段新元古代火山作用时代与动力学背景：来自锆石地球化学和U-Pb年代学的约束

龙门山南段发育一套新元古代火山—沉积地层,其成岩时代及动力学背景一直缺少系统研究,制约了对扬子西缘前寒武纪构造演化的深入理解。本次研究对其下段英安岩和上段流纹岩开展了岩石学、锆石U-Pb年代学和锆石微量元素地球化学研究。结果表明,英安岩和流纹岩的锆石均具有较高的Th, U含量和较大的Th/U比值（0.52～0.90和0.76～1.28）,其结晶年龄分别为837±5 Ma和805±4 Ma,表明龙门山南段长英质火山岩形成于新元古代早期。英安岩的锆石具有较低的稀土(ΣREE=160×10^-6～389×10^-6、ΣLREE=8.3×10^-6～18.6×10^-6)和Ti含量(2.17×10^-6～4.66×10^-6)以及较高的Eu/Eu^*比值（0.43～0.76）、较低的U/Yb（0.66～1.27）,而流纹岩的锆石具有较高稀土(ΣREE=482×10^-6～1 345×10^-6、ΣLREE=13.7×...