近30 a来盐城沿海盐沼时空分布演变规律及影响因素分析

盐沼是全球温带及亚热带地区的主要滨海湿地类型之一,具有重要的生态服务功能。本文以盐城沿海区域为例,利用近30 a来的6期遥感卫星图像,通过简单的植被覆盖指数(NDVI)粗提取和目视解译的方法分析了该区域盐沼的时空演变,并对引起这些变化的影响因子进行了探讨。结果表明,近30 a来研究区盐沼面积呈大幅度先升后降又小幅度上升的趋势,至2015年盐沼面积减少了约18 km²;盐沼的空间位置不断向外扩张,最大扩张距离达到了5.5 km,盐沼的宽度也随着时间不断变化;盐沼植被类型发生了不同程度的演变,景观指数表明景观破碎化程度不断加剧,獐毛、碱蓬、芦苇大量减少,单一的互花米草覆盖湿地。对盐沼时空变化起到影响的自然因素和人为因素中,围垦活动的影响最为显著。     

基于GF-1 WFV影像的黄河口湿地植被盖度估测及分析

植被盖度是植被生长状况的重要定量指标,而目前开展的植被盖度遥感估测工作主要集中在陆地区域,对河口湿地植被盖度遥感估测工作比较少见。本文基于国产GF-1 WFV遥感影像开展了黄河口湿地植被盖度估算,并结合植被类型、土壤盐度和植被指数分布状况开展了植被盖度分布特征分析,得到如下结论:（1）基于GF-1 WFV卫星影像的NDVI、SRI、SAVI、MSAVI和DVI 5种植被指数,分别建立植被盖度估测模型,其中基于NDVI、SRI、MSAVI和DVI 4种植被指数建立的多变量线性回归模型估测精度最好,其决定系数（R2）最大,为0.904,均方根误差RMSE最小,为0.14;（2）植被盖度估算模型的精度与植被盖度本身有一定的关系,其中各植被盖度回归模型中,盖度大于0.8时估算精度要优于盖度小于0.6的区域,RMSE最大相差0.04;（3）以潮滩碱蓬和潮滩芦苇为主的植被覆盖区属于低植被盖度区,盖度位于0.03~0.5,盐度在1.5 g/L左右;芦苇草甸、互花米草和柽柳灌丛植被覆盖区属于高植被盖度区,盖度位于0.8~1.0,其中芦苇草甸土壤盐度小于1.2 g/L,柽柳灌丛土壤盐度在1.4~2.0 g/L,在高盖度植被区混生有中等盖度的植被,盖度在0.5~0.8,土壤盐度在1.8 g/L左右。     

黄河三角洲NDVI时空演化特征及其驱动因素

为了解黄河三角洲地区植被盖度的时空动态,在利用遥感资料分析归一化植被指数(NDVI)空间分布格局及其年际变化规律的基础上,进一步探讨了影响NDVI时空变化的自然和人为因素。结果显示,黄河三角洲地区2002、2006、2008、2013年10月的NDVI均值分别为-0.04、0.06、0.10、0.16,NDVI0的区域面积分别约1253、1733、1742、2175km~2(分别占区域总面积的43.67%、60.01%、66.82%、81.77%)。在时间动态上,区域NDVI总体呈逐渐增加的良性发展态势,黄河入海口地区尤为突出;在空间格局上,NDVI可分为高植被覆盖区(NDVI0.4)、中等植被覆盖区(NDVI为0.1—0.4)和稀疏植被覆盖区(NDVI0.1),且按离海远近在区域内分别呈现斜"Y"、斑块和条带状。地形高度、地下水和土壤水盐条件(尤其是潜水氯离子浓度,二者之间R=0.737)等环境因素影响NDVI整体空间分布格局,区域降水和气温等气候条件造成NDVI年际动态变化,而黄河下游生态调度对过水区域特别是河口地区NDVI良性变化具有显著的促进作用。黄河三角洲地区应持续加强生态环境保护与修复,提高植被盖度及其综合效益。     

基于HJ-1高光谱影像的黄河口芦苇和碱蓬生物量估测模型研究

湿地植被的生物量是湿地生态评价、保护和利用的重要基础数据,遥感技术已经成为湿地生物量高效、准确监测的重要手段。基于2013年9月的HJ-1 高光谱遥感影像,应用准同步现场踏勘数据,通过单变量线性回归和多变量线性回归的方法,针对7种常用的窄波段植被指数和2种红边指数对黄河口芦苇和碱蓬生物量(地上干重)的估测能力进行了评价。结果表明:(1)单光谱指数变量情况下,对于芦苇,选择近红外827 nm波段和红635 nm波段简单植被指数(SRI)和线性插值红边指数(REP_ linear interpolation)取得了最佳的单变量回归结果,决定系数分别达到0.42和0.58;对于碱蓬,选择近红外807 nm波段和红692 nm波段的归一化差值植被指数(NDVI)、SRI和优化的土壤校正植被指数(OSAVI)取得了较好的回归结果,决定系数分别达到0.60,0.59和0.47;(2)多光谱指数变量情况下,以在单变量回归分析中取得较好结果的SRI和REP_ linear interpolation指数为变量,芦苇得到了与其生物量之间决定系数为0.71的高相关性;同时,以NDVI、SRI和OSAVI为变量,与碱蓬生物量的决定系数达到了0.66。     

海岸圈围对雁鸭类水鸟种群及生境的影响研究

滨海湿地是雁鸭类水鸟的重要栖息地,然而高强度的海岸圈围工程对滨海湿地生态系统和鸟类栖息地造成了显著影响,因此分析和研究海岸圈围对雁鸭类水鸟种群及栖息地的影响,对水鸟保护和滨海湿地资源可持续利用具有重要的理论和实践意义。位于长江口的横沙东滩,于2003年启动了海岸圈围促淤工程,工程的实施导致湿地生境和水鸟种群都发生着快速变化。本研究分别对2013、2015、2016和2017年,横沙东滩雁鸭类水鸟种群和生境因子的时空变化进行了调查与分析,通过拟合回归分析得到两者的相关关系,进一步探讨海岸圈围后生境的快速演替对雁鸭类水鸟种群产生的影响,从而提出海岸带圈围后水鸟栖息地的保护与管理对策。结果表明：1）海岸圈围工程的实施显著改变了滨海湿地的水鸟生境及种群特征。随着工程的推进,自然潮滩的盐沼湿地呈动态变化趋势;促淤区则随着泥沙的补给,新生了大面积的沼泽湿地;成陆区逐渐向淡水生态系统演替。伴随着生境的变化,雁鸭类水鸟种群逐渐从成陆区和自然潮滩向促淤区转移。2）不同生境类型影响雁鸭类种群数量特征的生境因子不同。未实施圈围的自然潮滩影响雁鸭类水鸟数量的主要因素是海三棱藨草/藨草群落面积;正在实施圈围的促淤区的主要影响因素是挺水植物面积、植被归一化指数（NDVI）和无植被覆盖水域面积;已圈围的成陆区主要影响因素为沉水植物面积。综上,雁鸭类水鸟偏向选择具有开阔水域、充足食物供给和相对较低植被盖度的生境类型。对于海岸圈围区域,若能合理利用圈围土地,保留部分区域为湿地,并根据水鸟的生境需求,适当营造水鸟适宜的栖息地,可在一定程度上减缓圈围工程对水鸟的影响,实现滨海湿地水鸟栖息地保护和湿地资源可持续利用的动态平衡。     

基于SPOT6遥感影像的滩涂湿地入侵种互花米草植株高度的反演研究

本文以SPOT6 高空间分辨率遥感影像为数据源,通过植被覆盖度和地上生物量两个参数进行滩涂湿地入侵种互花米草植株高度的估算研究。结果表明,三沙湾滩涂湿地互花米草植株高度平均值为2.04 m,以1~2 m和2~3 m植株为主要分布高度,分布面积分别为6.83 km2和10.31 km2,占研究区互花米草总面积的33.83%和51.06%,小于1 m和大于3 m的互花米草仅占9.26%和5.84%。估算值与真实值之间的均方根误差为0.204,绝对误差为0.04~0.37 m。该方法是对高空间分辨率光学影像应用研究的重要尝试,其反演方法具有较好的可行性,可较为准确的获取滩涂湿地植株高度信息。     

城市热岛效应的卫星遥感分析

利用MODIS资料研究了2004年4月南京城市热岛特征及其影响因子,结合地表覆盖类型分析了植被归一化指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）、地表温度（Ts）、地表反照率（α）的城乡差异及其相互关系,探讨了城市热岛（Urban Heat Island,UHI）效应形成的机制。结果表明：南京城区存在着明显的城市热岛效应;城市平均Ts比乡村高约10．83％;城市NDVI和α分别比乡村低约为62％和18.75％;NDVI与Ts呈负相关,相关系数为-0．73,而NDVI与α之间关系与波段有关;城乡植被覆盖差异是造成UHI的主要原因,其次是地表反照率,通过提高植被覆盖率和地表反照率可以减小城市热岛效应。     

黄河口湿地典型地物类型高光谱分类方法

黄河口湿地地物类型具有复杂多样的特点,本文将线性光谱混合分析模型与归一化植被指数(NDVI)和归一化水体指数(NDWI)相结合,建立了一种新的滨海湿地遥感影像分类方法;开展了基于CHRIS高光谱影像的黄河口湿地芦苇、柽柳、碱蓬、大米草、潮滩和水体6种典型地物分类实验,整体分类精度为77.33%,Kappa 系数为 0.71,与经典的最大似然分类(MLC)方法相比较,整体分类精度提高1.6%,Kappa 系数提高0.02,尤其是芦苇、碱蓬、大米草和潮滩的分类精度明显提高。     

Interaction of the methane cycle and processes in wetland ecosystems in a climate model of intermediate complexity

The climate model of the Institute of Atmospheric Physics of the Russian Academy of Sciences (IAP RAS CM) has been supplemented with a module of soil thermal physics and the methane cycle, which takes into account the response of methane emissions from wetland ecosystems to climate changes. Methane emissions are allowed only from unfrozen top layers of the soil, with an additional constraint in the depth of the simulated layer. All wetland ecosystems are assumed to be water-saturated. The molar amount of the methane oxidized in the atmosphere is added to the simulated atmospheric concentration of CO₂. A control preindustrial experiment and a series of numerical experiments for the 17th–21st centuries were conducted with the model forced by greenhouse gases and tropospheric sulfate aerosols. It is shown that the IAP RAS CM generally reproduces preindustrial and current characteristics of both seasonal thawing/freezing of the soil and the methane cycle. During global warming in the 21st century, the permafrost area is reduced by four million square kilometers. By the end of the 21st century, methane emissions from wetland ecosystems amount to 130–140 Mt CH₄/year for the preindustrial and current period increase to 170–200 MtCH₄/year. In the aggressive anthropogenic forcing scenario A2, the atmospheric methane concentration grows steadily to ≈3900 ppb. In more moderate scenarios A1B and B1, the methane concentration increases until the mid-21st century, reaching ≈2100–2400 ppb, and then decreases. Methane oxidation in air results in a slight additional growth of the atmospheric concentration of carbon dioxide. Allowance for the interaction between processes in wetland ecosystems and the methane cycle in the IAP RAS CM leads to an additional atmospheric methane increase of 10–20% depending on the anthropogenic forcing scenario and the time. The causes of this additional increase are the temperature dependence of integral methane production and the longer duration of a warm period in the soil. However, the resulting enhancement of the instantaneous greenhouse radiative forcing of atmospheric methane and an increase in the mean surface air temperature are small (globally < 0.1 W/m² and 0.05 K, respectively).     

台风过程影响下的滨海湿地物理变量观测及湿地系统响应

如何研究台风等极端天气事件影响下的湿地系统响应过程,进而提出有效的生态完整性维护和管理方案,对关键区域的湿地管理及生态安全维护具有重要意义。本文于2021年9月“灿都”台风期间在南汇东滩南岸设置水动力观测点,采集表层沉积物、测量滩面高程并用无人机获得植被影像,运用ArcGIS空间分析,探讨了台风过程影响下的南汇东滩水动力、滩面沉积变化与植被分布面积响应。结果表明:台风中,观测点近底层平均流速为0.23 m/s,植被边缘平均有效波高和波能是台风前后的1.54倍和2.14倍,近底层1 m的滩面出现“高悬沙浓度层”（>10 g/L）且存在时长为8.13 h。台风后高程低于4 m的稀疏海三棱藨草和互花米草滩面侵蚀0～4.8 cm,高程高于4 m的茂盛互花米草和芦苇滩面淤积0～14.7 cm;研究区植被分布面积共减少1 827.67 m2,减少量占台风前植被总量的1.63%,其中侵蚀滩面植被分布面积减少31.9%,淤积滩面减少68.1%。对台风过程影响后的湿地管理,可以总结为:（1）湿地在台风过程后滩面基本表现为明显的侵蚀、淤积区域共存的特征;（2）对高程低于4 m的侵蚀滩面,建议确定植被适宜生长的高程,结合台风过程冲淤变化通过“微生物膜”和植被斑块移植的方法消浪、固滩和促淤,加速湿地在台风过程影响后的修复。     

基于MODIS的沿海带状植被NDVI/EVI季节变化研究——以江苏沿海互花米草盐沼为例

植被指数的时空变化是目前全球变化研究的热点问题。该文以江苏沿海互花米草盐沼为例,运用MODIS数据探索沿海带状植被NDVI/EVI的季节变化规律。结果表明,互花米草的返青(出苗)、抽穗、种子成熟等主要物候期在VI曲线上均能得到很好体现。本研究可为监测互花米草盐沼扩展趋势、加强管理、趋利避害提供基础数据,同时也为沿海其它带状植被监测提供借鉴。     

基于植被物候特征的互花米草提取方法研究——以长三角湿地为例

互花米草自1979年引进我国以来迅速增长,呈现外来物种入侵势态,严重影响了滨海湿地生态系统平衡。通过遥感手段监测可以获取互花米草的时空扩展规律,为互花米草治理提供参考和依据。本文选取长三角地区3个主要湿地区域为研究区,依托Google Earth Engine (GEE)平台选取了2014—2019年Landsat 8 OLI时间序列数据,提出了一种基于物候特征的互花米草提取方法。首先,通过归一化差异湿度指数(NDMI)、归一化差异植被指数(NDVI)和归一化差异水体指数(NDWI)提取互花米草生长的高湿度区域;然后,通过植被指数构建表征植被物候特征的时间序列曲线,确定互花米草与其他植被的物候特征差异时相;最后,基于物候特征差异时相数据构建决策树提取互花米草。通过与现有的互花米草决策树提取方法和支持向量机(SVM)方法对比发现,本文方法在3个研究区的提取结果均为最优提取结果,表明本文的方法对提取互花米草具有较好的适用性。     

北太平洋亚热带环流区与西太平洋暖池区浮游动物群落垂直分布的差异及其对碳通量的意义

The mesozooplankton in both epipelagic and mesopelagic zones is essentially important for the study of ecosystem and biological carbon pump. Previous studies showed that the diel vertical migration(DVM) pattern of mesozooplankton varied among ecosystems. However, that pattern was largely unknown in the Western Pacific Warm Pool(WPWP). The vertical distribution, DVM and community structure of mesozooplankton from the surface to 1 000 m were compared at Stas JL7K(WPWP) and MA(North Pacific Subtropical Gyre, NPSG). Two sites showed similarly low biomass in both epipelagic and mesopelagic zones, which were in accordance with oligotrophic conditions of these two ecosystems. Stronger DVM(night/day ratio) was found at JL7K(1.31) than that at MA(1.09) on surface 0–100 m, and an obvious night increase of mesopelagic biomass was observed at JL7K, which was probably due to migrators from bathypelagic zone. Active carbon flux by DVM of zooplankton was estimated to be 0.23 mmol/(m2·d) at JL7K and 0.16 mmol/(m~2·d) at MA. The community structure analysis showed that calanoid copepods, cnidarians and appendicularians were the main contributors to DVM of mesozooplankton at both sites. We also compared the present result with previous studies of the two ecosystems,and suggested that the DVM of mesozooplankton was more homogeneous within the WPWP and more variable within the NPSG, though both ecosystems showed typically extremely oligotrophic conditions. The different diel vertical migration strength of mesozooplankton between NPSG and WPWP implied different efficiency of carbon pump in these two ecosystems.     

秦皇岛地区滨海湿地类型及其生态脆弱性

泰皇岛地区滨海湿地是我国最具代表性的沙质海岸湿地分布区,主要湿地类型为沙质海岸湿地、岩石性海岸湿地、河口湿地、泻湖湿地、浅海水域和人工湿地．受自然和人为因素的综合影响,滨海湿地生态束皖具有明显的脆弱性,主要表现为湿地植被自然演变缓慢、淡水供蛤量严重不足、海岸侵蚀日趋严重、人工围垦导致大面积自然湿地消失以及环境污染等几个方面．滨海湿地生态脆弱性与人类活动密切相关,合理调控人类干扰活动是促使湿地脆弱生态束皖向良性和狍定方向发展的关键．     

河北滦南滨海湿地土壤重金属污染特征及评价

滨海湿地作为一种具有多种功能和蕴含丰富资源的生态系统，是人类重要的生存环境之一。湿地土壤重金属污染问题是当前湿地科学领域内的热点话题。为研究河北省滦南滨海湿地重金属污染特征，本文利用单因子指数法、内梅罗综合污染指数法和地累积指数法对重金属污染状况进行评价。结果表明：铜（Cu）、锌（Zn）、铬（Cr）、铅（Pb）、镉（Cd） 的单因子质量指数均小于1.0，说明研究区重金属含量小于土壤背景值，土壤未受到污染。内梅罗综合指数法Cu、Zn、Cr、Pb、Cd 指数均小于0.7，表明滦南湿地土壤重金属污染水平处于未污染。湿地各区域重金属地累积指数为无污染或较轻污染，其中Pb 污染为较轻污染，监测点主要与人类活动有关。利用地累积指数分析认为Pb 在湿地北区为轻度污染水平，经调查发现该区域主要为居民点，人类活动频繁，其他重金属均无污染。河北滦南滨河湿地土壤未受到重金属污染，湿地土壤环境较好。     

海岸圈围对雁鸭类种群及生境的影响研究——以长江口横沙东滩为例

滨海湿地是雁鸭类的重要栖息地,然而高强度的海岸圈围工程对滨海湿地生态系统和鸟类栖息地造成了显著影响,因此分析和研究海岸圈围对雁鸭类种群及栖息地的影响,对水鸟保护和滨海湿地资源可持续利用具有重要的理论和实践意义。位于长江口的横沙东滩,于2003年启动了海岸圈围促淤工程,工程的实施导致湿地生境和水鸟种群都发生着快速变化。本研究分别对2013、2015、2016和2017年,横沙东滩雁鸭类种群和生境因子的时空变化进行了调查与分析,通过拟合回归分析了两者的相关关系,探讨海岸圈围后生境的快速变化对雁鸭类种群产生的影响,从而提出海岸带圈围后水鸟栖息地的保护与管理对策。结果表明:1)海岸圈围工程的实施显著改变了滨海湿地的水鸟生境及种群特征。随着工程的推进,自然潮滩的盐沼湿地呈动态变化趋势;促淤区则随着泥沙的补给,新生了大面积的沼泽湿地;成陆区逐渐向淡水生态系统演替。伴随着生境的变化,雁鸭类种群逐渐从成陆区和自然潮滩向促淤区转移。2)不同生境类型影响雁鸭类种群数量特征的生境因子不同。未实施圈围的自然潮滩影响雁鸭类数量的主要因素是海三棱藨草/藨草群落面积;正在实施圈围的促淤区的主要影响因素是挺水植物面积、植被归一化指数(NDVI)和无植被覆盖水域面积;已圈围的成陆区主要影响因素为沉水植物面积。综上,雁鸭类偏向选择具有开阔水域、充足食物供给和相对较低植被盖度的生境类型。对于海岸圈围区域,若能合理利用圈围土地,保留部分区域为湿地,并根据水鸟的生境需求,适当营造水鸟适宜的栖息地,可在一定程度上减缓圈围工程对水鸟的影响,实现滨海湿地水鸟栖息地保护和湿地资源可持续利用的动态平衡。     

基于无人机高光谱特征的红树林种群识别研究

红树林种群的组成和分布对于红树林生态系统的保护和恢复至关重要。本研究以漳江口红树林保护区为研究对象,通过获取无人机高光谱影像,进行光谱特征分析、光谱微分变换和包络线去除,提取了911组17个光谱特征参数,通过逐步判别分析筛选出13个用于决策树构建的特征参数,最终通过C5.0决策树模型获得了研究区红树林种群的分布状况。结果表明,漳江口红树林保护区植被种群呈现自上到下不同类型的分布情况,研究区上部以桐花树和秋茄混合类型为主,中间区域呈现白骨壤、桐花树和秋茄三者共生的现状,研究区下部则以白骨壤分布为主,伴生有少量的秋茄。通过混淆矩阵计算,得到研究区总体分类精度为 87.95%,Kappa系数为 83.81%,具有较好的精度。研究结果可为区域红树林湿地保护提供数据支撑,为红树林种群识别研究提供方法参考。     

1982—1999年珠江流域归一化植被指数与降水年际变化分析

利用1982—1999年月平均归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和降水资料,采用经验正交函数(EOF)方法分别研究了珠江流域的NDVI和降水在年和年际尺度上的异常关系,并分析了NDVI与降水及其他一些气象因子的相关关系。研究发现流域NDVI和降水在年内异常上具有较好的空间一致性,在时间上具有1—2个月的滞后;年际尺度上两者异常空间差异明显,流域东部(下游)异常为负相关,西部(上游)异常为正相关。NDVI和各气候因子的相关关系存在明显的空间和季节差异:流域东部NDVI和降水负相关明显,和温度及太阳短波辐射正相关明显;流域西部NDVI和降水滞后正相关明显,和温度相关不明显;NDVI在夏季和降水呈显著负相关,在春、秋季节滞后于降水,呈明显正相关,且滞后3个月正相关最为明显。     

Predictive modeling of plant productivity in the Russian Arctic using satellite data

The NOAA satellite data for 1982–2012 are used to analyze current changes in plant productivity of the Russian boreal and tundra zones. Trends in the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) are calculated separately for the vegetation zones in the European, West Siberian, East Siberian, and Far East sectors of the Russian Arctic and are compared with each other. This index is the normalized difference in reflectance between the red and infrared regions of the spectrum and is widely used as an indicator of the photosynthetically active biomass amount. Multifactorial statistical analysis is used to analyze the link between the plant productivity characterized by NDVI and predictive climatic indices characterizing the temperature regime and precipitation. A statistical model is developed on the basis of the resulting set of regression equations and is used with a climatic projection to predict plant productivity changes across the zonal gradient from northern tundra to boreal forests. According to our results, the current increase in plant productivity, which is observed in all vegetation zones in the Arctic, will continue in the coming decades. By the mid-21st century, productivity may increase by as much as 30% of its current value in selected zones of arctic vegetation.