基于数码照片的植被物候提取多方法比较研究

植被物候能反映植被生长状况及其对气候变化的响应,在景观或更小尺度上自动化观测分析植被物候的演化是对大尺度遥感分析和单株植物人工观测的有效补充。基于物候相机观测网络(PhenoCam)中3种典型植被类型(森林、草地和农作物)站点数据,首先在群落尺度的感兴趣区(region of interesting,ROI)和像素2个尺度上计算植被指数,然后利用多种曲线拟合植被生长轨迹,提取关键物候参数,最后对相机物候参数进行了不确定性分析和卫星遥感物候的比较验证。结果表明:自定义ROI区域可以精确划定植被聚集区域,减少天空、地面等非植被要素的干扰;多方法的生长曲线拟合实验表明双逻辑斯蒂拟合法比较适用于单生长期植被,样条法较适用于多生长期植被;单生长期植被可直接采用多种物候参数提取方法(Klosterman,Gu,TRS,Derivatives)从生长曲线上提取关键物候参数,而多生长期植被可先用样条法拟合生长轨迹,然后采用变化点方法提取关键物候参数;生长曲线拟合与物候参数提取组合方法的不确定性分析发现,Klosterman方法具有较好的鲁棒性,各组合方法模拟实验的均方根误差均小于0.005;相机物候参数与MODIS EVI提取的遥感物候参数对比验证表明,二者在森林、农作物上的物候参数比较一致;像素级返青期参数的探索性分析发现,在像素尺度上能够识别群落内物种及个体间的物候差异,未来经过更深入的不确定性分析后,可尝试作为自动化分析群落尺度生物多样性的方法。     

森林植被的水分自营作用及其观测试验论证方法

作为陆地生态系统的主体,森林对地表圈层的水循环产生了重要的影响,其涵养水源、防止水土流失和维持水质的作用为多数学者所公认,但是对于森林是否增加或减少河川径流量,在学术界还存在较大的争议.作者根据国内外学者在森林水文效应方面的观测结果和理论分析,提出了森林植被的水分自营作用理论.该理论认为,森林具有对环境的正向改造作用,森林植被通过对林区水分分布场的自主营造(改造)机制来增加林地的有效水分供应,改善林区的水文气象环境,创造出有利于森林植被生存的条件,同时引起河川径流量的增加或者降低.森林植被的水分自营作用理论比较好地综合了森林影响径流形成的各个因素,能够统一解释森林水文效应中相互矛盾的试验结果.为了更进一步地认识和完善该理论,为森林水文效应评价服务,还提出了验证该理论的野外观测试验方法,包括典型森林区辐射能量和水分通量的精细测量、森林流域分布式蒸散发计算模式研究、森林水分调节的主要环节及其计量标定、林地水分调节关系解析和森林生态系统水文过程模拟.     

基于Sentinel-2遥感时间序列植被物候特征的盐城滨海湿地植被分类

滨海湿地是具有重要功能的特殊海陆过渡带生态系统,精准获取滨海湿地植被时空分布信息具有重要意义。传统的湿地遥感观测研究集中于高空间、高光谱分辨率影像分类,往往受限于数据成本和覆盖范围,仅适用于小区域湿地监测。Sentinel-2A/B卫星影像时空分辨率高且免费共享,为大区域滨海湿地动态监测提供了可能。本文采用2018年Sentinel-2影像,提出像元级SAVI时间序列及双Logistic植被物候特征拟合重构模型,采用随机森林算法进行盐城滨海湿地植被分类,探讨Sentinel-2遥感时间序列植被物候特征分类方法的适用性。结果显示,分类总体精度达87.61%,Kappa系数为0.8358,分类结果与湿地实况相吻合,比常规单一时相分类精度总体提高19.57%。植被判别物候特征参数可为影像数据缺失或不足的滨海湿地分类提供不同植被的判别依据。研究表明,基于像元级时间序列植被物候特征的分类方法能实现植被群落混生带的精准分类以及对“异物同谱”植被的有效区分,对大区域滨海湿地植被分类具有很好的适用性,有效提高了滨海湿地植被分类精度。     

伏牛山地区森林植被动态变化对水热条件的响应

利用环境一号卫星不同时相多光谱数据,提取伏牛山地区不同森林植被类型。借助S-G滤波算法重构2000-2013年MODIS EVI时间序列影像,并结合气温和降水数据,运用线性回归、相关性分析和ANUSPLIN插值等方法分析伏牛山地区不同森林植被类型变动对水热条件的响应方式。结果表明：① 伏牛山地区植被覆盖较高,EVI平均值为0.48,14年来总体呈上升趋势,但不同森林植被类型变化存在明显差异,其中占比例最大的落叶阔叶林的上升趋势最为明显。② 14年来伏牛山地区气温呈升高趋势,气温距平升高速度约为0.27℃/10a,降水距平百分率呈波动增加趋势。③ 伏牛山地区不同森林植被类型EVI变化和气温、降水的相关性存在明显差异,其中常绿阔叶林EVI与气温的相关性最高,常绿落叶混交林与气温的相关性最弱;除常绿落叶混交林与降水主要呈弱正相关外,其余森林植被类型与降水主要呈弱负相关。④ 伏牛山地区森林植被对气温和降水的响应总体上滞后性不明显,仅在局部区域内常绿落叶混交林与气温和降水存在半个月滞后期。     

太行山片磨岩山地植被水土保持效益研究

以放牧荒草坡地为对照,对太行山区片麻岩山地不同植被的要持效益进行了观测研究表明,在太行山片麻岩山地三种常见植被中,以刺槐林植被涵养水源,保持水土,改善土壤结构等方面的作用最明显,其次为臭椿林植被。林下枯枝落叶层对于森林保持不土起着不可替代的作用。     

太行山片麻岩山地植被水土保持效益研究

以放牧荒草坡地为对照,对太行山区片麻岩山地不同植被的水土保持效益进行了观测研究表明,在太行山片麻岩山地三种常见植被（ 刺槐林、臭椿林和荆条灌丛） 中,以刺槐林植被在涵养水源、保持水土、改善土壤结构等方面的作用最明显,其次为臭椿林植被。林下枯枝落叶层对于森林保持水土起着不可替代的作用。     

基于树轮资料重建森林净初级生产力的研究进展

森林净初级生产力(NPP)反映了森林植被固定和转换光合产物的能力,表示了森林碳汇功能强度,也是评价森林植被的演替状况以及陆地生态系统承载力的主要指标。基于遥感、清查资料等方法估算NPP已经取得了一些进展,但传统的研究方法受限于观测(调查)年份,难以有效获取长时间尺度的区域森林种群或群落年际NPP。树轮资料较为有效地反映了历史时期森林植被的逐年生长状况,从而在估算高精度且长时间尺度区域森林种群及群落NPP中具有较大的优势。本文对利用树轮资料重建区域森林NPP的两种主要方法进行了总结,第一种方法主要是依据树轮资料提供的立木逐年生长量进行生物量以及NPP的估算;第二种方法则是利用树轮指数与其他植被指数的相关性间接反演过去时间段区域森林群落NPP的变化。上述两种估算NPP的方法均存在较多的限制性,未来利用树轮资料估算NPP的时空精度仍有待提高。     

亚热带针阔混交林光化学植被指数与光能利用效率关系研究

利用光化学植被指数(PRI)反演区域尺度植被光能利用效率(LUE)的动态变化特征是当前生态系统生产力遥感研究的一个重要方向。基于2014年4月-2015年3月在广东省肇庆市鼎湖山森林生态试验站开展了植被冠层光谱和涡度相关通量同步观测,探讨亚热带常绿针阔混交林LUE与PRI的相关性及其调控因素。研究表明:(1)亚热带常绿针阔混交林LUE-PRI存在显著相关关系,但其相关性存在较大的季节性差异,冬季的相关性(R~2=0.40,P0.01)明显优于夏季(R~2=0.04,P0.01);(2)削弱植被自身的色素含量以及观测区内部的冠层结构、土壤背景、观测和光照条件影响后的?PRI难以有效表征亚热带常绿针阔混交林的LUE动态变化(表征程度为10%左右);(3)植被吸收的光合有效辐射(PAR)对LUE-PRI关系影响较大,饱和水汽压差(VPD)和日均温(Ta)对LUE-PRI相关性的影响较弱。需要进一步分析森林冠层结构、物候变化等因素对两者关系的影响,提高PRI作为亚热带森林LUE动态变化指示器的精度。     

青藏高原植被覆盖对水热条件年内变化的响应及其空间特征

利用1982-2000年NOAA/AVHRR卫星的NDVI数据(时间分辨率旬,空间分辨率8 km×8 km),结合同时期的气温和降水资料,基于时滞互相关方法和GIS工具,分析了青藏高原植被覆盖对水、热条件年内变化的时滞响应及其空间特征。结果如下:①除高寒荒漠、森林外,青藏高原植被NDVI与同期旬均温和旬降水相关性均呈高度正相关。其中,中等覆盖度的植被受水、热影响表现更为强烈。②青藏高原植被NDVI对气温和降水有滞后效应,且滞后水平存在空间差异,高原北部(柴达木盆地、昆仑山北冀)和高原南部植被对降水、和温度的响应比较迟缓,而高原中、东部地区植被对温度和降水的响应比较敏感。③不同植被类型对水热条件的响应程度也存在差异,由高到低依次是草甸、草原、灌丛、高寒垫状植被、荒漠,最后是森林。     

从光谱指数到融合数据集的全球植被遥感数据产品

遥感对地观测为理解陆地植被动态与全球环境变化规律提供了数据基础,基于卫星观测的全球植被遥感数据产品近年来层出不穷,但缺乏基于数据使用者视角的系统梳理。本文回顾了全球植被遥感数据产品的发展历程,梳理了相关卫星计划及对应数据产品,分析了从植被光谱指数到生物物理特征参量、传统光学遥感反演到叶绿素荧光及星载微波反演产品、从单一传感器生产到多数据源—多数据集融合产品的发展脉络,阐述了全球植被遥感数据产品的来源、特征与关联关系。认为当前全球植被遥感数据产品的生产与应用存在一定脱节,遥感产品精度制约了对地球系统的深入理解。全球植被遥感数据产品正从宏观状态监测向专业化、精细化、标准化转变,建议未来制备全球遥感数据产品应充分利用目前已积累的长时序观测数据,融合多源观测资料,提升现有数据集的时空分辨率、精度及连续性;注重提高特殊区域与特定类型生态系统的反演精度,加强多维植被特征的一体化监测;建立全球植被产品数据共享平台,提供标准的全流程数据处理与分发服务,将数据不确定性信息高效、清晰提供给用户。     

西北干旱区石羊河流域表土花粉分析

干旱区石羊河流域不同植被带55个表土样的花粉分析结果显示,本流域表土花粉组合可以分为两部分,第一部分是荒漠草原带以上的山地植被花粉组合,其特征是云杉花粉占绝对优势,除森林带以外,基本不反映当地植被;第二部分是荒漠带以下的表土花粉组合,主要以灌木和草本植物花粉占优势,基本能反映当地的植被状况。影响石羊河流域表土花粉组合的主要因素是风力。主要科属花粉的浓度与植被状况对应良好,峰值区基本都位于其母体植物占优势的植被带中,但花粉百分含量受研究区气候、植被分布等因素影响,与现代植被的对应关系稍差。大部分灌木和草本花粉的含量变化基本能反映植被,但乔木花粉含量不能正确反映森林分布状况。     

西藏自治区植被与气候变化的关系

气候变化下植被的时空响应是近年来的研究热点。高海拔西藏地区气候独特多变,研究该区域植被与气候变化的关系具有重要意义。西藏地区的气象站少,利用站点观测资料插值分析误差相对较大,难以准确获得空间连续的数据。本文采用2001~2013年MODIS卫星16天时间序列数据和同期的降雨卫星TRMM数据,利用线性回归和相关性分析法研究西藏地区植被、地表温度和降雨量的时空特征及相关性。研究表明:在2001~2013年间,西藏地区植被与地表温度、降雨量在时间波动和空间分布上具有一致性。植被NDVI逐年增大,植被状况逐渐改善,地表温度总体呈上升趋势,降雨量整体无明显变化,三者年际变化率主要集中在-0.005~0.005/a,-0.05℃~0.15℃/a,-30~40 mm/a。近13年来植被NDVI、地表温度和降雨量的变化区域差异性较大,在西藏中部和东部变化明显。植被NDVI的变化与气候变化(尤其是地表温度上升)密切相关,受降雨明显影响的区域分布在西藏中部,受地表温度明显影响的区域分布在西藏东部和西部。     

南洛河流域洛南盆地表土孢粉与植被的关系

选取南洛河上游洛南盆地10 种植被类型下40 处样点表土苔藓开展孢粉与植被关系的研究.结果表明,表土中孢粉组成能很好地反映植被类型.森林表土中乔木植物花粉含量平均值大于40%,且有较高含量的中华卷柏孢子;疏林草原、灌丛群落中乔木植物花粉平均含量分别为13.2%和16.6%,灌木植物花粉相对草丛群落含量较高;草丛群落和农田中乔木花粉平均含量均<10%,草本植物花粉>80%,灌木植物花粉<1%.洛南盆地表土孢粉总浓度平均为1.42×10⁵粒/g,与植被覆盖度关系较弱,而与植被类型有一定联系,能辅助植被类型的辨识.聚类分析和PCA分析都能较好区分森林和非森林植被,前者能较好地区分松林和混交林,后者能较好地区分农田和灌、草丛植被,且比聚类分析更加稳定.松属、栎属等乔木花粉具有较强的扩散能力,能指示区域植被,松属没有表现出很强的超代表性,栎属具有低代表性;蒿属花粉与植被覆盖度间的相关关系较差,具有明显的超代表性,其大量出现与人类的干扰有一定的联系,禾本科花粉具有很好的植被指示性和低代表性,藜科花粉的高含量主要指示了高强度的人类活动;中华卷柏孢子在地层中的大量出现具有指示森林或松林环境的意义.     

1992—2020年横断山区植被分布与植被活动变化

横断山区位于青藏高原东缘和多条重要江河的上游,是全球生物多样性最丰富的地区和生态保护的优先区域之一,区域植被对维系区域生态安全和可持续发展起着十分重要的作用。20世纪90年代以来,中国在横断山区实施了多项重大生态恢复和建设工程,但囿于资料和调查不足,对于横断山区全域性、长时段的植被变化及其与海拔关系研究相对较少。鉴此,本文结合使用1992—2020年间多种基于卫星遥感资料生产的土地覆被数据和2000—2020年间MODIS的归一化植被指数（NDVI）数据,采用转移矩阵、Theil-Sen Median趋势分析与偏相关分析等方法研究不同植被类型转换、植被覆被面积与平均海拔变化关系以及植被活动的时空变化趋势,并分析时空变化的主要影响因素。结果表明：① 横断山区分布最广泛的植被类型是常绿针叶林与灌丛—草地镶嵌类型。植被发生变化的区域集中分布在河谷和南部低海拔区域,草地多向森林特别是常绿针叶林转换,植被覆被逐渐向好。这表明封山育林、植树造林、退耕还林等生态保护政策起到重要积极作用。时间序列数据显示,植被覆被面积变化剧烈的时期往往处在政策实施的起始阶段。② 植被活动整体呈现增强趋势。在植被类型未变化的区域中,75%以上区域植被活动增强,其中超20%的区域显著增强（P < 0.05）,且森林植被活动增强趋势大于草地。③ 对植被活动影响较大的环境因子主要是气候变化和地形条件。尽管大部分区域植被活动受气候变暖影响而增强,但在干热河谷的植被活动明显受到降水减少的限制。有近1/4面积的植被活动在减弱,主要分布在山地东坡或南坡,或与降水较多、山高坡陡而造成滑坡、泥石流等自然灾害有关。这些发现可为横断山区生态保护政策效益评估、自然灾害综合风险评估和未来气候变化影响下的植被变化预测提供参考。     

气候变化背景下森林动态模拟研究综述

在全球气候变化背景下,森林的地理分布与生态过程研究受到越来越多的关注.森林对气候变化的响应是一个复杂的过程,在已有模拟方法中,林窗模型和全球植被动态模型由于考虑了气候作用下植被的演替与更新等机理,能较为合理地模拟气候变化背景下森林的瞬态响应,是目前气候变化研究的热点之一.全球植被动态模型以植物功能类型(PFTs)表示区域森林植被组成,通过模拟PFTs比例的变化来反映森林地理分布格局的动态变化.通过回顾上述两类模型的发展历程,梳理了模型在模拟研究森林地理分布及生态过程中,对过去和未来气候变化的潜在响应方面的应用,并针对模型中存在的不足,提出今后应在动态模型多尺度研究、加强模型对非气候因子的描述、模型间比较、多源遥感数据与模型同化等方面开展重点研究.     

四川宝兴森林分布及受损特征

为计算四川省宝兴县森林植被覆盖地表面积,分析芦山"4·20"地震后植被受损情况,利用SPOT遥感影像解译获取灾前宝兴县森林植被类型信息,基于地表粗糙度地学意义计算宝兴县不同森林植被类型的地表面积,比较不同森林植被类型地表面积与投影面积之间的差异。同时,利用灾后航飞影像解译获取森林植被破坏信息,分析受损森林植被分布特征。结果表明:宝兴县森林植被覆盖地表面积3 019.48 km2,其中针叶林面积最大,占总面积40.54%,其次是灌丛和阔叶林,其地表面积均比投影面积高出19%以上。境内森林植被垂直分异明显,海拔从低到高大致分布着经济林、竹林、阔叶林、针叶林和灌丛。有大量针叶林和灌丛分布的海拔区间内地表面积与投影面积差异较大。芦山地震引发的崩塌、滑坡使得分布在海拔1 000~2 000 m、坡度35°~45°之间的针叶林、阔叶林和灌丛受到损毁,其中灌丛损毁面积最大,针叶林损毁面积最小,当坡度达到35°以上时,受损灌丛和阔叶林面积差异迅速增大。通过森林植被类型地表面积与投影面积差异分析及森林植被受损情况分析,可为宝兴县灾后生态修复提供参考依据。     

卫星遥感结合地面观测资料对中国西北干旱区地面感热通量的估算

 利用黑河地区地-气相互作用野外观测试验研究(HEIFE)的地面观测资料,采用空气动力学方法,计算了干旱区内不同下垫面的地表热力输送系数CH值,结合由NOAA系列卫星遥感得到的反映地表植被特征的归一化差值植被指数(NDVI)资料,经拟合得到了针对不同下垫面的区域CH-NDVI参数化关系式,并对此关系式进行了合理性检验,最后,计算得到中国西北干旱区1982—2001年地面感热序列。中国西北干旱区地面感热通量的计算值与ERA-40再分析资料对比分析发现,两者在量级、地面感热分布形势和年际变化趋势等方面均较一致。目前对于区域尺度来说,在缺乏用其他方法获得较准确的区域地表热力输送系数的情况下,利用卫星遥感资料估算区域地表热力输送系数CH是较为可靠的方法。     

生态与环境

P463 .22 2004021514黑河流域典型景观植被带陆面过程同步观测研究二S”-ehronous measur巴书ent of land surfaeeP似已粥es in tyPical vege-tationl如d以分pe~in the Hei River basin/宋克超,康尔泅…//冰川冻土一2003,25(5)一552一557 为了解内陆河流域不同尺度内与水循环及生态过程有关的水分、热量分布规律,在黑河流域上中下游选取3个典型植被景观带建立观测场,并布设环境观测系统进行环境要素的同步观测.结果表明,山区森林一草地一灌丛复合生 ·79,态区陆面是冷性湿润的下垫面,中游绿洲一荒漠接触带是干性、较湿润的下垫面,下游荒…     

应用“北京一号”遥感数据计算官厅水库库滨带植被覆盖度

“北京一号”卫星是拥有多方面技术优势的一颗对地观测小卫星。本文在运用“北京一号”、SPOT5、QuickBird遥感图像对官厅水库库滨带植被覆盖度进行综合监测的基础上,对三种不同分辨率的遥感图像进行基于统计的尺度转换,并应用尺度转换的结果修正了“北京一号”图像提取的植被覆盖度。经检验,运用SPOT5和QuickBird图像对“北京一号”图像进行像元分解,将统计结果与“北京一号”图像的提取信息建立统计模型,应用该统计模型可以有效地提高“北京一号”图像提取植被覆盖度的精度。对湿生植被进行样方调查,结果证明运用像元分解和统计模型的方法使“北京一号”提取植被覆盖度的精度较运用植被指数转换模型的计算精度提高了22.7%。应用该方法可以更有效地运用“北京一号”遥感数据进行连续、大面积的植被监测。     

中国北方干旱半干旱区植被-气候响应关系特征北大核心CSCD

气候变化背景下干旱区植被的时空分布及变化特征,是区域植被恢复和国家自然保护区建设等亟需研究的关键生态环境问题。在建立中国北方干旱半干旱区潜在植被分类及对Holdridge生命地带模型进行修正和拓展的基础上,结合中国气象模拟数据(1981—2020年),引入植被面积转移矩阵、Kappa系数和平均中心模型等方法,对中国北方干旱半干旱区气候要素进行分析并实现了潜在植被定量识别和空间分布格局模拟。结果显示:40年间年降水量、年平均生物温度和可能蒸散率总体均呈上升趋势,研究区存在暖干化现象;研究区共出现6种潜在植被类型,在不同年代际均呈地带性分布;温带荒漠植被、温带草本植被和温带森林植被是主要植被类型,共占总覆盖面积约71%;温带森林植被的面积总体增长最快,平均每10年增加1.1%,温带荒漠植被减少最快,平均每10年减少1.3%;相邻年代际间,各类潜在植被的面积转换关系较为稳定,差别在于转换程度;山地森林植被、温带荒漠植被和温带森林植被的平均中心总体偏移距离大于50 km,除温带荒漠植被,其他植被的平均中心总体均往西移。