黄土高原表土花粉与植被覆盖度定量模型的建立及应用

黄土高原是一个气候变化敏感区,亦是一个生态环境脆弱区,更是我国人口-资源-环境矛盾最为集中的区域之一。因此,构建适合于黄土高原表土花粉与植被覆盖度定量模型对了解过去植被覆盖度的演变以及人与环境之间的关系具有重要意义。本工作基于黄土高原443个表土花粉数据和2000~2015年的归一化植被指数（NDVI）,采用逐步回归法（Stepwise）、增长回归树法（BRT）、局部加权加权平均法（LWWA）、加权平均偏最小二乘法（WA-PLS）和最佳类比法（MAT）,结合植被覆盖度（FVC）和年均降水量（MAP）、年均气温（Tann）、1月月均温（T1）、7月月均温（T7）、有效湿度（MAP/ET0）这5个气象要素数据,构建表土花粉与植被覆盖度定量模型;通过普通检验、留一交叉检验（LOO）、自助法检验（Bootstrap）和检验空间自相关性的h-block检验方法对定量模型进行检验,进而筛选出最优模型;最后,利用31个全新世地层花粉数据重建黄土高原过去植被覆盖度,探讨其变化特征。结果表明：1）FVC、MAP、T1、T7和MAP/ET0是黄土高原环境变化的5个重要因子,其中,FVC的第一排序轴特征值/第二排序轴特征值（λ1/λ2）最大（0.47）,单一解释变量最高（8.75）,其与花粉组合的相关性最强（0.66）,可用于构建表土花粉与植被覆盖度定量模型;2）采用Stepwise、BRT、LWWA、WA-PLS和MAT这5种方法分别建立表土花粉-植被覆盖度定量模型,根据观测值与预测值的决定系数（R²）、最大偏差（Max.bias）和预测均方根误差（REMSP）评估构建的模型,结果显示BRT模型表现更优,可用于黄土高原过去植被覆盖度的定量重建;3）全新世FVC重建结果显示,早、中全新世黄土高原FVC较高,其中7.0 cal.ka B.P.时达到峰值（平均值为0.68）;但自4.0 cal.ka B.P.开始,植被覆盖度下降,特别是3.0~2.0 cal.ka B.P.下降明显,平均值低于0.30。通过与研究区内其他气候指标和人类活动强度指标的对比,认为早、中全新世黄土高原植被覆盖度的变化主要受自然气候变化的影响,而晚全新世以来FVC的减少可能更多地与人类活动强度增加有关。

     

WorldView-2近红外光谱波段反演马尾松植被信息的比较研究

WorldView-2卫星自2009年发射至今,已为用户提供了大量高性能的影像产品。与众多高分辨率卫星影像不同,WorldView-2有2个近红外波段,即近红外1(Near-infrared1,NIR1)和近红外2(Near-infrared2,NIR2),但目前这2个波段在应用上的区别并不清楚。因此,本文以福建省长汀县河田地区的马尾松林为例,采用NIR1和NIR2这2个近红外波段分别构建了3种植被指数(NDVI、ARVI和NDMVI),以探索二者在植被信息反演方面的差异。结果表明,NIR1构建的植被指数在马尾松林提取精度上高于NIR2,并具有更丰富的植被信息量。经统计可知,NIR1所构建的植被指数信息量比NIR2分别大8.0%(NDVI)、12.3%(ARVI)和7.3%(NDMVI);在反演植被覆盖度方面,NIR1也比NIR2具有更高的精度,其模拟的植被覆盖度与实际植被覆盖度的拟合度更高,误差更小。NIR1和NIR2所表现出的差异是因为马尾松在这2个近红外波段的光谱反射不同,其反射在NIR1的波长范围内达到最强,而在NIR2的波长范围内则出现了小幅下降。     

青海湖流域植被盖度时空变化研究

高寒区植被变化一直是气候和生态学领域关注的热点问题。本研究基于MODIS NDVI数据计算的植被覆盖度数据和高分辨率气象数据,分析了青海湖流域2001-2017年植被覆盖度分布格局及动态变化,探讨了其对气候变化、人类活动和冻土退化的响应。结果表明：① 近十几年青海湖流域植被覆盖度整体表现为增加趋势,不同植被类型增幅存在差异性,草地增幅最大,达到6.1%/10a,其它植被类型增幅在2%~3%/10a之间;② 流域局部地区仍存在植被退化现象,研究期植被退化面积表现为先增加后减小的变化趋势。2006-2011年重度退化区集中在青海湖东岸,2011-2017年重度退化区集中在流域的西北部,这些区域是青海湖流域荒漠分布区,植被覆盖度较低,是今后生态恢复需重点关注的区域;③ 气候变化是流域植被覆盖度变化的主导因素,气候变化对青海湖流域主要植被类型覆盖度变化的贡献率为84.21%,对草原、草甸和灌丛植被覆盖度变化的贡献率分别为81.84%、87.47%和75.96%;④ 人类活动对流域主要植被类型覆盖度变化的贡献率为15.79%,对草原、草甸和灌丛植被覆盖度变化的贡献率分别为18.16%、12.53%和24.04%,环青海湖地区人类活动对植被恢复有促进效应,在青海湖流域北部部分地区人类活动的破坏力度仍大于建设力度;⑤ 冻土退化对青海湖流域草甸和灌丛植被覆盖度变化影响很小,主要影响草原植被覆盖度变化,冻土退化造成草原植被覆盖度增长速率减小了1.2%/10a。     

台风强降雨及雨后泥石流对广东高州水库生态环境的影响

2010年受"凡亚比"台风强降雨及诱发的次生灾害泥石流影响,高州水库集水区内植被及水环境质量受到严重损害。为评估此次灾害对集水区生态环境的影响,对比分析了灾害前后遥感数据及水体水质变化。结果表明,灾害对集水区高植被覆盖度区域造成较严重破坏,高植被覆盖度区域呈下降趋势,灾后集水区的高植被覆盖区转出面积(932.7km2)大于转入面积(889.4 km2),主要转变为中植被覆盖度区域,高植被覆盖度区域实际面积由灾前932.28 km2减少到灾后889.404 km2,面积减少42.884 km2;中植被覆盖区面积增加37.354 km2,无植被及低植被覆盖面积变化不大。灾后短时间内造成水库水质发生较大变化,库区及入库河流中DO、pH、SD、CODMn与Chl.a浓度降低;浊度与TN、NO3-N、NH4-N、TP、Fe浓度升高;三条入库河流Fe浓度超出地表水环境质量标准(GB 3838-2002)中限值,其中古丁河口处Fe浓度超标准限值6.4倍;古丁河TN浓度和朋情河口处TN、TP浓度均超地表水Ⅲ类标准;水库供水口底层水体TN、TP含量浓度超地表水Ⅲ类标准,Fe浓度也超出标准限值,严重影响供水水质。由于台风强降雨极端气候变化和土地使用改变等因素综合影响,区域灾害类型趋向复合型变化,使得生态环境保护和供水水质安全保障面临更大的挑战。     

基于改进覆盖度模型的南昌市基础教育资源空间布局效率分析

随着物质生活水平的不断提升,人们对于教育质量和教育公平的要求在不断提高,推进城乡义务教育一体化发展是教育改革的趋势,教育资源研究也得到了国内外学者的持续关注。本文对传统覆盖度模型进行改进,并结合比例模型的公平性指数等方法,对2018年南昌市辖区中小学教育资源在乡镇/街道上的分布特征与布局效率进行了探索分析。研究表明:①中小学现有办学规模与江西省基本办学条件之间存在差异,各辖区中小学班额人数皆超过标准;②居民享受教育资源的公平性在乡镇/街道层面上存在差异,小学与中学教育资源获取便捷性较高的乡镇/街道分别位于西湖区与青山湖区、东湖区与红谷滩新区;③中小学服务区覆盖度与重复度均呈现明显的核心外围特征,教育资源布局的覆盖率与重复率存在较强的正相关性;④南昌市中学教育资源的空间布局聚集特征远高于小学,近半数乡镇/街道的中学空间布局属于高覆盖效率型和高重复型,且基本聚集在中心城区范围内;⑤中小学教育资源在乡镇/街道尺度上的总体空间布局效率呈显著差异,以偏差布局类型为主,教育资源分布均衡性较差,中小学服务区高覆盖高重复或低覆盖低重复的偏差状况较为显著,综合服务效率偏低。     

利用NOAA NDVI数据集监测冬小麦生育期的研究

探索了利用NDVI研究作物生育期的方法，对黄淮海冬麦区的返青期、抽穗期、成熟期进行了估测，并利用地面实际观测资料进行了验证。结果表明，NDVI数据对大范围农作物生育期监测是可行的。冬小麦遥感反青期由南到北依次推迟，符合春季绿波由南到北推移规律。对冬小麦遥感生育期年际变化分析表明，黄淮海平原返青期变化相对较大，而抽穗期和成熟期变化较小。根据历年月平均温度与返青期分析，冬小麦返青日期与2月份平均温度密切相关。对于局部地区，利用5d合成1km分辨率数据，且按农业生态分区分别制定生育期判别标准，估测效果将更好。     

基于NDVI的新疆荒漠地区植被覆盖度遥感估算经验模型研究

新疆荒漠地区植被覆盖度遥感估算模型十分缺乏,给荒漠化监测等相关工作带来很大不便,开展植被覆盖度遥感估算经验模型研究,对于促进和完善相关地区的生态监测及研究工作具有积极的现实意义。通过对阜康市北部沙漠南缘和克拉玛依市中部平原荒漠进行无人机航拍,利用无人机遥感提取(光合)植被信息,并将无人机航拍影像的植被覆盖度统计单元与高分辨率卫星影像像元在空间上直接相对应,获取在高分辨率卫星影像像元尺度上的植被盖度,然后通过植被覆盖度和空间上与其相对应的源自高分辨率卫星影像的NDVI数据的拟合关系,建立基于源自高分二号影像的NDVI的阜康北部沙漠植被覆盖度遥感估算线性模型以及基于源自ZY1-02C影像的NDVI的克拉玛依平原荒漠植被覆盖度遥感估算二次多项式模型。研究中所采用的无人机遥感与卫星遥感相结合、植被覆盖度统计单元与卫星像元在空间上直接对应的方法,可避免以往相关工作中常以点位测量数据代表卫星像元数据所带来的不确定性。由于所用卫星影像的NDVI数据稳定性相对不足等原因,所建立的遥感估算模型的估算精度尚相对偏低,有待于今后进一步的工作加以改进。     

GF-2支持下的干旱区稀疏植被区植被覆盖度估算

现有像元二分模型MODIS植被覆盖度模型因其形式简单、适用性较强的特点被广泛应用于区域植被覆盖度（FVC）的估算。然而,研究表明在沙漠和低植被覆盖的西部干旱区,从250 m的影像上很难精准地获取NDVI_veg（全植被覆盖植被指数）和NDVI_soil（全裸土区植被指数）参数。利用常用的直方图累计法获取模型所需参数NDVI_veg和NDVI_soil,估算结果存在普遍高估现象。为此,本文首先引入同期获取的GF-2号卫星数据,从GF-2号影像上提取植被覆盖像元;然后,利用Pixel Aggregate方法重采样至250 m分辨率,获取250 m空间分辨率下纯植被和纯裸土像元;最后,将纯植被和纯裸土像元各自空间位置相对应的MODIS NDVI数据最大值作为模型所需NDVI_veg和NDVI_soil参数,实现研究区内植被覆盖度的估算。试验通过与线性回归法、多项式回归法和直方图累计像元二分模型法估算结果进行精度对比,结果表明：利用GF-2影像辅助的像元二分模型,精准地获取了低植被覆盖区NDVI_veg和NDVI_soil模型参数,提高了干旱区植被覆盖度的估算精度,并有效地抑制了受稀疏植被影响NDVI在干旱区普遍偏高问题导致的FVC高估的现象。     

京津冀平原区植被覆盖变化及地下水开采对其影响分析

使用京津冀平原区2000—2019 MODIS NDVI数据,采用像元二分模型、线性回归分析、趋势分析等方法,估算分析近20年京津冀平原区植被覆盖度的时空变化趋势,结合地下水开采数据,分析地下水开采对其的影响.研究结果表明:近20年京津冀平原区植被覆盖度呈不显著下降趋势,下降速度为0.017/10 a;京津冀平原区植被覆盖度变化趋势主要为轻微改善和轻微退化,两者占比69.97％,严重退化区占比11.94％,邯郸市和邢台市植被覆盖度退化尤为严重,植被覆盖度明显改善占比为5.34％,改善的地区主要分布在沧州、衡水、天津的一些小区县;京津冀平原区地下水不同开采程度区域的植被覆盖度并未表现出明显差异性变化,地下水开采对植被覆盖度影响不显著.     

基于MODIS数据的黄河源区植被覆盖度反演研究

以黄河源区高寒草地为研究对象,采用无人机航拍技术获取了样地实测的植被覆盖度;结合2001-2018年MOD13A1数据提取常用植被指数,分别采用像元二分模型法和回归模型法对研究区植被覆盖度进行了反演,并对其精度进行了验证;采用最小二乘法分析了黄河源区2001年以来植被覆盖度的变化趋势.结果表明,修正的土壤调节植被指数结合回归模型的反演精度较高;黄河源区多年平均植被覆盖度为57.89％,植被覆盖度处于30％以内、30％～60％、60％以上3个区间的面积分别占源区总面积的13.1％、27.25％和49.65％;2001-2018年黄河源区植被覆盖度略呈增长趋势.