面向Sentinel-2A影像的大理市土地利用分类方法适用性研究

  目的  获取更高效、准确的土地利用自动分类方法,为后续的高原山区土地利用分类研究提供理论支撑。  方法  选取中国典型的高原山区云南省大理市为研究区域,以Sentinel-2A影像为对象,提出一种面向对象特征的决策树分类方法,并将此方法分类结果与传统的ISODATA法和最大似然法土地利用分类结果进行对比。  结果  ①面向对象特征的决策树方法分类结果在空间分布和各地类的面积统计方面都优于ISODATA法和最大似然法,与研究区实际土地利用面积数据更为接近;②在大理市,最大似然法在水体和林地的提取上适用性较好,而面向对象特征的决策树分类方法在农田、草地、建设用地和其他这些地类的区分上适用性更强,且在冰川积雪的提取上也有更好的提取效果;③相比与传统的ISODATA法和最大似然法分类结果精度,面向对象特征的决策树分类方法可进一步提高分类精度,总体分类精度可达90.20%,Kappa系数为87.95%。  结论  相较于传统的分类方法,先粗分类再进一步细分类的分类思想,可避免区域之间的混淆问题。面向对象特征与决策树相结合的组合分类方法在高原山区有着更好的适用性,可以有效提高高原山区分类精度。图3表7参26     

绿汁江下段天然灌草丛群落分布格局及环境关系分析

  目的  研究绿汁江下游区域天然灌草丛群落在同一地理单元中的分布格局与环境变化规律，探索群落分布形成机制，找到干热河谷地区生态系统整体性修复的重要挟点，提出系统修复和综合治理办法。  方法  运用双向指示种分析法(TWINSPAN)和主成分分析(PCA)，以峨山县绿汁江下段灌草丛群落森林资源调查数据为依据，研究植被分类并分析环境关系。  结果  TWINSPAN数量分类方法显示:854个图斑可划分为19个群丛组65个群丛。PCA排序结果显示:第1轴呈现了土层厚度、雨水截留量、保水能力的变化，第2轴呈现了干热方向的变化。垂直气候梯度灌草丛的丰富度从大到小依次为高原面亚热带、干热河谷带、中山南温带。各垂直气候带中都具有典型指示类型。干扰强度大的地区形成了以华西小石积Osteomeles schwerinae、山矾Symplocos sumuntia、萌生栎Quercus spp.、杜鹃Rhododendron simsii灌草丛为主的分布格局。  结论  生境过滤和人为干扰是灌草丛群落分布格局的主要形成机制。通过分析同一地理单元的天然灌草丛群落分布，可了解种群生态幅度和最适生存区。参照群丛组与环境关联关系可判断生态系统中物种所受到的主要生态胁迫。图3表5参34     

云南哀牢山国家级自然保护区蚂蚁物种分布格局研究

【目的】全面揭示哀牢山国家级自然保护区蚂蚁物种的多样性。【方法】采用样地调查法对该保护区的蚂蚁物种分布格局进行调查。【结果】8个垂直带的58块样地共采集蚂蚁10亚科61属209种。水平分布上,西坡的蚂蚁物种数高于东坡(171 vs 145),西坡特有种64种,东坡特有种38种,东、西坡共有种107种;垂直分布上,东、西坡的蚂蚁物种数均与海拔负相关(西坡R²=0.65,东坡R²=0.63);10类不同生境中,中低海拔的针阔混交林和季风常绿阔叶林中栖息的蚂蚁物种较为丰富(分别为127和104种),高海拔的苔藓矮林中蚂蚁物种最贫乏(3种);觅食和筑巢分析中,土壤为蚂蚁最喜欢的觅食和筑巢场所,其次为地表,最后为植物上。【结论】哀牢山国家级自然保护区资源丰富,植被保护整体良好,孕育着丰富的蚂蚁物种。低海拔的人为干扰对蚂蚁物种有不利影响。多数(超过70%)蚂蚁物种的水平分布、垂直分布和栖息生境都十分有限,生态位极其狭窄,具有极高的保护价值。     

江西省兴国县植被覆盖度及其空间格局变化

  目的  分析植被覆盖度及其空间格局的变化特征,为生态环境建设和土地利用等提供参考依据。  方法  以江西省兴国县为研究区,利用6期Landsat TM/OLI遥感数据,基于归一化植被指数的像素二分模型和景观生态学原理,分析了1988?2019年不同时期的植被覆盖度及其空间格局演变特征。  结果  ①1988?2019年兴国县植被覆盖度增加,年际植被覆盖度均值由1988年的63.89%增至2019年的79.16%;31 a间植被覆盖度增长区占总面积的72.18%,主要表现为林地、农地面积的增加,减少区占总面积的11.30%,主要表现为建设用地面积的增加;各级植被覆盖度主要呈现为朝更高级覆盖度进化演变的特征。②植被覆盖度呈中部与南部较小,东、西、北部较大的分布特征,其大小总体上与海拔高低较为吻合;31 a间植被覆盖度极度增加区主要集中在南部的龙口镇、杰村乡、社富乡等,极度减少区主要在中部的潋江镇和长岗乡。③1988?2019年植被覆盖度呈破碎化、异质性、多样性降低、空间分布不均匀的变化趋势,而聚集度呈增大趋势。不同盖度等级下的空间格局表现为极低、低、中、中高植被覆盖斑块异质性减小,斑块形状趋于简单化;高、极高植被覆盖占优势地位,其形状趋于不规则,极高植被覆盖主要以较为集中的连片形式分布。  结论  兴国县植被覆盖及其空间格局总体上向良性方向发展,有利于区域的可持续发展。土地利用类型、海拔、人类活动等因素对植被空间格局有着重要影响。图5表2参35     

利用多时相特征的落叶松人工林分类

  目的  基于多时相遥感影像研究落叶松Larix gmelini人工林季相特性，采用多种分类方法提取落叶松人工林空间分布，以期得到适用落叶松人工林提取的手段和方法。  方法  利用多时相Landsat 8影像，在分析落叶松人工林季相和物候特性的基础上，综合森林资源二类调查成果和样地数据，分别采用最大似然法、支持向量机法、光谱角法和k最近邻法提取研究区的落叶松人工林信息，并进行精度验证。  结果  落叶松人工林具有明显的植被光谱特征和季相特性，在近红外波段各树种类别光谱差异最明显，秋季影像对落叶松人工林信息提取效果较好。利用多时相数据对落叶松人工林信息提取精度明显优于单时相数据的提取精度，多时相Landsat 8影像能使落叶松人工林分类精度达86%以上，其中光谱角法最好，精度为88.346 3%。  结论  利用多时相特征遥感影像进行落叶松人工林信息提取研究，有着一定的可行性和适用性，研究结果对大面积获取落叶松人工林的空间位置分布提取具有一定的参考价值。     

城市居住区绿地小微尺度下垫面构成对环境微气候的影响

  目的  城市人居环境中小微尺度是人们日常使用最频繁的基本空间尺度。探究小微尺度下垫面类型及其格局特征对环境微气候的影响机制,是借助风景园林规划设计改善城市热环境的理论基础。  方法  本研究基于实地测量,针对城市居住区绿地不同类型下垫面日均空气温度、湿度的差异,以及小微尺度下垫面格局对环境微气候的影响开展定量研究。  结果  四季7种下垫面类型的日均温度、湿度均存在显著差异,且7种下垫面类型的排序有季节性变化。高郁闭度植被、水体与中郁闭度植被的降温、增湿效应明显。借助景观格局指数量化不同类型下垫面的格局特征。景观指数与日均温度、湿度的相关性随不同季节而变化。各类下垫面的面积占比、斑块面积是影响小微尺度环境温度、湿度的关键格局特征,破碎度与聚集度也有一定影响。  结论  未来进行热舒适型小微尺度户外空间设计时,提高高郁闭度与中郁闭度植被的面积占比和斑块面积,控制其破碎程度,采用聚集式布局形式可有效提高环境相对湿度,降低空气温度。同时应避免配置成片的硬质铺装（占比率高,面积大,分布聚集）,降低其热调节负效应。      

基于MaxEnt模型的北方抗旱造林树种适宜区分布

  目的  樟子松、油松、山桃和山杏作为中国北方半干旱半湿润气候区的常用造林树种,具备抗旱耐寒特性和保持水土的功能,研究其适宜空间分布对中国北方植被恢复具有指导作用。  方法  以半干旱半湿润气候区的樟子松、油松、山桃和山杏为研究对象,获取树种地理分布点位数据和与树种生态学相关的24个环境因子（地形、土壤和气象）,基于协同克里金插值法,将限制因子叠加法与最大熵模型（MaxEnt）相结合,研究4类树种适宜区分布。  结果  （1）4类树种MaxEnt模型预测精度达到准确水平（AUC > 0.90）。（2）影响樟子松分布的主导因子依次为土壤类型、最冷月均温和最冷月平均风速;油松的主导因子依次为高程、年均气温标准差、土壤类型、年降水量;山桃的主导因子依次为最暖月均温、高程、年极端最低气温、年均降水量标准差、坡度、土壤类型;山杏的主导因子依次为高程、土壤类型、最暖月平均降水量、湿润系数、最暖月均温。（3）樟子松中高适宜区主要分布于内蒙古、黑龙江、吉林等地,油松、山桃和山杏主要分布在山西、陕西、甘肃、河北、内蒙古等地。  结论  MaxEnt模型模拟结果,可准确反映4类树种的适宜区分布情况,结果可为我国半干旱半湿润区绿化造林提供适地适树的科学指导。      

天目山皆伐毛竹林自然更新群落类型与多样性分析

  目的  毛竹Phyllostachys edulis林是中国亚热带区域近30 a来不断扩展的森林群落类型之一，物种多样性单一、生态功能不强。近年来，毛竹林蔓延和入侵越来越严重，已威胁到竹林周边植被，势必要进行更新改造。本研究旨在探讨毛竹纯林皆伐后自然更新形成群落类型、生物多样性特点和影响因素。  方法  基于天目山毛竹林皆伐自然更新后形成的次生群落的监测数据，利用TWINSPAN分析方法对自然更新群落进行了分类，比较了不同群落之间α多样性之间的差异性，用冗余分析法分析环境因素的影响。  结果  毛竹林皆伐后自然更新群落物种和类型多样，可分成11个不同的群落，不同群落之间α多样性存在显著差异。冗余分析发现:在海拔、坡向、坡度3个地形因子中海拔是决定自然更新群落木本层以及草本层α多样性大小的主要因子，且与其呈显著负相关关系(P＜0.05)。  结论  揭示了毛竹林皆伐后演替初期群落与环境因子的分布格局，为天目山自然保护区内植被恢复提供理论依据。图3表3参38     

基于NDVI分割与面向对象的东洞庭湖湿地植被信息提取技术

针对东洞庭湖湿地植被的分布现状,为提高湿地植被信息提取的精度和效率,应用高分辨率的SPOT-5影像数据,在完成图像预处理的基础上,将NDVI应用到多尺度分割中,结合基于隶属度函数和阈值的面向对象的分类方法对东洞庭湖湿地植被信息进行提取;与此同时,以相同分类方法对未辅以NDVI分割的图像进行植被提取,并与最大似然监督分类法提取的结果进行对比.结果显示,辅以NDVI分割的面向对象信息提取的总分类精度达到了87.69％,Kappa系数达到0.86;未辅以NDVI的总分类精度为82.69％,Kappa系数为0.80;最大似然监督分类总分类精度71.92％,Kappa系数0.67;其总分类精度分别提高了5.00％、15.77％,Kappa系数分别提高了0.06、0.19.可见,该方法可以有效提高湿地植被的提取精度,为湿地植被资源进一步的监测和保护奠定了基础.     

伊犁河流域土壤分布规律及其对土地开发的意义

通过对伊犁河流域不同植被带下土壤剖面的采样对比分析,研究了土壤的垂直分布规律,分析了地形、植被对土壤的影响作用。结果表明:伊犁河流域土壤随着海拔高度和植被变化有垂直地带性变化特征。相对来说,南部土壤垂直带谱较完整,自上而下随着海拔高度的下降,土壤垂直带的分布规律是:高山草甸土—亚高山草甸土—灰褐色森林土—山地黑钙土—山地栗钙土;在相同的地理位置,由于地形、植被不同土壤程度发育不同。     

坡向对新疆天山北坡山地草原植被 多样性的影响

【目的】 研究草地植被多样性对坡向的响应规律,并分析其月动态变化规律。【方法】 以新疆天山北坡山地草原为研究对象,采用野外调查取样的方法,测定不同坡向(东坡、坡顶和西坡)、不同月份(6~9月)的草地植被多样性指数。【结果】 (1)坡向对Patrick丰富度指数、Simpson优势度指数、Shannon-Wiener多样性指数的影响较小(P>0.05),而6月和9月西坡比东坡的Pielou均匀度指数分别显著增加了7.4%和10.9%(P<0.05)(2)不同坡向的Patrick丰富度指数以及坡顶和西坡的Simpson优势度指数、Shannon-Wiener指数在6和8月均高于7和9月,且基本呈先降后升再降的变化趋势,而Pielou均匀度指数对月份的响应不明显。【结论】 植被多样性对坡向(东坡、坡顶、西坡)的响应较小,但其月动态变化显著。     

基于无人机影像的高郁闭度杉木纯林树冠参数提取

  目的  冠幅是树冠结构的重要特征因子，直接影响树木的生产力和生命力，郁闭度是反映森林冠层结构与密度以及评价森林经营管理采伐强度的重要指标之一。利用无人机可以云下飞行，易于获取图像，精度高，低成本等优势，研究无人机影像上提取树冠参数的方法，使无人机影像提取林木树冠参数的操作系统化，实现精准高效的森林资源清查和监测。  方法  以福建将乐林场杉木人工纯林为研究对象，采用四旋翼无人机影像为数据源，基于面向对象分类的方法，将杉木纯林的树冠参数从无人机影像中提取出来。面向对象分类的方法需要先利用ESP工具选取最优分割尺度，然后根据影像的分割结果将树冠对象聚为一类，进而统计每个树冠对象栅格像素个数计算出树冠冠幅面积以及林分郁闭度。  结果  面向对象分类有效地对高郁闭度林分进行了树冠的提取。在分割尺度为70时，单木树冠分割效果最好，树冠被单独分割出来，但也存在一定的过分割以及未分割的问题，以至于部分单木的丢失。分割结束后，对分割对象进行特征空间的优化，选取适当的分类特征，最终将研究区分为树冠和林隙两类。通过统计每个对象栅格点数，计算得出的林分因子包括林分郁闭度，树冠面积。以地面实测数据作为参考，冠幅面积提取精度为0.829 1，林分郁闭度测量精度为0.973 1。  结论  研究结果表明，基于无人机高分辨率影像的树冠参数提取在高郁闭度林分同样适用，能有效提高森林资源调查的效率并且能够满足森林资源调查的精度。      

基于无人机激光雷达的天然林林隙识别

  目的  自然干扰引起的森林冠层林隙是天然林更新动态的主要驱动力，林隙的分布、形状和范围可以影响光照和土壤水分等生态因子。林隙的识别和特征描述对于理解森林的动态变化有着重要的意义。  方法  以云南省普洱太阳河保护区无人机飞行区域为研究区，根据无人机激光雷达点云数据提取冠层高度模型；然后使用固定阈值法、相对高度阈值法和面向对象分类法对冠层高度模型数据进行林隙识别，通过图像目视解释获得独立验证样本进行精度评估；最后精度选取最优方法提取的林隙描述其空间特征。  结果  固定阈值法的总体精度为92.00%，高于相对高度阈值法（66.00%）和面向对象分类法（88.00%）。研究区内林隙主要以中小林隙为主，干扰事件较少；研究区林隙的形状指数均值为1.97，多为形状指数较小、边缘效应不太明显的林隙，并且林隙的空间分布为聚集分布。  结论  利用无人机激光雷达数据和固定阈值法可以准确绘制出小范围亚热带天然林的林隙空间分布特征。      

基于Envi-met植被与建筑对微气候影响的研究

  目的  研究夏季热环境下建筑与植被对场地微气候的影响，可为密集型建筑景观及建筑周边绿地设计规划提供依据。  方法  本文以南京农业大学3栋代表性建筑为例，结合样地实测以及Envi-met模拟，引入一致性指数、均方根误差、平均绝对偏差作为定量评价指标以验证软件模拟精度；选用06:00—18:00时间段数据，结合均值比较、相关性检验、一般线性模型等多种分析方法，探究建筑与植被对微气候的影响。  结果  植被和建筑均对微气候存在影响，且两者间存在一定交互作用。在无植被作用下，建筑方位对微气候有显著影响，建筑北侧、西侧降温增湿效果相对较好；距离建筑越近，样点降温增湿效果越好；在无建筑影响下，植被对微气候存在显著影响，具体表现为降温增湿，使环境更为舒适。当综合考虑建筑与植被对温度的影响时，建筑与植被各因子间无显著交互作用；当综合考虑建筑与植被对湿度的影响时，建筑与植被各因子间存在显著交互作用；当综合考虑建筑与植被对热环境综合评价指标（PMV）的影响时，样点与建筑相对方位与乔木覆盖率间有显著交互作用。在建筑和植被的共同作用下，样点与建筑的相对方位与场地湿度、PMV均存在显著相关性；植被三维绿量与PMV间存在显著相关性。  结论  基于建筑北侧、西侧较为舒适的微气候条件，该处绿地更适于用作停留、休憩场所；建筑东侧、南侧在进行功能开发时，应通过配植适当植被，以提升其环境舒适度；建筑外部轮廓与地形、植被共同形成的围合空间内微气候舒适度更高。植被覆盖可有效改善微气候:随着绿量增加，样地人体热舒适度改善，不同植被类型相较于无绿化地面均表现出显著的降温增湿效应。      

基于面向对象的资源3号遥感影像森林分类研究

森林类型识别技术是遥感分类中的重点和难点,采用面向对象的遥感影像分类方法是实现森林类型分类的新方法。资源3号遥感影像可为森林类型提取提供新方向。以资源3号遥感影像作为基础研究数据,采用面向对象的分类方法,选择分形网络演化法进行多尺度分层分割,并结合典型地物的光谱特征、纹理特征、几何特征以及植被指数,构建了适用于森林类型提取的决策树模型,并与分割尺度不同的支持向量机分类方法进行比较分析。结果表明:多层分割的决策树分类方法分类精度高于单层分割的支持向量机分类方法,分类精度分别提高了6.1%和12.5%。说明建立多层分割的决策树分类方法适用于森林类型的分类研究。     

云南省2000—2020年石漠化时空演变分析

  目的  在宏观尺度利用遥感手段识别和提取石漠化斑块信息,定量分析石漠化的空间分布特征和时序演变过程,可为中国西南地区石漠化的发生、发展过程研究提供技术手段和数据支撑。  方法  以云南省为研究区,基于谷歌地球引擎(Google Earth Engine)平台,以2000、2010和2020年为研究时段,采用决策树分类法定量提取石漠化斑块信息;通过时空演变模型分析云南省石漠化的时空演变过程和特征。  结果  ①研究时段内,云南省石漠化状况整体得到改善,石漠化占国土面积比例从9.65%下降至6.48%,但局部地区仍在恶化。②云南省石漠化空间分布呈东多西少的特征,其中昭通、曲靖、文山、红河和昆明等地区的石漠化分布面积较大,占全省石漠化发生面积的65.42%~72.14%。③石漠化演变流向复杂,既转移至石漠化程度高的等级又向石漠化程度低的等级转移,边治理边破坏的现象未被遏制。④极重度石漠化修复所需的周期较长,近20 a间云南省极重度石漠化大部分转移至重度石漠化。⑤石漠化内部演变过程剧烈,轻度石漠化和中度石漠化的综合变化速率较快,易于改善的同时亦存在较高的恶化风险,需加以重视。  结论  依据相关规程中的石漠化等级判定标准,采用决策树分类法,可准确提取宏观尺度的石漠化斑块信息。云南省石漠化土地面积呈减少趋势,空间分布不均匀,不同石漠化等级之间存在相互转化的现象。图3表4参25     

黄土高原丘陵沟壑区植被覆盖度变化监测

  目的  研究黄土高原水土流失严重区域实施“三北”(西北、华北和东北)防护林、退耕还林等林业生态工程以来的植被变化，为制定合理的生态修复和管理对策提供依据。  方法  以陕西省延安安塞区为例，基于Landsat TM/OLI影像，运用像元二分法估算2000和2017年的植被覆盖度，结合海拔、坡度和坡向分析其地形分异特征。  结果  ①安塞区平均植被覆盖度从2000年的24.98%增长到2017年的53.34%，显著提高；②植被覆盖度变化中极显著增加面积占比最大，为44.70%，集中在河流沿岸；③2000年植被覆盖度随海拔升高逐渐减小，2017年随海拔升高先增加后减小。2000和2017年植被覆盖度随坡度先增加后减少，在坡度25°~35°出现最大值。植被覆盖度随坡向的变化从大到小依次为阴坡、半阴坡、半阳坡、阳坡；④海拔＜1 300 m，坡度15°~35°，平地、阴坡和半阴坡水热条件好，植被恢复容易，高植被覆盖度面积比例最大。  结论  2000?2017年安塞区植被呈改善趋势，海拔、坡度和坡向等地形条件下植被覆盖度存在差异，生态恢复要因地制宜制定对策。图2表6参27