塔里木河中游沙漠化地区地下水位遥感监测

[目的]探讨沙漠化地区地下水位的分布状况及其对沙漠植被的影响,为塔里木河流域生态环境保护提供科学依据。[方法]利用MODIS卫星遥感数据,采用遥感—数学—模型学融合的研究方法,在实地考察塔里木河中游区域的地下水位、土壤水分和其他辅助资料的基础上,通过建立土壤水分和地下水位的线性方程,提出在土壤中存在毛细管补给条件时,简便、有效地监测沙漠化地区地下水埋深的监测模型,并在塔河中游沙漠化地区进行实地验证。[结果]该模型反演地下水位和实测地下水位之间的相关系数为0.896 9,误差较小。研究结果符合实际。[结论]在较大范围且地下水埋深不大于6m的沙漠化地区,利用MODIS多波段遥感模型监测并评价地下水位埋深的空间分布是可行的。     

基于TVDI的艾比湖地区土壤水分时空变化分析

以艾比湖湿地为研究区,利用2003年5月和2013年5月Landsat遥感影像,提取了地表温度(Ts)和植被指数(NDVI)反演温度植被干旱指数(TVDI),并构建特征空间,分析了土壤水分的时空变化。试验结果表明:TVDI可有效反演区域土壤水分,且精度较高;自2003—2013年共10a的时间跨度下,艾比湖地区土壤水分空间分布由湖区向周边地区呈减少趋势;湿润、正常和轻旱面积减少,干旱和重旱面积增加,呈现"两增三减"的趋势。区域土壤水分分布情况不容乐观,仍需加强当地水资源管理,以保障区域生态系统的正常运转。     

基于累积分布函数匹配的多源遥感土壤水分数据连续融合算法

数据融合是解决不同来源遥感数据无法直接对比分析这一瓶颈的有效方法。实时更新的SMOS土壤水分数据(soil moisture and ocean salinity)可开展实时干旱评价(2010年至今),但由于序列短无法开展频率及演变分析。CCI(climate change initiative)土壤水分数据是联合了多种主被动遥感数据合成的长序列数据产品(1979—2013年)。为提高不同来源遥感数据的融合精度,该研究基于累积分布匹配原理构建了多源遥感土壤水分连续融合算法,将SMOS和CCI融合成长序列、近实时的遥感土壤水分数据。经验证分析,累积概率曲线相关性中表征干旱的低值区纳什效率系数由0.52提高到0.99,且融合后土壤水分数据可以较准确地反映当地的干旱事件。该研究提出的多源遥感土壤水分连续融合算法显著提高了现有融合算法的融合精度。     

青藏高原土壤水分研究进展

青藏高原占我国国土面积的四分之一,平均海拔在4000 m以上,属于典型的高寒区。由于其特殊的气候条件,大规模细致的基础观测较难实施,利用遥感反演和模型模拟预测的研究相对较多。通过梳理分析可以发现,青藏高原土壤水分的研究主要集中在以下四个方面:1利用遥感影像反演表层土壤水分。这类研究相当丰富,主要为了获取土壤水分在大尺度空间上的分布及其变化;2定点监测土壤温湿度的变化特征。为了研究土壤水分在季节和年际上的变化特征,分析其影响因素;3模型模拟土壤水热特征。主要利用实际观测数据,利用各种陆面模型模拟研究土壤的水热特征,同时分析评价模型精度;4开展布点调查等基础实验研究土壤水分和土壤物理性质。     

基于TVDI的山地平原过渡带土壤水分反演——以绵竹市为例

为了对生态脆弱的西部山地平原过渡带进行土壤水分监测研究。以绵竹市为例,利用Landsat8OLI/TIRS影像,获取了陆地表面温度(TS)和归一化植被指数(NDVI),通过温度植被干旱指数(TVDI)建立了土壤水分回归模型进行遥感水分反演,并通过野外采样数据对结果进行精度验证。结果表明:TVDI和土壤水分存在较强相关性(R=0.6553),能较好反映表层土壤湿度;土壤水分整体分布状况表现为西北山地地区高于东南平原地区,过渡带上山地向平原逐渐降低。因此,TVDI能较好反映过渡带土壤水分时空差异,对监测过渡带土壤干湿状况具有理论与现实意义。     

基于TM数据的黑土有机质含量空间格局反演研究

以吉林省黑土区为例,采集区域土壤样本,获取Landsat TM遥感影像,基于有机质含量(SOM)与土壤反射率的定量关系,筛选出与土壤有机质分布相关的波段TM1、TM5,建立区域土壤有机质遥感预测模型。结果表明,表层土壤有机质含量的对数值与TM1、TM5的灰度值(Digital Number,DN)呈显著负相关关系,满足二次多项式回归关系,基于TM1、TM5波段DN值的回归模型预测研究区表层土壤有机质含量,结果可靠。研究区表层土壤有机质含量15 g kg-1的区域主要分布在东部地区,含量在15~20 g kg-1的区域主要分布在中部地区,含量在20~25 g kg-1的土壤主要集中在西部地区。调查表明东部地区和中部地区主要是典型黑土,地形部位较高,排水条件较好;西部地区主要是草甸黑土,地势平坦,地下水位适中,水分条件充足,有机质含量较高。     

光学与微波遥感协同反演藏北表层土壤水分研究

表层土壤水分是定量干旱监测的重要参量,对干旱区生态环境具有十分重要的意义。在采用归一化植被指数阈值法划分地表覆盖类型的基础上,利用MODIS数据选择适用的光学遥感算法估算土壤水分基准值,以及利用风云三号B星搭载的微波成像仪(Fengyun-3B/MicrowareRadiationImagery,FY3B/MWRI)数据采用微波遥感算法反演土壤水分日变化量,最后构建藏北表层土壤水分协同反演的遥感模型并应用于区域土壤水分的估算。结果表明:光学遥感与微波遥感协同反演的土壤水分含量与实测数据呈显著相关,决定系数达到0.89,均方根误差为0.97,协同反演模型具有较高的反演精度,并且协同反演的结果优于单一遥感源的反演结果。该模型可以较好地适用于藏北地区表层土壤水分的动态监测。     

遥感与气象数据结合预测小麦灌浆期白粉病

利用多源数据对区域尺度上小麦白粉病的发生状况准确及时地预报能为农业服务和农业植保等部门提供重要信息,实现小麦白粉病的有效预防。研究利用一景2014年5月6日的landsat8遥感影像提取出植被指数、地表温度(land surface temperature,LST)和影像中各波段反射率特征,同时用2014年3月-5月份的站点逐日地面气象资料计算获得各气象特征,并经过GIS空间插值分析得到相应的空间气象特征。通过Relief算法和泊松相关系数相结合的方式进行遥感和气象特征的筛选,最终得出改进的简单比值指数(modified simple ratio index,MSR)、重归一化植被指数(re-normalized difference vegetation index,RDVI)、3月21日-4月20日总日照时数和4月11日-5月10日大于0.1 mm降雨日数。采用相关向量机(relevance vector machine,RVM)的方法分别用筛选出的遥感、气象数据特征及2种数据特征相结合的方式构建了河北省石家庄市藁城、晋州和赵县3地区小麦灌浆期白粉病的发生预测模型,并对3种不同数据模型进行了验证与评估。试验结果表明,遥感气象数据模型的总体精度达到84.2%,优于遥感数据模型的80.0%和气象数据模型的74.7%。进而得出,相比于单站点准确和空间不连续的气象数据和类型单一的遥感数据,遥感气象数据更适合于区域尺度范围内的作物病虫害发生发展状况的预测研究。     

基于主被动遥感数据融合的土壤水分信息提取

为改善西北半干旱地区的土壤含水率监测精度,该文选择张掖地区黑河流域为研究区,提出了一种基于主被动遥感融合数据贝叶斯网络分类的土壤水分信息提取方法。该方法依据光学与雷达遥感数据本身在反演土壤水方面的各自优势,首先利用小波变换与IHS结合的算法将TM5、4、3与ASAR数据融合,融合规则采用局部距离最大替代法,在突出融合影像细节的同时,一定程度上保留了TM数据的光谱信息。然后构建BN网络进行分类,以融合后新的R'、G'、B'分量和TM6波段作为网络的输入,输出为5个不同的类别,分别对应5个不同等级的土壤水分含量。经实测数据对融合前后分类结果的比较分析,结果表明,此方法在植被区能取得更好的效果,分类精度达到76.1%,对荒漠区效果欠佳。因此该方法在植被覆盖区对提取区域土壤水分信息是可行的、有效的。     

晋西黄土区苹果—农作物间作土壤水分研究

以晋西黄土区具有代表性的苹果(Malus pumila)—花生、苹果—大豆两种果农间作模式为研究对象,对苹果—农作物间作系统中土壤水分的时空分布特征和水分效应(EM)情况进行分析,旨在为该地区间作系统水分分布模型的建立,水分生态特征的分析等提供一定的基础资料.研究表明:(1)苹果—农作物间作系统土壤含水量在不同物候期变化显著.(2)苹果—农作物间作系统中果树对作物产生的影响程度与二者之间的距离有关,离树体越近,土壤含水量越小.二维分布等值线图直观性强,对于描述间作系统土壤水分分布情况具有良好效果.(3)土壤水分效应表明果树对作物存在竞争.当土壤层次取0 40 cm时,苹果—花生和苹果—大豆间作的土壤水分效应分别为-10.54％和-12.81％;当土壤层次取0-100 cm时,其土壤水分效应分别为-11.20％和-16.83％.研究结果可为该地区土地资源合理利用和农林复合经营的可持续发展提供科学依据.     

黄河三角洲典型生态脆弱区土壤退化遥感反演

黄河三角洲是典型的生态环境脆弱区,土壤质量不高,盐渍化状况普遍,快速准确掌握该区土壤退化状况,对退化土壤恢复重建、可持续利用具有重要意义。该研究选择黄河三角洲垦利县为研究区,以2008年实测数据为依据,通过建立土壤退化评价指标体系,以参评因素权重与隶属度值加权组合构建土壤退化综合指数,在GIS支持下对土壤退化进行了综合评价;采用与实测同时相的TM影像数据,结合不同程度退化土壤光谱特征、土壤退化综合指数与波段灰度值的相关性分析,筛选土壤退化敏感波段,进而构建土壤退化敏感光谱指数,并建立基于敏感光谱指数的土壤退化综合指数反演模型,最终筛选出拟合程度最高的指数模型作为研究区土壤退化的反演模型,对模型进行精度分析,并利用2008年遥感影像验证反演结果;将该反演模型应用于2011年和2013年的遥感影像,并对研究区2008-2013年的土壤退化状况及动态变化进行了分析。结果显示:基于土壤退化综合指数评价结果,研究区土壤退化程度从沿海到内陆呈现由高到低过渡的趋势;TM1、TM2、TM3波段为土壤退化敏感波段,基于此3个波段组合的土壤退化光谱指数构建的土壤退化遥感反演模型有较高的精度,R2为0.7182,其验证均方根误差、相对误差和决定系数分别为0.0241、3.66%和0.6724,反演结果与同年基于实测数据的综合评价结果相一致;研究区2008-2013年土壤退化状况总体变化不大,有逐渐改善趋势。     

达拉特旗土地利用及水土保持措施现状遥感调查与制图

达拉特旗土地利用及水土保持措施现状遥感调查以分辨率为30 m的Landsat的TM影像为主要信息源,首先确定典型样区,通过野外调查,确定土地利用和水土保持措施的分类系统和建立解译标志;绘制典型样区草图并进行室内判读; 野外校核,提交编绘原图.最后分析该旗土地利用及水土保持措施现状的基本特征和分布规律,发现存在的问题并提出对策.     

Soil salinity development in the yellow river delta in relation to groundwater dynamics

The Yellow River Delta occupies an important position in the global ecosystem because of its valuable wetland habitat resources for migratory birds on the Eastern Pacific migration route. However, it has suffered from severe land degradation because of soil salinization. This paper assesses the distribution maps of saline soils during the past two decades, using field observations at three points in time using remote sensing images for the same periods, in combination with spatial models. Soil salinization appears to have expanded from the coastline to inland areas of the Yelow River Delta at a surprising speed during that period. The spatio‐temporal dynamics of the groundwater table and total dissolved solids (TDS) during the last 20 years were analyzed using maps based on Kriging interpolation. Kriging helped substantially to improve the accurateness of the predicted values of soil salt content, using a random subsample of the observation points as validation basis. Correlation analysis of the spatial data revealed that the distribution and evolution of saline soils are closely related to the dynamics of groundwater: the aggravation of soil salinization is associated with a rising groundwater table and increasing TDS. Insufficient recharge of the groundwater with fresh surface water due to reduced Yellow River discharge and subsequent seawater intrusion are therefore serious environmental problems in the Yellow River Delta ecosystem. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

黄河三角洲景观变化中人为影响力的时空分异

利用1986,1996,2006年的遥感影像,结合GIS和图谱分析,运用地统计学方法研究现代黄河三角洲地区近20年来景观变化和人为影响力的时空变异规律,实现人为影响力的定量化和空间化,从而揭示人类开发活动的空间变异和强度分布。结果表明:①在1986,1996,2006年的3期人为影响力的实验变异函数值与理论变异函数拟合得较好,残差平方和RSS和决定系数R2的检验达到极显著水平。②黄河三角洲在近20年来的人类活动影响力在研究尺度上存在空间异质性:基台值逐年增大,人为影响力在空间上出现急剧的变化,不同地点的人为开发利用强度差异性程度加速增加;人为影响力中在600m以下小尺度上由随机因素引起的空间异质性SHR特别小,块金效应较小,而空间自相关引起的空间异质性占主要部分,在90%以上;根据各向异性条件下的变异分析,可以得出人为影响力在不同方向上具有明显的各向异性结构特征,即在不同方向上,其块金值和基台值有一定的差异,但也有相似或者相同的,说明人为影响力的各向异性同时具有几何异向性和带状异向性。③人为影响力的空间分布格局受交通线、水系、居民点和海岸线的控制明显。     

黄河流域水土流失遥感监测中土地利用现状分类体系构建

[目的]提出一种新的适于水土流失遥感监测的土地利用现状分类体系,并验证其合理性,为黄河流域水土流失遥感监测提供依据。[方法]以黄河流域不同地类水土流失的差异为出发点,按照科学性、可行性和完整性原则,参考国家土地利用现状分类标准,基于水利部颁布的土壤侵蚀分类分级标准,构建了黄河流域水土流失遥感监测土地利用现状分类体系。[结果]以坡耕地、梯田、林草地、在建开发用地、淤地坝、沙地和其他用地7个类型构建了黄河流域水土流失遥感监测土地利用现状分类体系,并用5个县(旗)的土地利用数据进行验证,结果表明该分类体系具有科学性。[结论]本研究提出的土地利用分类体系在获取同等精度水土流失评价结果的同时,又能提高水土流失遥感监测的效率。     

黄河口耕地遥感动态监测及其生态环境安全分析

采用多时相陆地卫星TM数据，以分类后比较法和历史土地利用专题图支持下的目视检测方法进行黄河口耕地变化动态监测。建立了基于TM数字图像的耕地变化及其相关自然和人为因素变化的指标，对与耕地变化相关的自然环境要素变化及人为影响进行了分析。结果表明：从1987∽1998年，垦利县耕地增减变化较大，面积减少了5321．8hm^2，平均每年减少483．8hm^2。耕地的变化反映出该区土壤盐渍化的加重和水源的匮乏，以及人为不良活动的影响。在此基础上提出了该区生态环境安全的对策措施。     

基于MODIS数据的黄河三角洲区域蒸散发量时空分布特征

充分利用遥感手段的快速、准确、大尺度及可视化等优势,对地球表层水量转化过程中最难估算的分量-蒸散发量进行了估算。针对黄河三角洲地理位置特殊、石油生产基地的经济重要性、生态系统水资源压力日益增大等特点,采用理论基础较坚实、区域应用限制小、反演陆面蒸散发量较为合理准确的SEBS（Surface Energy Balance System）模型,基于MODIS数据估算了黄河三角洲区域陆面蒸散发量,分析了陆面蒸散发量的时空分布特征。研究结果表明：研究区年内陆面蒸散发量呈单峰型分布,季节性变化特征显著;陆面蒸散发量的空间分布在一定程度上受人类活动驱动的土地覆盖影响呈现出南高北低的趋势。水分盈亏分析表明：春季、秋季蒸散发相对较强烈,天然水分供给不足,灌溉需求较高,水资源丰枯状况对农业耕作、生态环境影响较大。     

遥感在黄河流域水土保持监测中的应用

以黄河流域水土保持遥感调查为例,说明以不同分辨率的遥感影像为主要信息源、结合地理信息系统所开展的遥感监测,是一种快速、有效的水土保持监测方法。在地理信息系统软件支持下,遥感可在水土保持动态监测的模拟、水土保持地理信息系统的建立和土壤侵蚀模型的探索等方面发挥重要作用。     

基于遥感的郑州市黄河湿地植被覆盖度变化研究

城市滨河湿地的治理与保护对于城市生态环境具有重要意义,而监测植被覆盖度是研究湿地植被状况的重要方法。以郑州市黄河湿地为研究对象,采用等密度模型,基于1999-2011年的郑州市黄河湿地TM遥感影像,进行湿地植被覆盖度的反演,并结合降水数据和实际调研情况,分析了郑州市黄河湿地植被覆盖度的变化情况。结果表明,郑州市黄河湿地生态环境比较脆弱,研究期内平均植被盖度由60%下降到40%,典型黄河湿地植被遭到破坏。年降水的差异对植被覆盖度影响明显,同时越来越多的人类活动是导致植被持续减少的重要因子。该研究结果可为制定区域生态修复规划,提高黄河湿地的生态价值和经济价值服务提供参考。