偏最小二乘在遥感监测西藏草地生物量上的应用

在多年平均年最大归一化植被指数(NDVI)的基础上,结合西藏地区年降雨量、年积温等气象资料,利用偏最小二乘(partial least squares, PLS)回归方法对数据进行分析并建立西藏地区草地生物量与归一化植被指数、降雨量等解释变量的回归估测模型.并和一般最小二乘法(ordinary least squares, OLS)中的逐步回归法(Stepwise)相比较.结果表明:草地生物量与年最大NDVI值和年降雨量有很强的相关性,偏最小二乘回归在拟合及估测效果上均优于一般最小二乘的逐步回归法,回归方程的相关系数为0.89,取得了较为可靠的结果.偏最小二乘回归在解释变量多、样本个数少、变量间存在多重共线性时尤为有效,为遥感监测植被生物量时的数据处理提供了新的途径.     

克州地区天然草地生产力评价

本研究以克孜勒苏柯尔克孜自治州的天然草地为研究对象,利用2005年7-8月的MODIS遥感数据提取植被指数(NDVI),通过典型区野外实地采样,得到与MODIS影像资料时相一致的草地地上生物量数据,分析遥感植被指数与植被生物量的相关关系,建立了生物量估测模型,并进一步对克州天然草地生产力进行了评价.根据关键场理论计算了...     

不同气象插值方法在新疆草地NPP估算中的可靠性评价

气象因子对研究草地生产力、植被长势、灾害评估等都有着重要的意义,本研究采用不同空间插值方法(协同克里格法Cokriging、反距离加权法IDW和ANUSPLIN法)对新疆地区90个气象站点2000-2011年多年的7月平均降水和气温数据进行空间插值分析,使用均方根误差法(RMSE)以及平均绝对误差法(MAE)对插值的结果进行评价,讨论不同方法对该地区降水和气温插值结果的影响。利用不同插值方法,基于CASA模型进行新疆草地NPP的估算,结合实测生物量数据,对3种插值方法下的估算结果进行评估,结果表明,1)降水和气温数据都是基于ANUSPLIN法的插值结果最优(MAE_(降水)=6.45,RMSE_(降水)=8.77,MAE_(气温)=2.11,RMSE_(气温)=3.52)。2)基于不同插值方法得到的气象要素估算的新疆草地NPP精度不同,将实测数据与同时期CASA模型模拟值相关性进行分析,基于ANUSPLIN法插值的气象要素估算NPP的精度最高(R~2=0.794 7),NPP实测值与模拟值有良好的线性关系,比基于Cokriging插值的气象要素估算精度提高了13.23%,比IDW提高了20.13%。说明提高气象要素的插值精度有利于新疆草地NPP的估算研究。     

基于MODIS-NDVI的天山北坡中段草地动态估产模型研究

利用EOS/MODIS卫星遥感数据,以天山北坡中段山地草原带为典型研究区,进行草地生物量变化动态监测。运用植被指数最大合成法,分析了研究区草地植被指数的时空变化特征,以及植被指数NDVI与地上生物量的相关关系,建立了MODIS NDVI在山地草甸草原、山地草原和山地荒漠草原上不同季节的生物量动态估测模型。结果表明：3种草地类型的最优动态估产模型分别是一元线性回归模型、二次曲线回归模型、幂函数曲线模型,估产精度分别达到83.06%、90.85%、88.06%。     

基于CASA模型的甘南地区草地净初级生产力时空动态遥感模拟

植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)及其对气候变化的响应研究是全球变化的核心内容之一。基于地理信息系统和卫星遥感应用技术,利用CASA模型估算了2001-2008年甘南草地NPP,在模型验证的基础上,分析了甘南草地NPP空间分布格局和时间分布特征。结果表明,1)2001-2008年甘南草地多年平均NPP为483.41 g C/(m²·a),大体呈现由西南向东北逐渐减少的趋势,单位面积多年平均NPP在海拔3 000~3 500 m最高,达到497.07 g C/(m²·a);2)甘南草地植被生长季节变化明显,主要生长期集中在第177~240天;3)甘南草地NPP呈现增加趋势,增长趋势最明显的草地类型是低平地草甸类,而沼泽的变幅最小,通过与8年间温度和降水的分析可以看出,影响甘南草地NPP变化的主要驱动力是降水量。     

基于STARFM的草地地上生物量遥感估测研究——以甘肃省夏河县桑科草原为例

遥感数据具有实时、动态、大范围等特点,在草地资源监测与管理研究中获得了广泛应用。然而,单一的遥感植被指数无法同时满足草地地上生物量观测中时空分辨率的需求。因此,本研究基于时间序列Landsat NDVI和MODIS NDVI数据,结合时空融合算法（spatial and temporal adaptive reflectance fusion model, STARFM）,生成了2000-2016年高时空分辨率的植被指数数据集（NDVI_STARFM,时间分辨率为16 d,空间分辨率为30 m）,并基于2013-2016年地面实测草地地上生物量数据,构建了夏河县桑科草原高寒草地地上生物量遥感反演模型,分析了2000-2016年研究区草地地上生物量生长状况和变化趋势。结果表明：1）基于NDVI_STARFM的最优估测模型为乘幂模型,其R²为0.58,均方根误差（root mean square error, RMSE）为795.62 kg·hm^-2,模型的表现能力次于Landsat NDVI最优估测模型（R²=0.76,RMSE=634.83 kg·hm^-2）,而优于MODIS NDVI最优估测模型（R²=0.24,RMSE=937.79 kg·hm^-2）;2）基于NDVI_STARFM最优估测模型对各样区草地地上生物量总产的估测精度优于MODIS NDVI而次于Landsat NDVI,总体精度达84.05%;3）2000-2016年来,夏河县研究区草地地上生物量总体呈现增加趋势,其中90%左右的区域年增量大于30 kg·hm^-2,草地地上生物量呈现减少趋势的区域仅占2.30%。     

基于GIS的甘南地区草原综合顺序分类研究

草原是畜牧业生产的根本,科学合理的分类是草原开发利用、培育保护和经营管理的基础.本研究根据甘南及周边地区55个气象台站30年的气象资料,采用地统计学及回归方法对甘南地区的积温和湿润度进行插值,建立了>0℃年积温和湿润度空间数据库.依据草原综合顺序分类法的分类原则,绘制了甘南地区的潜在草地类型图.结果表明,甘南草地共分为...     

基于MODIS数据的伊犁河谷植被指数变化及其对气候的响应

利用2006-2014年主要生长季(5-9月)的MODIS遥感数据,分析了2006-2014年的年平均NDVI和生长季月NDVI变化规律。同时,收集整理同期伊犁河谷地区的气温与降水资料,并对NDVI与当月、2个月滑动、3个月滑动和5个月滑动的平均气温、降水值进行了相关性分析。结果表明,NDVI与气温、降水都存在一定的相关性,NDVI受当月平均气温的影响最大;NDVI与当月降水和滑动平均降水的相关性都很好,但3个月滑动平均降水对NDVI的影响最大,并且通过了0.01的极显著性检验。     

近20年新疆荒漠草地动态变化及其对气候变化的响应

荒漠草地是干旱半干旱区陆地生态系统的关键类型,具有重要的生态作用,对气候变化和人类活动敏感。通过确定新疆荒漠草地NDVI阈值,提取荒漠草地范围,结合归一化植被指数（normalized difference vegetation index, NDVI）、植被净初级生产力（net primary productivity, NPP）、气象因子等数据,利用一元线性回归模型、相关性分析等方法,从不同的时间和空间尺度对1999-2018年新疆荒漠草地的动态变化及其对不同驱动因子的响应进行研究。结果表明：1）新疆南北疆荒漠草地分布存在差异,研究期间总体面积减少明显,平均NDVI稳定,NPP呈上升趋势。2）全年及7-8月气象因子变化趋势不同,南北疆存在显著差异,全疆大部分区域呈现气温升高、降水增多趋势。3）从时间变化看,降水量、大型蒸发量和平均风速是新疆荒漠草地年际NDVI的重要影响因子,水分条件对生长季NDVI的影响更为明显;年蒸发量与荒漠草地NPP呈显著负相关关系,平均风速、降水量与荒漠草地NPP存在一定相关性。4）从空间相关性来看,气温、降水在空间上与荒漠草地NDVI、NPP呈正相关的面积较大,且降水影响面积更大。研究表明,新疆荒漠草地植被动态变化是多种气象因子综合作用的结果,气温、降水是主要的影响因子,其中降水影响更为明显,水分条件是荒漠草地动态变化的决定因素。     

甘南和川西北地区草地植被NDVI变化及其驱动因素研究

草地是甘南和川西北地区最主要的植被覆盖类型,约占研究区面积的43.91%。为探明该地区草地的生长状况变化及其驱动因素,基于MOD13A3数据,采用趋势分析、变异系数、偏相关分析和残差分析,对研究区草地归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）时空动态变化和稳定性进行分析,并研究了气象因素和人类活动对草地NDVI变化的影响。结果表明：2000-2018年甘南和川西北地区草地生长期NDVI呈上升趋势的面积占比为74.17%,其中17.15%通过显著性验证;研究区草地NDVI整体较高（均值为0.7096）,在19年间全区和各类型草地NDVI均呈波动上升趋势,生长状况稳定,仅有6.08%的草地波动幅度较大;温度和降水对研究区草地NDVI的变化主要呈正向驱动,且NDVI与温度呈正相关的面积（70.19%）大于降水（62.63%）,人类活动在2000-2005年对草地NDVI呈负向影响,2006-2017年呈正向影响。     

基于遥感技术的高寒草地覆盖度变化

摘要：本研究在像元二分法模型的基础上,利用改进归一化植被指数的植被覆盖度定量模型,采用MODIS卫星8天合成地表反射率数据产品（MOD09A1）,结合3S技术（GIS、RS、GPS）空间分析功能,以甘南州高寒草地为对象,分5个等级分别计算得到了甘南2000、2004和2008年的草地植被覆盖度,分析了甘南2000-2008年植被覆盖度变化的大致演变过程和趋势。结果表明,从2000-2008年,甘南植被覆盖度质量总体呈下降趋势,一级盖度植被退化比较严重,草地植被的演变情况主要由优等植被覆盖（一、二级）向低等植被覆盖（四、五级）演变。研究结果揭示了甘南州草地退化状况的动态趋势及严重程度,为相关政府和研究部门的草地管理决策提供了有效参考依据。     

基于3S技术的甘南草地覆盖度动态变化研究

以像元二分法模型为基础,构建了基于改进归一化植被指数(NDVI)的植被覆盖度定量估算模型,并利用MODIS卫星遥感数据,基于3S技术(GIS,RS,GPS)空间分析功能,分级计算得到了甘南2002,2004,2006,2008年的草地植被覆盖度,分析了甘南2002-2008年植被覆盖度变化的空间动态演变过程和趋势。结果表明,2002-2008年,甘南植被覆盖度质量总体呈下降趋势,一级盖度植被的退化比较严重,草地植被的演变情况主要由优等植被覆盖(一、二级)向低等植被覆盖(四、五级)演变。研究结果揭示了甘南州草地退化状况日趋严重的事实,为相关研究和政府草地管理提供了有效依据。     

基于3S技术的景泰县草地资源现状评价

以TM卫星影像为数据源,结合典型区实地样方调查数据,采用3S技术划分了甘肃景泰县天然草地类型的空间分布,包括4类,5个组,7个型;并利用归一化植被指数(NDVI)构建了草地产草量估测模型(y=0.433 5e0.028 5x,R2=0.56);并评价了草地的利用现状,目前景泰县天然草地面积39.18万hm2,理论载畜量7.38万羊单位,研究结果为景泰县天然草地资源的合理规划、保护、建设和利用提供依据。     

甘肃省草地植被NDVI时空变化特征及驱动因素研究

本文基于甘肃省2000—2019年归一化植被指数（normalized different vegetation index，NDVI）数据及气象数据，研究了甘肃省草地NDVI时空变化特征及驱动因素。结果表明：近20年，生长季草地NDVI整体水平较低但呈波动上升趋势，增速为0.030·（10a）^-1，草地NDVI分布呈现东南高西北低的格局；20年间生长季NDVI呈显著增加趋势的面积占甘肃省草地的19.08%，主要分布在陇中黄土高原；甘南高原和祁连山地生长季NDVI保持稳定，其中高寒草甸NDVI整体较高且稳定性较强；生长季草地NDVI受夏季降水量的影响较大；人类活动主要促进了草地NDVI的增长。整体而言，甘肃省草地NDVI呈现增长趋势且稳定性较高，降水量对草地NDVI的影响较强。另外，生态工程也促进了草地NDVI增长，需长期实施。     

黑河中上游草地NDVI时空变化规律及其对气候因子的响应分析

植被动态监测以及与气候变化的耦合关系是陆地生态系统研究的热点,而草地NDVI时空动态以及影响其变化的关键气候因子分析,对于草地覆盖变化的动态机理研究具有重要意义。基于遥感和GIS技术,利用黑河流域1999-2007年SPOT-NDVI数据和气象站点数据,分析了黑河中上游草地植被NDVI的时空变化特征以及与气候因子的相关性。结果表明,黑河中上游草地植被NDVI在1999-2007年间呈明显增加趋势;草地植被NDVI增加和减少的面积分别占草地总面积的71.53%和19.43%;增加的区域主要分布在托来山、走廊南山、冷龙岭和河西走廊中段的典型草原和高寒草甸草地,减少的区域主要分布在托勒南山、走廊南山和冷龙岭的荒漠草地向非草地过渡区域;黑河中上游不同草地植被NDVI的年内变化均呈单峰型,7月份达最大值;草地NDVI与气温呈极显著正相关(r=0.942,P<0.01),与降水量呈显著正相关(r=0.922,P<0.05),NDVI与相对湿度呈不显著正相关,与日照时数呈负相关性,并且不同草地类型牧草生长的限制因子不同。近年来伴随西北地区气候向暖湿转型,黑河中上游草地植被覆盖明显增加,气温是影响研究区牧草生长的关键气候因子。     

基于高分遥感数据校正的MODIS草地生物量监测模型精度评价

利用玛曲县尼玛镇研究区2009年8月30日的RapidEye影像和2011年8月27日的WorldView-2影像及同时段的MOD09GA产品,计算分析了基于高分影像的NDVI与基于MOD09GA的NDVI的相关关系,对基于MOD09GA NDVI的甘南州草地生物量模型进行了修正,并对修正后模型的估产精度进行了比较和评价。结果表明：基于MOD09GA NDVI（x）的甘南州草地生物量最优模型为指数模型（Y=1026.027e^1.466x）,其R²为0.571,高于其线性、乘幂、对数等模型;研究区内MOD09GA NDVI与依据RapidEye和WorldView-2计算的NDVI（分别记作N_r和N_w）之间均具有显著的线性相关关系,且后者略优于前者,回归方程分别为N_r=1.2713x-0.2183和N_w=0.9559x+0.0679;结合MOD09GA NDVI与WorldView-2NDVI回归方程对甘南州MOD09GA NDVI与草地生物量模型进行修正后,得到的生物量更接近实测值,在研究区内平均估产精度可达84.73%,比未修正的估算模型精度提高1.08%。说明利用高分遥感影像修正的MODIS估产模型具有更好的精度。     

基于小型无人机与MODIS数据的草地植被覆盖度研究——以甘南州为例

以甘南州为研究区,采用Canon数码相机和小型无人机搭载相机在不同大小样方上获取草地植被覆盖度数码照片,结合2015年5月-10月的Terra/MODIS植被指数产品MOD13Q1,分析了增强型植被指数(EVI)和归一化植被指数(NDVI)与草地植被覆盖度之间的相关性,建立了研究区草地植被覆盖度的回归模型,并对模型进行了精度评价,筛选出甘南州草地植被覆盖度最优遥感反演模型,并对草地生长季时期覆盖度时空上的动态特征进行分析。结果表明,1)利用小型无人机搭载相机获取草地大样方植被数码照片的方法能用于地面草地覆盖度数据的获取;2)与NDVI相比,用EVI估算草地覆盖度更优,因此确定基于EVI构建的对数模型为甘南州草地植被覆盖度最优反演模型,模型精度可达88.00%;3)研究区2015年生长季草地植被覆盖度除了低平地草甸在8月达到最大值外,其它草地类型均在7月达到最大值;4)甘南州以中高植被覆盖度为主,主要分布在玛曲、碌曲、夏河以及合作四县市。整体而言,中西部和西南部区域草地覆盖度高于东部。通过精确草地植被覆盖度模型的建立,不仅有利于及时准确的了解草地植被覆盖度的时空分布状况和季节性动态变化,也有利于维护甘南州草地生态系统的持续稳定发展。     

基于RS和GIS的天祝县草原景观空间格局分析

运用遥感、GIS技术与景观生态学的研究方法相结合,以天祝草原为研究对象,以2006年Landsat TM影像为基本信息源,通过计算景观组分的面积（CA）、景观类型百分比(PIAND)和斑块个数（NP）,基本清楚了研究区的总体景观分布是草地与林地构成了研究区景观的主体,草地是整个景观的基质;并从高程、坡向和坡度3个方面定量化地反映研究区景观组分空间分布,得出：研究区景观格局呈现出明显的垂直分布特征,从山谷至山顶,景观类型的分布表现为居民地及工矿用地→耕地→水域→草地→林地→未利用地的顺序,在不同的坡向、坡度上景观也呈现出有规律的分布。