基于时序PolSAR影像与决策树模型的油菜物候期识别

作物物候期识别是农情遥感监测的重要内容,及时准确识别作物物候期,对有效评估作物生长趋势、提高农情信息化管理水平有重要意义。提出了基于时间序列全极化合成孔径雷达(polarimetric synthetic aperture radar, PolSAR)数据结合决策树模型的油菜物候期识别方法。首先,采用3种极化分解方法提取PolSAR极化参数,并分析各极化参数对油菜物候期的动态响应规律;其次,基于各极化分解方法提取的参数建立决策树模型,并对油菜物候期进行分类识别;最后,采用基于混淆矩阵的方法对油菜物候期识别结果进行精度评价。采用5期Radarsat-2 PolSAR数据和地面物候观测数据进行实验验证。结果表明:提取的PolSAR参数中对物候期变化较为敏感的参数有H/A/alpha分解中的散射角(Alpha)、特征值(L2、L3)、伪熵(P2)、目标方位角(Beta1)参数,Freeman-Durden分解中的地面散射(Ground)和奇次散射(Odd)参数,Yamaguchi分解中的奇次散射(Odd_Y)和螺旋体散射(Helix)参数;决策树模型对油菜物候期识别结果较为准确,识别结果中组合3种极化分解方法提取参数建立的原始决策树模型分类总体精度最高,达94%。总体上,PolSAR极化分解参数对油菜物候期变化比较敏感,决策树模型能有效识别油菜物候期。     

山东省冬小麦2001-2010年生长季变化分析

从中国近年来农作物生长发育状况资料数据集提取山东省2001-2010年的主要农作物重要物候期,包括生长季开始时间、结束时间和生长季长度,分析了10a间山东省主要农作物物候期的年际变化趋势和空间分异特征。结果表明:(1)山东省冬小麦生长季为2月下旬至6月上旬,平均生长季长度为98d。2001-2010年山东省冬小麦的生长季开始时间显著推迟,结束时间有提前趋势,但提前不显著,生长季有所缩短,10a缩短约5d;(2)不同地区冬小麦物候特征差异较大,分析菏泽、惠民、文登、临沂等4个典型研究区冬小麦的物候年际变化发现,菏泽、惠民、文登等地区生长季长度有缩短趋势,只有临沂地区生长季有延长趋势,且延长变化不显著。     

吕梁山地区常绿植被物候的提取和分布差异

山西省吕梁山地区气候、地形多变,常绿植被分布较多,其物候对环境变化敏感,提取和研究常绿植被物候能为全球变化和常绿植被的其他研究提供基础.利用MODIS NDVI数据,通过Savitzky-Golay滤波和动态阈值法提取吕梁山常绿植被物候,并运用趋势分析法定量分析了植被物候在空间和地形的差异.结果表明:(1)吕梁山地区常绿植被生长季开始日期(SOS)在第95～130天之间,生长季结束日期(EOS)在第280～320天之间,生长季长度(LOS)在第160～230天之间.(2)研究区常绿植被物候与纬度关系密切,随着纬度由南向北升高,植被SOS显著推迟(R2=0.9265,P<0.001),EOS显著提前(R2=0.8656,P<0.01),LOS显著缩短(R2=0.9620,P<0.001).(3)常绿植被物候在地形上的差异明显.海拔升高,植被SOS显著推迟、EOS显著提前、LOS显著缩短;坡度变大,植被SOS显著推迟,EOS显著提前,LOS显著缩短;各坡向的植被物候差异明显,植被SOS最大相差2.6 d,植被EOS最大相差3.6 d,植被LOS最大相差5.2 d.所提取的吕梁山地区常绿植被物候与其他研究结果相近,植被物候在空间和地形上存在显著差异.     

基于MODIS遥感数据的贵州省森林物候监测

以贵州省森林植被为研究对象，基于对MODIS卫星遥感影像的分析，探讨了遥感监测手段在区域尺度上提高森林植被物候监测精细程度的可能性。结果表明：通过分析比较归一化植被指数(NDVI)、增强植被指数(EVI)、相对绿度指数(Gcc)、绝对绿度指数(ExG)等不同植被指数，发现增强型植被指数(EVI)更能表达森林植被物候变化趋势；采用S-G滤波及动态阈值法提取物候关键期，发现贵州省森林植被物候变化趋势呈现西部地区植被生长开始期晚于东部地区，结束期早于东部地区，整个植被生长季长度西部短于东部；基于EVI的贵州省森林物候空间分异规律总体上不明显，仅纬度与生长开始期(SOS)和生长季长度(LOS)相关性显著，经度海陆地带性及海拔垂直地带性差异不显著。     

阿拉善盟孪井滩地区灌木半灌木生长规律分析

本文采用内蒙古自治区孪井滩气象站2010—2020年生长季的3种灌木半灌木霸王(Zygophyllumxanthoxylum)、红刺(Garaganamicrophylia)、红砂(Reaumuriasongarica)的每旬新生枝条的长度观测数据和返青至黄枯期的每个物候期的观测数据,分析其生长发育情况。结果表明:霸王、红刺、红砂3种灌木半灌木的新生枝条长度通常5月上旬达到≥2cm;霸王和红刺的返青期3月下旬进入普遍期,红砂的相对晚一些,一般在4月中旬进入普遍期;霸王的黄枯期较早,一般10月中旬进入黄枯期,而红刺、红砂的黄枯期相对晚一些,一般11月中旬进入黄枯期;霸王的相邻物候期的生长速率中展叶普期—开花普期的生长速率最快0.10 (10d左右),其次是开花普期—分枝普期的生长速率0.08 (13d左右);红刺相邻物候期的生长速率中返青普期—展叶普期的生长速率最快0.14 (7d左右),其次为展叶普期—开花普期的生长速率0.05 (21d左右);红砂的相邻物候期的生长速率较缓慢,返青普期—开花普期的生长速率最快0.04 (24d左右)。霸王、红刺、红砂的新生枝条长度分别在8月上旬、9月上旬和7月中旬之后基本停止继续增长。     

吕梁山地区常绿植被物候的提取和分布差异

山西省吕梁山地区气候、地形多变,常绿植被分布较多,其物候对环境变化敏感,提取和研究常绿植被物候能为全球变化和常绿植被的其他研究提供基础。利用MODIS NDVI数据,通过Savitzky-Golay滤波和动态阈值法提取吕梁山常绿植被物候,并运用趋势分析法定量分析了植被物候在空间和地形的差异。结果表明:(1)吕梁山地区常绿植被生长季开始日期(SOS)在第95～130天之间,生长季结束日期(EOS)在第280～320天之间,生长季长度(LOS)在第160～230天之间。(2)研究区常绿植被物候与纬度关系密切,随着纬度由南向北升高,植被SOS显著推迟(R²=0.9265,P<0.001),EOS显著提前(R2=0.9265,P<0.001),EOS显著提前(R²=0.8656,P<0.01),LOS显著缩短(R2=0.8656,P<0.01),LOS显著缩短(R²=0.9620,P<0.001)。(3)常绿植被物候在地形上的差异明显。海拔升高,植被SOS显著推迟、EOS显著提前、LOS显著缩短;坡度变大,植被SOS显著推迟,EOS显著提前,LOS显著缩短;各坡向的植被物候差异明显,植被SOS最大相差2.6 d,植被EOS最大相差3.6 d,植被LOS最大相差5.2 d。所提取的吕梁山地区常绿植被物候与其他研究结果相近,植被物候在空间和地形上存在显著差异。     

近20年来东北三省春玉米物候期变化趋势及其对温度的时空响应

利用1990至2009期间的东北三省46个农业气象台站的观测记录,通过计算玉米出苗期、成熟期和生育期长度等物候期特征的年变化率(θ),分析了气候变化背景下东北三省玉米物候期对生长季气温条件变化的响应特征。结果表明:(1)研究期间,东北三省大部分地区5月和9月均温都出现了上升趋势,温度生长期天数持续增加;(2)在气候增温背景下,玉米主要物候期均出现了不同程度的变化与响应,其中出苗期表现为提前态势(0.02< θ < 0.15 d/a)、成熟期推迟(0.18< θ < 0.38 d/a)和生育期长度增长(0.22< θ < 0.44 d/a)的趋势,生育期长度的增加反映了为了充分利用增温带来的适宜发育期,作物熟型从中早熟型调整为中晚熟型的适应过程;(3)由于种植区的空间差异,物候期的响应和变化亦体现出区域差异,其中松嫩平原北部、吉林省中东部和辽宁省中部的响应关系较为明显。总体上,东北三省生长季气温条件变化使作物生长期内温度适宜程度偏好,有利于早种晚收、生育期长的玉米品种。     

毛乌素沙地植被物候动态及其对气象因子变化的响应

目的监测沙区区域植被物候,并确定植被物候与气候要素的关系,对理解沙区生态系统对气候变化的动态响应至关重要。方法本研究利用1982年1月至2015年12月的归一化差值植被指数(NDVI)时间序列数据,通过高阶曲线拟合的方法提取毛乌素沙地植被物候,包括生长季开始日期、结束日期和长度,分析其时间变化和空间特征,并利用偏相关性分析法确定其与气象因子(气温和降水量)的关系。结果毛乌素沙地植被生长季开始日期集中在第96~144天,生长季结束日期集中于第280~300天,生长季长度介于135~195d。从东到西生长季开始日期逐渐推迟,生长季长度逐渐缩短,生长季结束日期没有明显变化。在过去34年中,毛乌素沙地植被生长季开始日期和长度分别呈现显著提前和延长的趋势,分别为0.54和0.94d/a,生长季结束日期呈现推迟趋势,但该趋势并不显著。毛乌素沙地植被的生长季开始日期主要受2—4月的平均气温影响,结束日期主要受8—10月的累计降水量的影响。结论毛乌素沙地植被物候特征发生了明显变化,主要体现在生长季的提前和延长,这对该区域植被恢复与荒漠化的逆转具有一定的促进作用。      

近15年黄土高原植被物候时空变化特征分析

【目的】黄土高原处于从湿润向干旱过渡、从森林向草原过渡、从农业向牧业过渡的地区,是中国气候变化与农业发展的敏感地带,针对此区域的地表植被覆盖物候特征研究,对于该地区农业生产、环境保护和生态建设具有重要的指示意义。通过分析不同时间序列、不同海拔高度与水热条件下植被物候趋势的差异,以期为黄土高原当前的农业生态环境建设与可持续发展提供有用的理论支撑与决策依据。【方法】基于1998—2012年SPOT VEGETATION旬值NDVI数据,并结合谐波分析法、线性趋势等方法对黄土高原各年植被物候特征值进行了确定,并分析了物候的变化趋势。【结果】(1)1998—2012年,生长季始期平均每年提前0.9d。生长季末期平均每年推迟约0.8d。在生长季始期提前和末期推迟的作用下,生长季长度平均每年延长1.7d。(2)黄土高原水热组合直接影响植被物候的空间差异性,植被生长的限制性气温为9℃,限制性降水分别为475mm与540mm,限制性海拔为1750m。(3)植被生长季长度趋势与海拔和气温的空间偏相关系数分别为0.0591和0.0139,与降水的空间偏相关系数为-0.0174,三要素与生长季始期趋势的相关程度较与生长季末期趋势强。【结论】黄土高原植被物候特征趋势明显且稳定的区域主要分布在陕北高原与晋中北山地区。西北部干旱区荒漠草原区,物候变化主要受气温控制。半干旱地区农业与草原区,物候变化主要受到降水量控制。汾渭盆地农业区,物候变化受水热共同作用。水热的差异对秦巴山地阔叶林区植被物候的影响不明显。海拔对黄土高原植被物候变化趋势上的影响不明显。生长季长度趋势在生长季始期和生长季末期的共同作用下随海拔和气温的增加的延长趋势增强,随降水增加的缩短趋势增强。同种植被物候趋势随海拔、降水、气温的变化特征具有一致性,生长季始期的变化特征对于植被生长季长度变化影响较生长季末期强。     

植被物候参数遥感提取研究进展评述

【目的】遥感方法提取植被物候具有宏观、高效、便捷的特点,利用遥感提取植被物候结果可以从较大尺度上研究整个植被生态系统的物候特征。【方法】文章以植被物候遥感提取的过程为线索,采用文献综述法,对植被物候参数遥感提取的各个方面进行阐述。【结果】系统描述了植被物候提取的遥感数据资源,包括遥感专题指数和遥感数据来源;归纳了植被物候遥感提取的技术方法,包括时序植被指数重构技术和植被物候参数提取方法;总结了植被物候遥感提取结果验证途径和误差来源,地面物候观测数据和模型模拟数据是直接验证的途径,他人研究成果和植物生理参量的地面观测数据提供间接验证的途径,误差来源于遥感数据的时间和空间分辨率以及植被物候提取技术方法。最后,针对当前植被物候遥感提取存在的主要问题及未来的发展趋势,从研究对象、数据来源、技术方法和结果验证这4个方面进行了探讨。【结论】尽管植被物候遥感提取的大量研究在理论、技术方法和应用方面都取得明显进展,但在研究对象、数据来源、技术方法和结果验证这些方面仍然存在着一些关键科学问题,需要进一步进行深入研究。     

小兴安岭森林植被物候对气候变化的响应

【目的】采用遥感提取植被物候的方法，以小兴安岭为研究区，构建森林植被物候时空变化，分析森林植被物候变化对气候变化的响应。【方法】基于GIMMS NDVI 3g影像，运用一元六次多项式拟合植被生长曲线，并结合逐像元动态阈值法提取小兴安岭1982-2015年森林植被生长开始期(SOS)、生长结束期(EOS)和生长季长度(LOS)共3种物候参数；利用ArcGIS软件，将气温、降水以及日照时数数据与植被物候参数逐像元分析，得到物候参数与气象因子偏相关系数的空间分布特征。【结果】(1)植被物候多年平均值空间分布特征呈现由西北向东南方向，植被SOS逐渐提前，植被EOS逐渐推迟，植被LOS逐渐延长的规律。(2)小兴安岭森林植被SOS集中在日序第112.1～128.3天，年际变化在1998年前后出现转折，1998年前呈显著提前趋势(R²=0.284,P=0.028),1998年后呈不显著推迟趋势(R²=0.002,P=0.86)，导致整个时间段(1982-2015年)变化不显著，变化幅度为每10年提前0.12 d(R²=0.001,P=...     

油菜生育期气象条件分析

通过对油菜生育期内不同生长阶段气象条件进行分析,结果表明：油菜生长发育受气象条件的影响很大,对气温最为敏感,温高光足是油菜物候加快的主要气象因素,苗期低温干旱、大田生长期的低温多雨水则是其发育迟缓、物候偏迟的重要原因。同时提出了油菜生长过程中相应的栽培管理措施。     

民勤荒漠区典型草本植物马蔺的物候特征及其对气候变化的响应

植物物候反映了过去一段时间气候条件的累积对植物生长和发育的综合影响。通过收集1974-2007年民勤荒漠区典型草本植物马蔺的物候观测数据以及民勤治沙综合试验站同步观测的气象资料,分析了马蔺的物候特征及其对不同时间尺度气候变化的响应过程,结果表明:(1)马蔺的平均生长季长度约为201.7 d,并呈现出逐年增加的趋势,大致表现为每10a延长0.8d,但随着年份的变化并不显著(P>0.1)。(2)除开花期的开始时间出现明显的延后外(P<0.1),马蔺其它物候期的开始和结束时间均表现为轻微的延后趋势,且随着年份的变化不显著(P>0.1)。马蔺各个物候期的持续时间不同年份差异较大,其中萌动期、开花期和果熟期的持续时间随着年份出现减少的趋势,而展叶期和黄枯期的持续时间随着年份则出现增加的趋势,但其变化均不显著(P>0.1)。(3)马蔺整个生长季的延长可能受气温和降水的综合作用,其物候期的开始时间对物候期开始之前3周到3个月之间的积温有着显著的响应(P<0.01),而对于长时间尺度的积温则响应不显著(P>0.1);其部分物候期的开始时间对于中短时间尺度的累积降雨有着较显著的响应(P<0.1),但是对于长时间尺度的累积降雨则所有物候期都响应较弱(P>0.1)。(4)马蔺的物候期特征除了受区域气候变化影响之外,可能还与其自身的水分利用机制有关,未来的气候变化可能会进一步影响到该地区典型荒漠草本植物的物候特征。     

气温变化对温带混交林生态系统CO2通量的影响

森林是陆地生态系统的主要碳汇。由于植物自身独有的生长特性,其生长状况和生理活动对气候变化的响应会影响森林生态系统碳循环过程。该研究以国际通量网(FLUXNET)注册站点,哈佛森林通量观测塔记录的2000—2012年局域尺度CO2通量和气温观测数据为基础,结合物候模型,分析气温变化对温带森林生态系统CO2通量的影响。结果表明:(1)2000—2012年NEE的最大值为298.13 g·m^-2·a^-1,出现在2010年,除2010和2011年之外,其它年份的年NEE均为负值。(2)NEE、GPP和气温与物候模型的拟合效果较好(R 2>0.8),显示温带混交林森林生态系统光合作用稳定期主要集中在夏季,植被生长状况是温带混交林森林生态系统碳循环的主导因素。(3)气温的变化量时间点(最大点、最小点和0点日期)与NEE、GPP的变化量时间点(最大点、最小点和0点日期)的线性拟合结果显示,气温与CO2通量存在显著的正相关关系(P<0.01),气温的变化影响温带混交林生态系统碳循环过程。     

生长度日对酿酒葡萄霞多丽物候期的影响

本文对宁夏贺兰山东麓产区酿酒葡萄霞多丽(Chardonnay)的萌芽期、盛花期、转色期和成熟期的观测记录和对应期热量指标生长度日进行了研究,构建了拟合曲线方程并计算出不同物候期的生长度日参数,旨在更好地对了解当地的葡萄物候期发生规律与生长度日之间的关系,以期达到通过气象预报数据来预测葡萄物候期和指导葡萄园田间操作和科学精准化管理的目标。     

基于MODIS NDVI数据的郑州市植物物候监测研究

基于2011年MODIS NDVI 500 m空间分辨率的16 d合成时间序列数据和郑州市域植物分布图,利用MODIS数据中高质量的植被指数研究河南省郑州市域植被的季节性变化规律,并通过时间序列谐波分析法(HANTS)和滑动平均法提取3种植被类型的关键物候期。结果表明:2011年郑州市域大部分林地、草地在第85~110天集中生长,到第220~240天基本成熟,在第305~325天逐渐停止生长,生长季长度为200~220 d。大部分冬小麦开始期在第40~60天,在第100~120天生长达到极限,在第135~150天逐渐停止生长,玉米生长期集中在第165~180天,在第220~235天进入抽穗期,在第260~270天生长结束,农作物的生长季长度为90~110 d。研究结果与实地调研、前人研究资料基本相符,具有可靠性,因此利用MODIS NDVI数据能快速监测植被、有效获取区域植被物候信息。     

臭椿提取物对油菜种子萌发和核酸含量的影响

采用冷浸法、温浸法、索氏提取法、超声波提取法进行分离、提取和浓缩,获得臭椿提取物.采用不同浓度提取物处理油菜种子,通过测量发芽率、幼苗长度,测定核酸含量变化,确定了臭椿提取物最佳提取方法,明确臭椿提取物对油菜的生长具有抑制作用,要避免臭椿间作油菜等种植方式.     

西藏林芝地区核桃物候特征的研究

[目的]对西藏林芝地区的核桃进行物候和生长节律的研究,为西藏良种核桃的选育与开发利用提供参考。[方法]对西藏林芝地区典型的核桃进行了营养生长物候、生殖生长物候和根系生长物候的观测研究。[结果]营养生长物候期,试验点核桃芽膨大期和萌芽期时间相差不大;生殖生长物候期,洞嘎镇最早,其次是东如村和公仲村,然后是里龙乡,通麦村最晚。果实生长动态变化方面,就横径和纵径而言,果实横径变幅大小为：通麦村〉洞嘎镇〉里龙乡〉公仲村〉东如村,果实纵径变幅大小为：通麦村〉公仲村〉洞嘎镇〉里龙乡〉东如村;根系生长物候期,核桃根系开始活动期与芽萌动期相同,3月下旬出现新根,6月中旬7月上旬、9月中旬10月中旬出现2次生长高峰,11月下旬停止生长。[结论]该结果揭示了西藏地区核桃物候特征的初步规律,填补了西藏在该研究领域的空白。     

多种时序NDVI重建方法比较与应用分析

【目的】NDVI时序数列能够模拟植物的生长过程,反映其生长状况。目前重建NDVI时序数列的方法有很多,由于模型和参数的不同导致结果存在不确定性以及偏差。本研究旨在对比3种模型（Whittaker平滑、HANTS和Savitzky-Golay滤波）在物候提取和复种指数提取中的应用,以探讨各模型的优缺点。【方法】采用16 d间隔的MODIS MOD13Q1 2000-2012年陕西地区影像,利用3种模型拟合重建NDVI时序数列。首先,将研究区划分为3个气候区,每区分别选择林地和耕地两个采样点,视觉比较各采样点3种模型拟合效果。其次,通过均方根误差、相关系数和信噪比对比各模型拟合精度,并探讨不同植被类型之间拟合精度的差异。然后,采用动态阈值法提取13年植被物候参数（生长开始日期SOS、生长结束日期EOS、生长周期LOS）,对比模型提取不同植被类型物候参数均值和标准差的差异。最后,利用二次差分算法和提取规则获取陕西13年复种指数,对比3种模型提取和统计年鉴计算复种指数之间的差异。【结果】Savitzky-Golay滤波拟合精度较高,复种指数提取精度较高,但是提取物候参数方面存在较大误差;HANTS提取物候参数效果较好,但参数设置复杂以及精度较差;Whittaker平滑参数设置简单,能有效降低原始影像的信噪比,在精度和物候参数提取均表现良好;均方根误差和相关系数作为精度检验的标准,二者存在负相关,相关系数比均方根误差更灵敏。【结论】Whittaker平滑能够很好地平衡NDVI时序数列的保真度和粗糙度,在提取物候参数方面表现良好,在提取复种指数方面还有待进一步研究。     

基于遥感的黑河中游绿洲区玉米物候及其动态研究

基于Savitzky-Golay滤波,利用相对阈值法和绝对阈值法,分析2001—2016年黑河中游绿洲区玉米的物候信息,对玉米的生长季开始日期、生长季结束日期和生长季长度3个物候参数开展分析。结果表明,相对阈值法与绝对阈值法相比,判断结果更加准确;2001—2016年的玉米生长季开始日期大约推迟14 d,生长季结束日期大约提前5 d,生长季长度大约缩短20 d;玉米生长季长度与生长季内积温呈负相关,随着积温的增加,生长季长度越来越短。