分数阶微分在盐渍土高光谱数据预处理中的应用

光谱微分技术在高光谱数据处理中应用广泛,为研究分数阶微分对光谱反射率与盐渍土含盐量之间相关系数的影响,细化相关系数变化趋势,该文选取新疆塔里木南缘于田绿洲盐渍土为研究对象,以土壤样本含盐量和反射率高光谱数据为数据源,利用Grünwald-Letnikov分数阶微分公式编程计算光谱反射率以及对应的均方根、倒数、对数、对数倒数、倒数对数变换的0～2阶微分（间隔0.2阶）,对比分析每种变换各阶微分与土壤含盐量相关系数曲线的变化趋势以及微分处理对单波段相关系数的影响。结果表明：经微分处理,通过相关系数0.01显著性检验水平的波段数量明显增加（0.6阶＞1阶＞2阶＞0阶）,随着阶数增加,呈现先增后减的趋势,且均在分数阶0.6处达到最多。在0.6阶处,光谱反射率及5种数学变换通过相关系数0.01显著性检验的波段数量按照从大到小为：倒数对数变换=对数变换＞均方根变换＞倒数变换＞光谱反射率＞对数倒数变换。对于波段2444、2423、2142、2005 nm,微分算法能够大幅提升与含盐量之间的相关性,相关系数绝对值取最大值对应的阶数均为分数阶。从局部到整体,分数阶微分提升相关性的效果明显优于整数阶微分。该研究结果为分数阶微分在高光谱技术监测土壤盐渍化现象中的应用提供参考依据。     

塔里木河中游典型绿洲土地利用/覆被及水资源动态变化研究

运用3S技术，并采用最大似然法分别对1989年和2010年渭干河-库车河绿洲两期Landsat-TM影像数据进行分类统计，获得了该区域22年来土地利用/土地覆被变化矢量图和定量统计数据，并利用不同时期该流域地表径流和地下水资源开发利用程度、农业种植结构、城市用水、天然植被用水，分析该区域土地类型变化和水资源的关系。研究结果表明：该地区耕地面积逐年增加，22年来增加耕地面积141 573.4 hm²，平均每年增加6741.59 hm²；天然植被草地面积急剧减少，平均每年减少7 682.38 hm²，城市用水由0.41亿m³增加至4.26亿m³，加之机电井数量骤增导致地下水位下降了2.34 m；导致地下水位下降，水质矿化度增高，天然植被大量减少，流域下游生态问题极其脆弱。     

基于分数阶微分预处理高光谱数据的荒漠土壤有机碳含量估算

对光谱数据进行预处理是提升高光谱建模精度十分必要和有效的途径。为了研究分数阶微分预处理方法在高光谱数据估算荒漠土壤有机碳含量中的应用,该研究以艾比湖流域为研究靶区,利用2015年5月采集的103个表层土壤样本的实测有机碳数据和室内测定的高光谱数据,以0.2阶为步长对原始光谱反射率及对应的倒数变换、对数变换、对数倒数变换、均方根变换的0-2阶微分进行分数阶运算预处理并研究其与土壤有机碳含量相关性,基于通过0.01显著性检验的特征波段对土壤有机碳含量进行偏最小二乘回归建模并进行精度分析。结果表明：1）分数阶微分预处理可以细化土壤有机碳及其光谱反射率相关性的变化趋势;2）各阶微分预处理后的相关系数通过显著性检验波段的数量均呈现先增后减的趋势,但波段数量最多的对应阶数并不统一;3）对数变换的1.6阶微分所建立的模型为最优模型,该模型的RMSEC=2.433 g/kg,R2c=0.786,RMSEP=2.263 g/kg,R2p=0.825,RPD=2.392。说明了分数阶预处理过后的模型精度和稳健性较整数阶微分有了大幅提升,并且运用在高光谱反演土壤有机碳含量上是可行的。     

基于高光谱的ASTER影像土壤盐分模型校正及验证

快速准确地获取土壤盐分信息是监测和治理土壤盐渍化现象的重要前提.该文以新疆维吾尔自治区典型盐渍化区域——艾比湖流域为研究区,analytical spectral devices(ASD)光谱仪采集的土壤高光谱数据和advanced space borne thermal emission and reflection radiometer(ASTER)影像为数据源,结合实测土壤盐分含量信息,对遥感定量反演土壤盐渍化现象进行研究.再经过光谱反射率数学变换后,结合相关性分析,利用多元回归方法分别建立基于重采样后的高光谱和影像光谱的土壤含盐量估算模型,对遥感影像光谱盐分估算模型进行校正,以提高遥感定量监测盐渍化土壤的精度.结果表明:ASTER影像光谱反射率二阶导数变换和ASD重采样光谱的对数的二阶导数变换所建立的盐分估算模型最佳,决定系数R2分别为0.59和0.82.经ASD重采样光谱模型校正后的ASTER影像光谱的盐分估算模型精度R2为0.91,有效地提高大尺度条件下土壤盐渍化反演精度.研究为大尺度土壤盐分定量遥感监测提供了一种有效方法.     

基于不同植被指数三角形法的蒸散指数研究

蒸散发的研究对于绿洲的生态安全、农业生产及水资源合理配置等问题具有重要意义。利用Landsat-8遥感影像获取于田绿洲2011年5月17日与2016年5月15日的地表温度和植被指数信息,根据地表能量平衡原理,构建三角形特征空间,基于一定的假设条件,并根据其"干边"和"湿边"方程系数计算研究区蒸散指数,同时采用MOD16-ET产品数据和研究区土壤含水量数据对地表温度与不三种不同植被指数计算出的蒸散指数进行对比分析。结果表明:基于三角形法的蒸散指数能够很好地估算陆面蒸散发,且与MOD16-ET产品的精度验证相关系数较高,R~2均大于0.7;而通过对比三种常用植被指数与地表温度计算的蒸散指数,采用ET-Ts/EVI计算出的蒸散指数精度较高,R~2大于0.8;同时,该方法与土壤含水量拟合结果同样,表现出ET-Ts/VI具有更高的精度(R~2大于0.7)。     

新疆于田绿洲-荒漠脆弱带时空演变及其调控方法研究

绿洲-荒漠生态脆弱带(ECOTONE)介于绿洲和荒漠之间,对绿洲起着屏障作用,它在维护干旱区生态系统的平衡方面起着重要作用,深入研究这一特殊地带的环境演变过程、特征及形成机制对于揭示其生态学实质、维护和发展绿洲具有重要的实践意义.选择于田绿洲为研究区,以遥感技术为依托,对2个时相的陆地卫星数据及相关统计资料进行了处理.利用得到的土地覆盖差值图像,定量分析评价了该地区生态脆弱带1989-2003年间的变化趋势.在此基础上,根据该地区生态环境特点提出了若干有效生态保护及复原措施.为西部干旱地区合理开发绿洲、可持续发展绿洲资源及改善绿洲生态环境等提供新的研究方法和科学依据.     

基于遥感影像的马雷绿洲空间热环境分布特征研究

绿洲空间热环境的研究是深入了解绿洲沙漠化变化机理的重要手段。以土库曼斯坦马雷绿洲为例,将Landsat TM/ETM+作为基础数据源,基于定量遥感分析方法,进行马雷绿洲地表温度以及植被覆盖度的反演,在统计地表温度—植被覆盖度二维散点图的基础上,研究地表温度与植被覆盖度的相关关系。结果表明:土地利用类型是影响地表温度的显著因素,基本决定地表温度的总体分布的是土地利用类型的分布;通过对地表温度以及植被覆盖度相关性的研究,得到2001及2010年的相关系数分别为0.677 8、0.665 0。     

干旱区绿洲土壤盐分空间异质性及人为驱动力分析

通过对渭干河-库车河三角洲绿洲土壤含盐量空间异质性及人为驱动力分析,结果表明:土壤含盐量在0-10cm、10-30cm和30-50cm具有一致的空间分布格局,在绿洲的东部、南部和东南部含量分布相对较高,绿洲西部和西北部的含量分布偏低,而在绿洲北部和西南部,土壤含盐量具有中等水平的空间分布。人口的增长以及人类不合理的经济活动致使绿洲部分区域受人为活动影响严重,灌区地下水位上升、土壤弃耕严重,致使盐分在土壤中急剧增加,表聚强烈。因此,改变不合理的经济增长方式,研究先进的农业种植技术,有效控制人口增长速度以及制定相应的盐渍化防治措施是目前渭干河-库车河三角洲绿洲急需解决的首要问题。     

不同季节渭干河-库车河典型三角洲绿洲土壤盐分离子空间变异特征研究

[目的]对渭干河-库车河典型绿洲范围内的土壤盐分离子空间变异进行研究,以期了解该三角洲土壤离子的空间相关性,揭示季节变化对土壤8大离子分布的影响。[方法]针对目前存在的土壤盐渍化问题,以渭干河-库车和典型三角洲绿洲为研究区,运用经典统计学和地统计学相结合的方法研究了表层土壤8大离子含量的时空变异特征,绘制了土壤盐分离子的随机性和结构性的空间分布图。[结果]在研究区中所有盐分离子含量数据经K-S检验均符合正态分布,不同季节的盐分离子含量变异性不同,10月的变异性高于4月,这可能是是由于10月降雨量小于4月,盐分离子随着强蒸发被带到土壤表面,盐分离子含量高;半方差分析得出盐分离子均表现为高强度的空间自相关性,但程度有所差异;空间分布特征表明,大部分盐分离子的空间结构性都较好,但2010年4月采集土样的Ca2+和Mg2+以及2010年10月份采集土样的Mg2+均适合线性模型,所以空间结构性较差,同时也表现出研究区特有的土壤盐分分布特征,这与研究区盐渍化主要是氯化物-硫酸盐型相一致。[结论]该研究结果为渭干河-库车河三角洲盐渍化土壤的分区、改良和利用提供了理论基础。     

基于3S技术的绿洲荒漠过渡带生态环境的安全研究

本文根据生态系统内部诸因子的相关性以及绿洲与荒漠两大生态系统间的耦合机理,通过对过渡带生态环境进行时空分析与生态安全分析,计算得出了该绿洲生态环境安全程度的定量结果和生态环境演变的空间信息,在此基础上定量地分析及评价了研究区绿洲—荒漠过渡带的演变趋势,进一步提出了绿洲-荒漠过渡带生态环境安全预警系统的建立思路和利用遥感数据对其生态环境进行预警的简单方法。