绿洲景观多季相特征的线性光谱混合分解方法研究

因干旱、半干旱区生态环境的脆弱性和社会经济的干扰,区域景观季相间具有显著变异,但该类区域季相景观异质性研究相对薄弱。加上遥感数据空间分辨率的约束,表征荒漠化状态的异质性景观特征以一定程度的混合像元存在,传统的景观信息提取方法具有一定的局限性。以甘肃省民勤县为例,进行了荒漠化异质性季相景观特征的线性光谱混合分解方法研究,包括端元类型确定,多季相代表性端元选择和光谱值优化等关键步骤。结果表明,多季相线性光谱混合分解模型考虑了端元在季相之间的可比性和分解结果的物理意义,可以直接进行物理解译,有效模拟民勤绿洲的景观要素分布,多季相端元丰度可以描述各类端元的季相变异,为土地荒漠化监测评价提供保障。     

川中丘陵区涪江流域土壤矿质氮空间分布特征

采用GPS、地统计及地理信息系统（GIS）相结合的技术和方法研究了川中丘陵区涪江流域土壤矿质氮含量的空间分布特征及其影响因素。结果表明,研究区内土壤硝态氮（NO3^--N）和铵态氮（NH4＋-N）含量分别为（79.21±24.34）mg·kg^-1和（8.89±2.47）mg·kg^-1,在不同土壤类型中,土壤硝态氮和铵态氮含量存在极显著差异（P〈0.01）。土壤硝态氮含量以许家沟和中河沟区域为中心向北部和南部递增;土壤铵态氮含量以赵家湾、中河沟和任家沟为低值中心（〈8.00mg·kg^-1）向两旁逐渐增加。从低海拔到高海拔土壤硝态氮含量呈先增加后降低的趋势,土壤铵态氮含量持续降低;在丘体下部和平坝土壤中硝态氮和铵态氮含量均高于其他3种地形土壤中其含量;土壤硝态氮在不同坡度中均值比较为缓坡地〉坡地〉陡坡地〉平地,从平地到陡坡地土壤铵态氮含量呈显著降低趋势;土壤硝态氮含量在小麦与其他作物轮作方式中明显低于油菜与其他作物轮作方式中其含量,土壤铵态氮则相反。     

北京耕作土壤重金属多尺度空间结构

为了有效揭示土壤重金属的空间分布特征,为土壤环境质量评价提供科学依据,该研究以北京市耕作土壤中重金属为例,通过地统计学方法分析了重金属空间结构的尺度效应。研究结果表明：土壤重金属Cr、Ni、Zn和Hg的空间结构性对空间尺度有明显的依赖,理论半方差函数的最优性检验进一步表明多尺度套合模型能充分地挖掘和利用土壤重金属Cr、Ni、Zn和Hg的空间变异结构,并且采用多尺度套合模型法对重金属Cr、Ni、Zn和Hg进行克里格插值,其插值效果明显优于单一尺度下的普通克里格插值。因此,多尺度套合模型法能有效地揭示耕作土壤中重金属的空间分布特征。     

基于动态统计规则和景观格局特征的土地利用覆被空间模拟预测

土地利用覆被及其变化是一个区域土地资源可持续利用的状态信号。该文建立依据马尔柯夫链模型和最大似然概率原则的统计概率模型，将景观格局特征利用类别共生概率矩阵表达在模型中，其次采用动态统计来考虑不同位置处模型参数的局部化。通过在北京山区初步验证，考虑景观格局特征，模拟结果总精度提高2.4%，Kappa系数提高0.045。随估计参数局部化，模拟精度大幅度提高，总精度提高到90%以上。结果表明：该土地利用覆被模拟模型是可行的，具有所需要基本数据非常简单优点，免除数据收集处理以及关系量化困难等问题。     

基于遥感的区域蒸散研究进展

以基于遥感的区域蒸散研究发展为主线，根据国内外最新研究进展介绍了剩余法、遥感反演的指数和P-M公式结合计算的方法。重点对剩余法中的3种模型：单层模型、双层模型和多层模型进行了阐述，为区域蒸散的研究提供了借鉴。通过对不同模型优缺点和适用范围的比较以及一些问题解决方法的描述得出：基于遥感的区域蒸散研究理论发展已经比较成熟，今后应加强模型在实际应用中的完善和发展。     

冬小麦冠层表面温度裂窗算法的筛选与土壤含水率监测

NOAA气象卫星的两个热红外通道可以用来反演地球表面温度，而地球表面温度可用于监测土壤含水率。该研究于2002年冬小麦主要生育期，应用9种裂窗算法反演了邯郸地区的地表温度，并用这一时期冬小麦地面观测的冠层表面温度进行验证，结果表明：9种方法中，UL92法比较适合邯郸平原区地表温度的反演，平均误差为-0.27℃，标准误差为2.66℃；并建议：对于山区和丘陵地带，如能使裂窗算法结合数字高程模型(DEM)，也能使山区和丘陵地带的地表温度反演精度提高，最后以地面试验基础上所建立的冬小麦地表温度与土壤含水率间的回归拟合经验方程为基础，用UL92法反演的地表温度监测不同土层的土壤含水率，这是一种利用热红外遥感监测区域剖面土壤含水率的新方法的尝试，证明地面基础试验所建立的经验方程与遥感数据结合能监测区域土壤剖面的土壤含水率。     

基于NDVI-Ts特征空间的冬小麦水分诊断与长势监测

综合利用NOAA气象卫星4个波段的信息,来证实NDVI-Ts特征空间是否可用于作物的水分亏缺诊断以及监测作物长势.该文在N0AA17/AVHRR数据基础上,利用其1和2通道的数据计算了NDVI,利用4和5通道数据采用优选出的UL92裂窗算法反演了Ts,以邯郸地区为例计算了其植被供水指数(NDVI/Ts)并用NDVI-Ts二维特征空间分析该区冬小麦长势的情况.结果表明:NDVI/Ts基本能诊断邯郸地区冬小麦关键生育期(拔节和灌浆)的水分亏缺状况:NDVI-Ts二维特征空间表证了在各生育期冬小麦地的NDVI和Ts呈反比线性关系,而裸地二者没有相关性,证明了NDVI-Ts特征空间确实是研究作物水分亏缺和长势监测实用的理论方法.     

民勤绿洲农业系统变化的协整分析

采用协整分析的方法,基于1956—2008年长时间序列数据,分析了近50年内民勤农业生产系统(作物和牲畜)和环境系统在土地退化条件下的变化规律,并通过建立向量误差修正模型(VECM)和Granger因果检验方法,进一步探寻了民勤农业各子系统间的相互作用关系及系统长期均衡关系和短期波动状态。研究表明:(1)在土地退化的条件下,民勤农业生产系统和环境系统之间依然存在一个长期的均衡状态,虽未使民勤农业系统在土地退化的影响下崩溃,但却存在过度种植放牧、水资源短缺、土地退化之间的恶性循环;(2)民勤绿洲农业各子系统围绕长期均衡态还存在短期的波动,其中天气条件(沙尘暴次数)和地下水资源(机井数)开采调整回均衡态的贡献显著,向量误差修正模型前系数绝对值分别为0.9129和~(-1).2583,远远大于其他指标;在对荒漠化地区进行监测时,应当优先选择沙尘暴天气数和机井数等指标;(3)Granger因果检验结果表明,羊只存栏数和地下水资源(机井数)开采是沙尘暴次数的Granger原因。畜牧业的发展,超过草场的自然承载能力,风蚀现象加重。地下水严重超采,导致地下水位急剧下降,矿化度增加、地表植被大面积死亡,导致沙尘暴灾害加剧。因此,可以通过减少放牧和有效管理地下水资源来实现研究区的荒漠化防治。     

密云水库上游白河磷浓度时间序列的傅立叶与小波分析

 【目的】分析密云水库上游流域水质长期监测数据,获取流域水质时间格局特征。【方法】以密云水库上游白河上的S1和S2监测点总磷（TP）浓度1986—2003年时间序列为例,采用时域分析、傅立叶和小波分析等方法对比来综合揭示磷污染物的周期模式以及时间格局特征。【结果】S1和S2监测点时间序列不存在自相关性和异方差性,不适合用时域方法进行水质的时间演化规律的研究。傅立叶分析得到两个监测点的隐含周期,S1和S2都有6年的周期模式,S2还包含一个2年左右的周期行为。小波分析得到了不同尺度的时间格局特征,S1和S2点都有中尺度的周期格局特征,S2点还有小尺度的周期格局特征。【结论】傅立叶分析和小波分析这两种方法都可以应用在水质的时间演化规律的研究中,傅立叶分析方法比较粗糙,而小波分析方法以其多尺度、时频相结合的特点为研究水质时间特征的演化提供了更精细的方法。     

利用光谱混合分解模型分析GF-6新增波段对土地利用/覆被的响应

当前面对紧迫的自然资源管理压力和生态环境监测需求,针对国产遥感卫星大数据应用能力的挖掘将面临很大的挑战。GF-6卫星具有大角度、高频次和新谱段的特点,该文基于GF-6卫星数据,测试新增的红边、黄光和紫光波段响应能力。利用具有物理意义的全约束线性光谱混合分解模型,根据研究区物候特征确定四端元包括植被(GV),裸地和建设用地等基质(SU),山体植被阴影(DA)以及水(WA),通过对比保留红边、黄光波段、紫光波段和去除红边、黄光、紫光波段后的分解结果,对各新增波段和GV端元、SU端元、差均方根(RMSE)进行相关性分析;最后对比光谱混合分解结果和基于专家知识决策树分类结果。通过对比丰度值估计参数和决策树分类结果发现红边波段对植被较为敏感,对光谱混合分解模型的适用性、稳健性以及丰度值估计精度有着很大贡献,黄光波段和紫光波段经过数据降维后对植被和裸地、建设用地有少量贡献。通过相关性分析发现红边2波段、近红外波段与GV端元丰度图有最大的相关性,紫光波段、黄光波段和红边1波段与GV端元反向相关;红边1波段、紫光波段和黄光波段与SU端元丰度图显著相关;红边1波段和黄光波段对丰度值计算误差有主要贡献,是主要的噪音来源,紫光波段次之。通过对比GF-6数据和OLI、Sentinel-2数据丰度值估计结果发现GF-6丰度值估计的均方根误差以及除了WA端元的各端元丰度值估计变异系数均小于OLI和Sentinel-2载荷,体现出CF-6卫星在地表信息识别上较高的精度和稳健性。