基于Landsat和MODIS数据融合的农牧区NPP模拟

天山北坡是中国重要的农牧业发展基地,利用遥感数据准确获取植被净初级生产力(Net primary productivity,NPP)的时空信息,对于合理分配农牧业草地资源具有重要意义。由于受到天气影响及卫星传感器受到时间分辨率和空间分辨率的限制,获取既具有中空间分辨率、又具有高时间分辨率的遥感数据比较困难。本文基于中空间分辨率Landsat 8 OLI数据与高时间分辨率MODIS数据,采用遥感数据时空融合STARFM算法,获取中空间分辨率和高时间分辨率序列的遥感数据,以天山北坡中段区域为实验区,结合CASA模型,对区域内植被NPP进行模拟。结果表明,2016年内8个时期,融合后的NDVI数据与对应时刻的Landsat 8 OLI NDVI数据的相关系数不小于0.759,偏差在0.006 2～0.009 4之间,均方根误差在0.074～0.135之间;利用融合数据与CASA模型协同模拟的NPP具有良好的空间细节信息,NPP模拟值与野外实测值决定系数R~2为0.860 1,表明两者具有较好的相关性。本研究为多源遥感影像融合技术与光能利用率模型协同模拟NPP提供了新的思路。     

基于温湿系数的棉蚜发生等级预报模型

为实现棉蚜发生等级的预报,以新疆生产建设兵团第七师一二五团为研究区,在收集和获取该区2004—2013年气象资料和棉蚜发生数据的基础上,运用统计方法、相关性分析和多元回归分析法对影响棉蚜发生的主要气象因子进行研究,构建棉蚜发生等级预报模型。结果显示,研究区棉蚜发生发展呈现3个阶段:5—6月为发生期、7月为高峰期、8月为衰退期;温度、湿度、蒸发量、日照与棉蚜发生等级的相关系数分别是0.52、0.34、-0.06和-0.05,表明影响棉蚜发生等级的主要气象因子是温度和湿度,但二者与棉蚜阶段发生等级之间的回归拟合优度为0.55,线性相关关系不明显。探索性地融合温度和湿度构建温湿系数,以温湿系数的自然对数与棉蚜发生等级进行回归分析,发现发生期相对温湿系数的自然对数与棉蚜发生等级的回归拟合优度为0.65,高峰期和衰退期直接温湿系数的自然对数与棉蚜发生等级的回归拟合优度分别为0.89和0.91,均呈线性关系。用2014年研究区棉蚜数据验证建立的线性回归模型,整体准确率达87.5%,可满足棉蚜发生等级预报需求。     

基于SVM的加工番茄早疫病叶氮素含量光谱反演

采用支持向量机(SVM)模型,对新疆加工番茄早疫病病害植株的叶片氮素含量进行光谱反演。分析不同病害严重度的病叶氮素含量的光谱特征,发现在218~357 nm、384~587 nm、1 033~1 141 nm、1 499~2 500 nm,氮素含量与光谱反射率的相关系数的绝对值大于0.7,在227~353 nm的相关系数大于0.8,表明不同病害严重度的病叶氮素含量与光谱反射率呈强相关。利用K层交叉检验(K-CV)方法验证、优选出SR705、ND705、GMI-2、RI-half、PTEBc等5种光谱指数,作为SVM模型的输入变量;同时,分别建立线性核、多项式核、径向基核和Sigmoid核的SVM模型,通过模型拟合比较,得出最佳模型为径向基核的SVM模型。采用径向基核的SVM模型对病叶氮素含量进行光谱反演,结果表明:径向基核的SVM模型氮素含量反演的真实值与预测值的MSE为0.012 4,相关系数R为85.916%,平均相对误差为0.175,结合多光谱指数的SVM模型提高了加工番茄早疫病病害叶片氮素含量的反演精度。     

Gram-Schmidt算法与GRNN融合的加工番茄早疫病高光谱预测

加工番茄早疫病的准确预测,有助于及时采取防治措施,降低产量损失.测定加工番茄早疫病冠层光谱,对380～760 nm进行连续统去除变换,提取波段深度、波段位置、波段宽度、斜率、面积等特征参数,并对原始光谱提取红谷、绿峰、红边及相应波段位置等特征参数.利用Gram-Schmidt算法对特征参数进行成分提取,作为广义回归神经网络(GRNN)的输入变量,对加工番茄早疫病病情严重度进行预测.研究结果表明,与多元线性回归和偏最小二乘法预测模型比较,Gram-Schmidt算法与GRNN融合模型的预测精度相对较高,R2为0.843,RMSE为0.136,该方法能够对加工番茄早疫病病情严重度进行快速、准确的预测.     

天山北坡植被NPP时空格局及气候因子驱动分析

【目的】研究天山北坡植被净初级生产力(NPP)的时空格局,分析NPP与气候因子的关系,为天山北坡自然资源的合理开发利用与管理提供科学依据。【方法】利用CASA模型估算天山北坡植被的NPP,分析其年内时空变化特征,采用相关性分析法研究天山北坡NPP与气候因子的关系。【结果】(1)2015年天山北坡NPP总量为34.57 Tg C,平均值为173.34 g C/(m2·a),中西部区域NPP占天山北坡总量的82.25%,是天山北坡NPP的主要供给区,山地区域的NPP平均值最高。(2)不同植被类型的NPP差异较大,林地、耕地、草地、未利用地分别为534.47、333.47、174.20和124.18 g C/(m2·a)。(3)天山北坡NPP月总量波动在0.29~3.00 Tg C/mon,6月NPP达到一年中最大值,为7.39 Tg C/mon。草地NPP随季节的波动幅度最大,林地随季节波动幅度最小。NPP季节变化表现为夏季春季秋季冬季。(4)温度对天山北坡不同植被类型的影响大于降水。NPP的变化受气候因子驱动影响的区域占66.06%,主要集中在天山北坡中西部区域;非气候因子的影响占33.94%,主要集中在天山北坡中东部以北地区。【结论】天山北坡NPP总体上呈现西高东低的趋势,不同植被类型随季节的变化趋势不同,温度是天山北坡NPP年内变化的主要影响因素。     

PLS算法在高光谱估测加工番茄白粉病色素含量中的应用

采用传统光谱特征参数和新建光谱特征参数对色素含量进行多光谱特征参数的偏最小二乘法(PLS)估算,以此来估测加工番茄白粉病病叶色素含量,并进行精度检验。结果表明:色素含量原始光谱与反对数光谱的敏感波长分别为350～718 nm、719～839 nm和350～718 nm、728～857 nm。从传统光谱特征参数和新建光谱特征参数中选取9个光谱特征参数PSNDa、GNDVI、PSSRa、PSSRb、GM、TPMPa、TPMPb、TPMPc和TPMPd,分别构成PGP、PGT、TTT 3组对色素含量进行估测,TTT组为色素含量光谱组合最佳估测模型。     

基于NSGA-Ⅱ和GeoSOS-FLUS的喀什地区土地利用空间多目标优化

[目的] 对喀什地区进行土地资源的空间优化,为该区社会和经济的可持续发展提供理论支持。[方法] 设置了粮食安全、经济效益和生态效益(固碳量、产水量和土壤侵蚀)作为算法的多目标函数,通过NSGA-Ⅱ算法能够得到较为科学的土地利用数量结构优化,再通过GeoSOS-FLUS模型根据数量结构优化结果、自然条件和经济因素模拟土地利用空间优化。最后,通过Fragstats 4软件对优化结果进行景观格局分析。[结果] ①在3种优化结果下,GDP、固碳量、粮食产量都比未优化前多,土壤侵蚀有所降低。产水量只有在生态效益优先情况下提高了。②2005—2020年,耕地、建设用地都有不同程度的增加,水域、林地和未利用地都有不同程度的减少。③通过Fragstats 4对2020年土地利用数据、经济优先、生态优先和生态经济协调发展下优化结果进行分析。相对于优化前,3种优化结果下的香浓多样性和散布与并列指数都有所提高,斑块凝聚度和景观多样性也提高了。[结论] 6种土地利用类型在景观中呈均衡化趋势分布,草地过渡型的土地利用类型有所提高。优化后的土地资源能够较好地满足喀什地区生态可持续发展,其布局更加合理,为该区未来的土地资源的配置提供辅助决策服务。     

天山北坡土壤盐渍化光谱响应特征与动态监测的研究

土壤盐渍化是我国干旱区常见的生态环境问题。在分析不同地物和不同等级土壤盐渍化光谱特征的基础上,运用机器学习支持向量机(support vector machine,SVM)模型,以Landsat-TM和Landsat-ETM~+多光谱遥感影像和野外调查数据为数据源,分析天山北坡典型区域土壤盐渍化的变化规律和转移特征。结果表明:盐渍土壤区别于水体、沙漠和植被的最佳波段是710～900 nm;重度盐渍土壤的光谱反射率在波长为400～900 nm范围内普遍高于其他盐渍化土壤;SVM模型对1990年、2000年/2014年3期天山北坡典型区域遥感影像的分类精度达到84%以上,Kappa系数均在0.86以上,土壤盐渍化面积在1990—2000年间增加了1 032.86 hm~2,在2000—2014年间减少了1 581.84 hm~2;1990—2000年间,裸土转移为盐渍地的面积比较大,2000—2014年间,盐渍地转化为耕地和裸土的面积比较大,土壤盐渍化面积先增后减的变化波动,表明随着土地利用和农田灌溉方式的改良,新疆北疆地区土壤盐渍化程度得到了明显抑制。     

新疆棉花精准种植技术系统集成设计

作为一种新的农业微观经营管理方式,精准农业已成为农业发展的趋势之一。从新疆兵团棉花种植的实际情况出发,结合在试验区开展的精准棉花种植研究工作中采用的技术思想、方法、手段及取得的初步成果,从精准农业种植系统的农田信息采集系统、信息处理系统和实施系统3个技术环节入手,分析和评述精准农业技术体系的关键技术。然后,结合新疆农业生产自主开发及引进的系列数字农业技术软件产品,在以往精准农业关键技术研究成果的基础上,开发出基于GIS的农田资源和生产管理、土壤养分管理与变量施肥决策、农田变量灌溉决策、病虫害防治及测报等功能为一体的,适合新疆本地的精准农业技术平台,进行棉花精准种植信息系统集成软件设计与开发,可为新疆及其他地区棉花精准种植提供参考模式。     

新疆玛纳斯县域土地利用变化对景观生态系统的影响

21世纪初的玛纳斯县域土地利用面临新的政策和技术背景,采用遥感技术对2000年和2005年玛纳斯县域人类主要活动区各类景观进行对比分析,发现研究区内耕地、城镇景观面积出现大幅增长,林地、草地景观面积显著下降,"农林"、"农草"争水、争地的矛盾逐渐激化,水资源的供需处于"紧平衡"状态,区域景观生态系统的多样性、稳定性降低.分析表明导致玛纳斯县域景观生态变化的驱动因素主要包括当地气候条件的变化、农业相关政策的推行、农业节水灌溉技术的突破和农业生产合作形式的创新.