基于格点资料的1961−2018年中国霜冻灾害时空变化规律

以1961−2018年长时间序列的格点化气象数据替代以往研究中站点数据,通过趋势分析和聚类分析等方法,研究中国区域内适合格点数据的霜冻辨识阈值、霜冻发生时间及霜冻强度的时空变化规律,以在气候变化背景下合理利用气候资源,降低霜冻灾害给农业生产造成的损失。结果表明：（1）日最低气温0℃相比日最低气温2℃作为阈值辨识初/终霜冻和无霜期的空间分布更加合理。（2）1961−2018年中国大部分地区初霜冻日期推后（1～3d·10a−1）,终霜冻日期提前,无霜期增加（1～3d·10a−1）。（3）不同强度的霜冻年累计发生次数在中国北方有微弱增加态势,在南方呈现明显的减少趋势。其中,晚霜冻不同霜冻强度年发生频次高于早霜冻。（4）以霜冻日期和霜冻发生频数为标准进行中国霜冻灾害区划,全国可分为亚热带、暖温带、中温带、寒温带和青藏高原5个分区。其中,以青藏高原不同霜冻日期变化最为剧烈。整体上,中国区域的气候变暖对于霜冻灾害的发生在时间、空间和强度上有明显的减弱效果。     

基于RS的区域土地利用空间结构特征分析

为了定量分析邯郸市土地空间结构在空间上的分异规律,采用区域土地利用类型多样化程度指数、土地利用程度综合指数、生物丰度指数及植被覆盖指数,从土地利用景观及生态结构2方面着手,借助1 km×1 km网格进行空间表达,阐述了2006年邯郸市土地利用空间结构特征。结果表明：2006年,邯郸市土地利用类型齐全,土地利用/覆盖多样化指数和土地利用程度指数呈现从中部及东南部向四周辐射状降低的趋势;邯郸市土地利用结构呈现出林地聚集分布于西部山区,耕地呈环绕状分布于东南部地区,城镇住宅用地呈饼状分布,农村住宅用地呈现星罗点状分布,交通用地呈现条带及换代分布等特征;邯郸地区生物丰度指数及植被覆盖指数分布具有空间一致性,同时呈现出从中部城镇聚集区向四周边缘地区递减的趋势。     

地块尺度的山区耕地精准提取方法

山地丘陵区域耕地资源稀缺,耕地碎片化现象严重,耕地地块细小狭窄且结构复杂,导致了地块级别的耕地信息难以快速、精准获取,阻碍了基于高分辨率遥感影像的精准数字农业服务在山地丘陵地区的应用。现有基于边缘检测/语义分割的耕地提取方法忽略了地块的结构化特征,对于狭长地块提取效果不佳,存在边界模糊问题。针对上述问题,该研究以西南山区湖南省邵东县为研究区,提出一种面向地块尺度的山区耕地遥感影像高精度提取方法。该研究模型主要有以下特征：1）将耕地边缘作为独立于耕地地块外的新类别,使得语义分割能够更好地区分耕地地块边缘和内部区域;2）级联语义分割网络和边缘检测网络,实现耕地边缘线特征和面特征的融合,使耕地边缘特征强化,提高耕地地块边缘检测精度;3）针对高分影像中耕地边缘像素远少于耕地内部像素问题,借助聚焦训练方法,使模型在训练过程中更加关注边缘像素,提高边缘检测精度。试验结果证明,该研究提出的方法在测试集上分类准确率和交并比分别为92.91%和82.84%,相比基准方法分别提升4.28%和8.01%。该研究所提取的耕地地块相比于现有方法更符合耕地的实际分布形态,为地块尺度的耕地信息精准提取提供了实用化方法。     

锡林郭勒盟不同草原类型EVI的时空变化及其对气候的响应

基于2000–2014年锡林郭勒地区的MODIS/EVI数据,辅以时间序列谐波分析法(HANTS)、最大值合成法,在此基础上结合气象数据,利用趋势线分析和相关性分析等方法,探究2000–2014年锡林郭勒盟不同草原类型时空变化及其对气候的响应情况。结果表明,1)锡林郭勒盟各类型植被EVI值从5月开始增长,7、8月达到峰值。温性草原化荒漠类、温性山地草甸类和沼泽类植被呈降低趋势,而其他类型植被呈上升趋势。2)锡林郭勒盟大部分区域的植被无明显变化,位于中部、南部、西南部、二连浩特、苏尼特左旗、东乌珠穆沁旗和西乌珠穆沁旗等区域的温性草原类、温性荒漠草原类、温性草甸草原类、高寒草原类、温性荒漠类等植被呈现出缓慢改善的变化,而位于西乌珠穆沁旗东部的温性山地草甸类和东乌珠穆沁旗中部的沼泽类植被呈轻度退化趋势。3)植被EVI主要受平均气温、降水量、平均相对湿度、日照时数的正向调控,受平均风速的制约影响。此外,低地盐化草甸类、改良草地、温性草原类、温性荒漠草原类EVI与气象因子的相关性较高,高寒草原类EVI与气象因子的相关性较低。总体上,2000–2014年锡林郭勒植被状况保持稳定并有所改善,气象因子中的平均气温与各类型植被变化关系密切。     

2000—2020年漳河上游生态环境质量动态监测及驱动因素分析

[目的]探究漳河上游生态环境质量时空变化特征及其驱动因素,为该区域生态环境建设与治理提供科学依据。[方法]优化重构2000—2020年漳河上游Landsat影像,基于遥感生态指数(RSEI),引入坡度(slope)、归一化山地植被指数(NDMVI)、颗粒物浓度(DI)3项指标,构建考虑地形和颗粒物影响的改进型遥感生态指数(advanced RSEI,ARSEI)模型,辅以多种空间分析和统计方法对研究区生态环境质量进行定量评价。[结果](1)ARSEI具有较好适用性,能够准确地表征漳河上游生态环境质量状况。NDMVI对ARSEI影响最大,DI最小。(2)研究区生态环境质量整体呈“西南差、东北优”的空间格局,等级以较差和中等为主;研究期内,35.94%的区域表现为改善,并以改善1个等级为主,其中2010—2020年改善最为显著,变化格局呈“整体稳定,局部改变”的特点。(3)不同类型因子的影响力排序为：模型因子>地形因子>气象因子>社会因子>经济因子;所有影响因子均表现为协同增强作用,NDSI,NDMVI和slope的共同作用下对ARSEI空间异质性的影响最大。[结论...     

基于深度学习与融合地形特征的黄土陷穴面向对象提取方法

黄土陷穴作为黄土高原地区一种特殊的地貌类型及地质灾害,其研究对指导黄土地区水土保持与工程建设工作具有重要意义。现阶段对陷穴的研究多基于传统野外调查,该方式成本高、效率低。为此,该研究开展面向对象与卷积神经网络（Convolutional Neural Networks,CNN）相结合的黄土陷穴自动化提取方法研究,并讨论融合地形特征对CNN模型提取精度的影响。研究选取黄土陷穴发育的典型区域,基于WorldView3遥感数据与ALOS高程数据,通过莫兰指数与灰度共生矩阵熵值确定影像的分割尺度,以面向对象的方式提取黄土陷穴的光谱、形状、纹理以及地形特征,制作融合地形特征与未融合地形特征的两类训练样本,进而训练两种CNN模型对同一区域内黄土陷穴进行提取,根据精确率、召回率以及F1分数评价模型的提取精度、分析对比两种CNN模型的提取结果,并建立支持向量机（Support Vector Machine,SVM）模型与CNN模型进行比较。研究结果表明,融合地形特征进行训练的CNN模型精确率达94.62%,召回率达86.27%、F1分数达90.26%,综合提取性能最好,相较于未融合地形特征训练的CNN模型,黄土陷穴的错分量大大减少,精确率提升18.10个百分点,F1分数提升9.15个百分点;两种CNN模型F1分数均达80%以上,比SVM模型分别高出6.94个百分点,16.09个百分点,提取结果均优于SVM模型;综上,融合地形特征的CNN模型可快速、精确地提取黄土陷穴,从而为黄土地区陷穴防治工作提供支持。     

基于证据理论的多源遥感产品土地覆被分类精度优化

针对现有土地覆被遥感产品及融合方法存在的不足,该文提出了一种新的分类体系转换方法,实现了证据理论(Dempster-Shafer)框架下多源产品的集成,并以GEOWIKI、林业调查数据为参考,通过绝对及交叉验证方法对融合结果精度进行了评价。研究结果表明:无论总体精度还是类别精度,融合结果与原始数据相比均有一定提高,说明在融合过程中,吸收了多源数据的类别分布特征,做到了多源数据间的互补。通过融合结果的不确定性分析,总体上融合结果的不确定性较小,但在景观异质性较强区域,融合结果的不确定性显著,不确定性值集中于0.4~0.7之间,这说明如何提高景观异质性区域的土地覆被类别精度,实现该区域数据重构是未来亟需解决的问题。该文所得成果为未来全球或区域尺度土地覆被遥感产品的研制及产品精度验证提供了参考。     

冀南土地利用变化对区域生态服务价值的影响分析

以1997年和2007年LandsatTM影像解译数据为基础,根据Costanza、谢高地等人对全球生态系统服务价值的测算方法,分析了邯郸市土地利用/覆盖变化及其所引起的区域生态系统服务价值的变化。结果表明:(1)1997-2007年研究区的土地利用变化十分明显,其中耕地面积减少了414.90km2,林地面积增加了644.33km2,草地面积减少了602.51km2,建设用地增加了252.37km2,水域减少了121.99km2,未利用地增加了178.81km2;(2)区域生态系统服务价值在1997-2007年10a间呈下降态势,根据Costanza、谢高地、段瑞娟等提出的生态系统服务价值系数计算分别下降了1.2,9.7,27.1亿元,生态环境质量下降,处于不可持续发展状态。     

我国区域多源土地覆被数据生态系统服务价值比较研究

生态系统服务价值是生态保护、生态功能区划、自然资产核算和生态补偿决策的依据和基础。以谢高地提出的我国区域生态系统服务价值计算方法为依据,从生态系统类型价值、生态服务类型价值2个方面对比分析3种土地覆被遥感数据的差异。结果表明,3种土地覆被数据在生态系统类型价值方面存在较为明显的差异,ESACCI(European space agency climate change initiative,简称ESACCI)的阔叶林和灌木丛的生态服务价值最高,MODIS COLLECTION5(moderate resolution imaging spectroradiometer collection5,简称MODIS COLLECTION5)的混合林和草原的生态服务价值最高,GLOBCOVER的针叶林的生态服务价值最高;除气候调节及水文调节外,3种数据的生态服务类型的服务价值差异较小,尤其食物生产、材料生产及水源供给3种服务类型的服务价值比较接近。研究成果将为我国区域用户合理选择数据进行生态系统建模提供一定的参考,也为未来大尺度生态系统类型制图提供一定的研究方向。     

1965—2015年海河流域干旱时空变化特征分析

基于海河流域1965—2015年月降水和气温数据,利用标准化降水蒸发指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI）、Mann-Kendall检验和经验正交函数(Empirical Orthogonal Function, EOF)分析等方法,分析海河流域干旱时空特征。结果表明：1）就时间变化来看,年、春、夏季SPEI序列呈干旱化趋势,秋季呈湿润化趋势,仅夏季干旱变化通过了0.05显著性检验。年、季干旱发生频率表明春旱显著,各年代干旱站次比表明近51年来干旱范围有所增加。2）就空间变化来看,中等干旱在年、夏季集中于永定河系的东部、大清河系及北三河系,春、秋季集中于滦河河系、大清河系及漳卫河系的西部;轻度干旱在年、春、夏季集中于滦河河系、北三河系、大清河系,秋季集中于永定河系、子牙河系及漳卫河系。年、春、夏季在流域范围内呈干旱化趋势,秋季在永定河系、大清河系、北三河系及滦河河系呈湿润化趋势。3）就空间模态来看,近51年来海河流域第一模态的年、季主要时空分布型为全流域一致型,第二模态的年、夏、秋季主要时空分布型为南部—北部反向分布型,春季呈西北部—东南部反向分布型。