基于无人机的高寒草甸地表温度监测及影响因素研究

地表温度直接影响地表感热、潜热及辐射能量传输过程，是研究寒区植被生态水文过程的重要参数。以疏勒河源区高寒草甸为研究对象，利用无人机搭载普通及热红外相机获取6块样地植被盖度及地表温度数据，用以评估热红外相机在高寒草甸地表温度监测中的应用精度，分析高寒草甸地表温度变化特征，并结合气象因子及植被盖度数据，探究地表温度的影响因素。结果表明：热红外影像地表温度与地面实测值具有较高一致性（R² ≈ 0.75），平均误差5 ℃以内；高寒草甸地表温度在9： 00-18： 00时段内表现为快速升温达到峰值继而波动下降的趋势，观测期内（7月4日-8月17日）未表现出显著日际变化趋势；气象因子中，太阳辐射和空气温度与地表温度呈显著正相关，起到增温作用，而空气湿度抑制地表增温，表现为显著负相关；连续降水降低裸土温度，植被覆盖度与地表温度呈现出正相关变化趋势。无人机热红外遥感技术可以快速、精准获取高分辨率地表温度数据，为高寒草甸干旱监测、土壤水分及蒸散发等反演提供数据支持。     

疏勒河上游地区植被物种多样性和生物量及其与环境因子的关系

物种多样性与生物量及其环境因子的关系是生态学和环境科学领域的热点问题,而多年冻土退化的生态效应是冰冻圈科学研究的重要内容之一.因此,本研究以疏勒河上游地区21处试验样地的9种类型植被为对象,初步分析物种多样性和群落盖度、生物量及其同海拔梯度、土壤理化性质和多年冻土区活动层厚度的关系.结果表明,物种多样性与群落盖度、生物...     

基于组合物种分布模型的黄河源区鹅绒委陵菜适宜生境及其对气候变化的响应

鹅绒委陵菜(Potentilla anserina)是多年生蔷薇科草本植物,在黄河源区分布较为广泛,是青藏高原主要的野生经济植物之一。目前鲜有在区域尺度上刻画鹅绒委陵菜空间分布格局的研究,没有适宜的大范围开展高精度观测方法是主要限制因素之一。本研究利用无人机路径规划和信息提取系统(Frag MAP)于2018–2020年在黄河源区获取了> 3 000个观测样本(航拍照片)。基于高分辨率(0.55 mm)航拍照片,人工识别鹅绒委陵菜出现与否作为基础数据(即0, 1型数据集),利用BIOMOD物种分布集成预测平台,结合气候、地形、土壤3类环境数据预测黄河源区鹅绒委陵菜的分布特征,并在气候变化背景下模拟2050年和2070年源区内鹅绒委陵菜的空间分布特征。结果表明：1)组合物种分布模型能降低预测的不确定性,较好地模拟黄河源区鹅绒委陵菜的空间分布特征。2)鹅绒委陵菜在黄河源区的潜在分布主要集中在中部和东南部,影响其空间分布的主要因子为年降水量和海拔高度。3)在未来气候情景下,黄河源区鹅绒委陵菜极适宜生境面积呈先增加后降低的趋势。本研究在区域尺度上刻画了鹅绒委陵菜分布特征,为高寒草地经济作...     

高山草地植被盖度对气候变暖和人类活动的响应

高寒草地对气候变化和人类活动的干扰响应敏感,高寒草地植被盖度估算是了解高寒草地植被状况和评估退化草地修复效果的一个重要方法。目前,地面盖度估算的主要方法是数码照相法,其中基于多光谱照片的盖度提取是比较准确和高效的方法。本研究采用多光谱相机对疏勒河上游不同演替阶段高寒草地、围栏封育和翻耕补播草甸生长季内的植被盖度进行了观测,研究了气候变暖和人类活动干扰下高寒草地植被盖度的变化,同时对估算多光谱照片盖度的阈值法做了改进。结果表明,1）新阈值法的估算结果与真实值之间无显著差异（P=0.219）,而旧阈值法与真实值之间差异极显著（P=0.001）;2）处于不同演替阶段的草地类型具有不同的植被盖度,沼泽草甸最高,各草地类型盖度均在7月达到最大;3）在生产力较低的多年冻土区,围栏封育对高寒草地修复效果在短期内不明显,翻耕补播甚至会导致植被盖度进一步降低。     

基于无人机航拍和生态位模型的草原毛虫宜生区研究

受观测手段限制,目前对区域尺度草原毛虫(Gynaephora alpherakii)空间分异特征和宜生区分布尚不清楚,本研究基于无人机航拍分析系统获取祁连山国家公园青海片区高寒草原毛虫空间分异特征,结合BIOMOD生态位模型和观测样地所对应草地植被、土壤、气候和地形等环境因子,获取祁连山国家公园青海片区历年草原毛虫生态位,划分草原虫害宜生区。结果表明：所有野外观测样点中,草原毛虫空间分布异质性较大,其出现的观测样点占所有观测的5.77%,不同监测点总数为1～2 046头,同一监测点内为0～136头。所有生态位模型中,RF模型对草原毛虫生态位模拟精度最高,Kappa系数、TSS和AUC分别为0.6、0.75和0.93。草原毛虫一级到三级宜生区面积较小(占总面积的14.68%),主要分布于研究区中东部,四级和五级宜生区面积较大(占总面积的85.32%),主要分布在研究区西部。无人机航拍技术高效地提供了草原毛虫空间分布研究的基础数据,可为进一步定量认识草原毛虫的生态学地位及虫害预警、防控措施的制定提供理论和实践基础。     

翻耕对半干旱区高寒草甸地表水热条件的影响

通过对青藏高原东北缘半干旱盆地退化高寒草甸地表观测资料的分析,研究了土壤含水量、地表温度和植被盖度之间的相互关系,分析了翻耕所导致的地表植被破坏和土壤属性的变化对高寒草甸的影响。结果表明:1）较高植被覆盖区域内土壤含水量较高;2）降水后,较低植被覆盖区域内地表温度较低,地表蒸散量较大;3）在长时期缺乏降水的情况下,较低植被盖度区域内地表温度较高,土壤含水量偏低。以上结果说明,翻耕后导致的地表植被破坏和土壤属性变化,会导致翻耕区内地表蒸散偏大,更容易出现土壤水分不足的现象,不适合半干旱区高寒草甸群落的恢复。因此,采取增加灌溉或者免耕补播等不破坏地表植被的补播方式,可能更适合该地区内的植被恢复。     

高寒草地植被盖度估算及其与冻土的关系

植被覆盖度（盖度）是水文、生态、气象等研究中的一个重要因子,目前目估是野外获取盖度的传统方法。本研究利用多光谱相机拍摄的相片,分析每一个像元的归一化指数,区分植被和土壤,以获取盖度,并与目估法进行对比,评估两种方法的优缺点。结果表明,目估盖度具有较大的主观性,而多人平均值具有一定的参考性;利用多光谱相片能够快捷准确地获取盖度;归一化植被指数取0.4作为阈值较理想;利用阈值的方法区分植被和土壤需要像元所代表的空间尺度不能超过0.2 cm。分析疏勒河上游地区盖度和多年冻土分布的关系发现,多年冻土区盖度显著高于季节冻土区和过渡区(P<0.01)。     

TRMM数据应用于降雨量和降雨侵蚀力估算的适宜性研究

USLE/RUSLE模型的模拟精度在很大程度上依赖于各个土壤侵蚀因子的准确估算,降雨侵蚀力因子R作为其最重要的因子之一,由于降雨实测资料不足而使其计算精度存在偏差.TRMM数据已被广泛应用于降雨数据估算,为解决这一难题提供了新的思路.文中基于2008 ～ 2009年TRMM 3B42数据集,采用已有计算方法,对我国2008 ～ 2009年降雨量和降雨侵蚀力进行了估算.并根据2008年实测降雨量以及已有研究成果对估算结果进行了对比分析和验证.结果表明:1)基于TRMM数据的降雨量估算值与实测数据具有较好的一致性,能够很好地反映降水变化过程,但与实测值之间仍存在一定偏差.2)2008年各月降雨量估算值与实测值之间的Nash-Sutcliffe系数E与均方根误差RMSE表现出相反的季节变化.3)多年平均R值与2008年和2009降雨侵蚀力估算值之间的相关系数分别为0.85和0.76,表现出较好的一致性.4)由于数据本身的局限性,TRMM数据对某些地区某些时段的降雨侵蚀力估计值普遍偏高.     

高寒草甸生长盛期CO2交换特征对欧拉羊短期放牧的响应

以甘肃玛曲试验站的高寒草甸为研究区域,2014年8月采用LI-8150土壤碳通量观测系统和LED灯模拟饱和光合潜力,观测对照、轻牧、重牧3个放牧梯度下的生态系统潜在净生产力(potential net ecosystem productivity,NEP_(pot))及生态系统呼吸(ecosystem respiration,Re)。结果表明,1)对照、轻牧、重牧3个处理的NEP_(pot)日变化均呈先升高后降低的变化特征,且不同时间NEP_(pot)大小均呈现出对照轻牧重牧(P0.05);Re及总初级生产力(potential gross primary productivity,GPP_(pot))有相似的变化特征;2)8月的NEP_(pot)、Re、GPP_(pot)出现逐旬降低的变化趋势;3)8月底,轻牧、重牧组地上生物量分别比对照组低24.88%、47.69%(P0.05);4)地上生物量对放牧响应的敏感性均大于GPP_(pot)、NEP_(pot)及Re(P0.001),NEP_(pot)、Re、GPP_(pot)与日均温呈正相关(P≤0.001),与5 cm土壤湿度呈负相关(P0.01)。因此,随放牧强度的增加,地上生物量的减少,高寒草甸生态系统NEP_(pot)、Re、GPP_(pot)逐渐降低。