叶面滞尘量对大叶黄杨光谱特征影响研究

  目的  叶面滞尘会影响植被光谱特征，削弱植被指数对植被的响应能力，影响反演评估的准确性。为探究叶面滞尘量对植被光谱响应特征及预测模型的影响，本文以北京市常见常绿绿化树种大叶黄杨为研究对象展开研究。  方法  从封闭区域、半封闭区域、开放区域，采集叶片样本，并收集环境灰尘。通过室内控制试验，利用ASD FildSpec Handheld光谱仪测量不同滞尘量叶片的高光谱数据，选取5个特征波段，通过光谱角的方法研究了叶面滞尘量对叶片光谱特征的影响，以及滞尘量对叶面滞尘量预测模型的精度和稳定性影响。  结果  随着叶面滞尘量的增加，植被光谱曲线特征逐渐减弱，灰尘的特征逐渐增强，但光谱曲线的总体变化趋势基本一致。当叶面滞尘量 > 120 g/m2时，光谱曲线的基本表现为灰尘的光谱特征。当叶面滞尘量较少时，预测模型的模拟精度相对较高，随着滞尘量的增加，所有模拟预测模型的决定系数均减小；当叶面滞尘量 > 120 g/m2时，预测模型对叶面滞尘量的模拟预测能力将更差，并且均方根误差（RMSE）随着叶片单位面积滞尘量的增加而增大，模拟预测模型的稳定性及预测精度逐渐降低。光谱角对滞尘叶片350 ~ 1 770 nm波段区间的光谱变化十分敏感，利用叶片光谱角检测滞尘程度不需要分区域讨论，只需与阈值做简单的比较，方法简便易行。  结论  本研究通过室内控制试验，研究叶面滞尘量对植被光谱响应特征，可为建立滞尘植被光谱反射物理模型提供参考与借鉴。      

基于GIS与RS的北方防沙屏障带生态系统格局演变

研究北方防沙屏障带生态系统格局演变特征,对加强屏障带建设、改善生态环境具有重要意义。以北方防沙屏障带为研究区,根据2005、2010、2015年MODIS遥感影像,将北方防沙屏障带生态系统类型划分为森林、草地、湿地、农田、城镇、荒漠和裸地7类。采用空间统计、转移矩阵、景观指数分析法、PNTIL模型等方法,对北方防沙屏障带2005—2015年生态系统类型时空演变特征进行分析。结果表明,2005—2015年北方防沙屏障带生态系统整体呈稳定状态;从分屏障带看,内蒙古防沙屏障带荒漠面积明显减少,塔里木防沙屏障带森林面积迅速增加,而河西走廊防沙屏障带草地面积明显增加;从正/逆转换方向来看,屏障带内农田、城镇、荒漠及裸地生态系统正向转换率高于逆向转换率。10年间,在景观水平上,北方防沙屏障带斑块数量、斑块密度呈减少趋势;在类型水平上荒漠景观整体呈现破碎化萎缩的趋势特征,森林、草地向形状简单化的方向发展。研究表明,2005—2015年,北方防沙屏障带生态总体向好,治沙效果明显,但局部仍面临较大压力。     

北京市永定河沙地不同土地利用类型风蚀规律研究

选取北京市永定河沙地4种不同土地利用类型(耕地、林地、荒草地、河滩地)作为试验地,对不同下垫面的起沙风速、下垫粗糙度、输沙量、风沙流结构、土壤机械组成、土壤风蚀量进行研究。结果表明:1)不同利用类型起沙风速及粗糙度大小顺序为:林地>荒草地>耕地>稀疏荒草地>河滩地;2)不同下垫面在相同风速时的输沙量明显不同,近地面0～20cm随高度增加输沙率逐渐减少,不同下垫面的风沙流结构垂直分布明显不同;3)河滩地和稀疏荒草地的机械组成主要以细沙为主;耕地、林地、荒草地主要由细沙、极细沙以及粉沙组成。4)不同利用类型在相同时间内风蚀量与风积量不同;5)建议对区域风沙治理主要从两个方面进行:提高未利用地的植被覆盖度;改变农业耕作技术措施。     

基于IL-HMMs预测模型的地下水埋深预测研究

以西北干旱典型县域磴口县为研究区,基于增量学习的改进隐马尔可夫预测模型(IL-HMMs),对区域地下水埋深进行了预测研究。为检验IL-HMMs模型预测效果,将模型预测结果与2013年长观井的实测数据进行了比较;同时为检验模型的优劣性,与未经增量学习的隐马尔可夫模型(HMMs)、加权马尔可夫链(WMCP)和BP神经网络(BP neural network,BPNN)预测模型的预测结果进行了比较。结果表明:与其他几种预测模型相比,IL-HMMs模型预测精度显著提高,误差更小,有较好的鲁棒性。并使用IL-HMMs模型对2018年地下水埋深进行了预测,预测结果表明,2018年地下水年平均埋深略有增加、局部区域地下水埋深增量加剧。基于IL-HMMs模型的地下水埋深预测具有很好稳定性的同时对新数据加入又有很好的鲁棒性,可为地下水埋深动态预测提供思路与方法补充,为区域地下水资源开发利用和保护提供重要依据。     

不同农垦地下垫面对风蚀起沙风速的影响分析

以新疆塔里木盆地垦区为例,研究不同地表粗糙度下垫面对风蚀起沙的临界摩擦速度和起沙风速的影响。根据Shao的方法计算不同下垫面起沙风速,结果表明:塔里木盆地垦区所选的小麦、棉花、红枣这3种地类2m高度临界摩擦速度(u*t)分别为棉花地0.40m/s,红枣地0.43m/s,小麦地1.85m/s;2m高度临界起沙风速(ut)分别为棉花地5.3m/s,红枣地5.7m/s,小麦地7.5m/s,小麦地较其他2种地类更具有抵抗风蚀的作用。     

永定河下游沙地风沙活动典型分析

本研究以永定河河滩流动沙地为对象,通过对永定河河滩流动沙地及周边稀疏草地的风沙流活动、粗糙度、沙丘运移等的定位与半定位试验观测,对永定河河滩流动沙地的风沙流活动规律进行研究,并对该地区风沙流活动的影响因子进行了分析。结果表明,河滩地下垫面风沙流特征存在显著的差异,下垫面覆盖物不同时地表粗糙度也不同。     

基于多源数据的村域撂荒驱动力分析及模型模拟

耕地撂荒受多重驱动力影响,从多重驱动力中梳理出主要驱动力、次要驱动力或伪驱动力,对撂荒地的研究和管理有重大意义。本研究以内蒙古和林格尔县为研究区,采用高分遥感数据(哨兵二号、资源三号、高分一号)结合土地变更调查数据,利用联合变化检测方法提取撂荒地,提取结果的总体精度为97.6%。在此基础上,结合村干部的问卷调查数据,设计了可能影响区域撂荒的9个自变量。将70个样本村分为训练集(50个)和验证集(20个),用多元线性模型对训练集进行逐步回归,最终进入模型的4个自变量为常户比、地形、耕村比、城市距离。该模型的调整R方为0.811,验证集的预测值与真实值拟合效果良好,说明模型对村域撂荒驱动力的解释能力较强,输出结果较为稳定。模型模拟认为,村域撂荒主要驱动力为村庄地形、人口流失程度、农垦程度和城市距离;次要驱动力为地表水资源;伪驱动力为村庄海拔、乔木林覆盖率、人均收入和小农机普及率。本研究可为判别区域撂荒驱动力、定向提升撂荒地管理提供依据。     

基于GIS的土壤风蚀模型软件构建

针对当前土壤风蚀监测的实际需求,提出基于GIS技术构建土壤风蚀模型软件的思路和方法。该软件基于DTGIS核心服务平台,以C#为主开发语言,Silverlight为界面开发工具,采用轻型数据库SQLite进行数据存储;该软件可为用户提供GIS查询功能、站点数据管理、风力因子计算、土壤侵蚀模数计算、土壤侵蚀强度分级、时间分析、空间分析等功能服务,支持远程客户端连接和多点同时上传数据;同时,该软件将风蚀模型与GIS系统有机地集成到一起,不仅支持风蚀运算过程的交互,而且可以直接将模型运行结果显示在软件中;软件亦可以制作土壤侵蚀模数专题图、土壤侵蚀强度分级专题图、时空分析图,实现土壤风蚀数据系统化管理和数据可视化管理,为评价土壤风蚀的危害提供科学依据。     

基于Hadoop的区域土壤侵蚀强度计算GIS设计与实验

在开源分布式计算框架Hadoop的基础上,选择大凌河流域为研究区,构建降雨侵蚀力、土壤可侵蚀性、坡长等土壤侵蚀因子栅格数据分布式存储策略,利用MapReduce编程模式设计实现通用水土流失方程RUSLE的算法程序进行土壤侵蚀强度计算,并扩展Geoserver的栅格文件读取功能,增大对HDFS栅格文件的读取支持,实现土壤侵蚀强度计算结果的快速发布。结果表明,该系统可实现大数据量、高分辨率土壤侵蚀因子栅格数据的区域土壤侵蚀强度快速计算,可较好满足区域土壤侵蚀预测预报的时效性要求;程序运行过程中计算任务本地化效果明显,显著降低了计算过程中的网络传输压力,网络使用率约22%,且系统性能可通过增加计算节点进一步提升。本研究可为大数据量、高分辨率栅格数据下区域土壤侵蚀强度计算及发布GIS设计开发提供指导,为大凌河流域土壤侵蚀监测提供科学依据。     

单木材积内外业一体化测量系统的研究与探索

以测树学、图像处理技术和传感器技术原理为理论基础,研发了一种单木材积内外业一体化测量系统。系统由便携式测树超站仪和内置自主开发的数据后处理程序组成,测量时通过获取方位角、倾角及单木影像信息等参数,结合数据后处理程序进行单木材积计算生成结果,实现了便携式测树超站仪内外业一体化的构想。对系统的测量精度进行了验证,结果显示,该系统平均精度高达94.4%,能较好地满足单木材积测量的要求,可以解决部分林区因调查难度高无法测量材积的问题。此外,该系统便捷且高效,是单木材积测量精准化与智能化的有益尝试。