结合无人机光谱与纹理特征和覆盖度的水稻叶面积指数估算

为了探究无人机多指标构建叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)估算模型的能力,该研究通过不同纹理组合方式优选纹理指数,分别以光谱特征、纹理指数和作物覆盖度作为输入量建立一元线性模型,3类指标结合构建多元逐步回归和人工神经网络模型,分析多指标结合估算LAI的精度.结果表明:新的纹理指数能够明显提高纹理特征值...     

机载激光雷达的作物叶面积指数定量反演

为了进一步挖掘激光雷达在植被垂直结构探测上的潜力,通过引入Kuusk的多层均匀冠层方向反射模型的单次散射部分,基于激光雷达发射和回波波形的高斯特征,模拟作物激光雷达回波,建立了作物叶面积体密度和叶面积指数的反演方法。模型输入参数的敏感性分析显示：G函数对反演结果的影响比土壤和叶片反射率大。最后利用“黑河综合遥感联合试验”的数据对反演方法进行了验证：反演的作物叶面积体密度与实测数据基本一致,叶面积指数反演的相对误差为12.5%。结果表明该方法可以有效反演作物叶面积体密度和叶面积指数,为作物结构参数反演提供了新的途径。     

作物叶面积指数和倾角分布函数的一种推算方法

设计了一种由作物冠层的辐射分布推算作物叶面积指数（ＬＡＩ）和叶倾角分布函数的方法。根据作物冠层中太阳光斑密度与群体结构关系的数学表达式，ＬＡＩ及其在各个叶倾角区间的分布可由不同太阳高度角时冠层内的光斑密度进行估计，而后者可通过观察冠层中的太阳总辐射和散射辐射的分布进行计算。因此，由容易测得的冠层总辐射的透过率，应用与多元回归分析类似的简单方法，就可以估算出难以趋势测量的ＬＡＩ和叶倾角分布函数。用对     

植被叶面积指数与覆盖度定量表征红壤区土壤侵蚀关系的对比研究

选择较合理的植被指标,对提高植被水土保持效益评价精度具有重要理论与现实意义。本研究基于福建省长汀县河田镇12个土壤侵蚀试验小区2007年和2008年2 a的降雨、径流、泥沙数据及各小区的植被叶面积指数(LAI)、植被覆盖度(VFC)资料,利用对比与统计分析方法,研究了2种植被覆盖类型(纯马尾松林、马尾松林草)和不同覆盖度(80%、60%、45%、30%、15%和5%)的红壤水土流失特点,探讨了LAI与VFC定量表征水土流失关系的稳定性和可靠性。结果表明,与裸地小区比较,马尾松纯林覆盖一定程度上降低了土壤侵蚀模数,对径流的减少作用并不明显;而马尾松林草覆盖可显著减少25%左右的径流,土壤侵蚀模数减少也在90%以上,林草结合的植被覆盖结构具有更强的水土保持功能。以LAI表征2种植被覆盖类型的土壤侵蚀模数,均能达到显著水平(p0.05);而以VFC来表征土壤侵蚀模数,仅马尾松林草覆盖类型达到了显著水平。选择LAI表征土壤侵蚀模数来评价植被水土保持效益,将更为稳定和可靠。     

作物叶面积指数和叶倾角分布函数的一种推算方法

设计了一种由作物冠层的辐射分布推算作物叶面积指数（ＬＡＩ）和叶倾角分布函数的方法。根据作物冠层中太阳光斑密度与群体结构关系的数学表达式，ＬＡＩ及其在各个叶倾角区间的分布可由不同太阳高度角时冠层内的光斑密度进行估计，而后者可通过观测冠层中的太阳总辐射和散射辐射的分布进行计算。因此，由容易测得的冠层总辐射的透过率，应用与多元回归分析类似的简单方法，就可以估算出难以直接测量的ＬＡＩ和叶倾角分布函数。用对玉米和油菜进行的实测检验结果表明，推算精度可以满足实际应用的需要。     

基于作物生长监测诊断仪的双季稻叶面积指数监测模型

为探索作物生长监测诊断仪(Crop Growth Monitoring and Diagnosis Apparatus,CGMD)在不同株型双季稻长势指标监测应用的准确性和适用性,该研究开展了不同株型品种和施氮量的田间试验,采用CGMD获取冠层差值植被指数(Differential Vegetation Index,DVI)、归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)和比值植被指数(RatioVegetationIndex,RVI),并同步采用高光谱仪(AnalyticalSpectralDevices,ASD)获取冠层光谱反射率,构建DVI、NDVI和RVI;通过比较2种光谱仪获取的植被指数变化特征及相互定量关系,评价CGMD的监测精度,建立基于CGMD的不同株型双季稻叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)监测模型,并用独立数据对模型进行检验。结果表明:不同株型品种的LAI、DVI、NDVI和RVI随施氮量增加而增大,随生育进程推进呈\"低—高—低\"的变化趋势;基于CGMD与ASD的DVI、NDVI和RVI间的决定系数(Determination Coefficient,R2)分别为0.959～0.968、0.961～0.966和0.957～0.959,表明CGMD具有较高监测精度,可替代价格昂贵的ASD获取DVI、NDVI和RVI。基于CGMD植被指数的单生育期LAI监测模型的预测效果优于全生育期,基于CGMD植被指数的松散型品种LAI监测模型的预测效果优于紧凑型品种;基于DVICGMD的线性方程可较好地预测LAI,模型R2为0.857～0.903,模型检验的相关系数(Correlation Coefficient,r)、均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)和相对均方根误差(Relative Root Mean Square Error,RRMSE)分别为0.950～0.984、0.18～0.43和3.95%～9.40%;基于NDVICGMD的指数方程可较好地预测LAI,模型R2为0.831～0.884,模型检验的r、RMSE和RRMSE分别为0.906～0.967、0.24～0.38和5.73%～9.16%;基于RVICGMD的幂函数方程可较好地预测LAI,模型R2为0.830～0.881,模型检验的r、RMSE和RRMSE分别为0.905～0.954、0.25～0.56和7.37%～9.99%。与传统人工取样测定LAI法相比,利用CGMD可实时无损监测双季稻LAI动态变化,可替代SunScan植物冠层分析仪获取双季稻LAI,在双季稻生产中具有推广应用价值。     

基于时间序列叶面积指数傅里叶变换的作物种植区域提取

为了获取不同农作物的空间分布信息,以华北平原黄河以北地区为研究区域,利用Savitzky-Golay滤波对2014—2016年的时间序列叶面积指数(leaf area index,LAI)进行重构,进而应用一阶差分法和重构LAI的傅里叶变换的谐波特征对研究区域主要农作物冬小麦、玉米和棉花种植区域进行识别和提取,并对不同作物的识别精度进行验证。结果表明,基于Savitzky-Golay滤波重构的LAI能够去除由云、大气等因素造成的LAI骤降的影响,重构LAI曲线平滑且符合作物的生长规律特征。研究区域2014—2016年作物识别的总体精度均大于80.00%,2015年达到87.08%,冬小麦-夏玉米、春玉米、棉花和单季夏玉米的识别精度分别为92.50%、80.00%、85.00%和82.50%,表明利用一阶差分法能够准确提取研究区域一年一季和一年两季作物种植区域。结合傅里叶变换方法和作物物候信息能够有效地识别不同作物的种植区域,进而获取研究区域主要农作物的分布信息。该研究可为研究区域主要作物的长势监测及产量估测预测提供参考。     

乌兰察布市植被叶面积指数时空变化及对气候因子的响应

[目的]研究乌兰察布市植被叶面积指数(LAI)动态变化及对气候因子的响应,为该地区资源合理分配和生态保护提供科学依据。[方法]基于2000—2019年7—8月哥白尼气候变化服务项目PROBA-V LAI数据,结合气象数据,利用趋势分析、变异系数法、相关性分析方法等探讨了乌兰察布市LAI时空变化及与气温、降水、土壤湿度的关系。[结果](1) 2000—2019年7—8月乌兰察布市LAI整体呈波动上升趋势,速度为0.01/a, LAI空间分布差异明显,呈东南高西北低的特征。(2)LAI增加的区域占88.3%,兴和县大部、丰镇市东部、凉城县西部、四子王旗西南部及察哈尔右翼中旗中北部等地显著增加,阴山以北的后山大部分地区LAI上升速度较缓慢或出现下降,研究期内植被LAI变化相对不稳定。(3)LAI与同期气温呈显著负相关,与降水和土壤湿度呈极显著正相关,且与土壤湿度的相关性高于降水和气温。(4)LAI与气温、降水、土壤湿度的相关系数空间分布差异不显著,大部分区域植被LAI与气温呈负相关,45.4%的区域相关性显著;与降水和土壤湿度呈显著正相关,呈极显著正相关的区域土壤湿度大于降水。[结论] 20...     

河套地区玉米叶面积指数的动态模拟

以河套灌区玉米为研究对象,设7个玉米播期,从4月1日开始每10d一个播期,通过观测玉米生育期气象条件和不同播期玉米叶面积指数,建立玉米叶面积指数LAI动态模型。首先建立以生理日数为自变量的普适模型,利用该模型计算的第1-4播期玉米叶面积指数最大值出现在吐丝期后23~26d,第5-7播期的LAI最大值则出现在吐丝期后13~19d,模型对准确描述叶面积指数生长规律有一定局限性。然后,以积温为自变量对模型进行修订,结果显示该模型计算的第1-4播期的LAI最大值点的活动积温为1901.2~1996.7℃·d,第5-7播期的则为1579.7~1825.6℃·d,但该模型并未剔除低于10℃的无效积温,仍有一定局限性。最后,采用修正的Logistic方程构建玉米相对叶面积指数动态普适模型,方程均通过0.01水平的显著性检验,标准化后数据点的离散程度明显下降,出苗后有效积温达1004.4℃·d时河套地区玉米叶面积指数达最大值。研究结果可为准确模拟玉米叶片生长及光合产物分配提供依据。     

2000-2014年黄土高原植被叶面积指数时空变化特征

研究植被叶面积指数(LAI)时空变化特征,对植被的水土保持效具有重要意义.利用MOD15A2H遥感产品,基于Mann-Kendall趋势检验与Sen斜率分析方法,提取区域尺度与像素尺度上的植被LAI变化特征,并基于不同子流域、坡度、坡向及植被覆盖类型,对植被LAI的变化特征进行分析.基于MOD44B遥感产品,利用线性回归和偏相关系数,分析植被LAI的变化原因.结果表明:1)黄土高原2000-2014年,植被LAI呈显著增加趋势,其年绝对变化幅度为0.042,年相对变化程度为2.71％.2)空间上,在黄土高原58.6％的区域,LAI呈现显著增加趋势,仅有0.9％的区域LAI呈现显著减少趋势.植被LAI剧烈增加,主要发生在河口—龙门区间,包括皇甫川、窟野河、无定河和延河.植被在15°～35°的坡度上,LAI变化程度最剧烈,其变化在各坡向上没有显著差异,农田和草地的LAI变化程度最剧烈.3)与植被总覆盖度相比,植被垂直维结构与黄土高原植被LAI的变化更为相关,其中树木覆盖度的增加,是植被垂直维结构变化的重要原因之一.     

侧柏植株体积、叶面积的量测及其与株高、冠幅的关系

为了研究侧柏(Ptadtyctadus orientates)植株体积、叶面积的量测,及与株高、冠幅、叶面积指数间的定量关系,进行了相关的盆栽试验。试验结果表明,随长方体、圆柱体体积的增大,实体体积均呈线性极显著正相关。随冠幅的增大,实体体积、总叶面积分别呈线性(R=0.572)和开口向下的抛物线(R=0.450)规律变化。当冠幅73cm,圆柱体侧面积0.546m2,圆柱体横截面积0.329m2时,总叶面积对应达最大值,分别为3 581,3 639,3 523cm2。随总叶面积的增大,叶体积、枝体积、实体体积呈开口向下的抛物线规律变化,均呈极显著相关关系。随叶体积的增大,叶面积指数呈开口向下的抛物线(R=0.742)规律变化,叶体积338cm3时,达最大值6.1。     

华北平原中部典型区包气带水分时空动态变化特征

[目的]研究包气带水分时空动态变化特征,为"四水转化"系统动态循环研究提供依据。[方法]利用土壤水分运动学中势能的观点,研究包气带水分、包气带水势随时间和深度的变化特征。[结果]季节不同,土壤水势整体分布差异明显。6—8月土壤水势最高,局部地段甚至达到饱和,12月至翌年3月土壤水势最低。地面0—50cm深度土壤含水量受季节影响非常大,土壤水势激烈变化;50cm深度以下土壤含水量基本不受季节交替影响,50—140cm土壤水势相对稳定;140cm以下只受重力势作用。[结论]降雨、灌溉、蒸发、地下水埋深等因素均能引起土壤剖面土壤水势分布发生变化,从而实现入渗型、蒸发型、蒸发—入渗型、下渗—上渗型、下渗—上渗—入渗型等土壤水分运动状态的相互转化。     

河南省复种指数时序变化及预测

复种是集约利用土地资源,保证区域粮食生产的重要措施之一。利用常规统计方法和Mann-Kendall检验分析了1978-2009年河南省耕地复种指数时序变化特征,在此基础上,利用灰色理论,建立了河南省耕地复种指数预测的GM（1,1）模型,预测了2010-2019年河南省耕地复种指数值。结果表明：1978-2009年河南省耕地复种指数总体呈增长趋势,1985-2010年增长趋势明显;2010-2019年河南省耕地复种指数仍将保持增长趋势,且增速有加快的趋势。河南省土地资源有限,后备土地资源缺乏,复种指数的持续增长虽然为河南省的农业发展和粮食安全做出了一定的贡献,但由此带来的土地资源退化的风险也会增加。     

1998—2012年中国西南岩溶区植被覆盖时空变化分析

基于1998—2012年长时间序列SPOT-VEGETATION植被指数数据集,采用最大值合成法、变化矢量分析法、一元线性回归变化斜率法和Mann-Kendall非参数检验法对我国西南岩溶区植被覆盖的时空变化进行了分析。结果表明:（1）SPOT-VEGETATION植被指数数据可以较好地在宏观尺度上监测西南岩溶区的植被覆盖状况;（2）1998—2012年,西南岩溶区NDVI年均最大值呈上升趋势,整体上植被覆盖情况得到改善,约71.85%的区域植被覆盖情况得到不同程度的改善,主要集中分布在贵州、云南和广西;局部地区植被覆盖情况恶化,主要分布在四川、云南;基本不变的区域约占总面积的27.62%;（3）近14 a的变化矢量分析结果显示高变化和中变化的区域合计占54.17%,两个7 a相比,1999—2005年的变化大于2006—2012年,前者是后者的1.82倍;（4）变化斜率法和Mann-Kendall非参数检验法对西南岩溶区植被覆盖状况的分析结果基本一致。     

华北地区极端气候事件的时空变化规律分析

利用华北地区84个气象台站近50a(1961-2009年)资料,采用国际上通用的极端天气气候事件指数定义法计算华北地区极端气温和降水指数,并对极端气候指数时空变化规律进行分析。结果表明,华北地区年极端气温(最高、最低)呈明显上升趋势(P<0.05),且极端最低气温的上升幅度高于极端高温。1986年之后年极端最高气温的上升幅度相对较高,冷夜指数的减少趋势明显减弱,暖夜指数上升趋势增强(P<0.05)。空间分布上,极端暖事件(年极端最高气温、暖日指数)变化趋势的大值区位于内蒙古西部和山西大部,极端冷事件(年极端最低气温、冷夜指数)上升趋势最显著的为京津冀及山西东北部(P<0.05)。华北地区极端降水量、降水次数和降水强度均呈下降趋势。1986年之后极端降水次数、极端降水强度的减少趋势更加显著,冬季暴雪量、降雪次数和降雪强度均呈明显上升趋势(P<0.05)。极端降水量变化速率各地不同,其中华北南部(河北、山西等地)极端降水量呈减少趋势,京津地区存在极端降水减少的大值中心。极端降水次数由东向西呈逐渐增加趋势,山西中部上升趋势最显著,日最大降水量上升的高值中心位于内蒙古西部和山西北部,而下降的高值中心位于河北南部。     

基于图像处理的植物虫损叶面面积计算算法研究

提供了采用数字图像处理方法快速计算植物虫损叶片面积的方法,对叶片图像进行图像采集、预处理以及几何校正,提取叶片轮廓并填充后,去除叶柄求得虫损叶片面积及虫损率。此方法简单易行,适合多种形状叶片,同时适用于非虫损叶片面积的测量。     

浙江省水土流失的时空动态研究

浙江省大量基础设施建设项目的开工建设,在不同地区和不同建设工期表现出的水土流失特征各不相同,且不同的土地利用方式和利用强度造成的水土流失类型和规律也不相同,充分体现了经济发达地区不同于过去和经济相对落后地区的水土流失特征。经济发达地区的水土流失特征可归纳为:水土流失面积小、强度大,强度水土流失空间分布分散、时间集中性强、动态变化速度快,水土流失治理效益显著,人为诱发水土流失突出。出现上述特征的原因可概括为:开发建设项目不同工期水土保持措施效益差异是强度水土流失面积波动的原因之一,经济开发和劳动力转型是水土流失面积减少的原因之一,农业经济林开发建设是导致林地水土流失比重大的原因之一。提出了今后水土保持工作应采取的新措施和重点治理的新方向。     

基于作物水分亏缺指数分析北方旱作地区春玉米干旱时空变化

采用1961-2018年北方旱作区156个气象站日值气候数据和1991−2013年春玉米生育期资料,依据干燥度指数将北方旱作地区划分为4个亚区。基于作物水分亏缺指数（CWDI）,通过分析各亚区水分供需状况、CWDI年际变化、干旱站次比和频率,揭示了中国北方旱作区春玉米干旱时空变化特征。结果表明：（1）Ⅰ区（湿润地区）和Ⅱ区（半湿润地区）水分供需平衡,Ⅲ区（半干旱地区）和Ⅳ区（干旱地区）水分供需不平衡。Ⅰ区降水量均方差达到70mm,CWDI年际间变化幅度最大,20世纪70年代CWDI在播种−出苗期和出苗−拔节期均为剧烈波动期;Ⅱ区CWDI在20世纪80年代春玉米乳熟−成熟期波动幅度较大;Ⅲ区在抽雄−乳熟期CWDI以1.06个百分点10a⁻¹（P<0.05）速率增加,年际间干旱有扩大趋势;Ⅳ区年际间CWDI变化不大。（2）1961−2018年抽雄−乳熟期干旱站次比以2.58个百分点10a⁻¹（P<0.05）的速率显著递增,其中发生特旱的平均站次比为14.95%,其余4个生育阶段无显著变化。抽雄−乳熟期发生旱级最重且干旱范围有显著扩大趋势。（3）在空间分布上,干旱等级和频率均呈现明显的东西向分布。黑龙江东部和西南部、吉林辽宁西部（Ⅰ区和Ⅱ区）发生轻旱频率达到3a两遇以上;张承地区（Ⅲ区）在播种−出苗期中旱频率5a一遇以上;毛乌素沙地（Ⅳ区）在拔节−抽雄期特旱频率达到3a两遇,以特旱威胁拔节−抽雄期为主。     

1981-2010年重庆地区季节性干旱时空变化特征分析

根据重庆市34个气象观测站点的实测气象数据,选择标准化降水指数(SPI)为干旱指标,计算了1981-2010年各气象站点逐年逐月SPI值,统计30年间各站点的干旱情况,在此基础上从年、季两个尺度分析了重庆市各地区的干旱频率、干旱强度和干旱范围(干旱站次比),研究其干旱的时空变化特征.研究结果表明:(1)重庆市年尺度干旱发生频率呈西高东低的分布特点,干旱发生强度整体主要为中等强度,渝东北干旱强度最高,中西部和渝东南强度较低,干旱发生范围在30年间呈逐渐增大趋势,年际干旱站次比差异性大,基本与历史上的重大干旱年份相吻合;(2)季尺度冬旱频率最高,夏旱次之,春旱最低;夏旱强度最高,秋旱稍低,春旱强度最低.春、夏、冬旱的强度和频率空间分布较为相似.干旱演化在春、冬季呈下降趋势,夏、秋季呈上升趋势,说明对夏、秋干旱的防灾御灾工作需要进一步加强;(3)结合年、季尺度,从总体上看,干旱主要频发于渝东北和中西部,其强度也较大,渝东南干旱发生的频率和强度都较低.