基于可见光/近红外技术的干旱区绿洲土壤盐分空间分布识别

土壤盐渍化是制约干旱区经济发展的重要因素,准确获取土壤盐分信息成为治理干旱区土壤盐渍化的前提。利用采集自渭干河-库车河绿洲的67个表层(0~10 cm)土壤样品,通过可见光/近红外(visible-near infrared spectroscopy,VNIR)光谱技术结合实验室测定的土壤盐分数据,在相关分析提取敏感波段的基础上,运用偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机(SVM)方法进行土壤含盐量的建模并对比分析;此外,利用地统计方法,将最优模型预测得到的土壤含盐量数据进行空间插值,最终获取土壤含盐量的空间分异规律。结果表明:1利用原始一阶微分经支持向量机方法(SVM)建立的土壤含盐量模型,预测集决定系数R2为0.853,均方根误差RMSE为0.381,该模型具有较高的预测精度和较好的稳健性,可以作为有效手段估算干旱区绿洲土壤含盐量。2土壤表层含盐量属于中等空间变异,且空间结构比小于25%,具有强空间自相关。3利用支持向量机得到的土壤含盐量盐分分布图中,土壤含盐量预测值和实测值的决定系数R2为0.786,均方根误差(RMSE)为0.528,显示了较高的预测精度,该研究为快速获取干旱区绿洲土壤含盐量空间分异规律提供了一种新方法。     

基于高光谱反射特性的土壤水盐状况预测模型研究

为了能够及时、精准、动态地监测盐渍土水分和盐分含量变化,以新疆玛纳斯河流域绿洲农田为研究对象,应用高光谱分析技术,采用偏最小二乘回归方法(PLSR)分析土壤反射光谱特征值与水分、盐分含量间的关系,建立盐渍化土壤水、盐含量的高光谱预测模型,并对模型的稳定性和预测能力进行检验。结果表明:12种数据变换中分别采用CR、(lgR)'能够有效提高土壤盐分、含水率预测模型精度。水分预测模型中土壤盐分含量小于等于8.19 dS/m时,R2cal均大于0.79,外部验证R2val均大于0.64,RMSEP间差异不显著,预测精度较好;土壤盐分含量大于等于10.25 dS/m时,外部验证R2val不足0.45,预测精度较差。土壤盐分预测模型中当含水率小于15%时,预测R2cal均大于0.77,外部验证R2val大于0.64,RMSEP小于4.3,预测精度较好,土壤含水率大于15%时,模型预测精度较差。结果表明土壤中水分、盐分含量较大时,对水盐预测模型的估算精度均会产生影响。     

基于多源遥感数据的居延泽地区土壤盐分估算模型

针对土壤盐分遥感反演中众多盐分指示变量在反演效率与相互比较优势方面存在的不确定性和易混淆性问题,以内蒙古额济纳旗的居延泽为例,基于Sentinel-2、Radarsat-2、Landsat-8和SRTM DEM数据提取波段反射率、植被指数、盐分指数、极化雷达参数以及地表温度和地形因子共6类变量,采用变量优选策略筛选各类变量及其组合的最优变量,构建土壤盐分随机森林(Random forest, RF)与支持向量机(Support vector machine, SVM)预测模型,并选择最优模型实现居延泽地区土壤盐分预测,为干旱区土壤盐分监测提供参考。结果表明,短波红外波段(B₁₁)、冠层盐度响应植被指数(CRSI)、扩展比值植被指数(ERVI)、红边盐分指数(S2re3)、单次散射(F_Odd)、地表温度(LST)与汇水面积(CA)等变量对土壤盐分监测具有较强的普适性;单一变量模型的盐分预测精度从高到低依次为地形因子、极化雷达参数、地表温度、盐分指数、植被指数和波段反射率;多变量联合可有效提升模型精度与稳定性,随着环境变量的加入,当6类变量均参与...     

田块尺度下的苏北滩涂新垦农田土壤盐分空间变异性分析

为了消减盐碱障碍和提升地力,研究了苏北典型滩涂新垦农田土壤盐分的空间变异性。结果表明,农田土壤盐分东低西高,整体上属轻度盐渍化(含盐量1.27～1.98g/kg),但存在着盐斑(含盐量大于2g/kg)。表层及次表层土壤含盐量空间自相关程度强烈,其结构方差比分别为88.88%、80.75%;而其余土层含盐量间自相关程度为中等。垂直方向上,土壤盐分主要集中在犁底层(20～40cm)。     

沿海滩涂土壤盐分空间分布的三维随机模拟与不确定性评价

为揭示滨海滩涂地区土壤盐分三维空间分布特点并提供相关技术方法与思路,以苏北海涂围垦区典型地块为例,综合采用三维克里格和随机模拟方法对土体盐分含量的三维空间分布进行估值、模拟与对比分析,并对土体盐分三维分布的空间不确定性进行评价。结果显示,由克里格法得到的土壤盐分空间分布具有明显平滑效应,减小了数据间的空间差异并改变了数据的空间结构;序贯高斯模拟结果整体分布相对离散,突出了原始数据分布的波动性;研究区土壤盐分随深度增加而升高,存在一定次生盐渍化风险;围垦后研究区土壤盐渍化的发生概率已有所降低,轻度盐化土和中     

长江河口地区典型地段土壤盐分特征研究

运用电磁感应仪EM38,结合GIS技术和地统计方法对长江河口地区典型地段土壤含盐量的空间变异性进行研究。结果表明,3个研究区土壤盐分含量的变幅有较大差异,其中以寅阳镇为最大,其次为大兴镇,北新镇土壤盐分变化幅度最小;各研究区土壤盐分含量均符合正态分布且均属于中等变异强度;各研究区的土壤盐分含量均表现为强的空间相关性,寅阳镇和北新镇土壤盐分含量半方差函数均符合球状模型,大兴镇土壤盐分含量半方差函数为指数模型。Kriging插值结果表明,各研究区土壤盐分的空间分布均呈现出条带状和斑块状格局;从空间尺度上来看,研究区土壤盐分南部高于北部;3个研究区土壤盐分含量具有明显的差别,寅阳镇土壤盐分含量明显高于其他2个镇,北新镇土壤盐分含量最低。     

典型干旱区土壤盐分空间异质性的步长大小优化选择

采用不同步长研究典型干旱区土壤盐分空间变异的半方差函数参数,并对比精度进行优化选择,进而研究其空间异质性。对研究区域进行移动式磁感调查,获取大地表观电导率信息,经校正解译成土壤盐分信息,拟合不同步长下最优半方差函数,对比误差参数优选最优步长。研究结果表明,地统计插值拟合半方差函数以15m为最佳步长,具有高拟合精度;对土壤盐分空间异质性预测精度较高。     

不同时期农田土壤水分和盐分的空间变异性分析

以河套灌区一农田(500m×1100m=55hm2)上55个采样点的水分和盐分作为研究对象,从统计特征值、半方差函数和克立格法绘制的分布图几个方面对比分析了2个时期(即秋浇前和夏灌前)土壤水分和盐分的空间变异性。结果表明夏灌前土壤水分属弱变异性,秋浇前属中等(偏弱)变异性,土壤盐分均属中等变异性;2个时期的水分和盐分都具有空间自相关性,且秋浇前土壤水分和盐分相关性较强,夏灌前二者具有中等强度的空间自相关性,秋浇前土壤水分和盐分的变程(或最大自相关距离)都大于夏灌前。用普通克立格估值绘制的分布图表明土壤水分或盐分在2个时期的分布差别较大,说明秋浇储水、季节性土壤冻融及春季消融时的蒸发对播种前土壤水分和盐分的空间变异性的影响强烈。在北方季节性冻融地区,了解这2个时期土壤水分和盐分的空间分布,对节水灌溉、土壤改良和农田或区域水资源管理等具有指导意义。     

新疆焉耆盆地土壤盐分空间变异特征分析研究

以新疆焉耆盆地土壤盐分为研究对象,探讨流域尺度下土壤盐分空间变异特征。在焉耆盆地大规模的土壤取样、试验分析盐分数据的基础上,采用地统计学的方法对研究区的土壤盐分进行了空间特征变异分析,并采用普通克里格插值法制作出焉耆盆地的土壤盐分空间数字地图,结果表明:研究区各层土壤盐分变异系数均大于100%,具有强空间变异性;对土壤盐分进行半方差函数计算分析,发现拟合的理论模型均为球状模型,各层土壤盐分表现出强烈的空间相关性;土壤盐渍化程度在水平方向的分布与地形地势的关系密切,在垂直方向则表现出强烈的表聚特性。制作的土壤盐分空间数字地图可以为焉耆盆地的盐碱土改良与农业生产提供可靠的数字土壤信息。     

基于ROC曲线的玛纳斯河灌区土壤盐分空间分析

选择我国干旱内陆河玛纳斯河流域平原灌区为研究对象,基于区域采样点数据,应用试验诊断评价方法——受试者工作特征曲线(ROC曲线)分析了不同采样时间各土层土壤含盐量的变化以及对多种空间插值方法进行了评价,最后选择估值效果较好的空间插值方法绘制了土壤盐分空间分布图,并与传统评价方法进行了对比。结果表明,基于ROC曲线,4月、10月表层土壤盐分变化剧烈,其变化敏感于其他土层,盐分存在表聚现象,ROC曲线下面积最大且贡献均为正;传统交叉检验和ROC曲线分析均得出利用经验贝叶斯克里格方法进行表层土壤含盐量空间插值效果最优;研究区表层土壤盐分具有明显的连续变化和存在局部聚集的现象;不同采样时间土壤盐分空间分布差异显著,总体表现为低值区位于南部山区和东北部,高值区主要分布在平原水库周围以及下游地势低处。ROC曲线能够很好地应用于土壤盐分空间分析领域。     

基于多元指示克立格方法的土壤盐分空间分布评价

以内蒙古河套灌区农田为例,分别运用单元指示克立格和多元指示克立格对河套灌区中游约0.8万hm2农田0~20 cm、20~40 cm深度内的土壤盐分的空间变异性进行了评价,并绘制了基于设定阈值土壤电导率概率分布图。结果表明:各层土壤盐分均不符合正态分布且存在特异值,但采用指示克立格方法可以获得较为稳健的变异函数;受结构性因素影响,各层土壤盐分的指示半方差均表现为强空间自相关性。依据综合概率分布图对土地资源利用的风险性进行了评价,对评价区域土地资源质量的决策管理提供了指导。     

基于距离反比法的土壤盐分三维空间插值研究

以新疆兵团一块面积约70 hm2的盐碱地为研究对象,采用EM38与土钻取样相结合的方法得到了126个点不同土层(0~200 cm)的1 386个土壤盐分数据,应用三维距离反比法(3D-IDW)对土壤盐分进行了空间插值,探讨了垂向坐标扩大倍数和搜索点数对插值结果精度的影响。结果表明,研究区0~140 cm土层盐分平均含量较高,为1.84~2.11 g/kg,盐分变异较大,而140~200 cm土层盐分平均含量较低,为1.74~1.79 g/kg。所有土层盐分含量的统计特征值(平均值、标准差和变异系数等)均随土层加深而呈现递减的趋势。土壤盐分实测值和估计值的均方根误差随垂向坐标扩大倍数的增大而减小,随搜索点数的增加而增大,其值在0.1~0.4 g/kg范围内变化,当垂向坐标扩大300倍、搜索点数为6个时,插值效果较优。采用确定的参数对研究区的土壤盐分进行了三维空间插值,结果表明土壤盐分空间分布特征与实测值比较吻合,大部分区域土壤盐分含量小于2.5 g/kg,靠近北部和南部边界区土壤含盐量较低,属于非盐化土区,而大于4 g/kg盐化土主要分布在中间和南部局部区域。研究区80%土壤为非盐化土和轻度盐化土,20%为中度和重度盐化土。影响该区盐化土分布的主要因素有灌溉、局部地形、粘土层位置、地下水埋深和矿化度。当不同方向的取样间距相差很大时,选取合适的垂向坐标扩大倍数和搜索点数对保障3D-IDW法的插值结果精度至关重要。     

基于贝叶斯克里金的山东省小麦产量时空相依模型

为解决农作物产量预测中的相依性问题,在贝叶斯层次模型的基础上,使用GB2分布替代正态、逻辑斯特等分布形式,并对其尺度、形状、峰度、偏度参数同时引入时间效应t以及采用克里金方法体现的空间效应,与此同时在模型中增加多种协变量以探究影响产量的因素。基于山东省小麦产量数据的实证结果表明:相较于对时间趋势和产量分布分别拟合的两步法,嵌入式模型更好的模拟农产量的时空相依特征、减少预测误差的叠加;GB2分布的引入为拟合农产量提供更大的灵活性;克里金方法的引入改进了模型的预测效果。基于克里金方法的嵌入式时空模型可有效提高小麦产量预测的准确性、降低区域产量保险费率。     

基于Prophet模型的湖北省月降水量预测

为提高降水量的预测精度,建立了基于Prophet算法的降水量时序预测模型.使用湖北省1960年1月-2006年5月的月降水量资料,对2006年6月-2017年12月共139个月的月降水量进行预测,并与传统的SVR、BP以及ARIMA预测模型进行对比,以探讨该模型在降水量预测中的可行性.实验结果表明:在湖北省各站点降水量...     

基于电磁感应技术的区域三维土壤盐分空间变异研究

以孔雀河流域典型地带为研究区域,利用电磁感应式大地电导率快速测定技术探测获得表观土壤电导率数据,构建了基于电磁感应技术的区域尺度剖面分层土壤盐分精确解译模型,精准解译出研究区剖面土壤盐分含量信息,并以此为数据源采用三维普通克里格法解析并评估了研究区土壤盐分三维空间分布特征。研究表明,不同测量位数据的综合应用能够表征剖面土壤盐分信息,构建出的剖面分层土壤盐分解译模型具有较好的精度;研究区不同区位土壤盐分三维分布呈现明显差异;研究区土壤主体属中度以上盐渍化,局部地带属于重度以上盐渍化土壤,需采取有效治理措施对土壤盐渍化进行可靠防控。     

基于辅助信息的森林蓄积量空间模拟

以北京市密云县一类清查的样地蓄积量为研究对象,结合与蓄积量相关的辅助因子,采用普通克里格法、协同克里格法对森林蓄积量进行空间插值估测,并与文献[25]同一研究区的基于偏最小二乘法回归法估测结果进行比较分析。结果表明,普通克里格法、基于辅助信息的协同克里格法、偏最小二乘回归法的蓄积量估测值与实测值间的相关系数分别为0.389、0.845、0.766;基于辅助信息的协同克里格法要优于普通克里格法和偏最小二乘回归法,能够明显提高预测精度;与普通克里格法相比,所产生的均方根误差减小了71%,预测值和实测值的相关系数提高了54%。最后生成了密云县森林蓄积量空间分布图。研究表明应用地统计学方法进行蓄积量估测具有很好的应用前景,可以为森林蓄积量的估测提供一种可行的方法。     

基于指示Kriging的土壤盐渍化风险与地下水环境分析

土壤盐渍化是制约干旱区农业发展的主要障碍,而浅埋地下水区域的地下水环境是影响土壤盐渍化的直接因素。为调控合理的地下水埋深和矿化度,以防控区域盐渍化,以河套灌区永济灌域为研究区,运用指示Kriging法比较了春灌前和生育期不同阈值条件下土壤表层含盐量、地下水埋深和矿化度的概率分布,从概率空间分布的角度研究了不同时期防治土壤盐渍化的地下水临界埋深和矿化度。结果表明：地下水埋深属于中等变异性,土壤表层含盐量和地下水矿化度属于强变异性。春灌前较生育期土壤表层盐渍化高风险区扩大、浅埋地下水高概率区缩小、地下水矿化高风险区缩小。春灌前永济灌域土壤表层发生轻度、中度盐渍化时的地下水埋深临界值分别为2.6、2.2 m,地下水矿化度临界值分别为2.0、2.5 g/L;生育期土壤表层发生轻度、中度盐渍化时的地下水埋深临界值分别为2.2、1.8 m,地下水矿化度临界值分别为2.5、3.0 g/L,春灌前更易发生土壤盐渍化。春灌前较生育期土壤盐分受外界因素（气象因素和人为因素）影响小,且土壤表层含盐量、地下水埋深和矿化度变异性也相对较小,地下水环境对土壤盐渍化的影响更强烈。研究区北部、东南部和中部小部分区域为地下水埋深小于临界值且大于矿化度临界值的高概率区,是土壤返盐的高风险区,建议进一步完善该地区的排水系统。     

基于环境因子和R-STPS的林地土壤有机质预测模型

研究了基于环境因子和混合插值的林地土壤有机质预测模型。首先应用数字地形与遥感影像分析技术获取地形因子与遥感指数,然后分析土壤有机质与环境因子的相关性,最后用环境因子对土壤有机质进行空间预测。针对回归克里格法(RK)需要计算半变异函数的缺陷,提出了一种空间插值方法,即回归-光滑薄板样条插值法(R-STPS)。将这2种插值方法用于顺昌县土壤有机质的空间预测。结果表明,RK与R-STPS的预测精度、计算效率、预测的研究区土壤有机质空间分布的总体趋势相近。R-STPS无需计算半变异函数,使用方便,因此更有优势。     

GIS技术支持下岩溶区植被指数的Kriging估计

研究如何修复扫描行校正器SLC故障造成的数据坏行区域植被指数信息缺失问题,对全面掌握区域植被指数空间变异有重要的意义。以湖南省慈利县石漠化严重的区域为例,利用遥感图像处理软件ENVI（Environment for Visualizing Images）提取研究区域植被指数。在GIS技术支持下,利用地统计学的方法对坏行区域的植被指数进行了Kriging估计。结果表明,植被指数主要受内在因子的作用,具有强烈的空间自相关性,自相关距离达到501 m;Kriging估计结果表明,植被指数在空间分布表现为条带状和斑块状分布,植被指数较高的区域主要分布在研究区的中南部。Kriging插值验证表明利用地统计学的方法很好地估计了遥感影像坏行区域植被指数的“缺失”信息,提高了ETM+SLC off数据的利用率,为岩溶石漠化评估提供参考。      

岩溶区峰丛洼地山体阴影区域植被指数随机模拟

针对岩溶峰丛洼地遥感影像山体阴影区域信息缺失的问题,以广西壮族自治区果化野外基地的归一化植被指数(NDVI)为研究对象,对研究区域NDVI进行了14次序贯高斯模拟(SGS),并就模拟结果与普通克里格进行对比分析.结果表明,受岩性和地形地貌等内在因素的影响,研究区域NDVI具有强烈的空间自相关性;随着模拟次数的增加,SGS模拟值与验证值之间的相关系数增加,平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)减小,模拟精度逐渐提高;当模拟次数大于50次时,模拟精度高于普通克里格(OK)插值精度,模拟次数继续增加,SGS模拟精度提高不明显.研究较精确地获取了阴影区域的NDVI,可为区域石漠化评估与岩溶生态重建提供参考.