基于遥感的黄土高原植被物候监测及其对气候变化的响应

为了分析黄土高原地区植被物候特征,该文基于AVHRR传感器获取的陆地长期数据记录(land long term data record,LTDR)V4 NDVI数据,对黄土高原1982-2011年间植被物候的时空变化进行分析,并借助偏相关分析方法对物候与气温和降雨的关系进行量化分析。结果表明:黄土高原近30 a间春季物候提前显著(0.54 d/a,P0.001),主要集中在北部草地和灌木植被;秋季物候推迟显著(0.74 d/a,P0.001),主要分布在甘肃、陕北、内蒙古和山西北部等地。不同植被的春秋物候稍有差异,稀疏灌木林春季物候提前趋势最多(1.31 d/a),常绿针叶林最小(0.19 d/a);秋季物候推迟最多的为乔木园地(1.18 d/a),最少的是水田(0.17 d/a)。黄土高原植被物候主要受气温影响,降雨的变化也会对物候产生一定影响。冬季和前年秋季气温上升是春季物候提前的主要驱动因子;夏季和秋季降雨则对秋季物候休眠期延迟起着重要作用。该研究可为黄土高原生态环境评价及气候变化预测模型提供一定依据。     

草原植被盖度与物候智能监测系统研制

针对目前草原植被盖度和物候期监测中存在的连续工作能力差、自动监测能力弱和精确度较低问题,将固定监测、移动监测和云平台结合,研制了一种草原植被盖度与物候智能监测系统。该系统主要由固定监测子系统、移动监测子系统以及草原物候智能监测云平台组成。固定监测子系统主要由物候相机、供电模块、通信模块、边缘计算控制器和支撑立杆等组成,移动监测子系统主要包括手持机和应用程序。草原物候智能监测云平台基于浏览器/服务器模式架构设计,具有信息查询、数据分析、数据显示和数据共享等功能。固定监测子系统和移动监测子系统可实现草原植被图像数据的采集和上传,然后通过云服务器部署的图像处理程序自动提取草原植被指数和植被盖度并存入数据库。在此基础上,通过拟合植被指数的时间序列获得植被生长曲线,并利用TIMESAT软件提取物候参数。经测试,提出的利用过绿指数（excess green index,EXG）结合最大类间方差法分割草原植被图像进而实现草原植被盖度识别的方法获得了90%的精确度,满足草原植被盖度自动化和批量化提取需求。并且,本研究在提取相对绿度指数（green chromatic coordinate,GCC）、EXG与归一化红绿差分指数（normalized green red difference index,NGRDI）植被指数的基础上,采用Double Logistic函数拟合的植被生长曲线可以准确反映植被生长周期。试验结果表明,该系统为草原植被数智化监测和管理提供了可靠的技术和数据支撑。     

矿山植被恢复工程应注意的问题

矿业开发促进了经济发展,但同时也破坏了生态环境。为了更好地改善矿区生态环境,实现矿山经济的可持续发展,结合迁安经验,将矿山植被恢复工程应注意的政府职能与工程主体问题、统筹规划问题、安全问题、经济效益问题、树种选择问题、造林技术与造林模式问题、矿山植被恢复之后的管护问题等逐一进行了介绍。     

基于物候参数和面向对象法的濒海生态脆弱区植被遥感提取

用遥感数据快速准确地提取植被信息对生态环境监测和发展气候模型具有基础性和关键性的意义。由于中国黄河三角洲地区植被类型插花分布,传统遥感提取方法精度较低。该文选取近代黄河三角洲典型生态脆弱区为研究区,基于MODIS和LANDSAT8数据,通过提取研究区的物候参数和不同分辨率遥感影像的融合处理,根据植被类型斑块大小确定分割尺度,根据典型植被类型的物候特征、光谱和空间等特征值构建分类规则,利用分区策略自上而下进行面向对象分类。结果表明,该方法总体精度为80.75%,Kappa系数0.79,高于传统物候和面向对象分类方法。广生态幅的棉田与其他植被的光谱混淆是传统面向对象分类方法植被分类精度低的主要原因,利用物候参数进行植被分区能规避棉田和自然植被的光谱混淆,有利于对植被类型的区分。分类结果与当地植被分布情况相符,可以用于研究区植被类型的精细提取。     

赣南6县稀土矿区分布及其植被恢复的遥感动态监测

稀土资源的开采在促进地方经济发展的同时对矿区生态环境带来了不良影响,为此有必要开展稀土矿区的分布动态及矿区植被恢复的监测。以江西省赣州市安远、龙南、定南、全南、信丰和寻乌6县为研究区,利用Google Earth平台的高分辨率影像,目视解译稀土矿分布范围,然后以多时相Landsat遥感数据来计算归一化植被指数和植被覆盖度,通过回溯法确定1990—2015年稀土矿开采范围的变化及矿区植被恢复状况。结果表明:稀土矿区总面积为58.23 km~2,其中定南和寻乌县的开采面积分别为18.23和16.27 km~2,分别占开采总面积的31.31%和27.94%;稀土矿开采的工艺以堆浸法为主,对地表植被破坏大;稀土开采在1990—2000年呈快速扩张趋势,在国家采取矿区管控措施后,稀土矿无序开采得到一定程度的遏制,2000—2005年开采面积减少,2010—2015年开采面积减少到9.21 km~2;以原地浸矿法为主开采稀土的龙南县,矿区植被恢复效果较好,其他各县的矿区植被恢复效果不明显。     

基于拟合物候参数的植被遥感决策树分类

针对目前遥感分类较少利用植被物候特征参数的现状,该研究以内蒙古自治区额尔古纳、根河两市作为试验区,基于2012年根河土地覆盖数据,采用双Logistic函数拟合的方法对跨度范围为2011年7月下旬至2013年7月下旬的时间序列MODIS EVI数据进行植被物候参数的分析与提取,并依据物候参数特征构建决策树对试验区土地覆盖进行分类。研究表明,不同植被的物候有较明显的特征,森林、草原与作物的生长季开始时间依次滞后,作物的生长季最短,森林与草原生长季基本持平;利用植被物候特征参数进行决策树分类,作物和森林2种植被类型取得较好分类效果,分类的总体精度达到73.67%,优于该区域MODIS土地覆盖产品的总体精度(66.08%)。该研究可为呼伦贝尔地区生态环境评价和农、牧、林业生产活动提供一定的参考。     

矿山采空区植被恢复研究进展

矿山采空区植被的废弃裸露加剧了生态破坏,导致土壤基质重金属污染严重,土壤结构被破坏、抗冲抗蚀性降低,土壤侵蚀加快,周边区域生物多样性锐减等一系列问题。通过查阅大量矿山采空区植被恢复方面研究资料,阐述了此方向的研究进展,总结了各种恢复措施的优势及劣势,为今后此类研究工作提供了可借鉴的资料。     

塔里木河下游生态应急输水植被恢复的遥感监测

利用遥感定量提取技术及植被盖度信息提取模型,通过输水前与输水后喀尔达依地区的两期TM遥感数据植被盖度的对比分析,监测塔河应急输水工程对下游绿色走廊生态环境恢复的效果。结果表明,输水后受水地区植被盖度有较好的恢复;该监测方法技术路线易于实现,且具有宏观、快速、准确的特点,有一定的推广应用价值。     

浙江省海宁市尖山区鼠尾山露采矿山植被恢复技术

由于岩石边坡缺土、缺水、缺肥,生态条件十分恶劣,因此在岩石边坡上栽树、种草的难度相当大.根据海宁市尖山鼠尾山露采矿山边坡的实际情况和要达到的设计目标,在技术设计上运用对不同边坡类型进行分类指导的方法,采取相应的植被恢复技术和措施;在植物配置上,采用乔、灌、草相结合的立体复合结构,达到以草养灌、以灌促草的目的;在植物选择上,考虑以乡土植物为主,尽量使人工植被与周边自然环境相融合,达到近自然的绿化效果.同时为满足护坡和绿化的需要提出相应的土建设施和工程技术配套措施.     

陕西省重点生态建设工程区植被恢复状况遥感监测

该文应用像元分解模型,利用250m分辨率MODISNDVI定量估算了2000～2010年陕西省的植被覆盖度,分析了该省重点生态建设工程区(防沙治沙工程区、退耕还林工程区、天然林保护工程区)植被覆盖度的时空变化特征。结果表明:1)陕西省重点生态建设工程区2010年的植被覆盖度比2000年增加了8.3%～23.2%。2)2000～2010年各个生态建设工程区的植被覆盖度变化都呈现在波动中缓慢上升的趋势(P<0.01),线性倾向变化百分率以防沙治沙工程区最高(83.8%),其次是陕北退耕还林工程区(61.1%)。3)各个生态建设工程区植被覆盖度以增加为主,植被覆盖度线性倾向变化增加的面积占相应工程区面积的82.8%～98.2%。4)各个生态建设工程区高覆盖度植被所占的面积比例具有极显著的上升趋势(P<0.01),低覆盖度植被所占的面积比例具有极显著的下降趋势(P<0.01)。通过重点生态建设工程的实施,工程区内植被覆盖状况显著改善,防沙治沙工程区和陕北退耕还林工程区植被覆盖度增加尤为显著。该研究可为客观评价陕西省防沙治沙工程、退耕还林工程、天然林保护工程的生态效益提供科学依据。     

基于特征优选的北疆典型区域非农化遥感监测

该研究旨在准确把握耕地“非农化”的时空格局,为制定合理的土地利用和耕地保护政策提供重要依据。随着特征提取技术和分类算法的进步,利用遥感影像进行大规模耕地动态监测变得更加准确和高效。该研究选用Sentinel-2卫星影像,探讨了不同算法和特征变量在耕地非农化监测中的优势。研究首先提取了4类特征共计31个指标,并通过主成分分析(principipal component analysis, PCA)和相关系数矩阵进行特征优选,获得了12个关键指标,并设计了5种特征组合方案。随后,采用7种基础算法执行影像分类,并通过“单阶段”和“二阶段”两种分类策略,提取耕地“非农化”信息。研究结果表明,有效选择多种特征变量和算法对于提高监测精度至关重要。在所有测试的模型中,采用Softmax构建的二阶段模型精度最高,最优特征组合为光谱特征+光谱指数特征+纹理特征,特征变量维度减少至12个。总体精度、平均用户精度、平均生产者精度和Kappa系数分别达到94.92%、95.16%、93.15%和0.88。对比2020年和2022年研究区数据,发现耕地转变为非农化用地的面积为146.153 km2,而非农化用地转变为耕地的面积为123.074 km2,导致耕地净减少23.079 km2。综上所述,该研究提出的耕地“非农化”监测方法可以为相关的地物信息提取和耕地资源保护与可持续利用等研究提供技术支持和方法参考。     

毛乌素沙地土壤水分的遥感监测

利用毛乌素沙地腹地——乌审旗1982-1993年间的AVHRR遥感数据、常规气象数据和土壤水分观测资料,建立基于条件温度植被指数的0～50 cm土壤水分遥感估算模型,并计算出0～50 cm土体各层土壤水分。结果表明:乌审旗多年平均土壤水分的变化量约为-3.47mm,逐年土壤水分变化量Δw在-118～82 mm之间。乌审旗土壤水分的年际变化不大,基本在±50 mm之间变动。除1986、1987、1991以及1993年外,其余年份乌审旗土壤水分变化量Δw都为正。乌审旗土壤水分的年内波动也不大,基本在±10 mm之间。通过误差分析可知,遥感反演土壤水分的平均绝对百分比误差为14.77%,均方差为77.54 mm。基于条件温度植被指数的土壤水分遥感估算模型是可行的。     

基于多时相遥感植被指数的柑橘果园识别

柑橘普遍种植于中国南方地区,受天气多云多雨、种植类型复杂等因素影响,利用光谱信息直接识别柑橘果园信息存在一定困难。该研究根据柑橘特有的物候特征,提出了"柑橘在其果实生长膨大过程中柑橘果园的植被信息可能减弱"的假设。根据此特征提出柑橘果园信息识别方法,确定关键时间窗口的阈值,并以广西壮族自治区南宁市武鸣区为研究区,开展柑橘果园信息遥感识别实证研究。首先,获取2018年研究区多时相Sentinel-2遥感影像,构建归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）、绿色归一化植被指数（Green Normalized Difference Vegetation Index,GNDVI）、差值植被指数（Difference Vegetation Index,DVI）和红边波段指数（Sentinel-derived Red-edge Spectral Indices,RESI）等多个植被光谱指数;其次,根据地面样本点信息,对比不同植被类型在不同时期的遥感植被信息差异,进而确定柑橘果园识别的最优特征。研究结果表明,柑橘果园与研究区其他主要作物类型（如甘蔗、香蕉、玉米、水稻等）没有明显的光谱特征差异,但研究区多时相遥感植被指数显示10月的柑橘果园NDVI相比11月出现明显低值0.47,且明显低于其他作物类型;10月的柑橘果园GNDVI也出现了低值0.43,但与其他月份相比差异不明显;而柑橘果园DVI的离散程度低,分离性不强。根据作物物候历,9-10月为柑橘果实迅速膨大期,这验证了该研究提出的科学假设,即该时期柑橘果园的植被信息会减弱。柑橘果实膨大期不同植被指数的离散程度差异明显,NDVI离散程度最高,差异性最强。根据10月柑橘果园NDVI的物候特征,进一步构建归一化指数,通过阈值法识别研究区柑橘果园空间分布,该识别方法的总体精度达到82.75%,优于其他植被指数的识别结果,该研究结果可为柑橘果园信息遥感识别研究提供较好的理论与实践支撑。     

基于植被指数的春玉米干旱响应遥感监测

东北地区是中国主要的玉米种植区,同时也是中国易发生干旱的地区,干旱常态化严重制约着该地区玉米生产的稳定发展。以辽宁省春玉米为研究对象,在明确春玉米不同发育期干旱变化特征的基础上,基于FY-3A/MERSI、Terra/MODIS、春玉米发育期和土壤相对湿度观测等数据,建立春玉米干旱遥感监测指标集,构建各发育期不同土层深度的土壤相对湿度遥感监测模型,并以2000年为例开展了辽宁省春玉米干旱监测的应用研究,结果表明：1993—2012年辽宁省春玉米在各个发育期均有干旱发生,其中1999—2002年为干旱高发期,乳熟期干旱最为严重;多指数协同配合能提高遥感手段对土壤相对湿度的监测能力,其中陆表水分指数对土壤相对湿度监测能力较强,其次是水分指数;利用构建的春玉米各发育期土壤相对湿度遥感监测模型,监测2001—2004年部分发育期和土层深度的干旱状况,总体监测准确率为73.32%;实现了2000年辽宁省春玉米发育期干旱等级动态监测,所得监测结果与当年农业气象观测记录在发育阶段和空间上都有很好的一致性,遥感监测结果正确。因此,此项研究对于大范围准确跟踪监测春玉米干旱,以及提高春玉米生产的防灾减灾能力具有重要意义。     

霍林河露天煤矿排土场植被恢复与重建技术探讨

以霍林河露天煤矿排土场的植被恢复实践为例,在实地考察与观测的基础上,对过去排土场复垦工程中的种植模式、植物种类选用和生长表现等方面的成就与不足进行总结分析,并结合国内外的复垦成果,提出一套场地整理、表土覆盖、排土场稳定和边坡护理、植物种类选择、种植模式,以及种植与管护等适合霍林河露天煤矿排土场的植被恢复与重建技术,可供草原地区露天煤矿的植被恢复与重建参考。     

丝绸之路经济带沿线典型地区荒漠化动态变化遥感监测

在高强度人类活动影响下,“丝绸之路经济带”的资源环境面临严峻问题与挑战,而对研究区的荒漠化动态变化进行遥感监测可为荒漠化的防治和治理提供理论基础和数据支持.以2000-2014年的250 m分辨率MOD13Q1为数据源,利用归一化植被指数和决策树分类进行荒漠化程度划分,得到丝绸之路经济带荒漠化土地动态变化和转移面积矩阵.结果表明:2000-2014年研究区荒漠化土地面积增加,其荒漠化土地增长量为98 912.26km2和增长率为0.11％.其中,非荒漠化向荒漠化共转移308 289.73 km2,大于荒漠化向非荒漠化的转移面积266 497.67 km2.在空间分布上,中亚荒漠化土地由西南的严重荒漠化向东北的轻度荒漠化逐渐减轻,且向哈萨克斯坦北部地区不断推移;中国的荒漠化土地多集中分布在塔里木、吐鲁番和柴达木三大盆地中,且以宁夏陕西甘肃北部地区的减少为主.总体上,丝绸之路经济带沿线地区总荒漠化面积增加,程度趋于严重,荒漠化问题日益突出.     

基于NDVI-SI特征空间的土壤盐渍化遥感模型

同时考虑植被和土壤信息,构建盐渍化遥感信息提取模型。选取具有长期研究基础的塔里木南缘于田绿洲为研究靶区,综合分析归一化差值植被指数（NDVI）、盐分指数（SI）二者之间的关系,在此基础之上提出NDVI-SI特征空间概念,并构建土壤盐渍化遥感监测指数模型（SDI）,结果表明：土壤表层含盐量与SDI相关性较高,其R2=0.8596。非盐渍地、轻度盐渍地、中度盐渍地、重度盐渍地的SDI平均值分别为0.399,0.763,0.974和1.201,差异较大;经差异性矩阵分析,亦表明SDI能够很好的区分研究区内不同盐渍化程度地类的分布范围。SDI能反映盐渍化土壤地表盐量组合及其变化,具有明确的生物物理意义,并且指标简单、易于获取、有利于盐渍化定量分析与监测,对今后干旱区盐渍地信息提取以及动态监测研究具有重要意义。     

基于Landsat影像的石漠化区植被动态监测及治理效益研究

生态恢复工程是缓解石漠化、保持土壤、提高植被覆盖率的有效措施之一,是区域经济和生态可持续发展的关键。为了研究近30 a泸西县植被的时空变化特征、驱动因素以及石漠化综合治理生态工程实施的生态效益。本文基于1986—2016 Landsat TM数据,借助Mann-Kendall突变分析、Thei-Sei Median趋势分析等方法进行了研究,结果表明:1)30 a间,泸西县植被覆盖整体呈增加趋势,平均增速为0.43%/10 a,2001年是重要的转折点,增速由之前的0.35%/10 a增加到0.63%/10 a;2)在变化趋势上,泸西县植被覆盖呈增加和减少趋势的面积分别占85.21%和14.79%。1986—2000年期间,植被覆盖呈极显著上升的面积为7.71%,零星分布在北部地区;2001—2016年,植被覆盖呈现极显著性上升的面积占21.62%,主要分布在石漠化综合治理工程集中分布的东部山区;3)气温和降水的增加都对植被起到正向作用,气温对植被的影响明显大于降水。2000年之后,人类活动对植被的提升起到了重要的作用,其中对植被覆盖起积极作用的面积占79.6%,起消极作用的占20.4%;在贡献大小上,气候变化对NDVI的影响大小为39.1%,人类活动对NDVI的影响作用为60.9%。植被改善过程中人类活动的作用大于气候变化,石漠化综合治理生态工程是2001—2016年植被增加的重要驱动力之一。