土壤盐渍化高光谱特征分析与建模

基于高光谱遥感技术快速、无损的检测优势,以新疆渭干河-库车河三角洲绿洲为例,探讨利用反射光谱来预测土壤含盐量的可行性。利用野外采集的土壤样本,在实验室内测得了土壤含盐量及原始光谱反射率。利用光谱分析技术计算高光谱指数,与土壤样本含盐量进行相关性分析,筛选出土壤含盐量的光谱特征波段,基于逐步多元线性回归和偏最小二乘回归建立土壤盐分动态监测模型。通过精度检验,结果表明:基于偏最小二乘回归方法,以对数二阶微分光谱特征波段所构建的盐渍化遥感监测模型最优,模型的稳定性和预测精度最高。利用反射光谱来预测土壤含盐量可实现区域尺度上的土壤盐渍化实时监测和评价。     

绿洲土壤表层含盐量空间变异分析的插值方法研究

为了比较土壤表层含盐量空间变异性研究的各种空间插值方法的优劣,以渭库绿洲为例,运用基于ArcGIS的4种空间插值方法（反距离加权、样条函数、克里格、协同克里格空间插值方法）,分析了土壤表层含盐量的空间变异性。并通过分析各个交叉检验统计量来验证评估数据的误差,从而选取最优的空间插值方法。结果表明:4种插值方法的插值结果基本能反映含盐量的空间分布特征,简单克里格法更适合绿洲表层土壤含盐量的空间插值;通过空间插值可以发现表层土壤含盐量呈现出东南高、西北低的态势。对渭库绿洲土壤盐分空间分布特征及空间变异进行了解,有利于土壤盐渍化的快速诊断,是盐渍化土壤治理和改良的重要基础。     

艾比湖湿地不同盐渍化土壤粒度组成及可蚀性研究

为了研究内陆干旱区不同盐渍化土壤的粒径组成及其可蚀性的空间分布,在不同盐渍化程度上探讨其与土壤中盐分含量的相互关系,本研究以新疆维吾尔自治区艾比湖湿地为研究靶区,利用2015年5月获取的66个表层土壤样品,对土壤的粒度组成、含盐量、分形维数和可蚀性因子K值进行了研究。结果表明:样品中盐土占比达到59.09%,平均含盐量达131.59 g/kg,研究区内盐渍化现象既普遍又严重;土壤颗粒以粉粒和砂粒为主,随着盐渍化程度的加剧黏粒含量不断增加,砂粒含量则相反;土壤颗粒的分形维数D值介于2.14~2.60,平均值为2.45;随着盐渍化程度加剧,分形维数逐渐变大,K值也随之逐渐增大,盐土的K值最大达0.093;土壤可蚀性因子K值与含盐量的相关性较高(r=0.596**),在一定程度上可以说明,土壤的含盐量水平越高,K值越大,越容易被侵蚀。     

基于多源数据的土壤水分反演及空间分异格局研究

温度植被干旱指数(TVDI)是一种通过反演土壤水分来反映土壤干旱状况的重要方法。在TVDI的基础上引入数字高程模型(DEM)数据对地表温度进行校正,能够减少地形起伏对能量二次分配的影响。用阈值将研究区分割成不同土地利用类型,结合野外同步实测数据,用分段反演模型反演渭-库绿洲土壤水分分布图,并对渭-库绿洲土壤水分的空间格局和分异规律进行分析。结果表明:(1)地形校正后的TVDI能够更好地反映土壤水分状况;(2)土壤水分总体上从西至东,由北向南降低,在绿洲内部较为稳定,在交错带变化较为剧烈,土壤水分垂直变异系数呈现幂函数递减的整体变化趋势;(3)针对研究区不同土地利用类型用分段反演模型进行反演,有效地实现优势互补,总体上提高了土壤水分的反演精度,在区域土壤水分研究中值得关注和应用。     

HYDRUS模型与遥感集合卡尔曼滤波同化提高土壤水分监测精度

精确地估测干旱区土壤水分含量,对该区域的农业发展与水土保持具有重要意义。该文以MODIS与Landsat TM数据为数据源,利用其反演获得的条件温度植被指数(temperature-vegetation drought Index,TVDI)作为观测算子,将集合卡尔曼滤波(ensemble Kalman filter,En-KF)同化方法应用于水文模型(HYDRUS-1D),进行干旱区表层土壤水分的模拟。结果表明:遥感数据反演土壤水分所构建的二维特征空间TVDI与表层土壤水分有较好的一致性;En-KF同化方法对模型变量与观测算子的更新,与单纯使用HYDRUS模型相比,获得的表层土壤水分含量精度有了明显提高,其均方根误差缩小了1个百分点,平均误差缩小了5个百分点。可见,基于多源遥感数据对表层土壤水分的En-KF同化模拟在干旱区具有较大的潜力,是提高干旱区土壤水分含水量监测精度的有效手段。     

基于多源遥感数据的艾比湖流域盐土SWAT模型参数修正

在SWAT(soil and water assessment tool)模型模拟地表分量过程中,常默认土壤剖面电导率(electrical conductivity,EC)值为0或0.1,将其应用于土壤盐渍化程度较高的流域时,不符合下垫面实际情况。为确保水文模拟逼近真实地表模拟过程,进一步提高模拟精度,该文利用GF-1号卫星16 m分辨率多光谱遥感影像结合分类回归树法反演艾比湖流域区域尺度0~100 cm土壤剖面电导率,模拟值与实测值均方根最大值误差为4.81 dS/m,相对误差最大值为15.17%。模拟值用于修正EC值,结果表明:EC值修正后的SWAT模型土壤水分模拟值,较修正前模拟值精度提高23.84个百分点。该方法在实现SWAT模型参数本地化的同时,有效提高了土壤水分模拟精度,可为土壤盐渍化区域水文模拟提供参考。     

塔里木河上游典型绿洲地表热环境遥感研究

利用两期TM数据对塔里木河上游典型绿洲的地表温度进行反演,并查询实时陆面地表温度进行了对比检验,其差值均在1.5℃以内。在此基础上,分析了不同时期塔里木河上游典型绿洲的温度时空变化,结果表明:(1)2007～2011年,下垫面温度主要集中在18～51℃,其中,水体温度在18～24℃(低温区),耕地地表温度在24～29℃(中温区),林地地表温度在29～36℃(偏高温区),绿洲周边的裸地地表温度在36～42℃(高温区),远离绿洲的荒漠地带地表温度在42～51℃(极高温区);(2)2007～2011年,水体地表温度平均增高0～4℃,植被地表温度平均增高0～12℃,绿洲周边的裸地地表温度平均增高0～7℃,远离绿洲的荒漠地带地表温度平均增高0～9℃。其中林地对温度的变化影响较大。总之,地表温度呈现沿中心逐渐向四周增高的分布规律,表现出明显的"冷岛效应"。此研究对进一步理解塔里木河上游绿洲土壤-植被-大气系统能量交换状况以及我国西北干旱、半干旱区域地表热量分布差异特征具有重要的意义。     

基于三维光谱特征空间的干旱区土壤盐渍化遥感定量研究

土壤盐渍化是干旱半干旱区农业发展的重要制约因素,同时也是干旱区所面临的最主要的生态环境问题之一,因而准确获取土壤的盐渍化信息对于实时掌握其分布范围以及合理地开展盐渍化治理工作具有重要意义。选取渭干河--库车河流域绿洲典型盐渍地作为研究区,以Landsat-TM多光谱遥感影像为基础数据源,首先对影像进行最小噪声分离处理（MNF变换）并计算其像元纯度指数（Pixel Purity Index, PPI）,选取能表征区域特征信息的前三个波段构建MNF三维光谱特征空间,然后在向量空间和单行体理论的指导下,结合实地调查,提出“植被亮点区”概念,并定义“盐渍化距离指数（Soil Salinization Distance Index, SDI）”为多维向量空间中包含于单行体中的盐渍化像元到“植被亮点区”的归一化距离。最后利用不同盐分环境下的实测数据对SDI进行精度验证。结果显示：在低植被覆盖区,即中度、重度盐渍化区,SDI与0~10cm内土壤盐分含量相关性要高于0~20cm,R²＞0.83。在相对高覆盖区,即农田和轻度盐渍化区,SDI与0~20cm内平均盐分含量相关性要高于0~10cm,R²＞0.81。0~10cm层二者总体精度R²=0.81,0~20cm层二者相关性总体精度R²=0.72。研究表明,SDI指数模型简单、易于构建,精度较高,具有一定的应用价值,有利于干旱区区域大尺度盐渍化的定量分析和监测工作。*     

渭干河–库车河流域及其子流域景观格局变化分析

以西北干旱区渭干河–库车河流域作为研究区,利用ArcGIS水文分析模块和DEM数据,将研究区划分为5个子流域,并选用1998年和2011年两期同时相遥感Landsat TM影像,选择支持向量机(support vector machine,SVM)方法进行土地利用分类,通过Fragstats软件计算全流域及其各个子流域的景观格局指数,分析流域景观格局变化。结果表明：①在景观类型方面,5个子流域差别很大,流域A、D中草地景观占较大比例,流域B中的其他景观类型(山地、裸地等)占较大比例,流域C、E中沙地占较大比例;②在全流域Class尺度方面,草地及耕地的平均临接度指数(CONTIG_MN)减少,林地的平均形状指数(SHAPE_MN)增加,水体与建工地的平均斑块面积(Area_MN)一增一减,盐碱地的斑块密度(PD)增加;③在子流域的landscape尺度方面,子流域B、C、E在斑块数量(NP)、景观破碎度(F)和边缘密度(ED)的增长速度明显比子流域A和D快,表明人类活动对绿洲核心地带景观格局的影响低于绿洲外围荒漠交错带。     

基于干旱区地面实测热红外光谱的土壤含水量反演研究

土壤水分在干旱地区生态系统中起着重要的作用,同时土壤含水量是确定土壤干旱的重要参数。通过分析野外和室内实测土壤发射率光谱特征参数与含水量之间的关系,采用光谱特征分析参数提取反演土壤含水量的最佳敏感波段,发现波长在9.4802~9.7901 μm土壤含水量对其发射率最为敏感。根据最佳敏感波段的范围,模拟MODIS,ASTER,HJ-1B卫星的热红外波段,对波段及波段比值与土壤含水量进行回归分析,得出波段比值的线性模型可有效地反演出土壤的含水量。然后对该模型进行验证分析,确定模拟ASTER卫星传感器的12和14两个热红外波段的发射率比值与土壤含水量的线性关系,其反演精度更高。建立了适合研究区的土壤热红外发射率与含水量之间的反演模型。