长江三角洲城市化地区植被初级生产力的时空变化研究

城市化过程对植被初级生产具有重要影响。以往研究主要集中于城市用地扩张对植被初级生产力的直接影响分析,而较少关注其间接效果。本文以长江三角洲地区为例,分别从地区尺度和城市尺度分别分析了2000-2013年植被初级生产力的时空变化,探讨了其与气温、降水量及城市建成区绿化覆盖率的关系。研究表明：地区尺度上,2000-2013年长江三角洲植被初级生产力呈现不断增加,其中城市建成区植被初级生产力呈现显著增加的趋势（P<0.05）;城市尺度上,城市建成区内植被初级生产力主要呈现增加的趋势,而其外围缓冲区内则与此相反。在当前气候变化背景下,这可能与城市建成区绿化覆盖率不断增加,及快速的城市扩张有关。     

北方农牧交错区干旱特征变化及其对植被总初级生产力的影响

北方农牧交错区地处半湿润/半干旱生态脆弱过渡带,干旱是影响该区植被生产力的关键因素之一。探究干旱对植被总初级生产力的影响,对深刻理解气候变化下生态系统生产力变化响应特征及优化区域碳水循环具有重要意义。为了更好地了解水分限制区不同干旱特征对GPP影响,本研究以北方农牧交错区为例,基于长时间序列的标准化降水蒸散发指数(SPEI3,1900—2020年)和植被总初级生产力(GPP,1982—2018年)等数据,首先采用小波分析明确SPEI3与GPP强相关周期,在此基础上利用游程理论识别干旱特征,进而分析了北方农牧交错区干旱特征与GPP的变化趋势,最后厘定了不同干旱特征对GPP的影响。结果表明:(1) 1982—2018年北方农牧交错区SPEI3与GPP在半年周期和年周期存在显著相关关系,滞后效应随时间变化而变化;年际分析能够减弱滞后效应对SPEI3与GPP相关性的影响;(2) 1900—2020年北方农牧交错区干旱历时、干旱烈度和烈度峰值均呈现显著增加趋势,干旱烈度随着干旱历时和烈度峰值的增加而加剧,干旱特征高值区往往具有更强的增加趋势;(3) 1982—2018年北方农牧交错区GPP总体呈...     

中国近海浮游植物叶绿素、初级生产力时空变化及其影响机制研究进展

综合分析中国近海不同海域浮游植物的时空分布和季节变化特征研究,概述该海域浮游植物叶绿素和初级生产力研究。受复杂的物理环境场、生物地球化学作用等综合影响,不同海域Chl-a和初级生产力具有显著的时空变化特征:空间上,叶绿素浓度表现为近岸高离岸低、离岸海域随纬度增加呈升高趋势;时间上,大体呈现明显的季节变化特征,北部季节特征尤为明显,其中叶绿素浓度及生产力的季节最大值在南海出现在冬季,而在中国北部海域逐渐变化为春季。影响浮游植物生长的主要因素有营养盐、温度、光照、陆源输入、季风、环流、涡旋等,不同海域、不同季节浮游植物生长的限制因子有差异。另外,由于遥感数据的精度以及现场观测航次的频率较低和站位布置较为稀疏影响了上述机制的探讨,因而浮游植物生长的主要调控机制仍待进一步研究。     

基于CatBoost的植被总初级生产力遥感模拟方法及在福建省的应用

植被总初级生产力(GPP)作为衡量陆地生态系统健康的重要指标,可直接反映区域环境状况和改善情况,因此准确估算植被GPP变化对区域可持续发展具有重要意义。本文利用中国及日本涡度通量观测数据,构建了基于CatBoost算法融合地形特征的GPP估算模型;并将模型应用于具有复杂地形特征的福建省,实现了该省GPP长时序模拟。研究结果表明：(1)地形特征是GPP机器学习估算的重要参数,融合地形特征建模的GPP模拟结果精度明显提高,均方根误差(RMSE)下降16%。(2) CatBoost GPP估算模型有效降低了传统GPP估算模型和常用机器学习(随机森林和支持向量机)GPP估算模型中存在的高估和低估现象,模型拥有更高的精度和更强的鲁棒性。本文GPP模拟精度：决定系数(R²)为0.888,RMSE为1.164 gC·m^-2·day^-1,平均绝对误差(MAE)为0.773 gC·m^-2·day^-1。(3)基于CatBoost GPP估算模型模拟的福建省多年GPP变化与GOSIF GPP估算结果...     

三北工程区植被恢复对土壤风蚀的影响及植被恢复潜力研究

三北地区是我国重要的生态屏障,分析2000—2019年三北防护林体系建设工程（简称：三北工程）区植被恢复时空变化状况,厘定人类活动与气候要素对植被恢复的贡献,探究植被恢复对土壤风蚀影响,评估植被恢复潜力空间,可为三北防护林体系建设工程未来规划管理和科学施策提供参考。本文在选取植被覆盖度和植被净初级生产力表征植被恢复状况基础上,利用地面数据,结合模型模拟,定量评估了2000—2019年三北防护林体系建设工程区植被恢复程度及其对土壤风蚀的影响,并对植被恢复潜力进行探究。研究结果表明：(1) 2000—2019年植被恢复程度高、较高的面积,占总面积的35.29%和13.16%,主要分布在黄土高原区及北部区域和风沙区与东北华北平原农区的部分地区。人类活动与气候因素对植被恢复贡献率为10.45%和89.55%;(2)土壤风蚀以轻度侵蚀和微度侵蚀为主,呈逐年下降趋势,剧烈侵蚀面积减少了66.45%,防风固沙服务得到进一步提升。植被恢复程度与土壤风蚀模数呈负相关关系,植被恢复程度较好有助于降低土壤风蚀模数;(3)三北工程区森林、草地和荒漠生态系统仍有8.16%的恢复潜力,内蒙古高原北部部分地区、哈顺...     

ENSO对南海北部初级生产力的影响

利用2002年7月至2014年12月的卫星遥感数据,研究ENSO期间我国南海北部的海表温度(SST)、风场等环境场变化特征,并探讨其对南海北部初级生产力的影响。结果表明,El Ni?o/La Ni?a期间南海北部初级生产力较正常年份变化显著,很大程度上受到ENSO的调控,其变化与风场、SST等的分布变化密切相关。具体趋势:厄尔尼诺年的冬季风期间,南海北部海域风场强度减小,沿岸海域SST升高,初级生产力降低,南海东北部海域SST降低,初级生产力升高,整个海域的总初级生产力与MEI指数呈负相关关系;拉尼娜年的冬季风期间,相应海域的风场、SST和初级生产力的变化则与厄尔尼诺期间的相反,整个海域的总初级生产力与MEI指数呈正相关关系。     

近20年青海三江源自然保护区植被生产力变化模拟

三江源保护区是我国最大的自然保护区,对我国的生态安全起着重要的保障作用。作为生态系统功能重要指标之一的净初级生产力的大小及其速率,一直是人们关心的问题。本文利用GLOPEM模型模拟得到的青海三江源地区1988-2008年的NPP数据,计算了三江源自然保护区内外1988-2008、1988-2004,以及2004-2008年3个时间段的NPP年际变化速率,比较了三江源保护区内外的NPP年际变化。同时对三江源各个下属保护区的NPP增长潜力进行了排序,结果认为,三江源地区自生态系统工程实施以来,NPP有了明显的回升,回升速率约为0.47 gC/m²·a,其内部大多数子保护区的NPP也有了明显恢复,NPP回升的保护区占到总保护区数量的72%。     

全球海洋初级生产力时空异常变化对ENSO事件的响应

海洋初级生产力在海洋环境要素的驱动下,在不同海域呈现出不同的时空变化特征,这种时空演变特征在不同的ENSO事件类型下差异更为显著。本文基于1998年1月至2017年12月全球海洋初级生产力的卫星遥感数据集,通过改进海洋时空双约束聚类挖掘方法,挖掘了近20年海洋初级生产力的时空聚簇模式,并从时空分布和空间移动2个方面对比分析了海洋初级生产力时空演变簇与ENSO（El Niño-Southern Oscillation）事件之间的关系。结果表明：① 在EP（Eastern-Pacific）型El Niño事件期间,海洋初级生产力异常低值时空簇主要分布在赤道太平洋东部或中东部海域,异常高值时空簇主要分布在西太平洋和南太平洋中部海域;在CP（Central-Pacific）型El Niño事件期间,异常低值时空簇分布在太平洋中部,而异常高值时空簇分布在南太平洋与西太平洋海域;② 在EP型La Niña事件期间,赤道太平洋中部及东部、赤道大西洋与印度洋海域出现异常高值时空簇,南太平洋中东部海域出现异常低值时空簇;在CP型La Niña事件期间,赤道太平洋中部出现异常高值时空簇;南太平洋中西部海域出现异常低值时空簇;③ 发生在赤道太平洋的海洋初级生产力时空演变簇,在EP型ENSO事件期间具有东移特征,而在CP型ENSO事件期间,时空演变簇在赤道太平洋中部海域产生并消亡;④ ENSO事件中海洋初级生产力时空演变簇面积与MEI具有较强相关性。     

武陵山区植被净第一性生产力的时空格局及其与地形因子的关系

本研究旨在探讨2001-2010年武陵山区植被净第一性生产力(NPP)的时空变化格局及其与主要地形因子间的关系。利用MODIS MOD17A3数据、地形数据,以及土地覆盖等数据,基于回归分析和分级统计等方法,开展了武陵山区植被NPP的时空变化格局及其与高程和坡度2个基本地形因子间关系的研究。结果表明：(1)10年间武陵山区植被年NPP的平均值为590.72 gC·m^-2·yr^-1,森林、灌草和农田的NPP平均值分别为596.79 gC·m^-2·yr^-1、586.98 gC·m^-2·yr^-1和563.31 gC·m^-2·yr^-1;(2)2001-2010年武陵山区植被NPP总量的平均值为98.90 TgC·yr^-1,波动范围为92.79 ~ 106.99 TgC·yr^-1,从NPP年际变化的空间分布来看,武陵山区植被NPP的变化趋势整体上呈北增南减的格局;(3)分别以30 m和3°为高程和坡度的分级级差时,发现武陵山区平均植被NPP随海拔和坡度的升高有明显的先增加后缓慢下降的趋势,但在海拔高于1500 m及坡度大于50°的地区,平均植被NPP出现了较大波动,然而,在波动中均有随海拔和坡度的增加而先上升后再下降的趋势;(4)在地理区间尺度上,200~1000 m的高程段以及5~25°的坡度段内植被NPP的平均值较高,500 m以上的高程区间平均植被NPP依次递减,但50°以上的坡度区间平均植被NPP反而有所增加,这在一定程度上反映了坡度高于某一临界值后坡面侵蚀强度又有所下降的趋势。     

福建省森林生态系统NPP的遥感模拟与分析

利用MODIS遥感影像,结合气象资料等数据,采用BEPS过程模型对2004年福建省的森林生态系统植被净初级生产力(NPP)进行了模拟验证。研究结果表明,2004年福建省森林生态系统NPP平均值为578.97gC/m²·a,NPP总量累计达到46.18×106tC;不同林地NPP全年平均值大小依次为:竹林≈阔叶林>杉木>马尾松,其值分别为:788.6gC/m²·a,780.0gC/m²·a,519.8gC/m²·a,437.3gC/m²·a;时空分析结果表明,2004年6-8月NPP形成较为明显的\"坑\"形分布形态,主要的原因之一很可能是有效降水量偏少;在空间分布上,福建省森林生态系统NPP与海拔高程显著相关,体现了该地区森林生态系统NPP空间分布的地域特征,这在一定程度上表明随着海拔上升,山高坡陡,人类对森林生态系统的干扰活动减少,有助于森林生态系统生产力的提高和维持。最后,分析了应用BEPS过程模型模拟福建省森林生态系统净初级生产力的不确定性问题。     

Examining Forest Net Primary Productivity Dynamics and Driving Forces in Northeastern China During 1982–2010

Forest net primary productivity （NPP） is a key parameter for forest monitoring and management. In this study, monthly and annual forest NPP in the northeastern China from 1982 to 2010 were simulated by using Carnegie-Ames-Stanford Approach （CASA） model with normalized difference vegetation index （NDVI） sequences derived from Advanced Very High Resolution Radiometer （AVHRR） Global Invento y Modeling and Mapping Studies （GIMMS） and Terra Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer （MODIS） products. To address the problem of data inconsistency between AVHRR and MODIS data, a per-pixel unary linear regres- sion model based on least ~;quares method was developed to derive the monthly NDVI sequences. Results suggest that estimated forest NPP has mean relative error of 18.97% compared to observed NPP from forest inventory. Forest NPP in the northeastern China in- creased significantly during the twenty-nine years. The results of seasonal dynamic show that more clear increasing trend of forest NPP occurred in spring and awmnn. This study also examined the relationship between forest NPP and its driving forces including the climatic and anthropogenic factors. In spring and winter, temperature played the most pivotal role in forest NPR In autumn, precipitation acted as the most importanl factor affecting forest NPP, while solar radiation played the most important role in the summer. Evaportran- spiration had a close correlation with NPP for coniferous forest, mixed coniferous broadleaved forest, and broadleaved deciduous forest. Spatially, forest NPP in the Da Hinggan Mountains was more sensitive to climatic changes than in the other ecological functional re- gions. In addition to climalie change, the degradation and improvement of forests had important effects on forest NPP. Results in this study are helpful for understanding the regional carbon sequestration and can enrich the cases for the monitoring of vegetation during long time series.     

农田生产力监测中3种多源遥感数据融合方法的对比分析

借助多源遥感数据融合技术能够得到高时空分辨率的遥感数据,可以为高精度农业遥感动态监测提供强有力的支持。在诸多融合算法不断发展的情况下,评估每种方法的特点及其适用性,有助于找到最适宜的融合方法,进而应用于农田生产力监测的实践之中。本研究根据高标准农田建设成效评估对高时空分辨率生产力信息的需求,以宁夏灵武市农业综合开发项目区为实验区,采用线性拟合法、时序拟合法、时空融合法3种多源遥感数据融合方法,融合空间分辨率30 m的Landsat遥感数据的空间精度信息与空间分辨率500 m、时间步长8 d的MODIS遥感数据的高时相信息并对比不同方法对于农田生产力的空间格局精细化描述能力、对于农田生产力变化监测的能力以及运算速度的差异。研究结果表明：① 3种融合方法融合的30 mNPP数据均能显示出道路、田埂等线状裸地与田间NPP的差异,但是时序拟合法、时空融合法比线性拟合法更加清晰;在NPP相对均匀的田块内部,时空融合法比时序拟合法更能体现出农田内部均匀度的差异。② 线性拟合法仅适用于农田生产力年季变化的评估,不能用于作物生产力的实时动态监测;时序拟合法和时空融合法适用于农田生产力变化动态监测且时序拟合法适宜于大范围监测。③ 3种方法的计算速度差异显著,线性拟合法计算速率最快,时空融合法计算速率最慢;线性拟合法计算速率分别是时序拟合法和时空融合法的1.5倍和20倍。     

无人机遥感众创时代

当代科技发展降低了无人机和遥感器的准入门槛。大众参与为无人机遥感领域注入了巨大的创造力,触发了无人机遥感创新发展的爆发式增长。当前,无人机已成为普适化和平民化的科学手段,无人机遥感数据在众多领域和部门呈现出取代通航遥感和卫星遥感数据的趋势。本文首先对无人机遥感所处的时代特征及其展现的科技特色进行了分析与归纳,然后列举了无人机遥感在抗震救灾、岛礁测绘、极地科考、精准农田管理等领域开展的典型应用,最后从无人机发展所致遥感数据供应结构性调整、无人机遥感地理学研究推动、遥感无人机试验场地布局等方面进行了展望。特别地,针对无人机遥感应用量大面广、数据分布多源异构等特点,本文提出了无人机遥感数据航母的概念。     

遥感图像三维地形景观可视化的实现——以西藏赛利普地区为例

遥感影像能客观地反映景物的形态、结构和空间关系等特征,使人们对地物有一个宏观整体的认识,但遥感影像所反映的二维平面不能真实地再现现实中的三维空间^[1]。本文以赛利普地区为例,应用遥感图像作为纹理数据,将数字高程模型(DEM)数据与二维遥感图像叠合生成三维影像,真实再现了赛利普地区的景观特征,有效地反映该区的地形、地貌特征。     

利用高光谱数据进行植被生化成分反演方法研究

高光谱数据包含着丰富光谱信息,能够定量地分析物质成分^[1]。由高光谱数据,可以运用多元逐步线性回归方法反演植被生化组分含量,从而达到监测植被生长状况的目的^[2]。本文具体介绍了多元逐步线性回归方法,及其在氮、木质素和纤维素含量估算中的应用。     

遥感影像上线状目标自动提取研究现状与思考

自动识别遥感影像上的目标,快速、准确地获取所需信息是遥感数据处理的主要发展方向。从分析遥感影像上道路的基本特征出发,探讨了道路提取的基本思想,总结了国内外关于道路半自动提取的现状,综述了常用的提取算法,提出了对该问题的思考和进一步研究的设想。     

基于地理神经网络加权回归的中国PM2.5浓度空间分布估算方法

中国空气污染问题日益严重,为获得连续的PM_2.5浓度空间分布,现有研究建立了多种基于统计回归的PM_2.5估算模型。然而,由于PM_2.5回归关系显著的空间非平稳性和复杂的非线性特征,如何实现高精度、高合理性的PM_2.5浓度空间大面估计仍然面临挑战,尤其在地形变化复杂、覆盖范围广阔的中国地区更为突出。本文引入了一种将普通线性回归（OLR）和神经网络结合的地理神经网络加权回归（GNNWR）模型,通过集成遥感数据、气象数据和地理信息数据建立了基于GNNWR的PM_2.5浓度空间估算方法。文章以中国2017年PM_2.5年平均浓度估算为例,开展了该模型与OLR、地理加权回归（GWR）的比较实验。实验结果表明,基于GNNWR的PM_2.浓度估算性能指标均明显优于OLR和GWR,且预测精度显著高于GWR。此外,GNNWR获得的PM_2.5浓度空间分布也更为合理,较为细致地刻画了中国地区PM_2.5浓度的局部空间变化和细节层次。