黄河三角洲湿地高光谱遥感研究进展

黄河三角洲湿地是我国暖温带最广阔、最完整、最年轻的滨海湿地,是黄河流域生态保护和高质量发展的重要组成部分,具有重要的生态保护和科学研究价值。物种多样、生境复杂、变化剧烈是黄河三角洲湿地的重要特点,高光谱遥感是黄河三角洲湿地生态监测的重要技术手段。本文首先阐述了高光谱遥感在河口湿地开展植被、土壤和水质等基本要素监测方面的优势,之后重点综述了其在黄河三角洲滨海湿地开展植被遥感监测、土壤参数反演和水质参数反演的研究进展,最后基于黄河三角洲湿地生态监测现状,提出了高光谱遥感的未来需求和发展展望。     

基于双路图卷积的黄河三角洲湿地地物分类研究

黄河三角洲湿地地物精确分类对湿地资源的保护、开发和利用具有重要意义。目前的湿地分类算法大多存在着全局信息利用不足,地物类型边界不易区分等问题,导致分类精度不高。针对此问题,本文提出了基于双路图卷积的黄河三角洲湿地地物分类算法,包括图结构数据构建模块、特征提取与融合模块两部分。图结构数据构建模块,设计欧式图表示光谱值之间的绝对差异,衡量不同地物类型,设计余弦图表达不同像素光谱波形之间的差异,用以区分不同的地物边界;特征提取与融合模块,利用图卷积聚合全局信息,对欧式图利用双层图卷积进行特征提取,对余弦图使用图U-Net网络进行特征提取,之后将两个特征融合,得到同时具有光谱值绝对差异和光谱波形差异的融合特征,最后进行分类。在CHRIS和GF5两个数据集的实验结果表明,本文所提算法在黄河三角洲湿地地物分类中取得了具有竞争力的分类结果。     

现代黄河三角洲滨海湿地退化评价

现代黄河三角洲是中国乃至世界典型的滨海湿地分布区。利用模糊综合评判法,对现代黄河三角洲滨海湿地分五个区域进行评价,其中油田分布区退化严重,作为自然保护区范围的一千二区和黄河口区也明显退化。对整个现代黄河三角洲滨海湿地而言,虽然总体退化程度不高,但已呈现出整体退化的趋势,且这种趋势在短期内不会停止。     

黄河三角洲滨海湿地沉积环境演化与碳的累积

2007年在黄河三角洲布设一口23.7 m深的浅钻(ZK5),对ZK5进行沉积学观测及原位密度、总碳、有机碳、Al和营养元素实验室测试分析,对ZK5的沉积物性质、有孔虫种类和地层等进行分析,将ZK5自上而下划分为7个沉积环境,揭示了滨海湿地地质演化过程。利用AMS14C测年方法,结合黄河改道的历史,运用历史地理学和沉积地质学综合分析的方法对7个沉积地层进行了年代确定。利用所确定的年代计算了不同沉积环境总碳(TC)和有机碳(Corg)的加积速率。结果表明:TC和Corg与各营养元素及沉积物的沉积速率呈很好的线性相关,沉积物的沉积速率是Corg和TC加积速率的主控因素。还进一步指出,虽然现代黄河三角洲TC、Corg浓度相对较低(质量比分别为9~20 mg/g,1~4 mg/g),但由于其高沉积速率(最高可达60 cm/a),Corg的加积速率高于世界其他高Corg浓度的湿地,特别是浅海湿地(如三角洲前缘),其Corg加积速率可高达2 102 g/(m2·a)。由此,可以断言现代黄河三角洲是很好的碳汇地质体。     

Sentinel-1与Sentinel-2影像联合的黄河三角洲湿地信息提取

针对目前湿地信息提取中存在的“同物异谱”、“同谱异物”问题,以黄河三角洲自然保护区为实验区,采用在信息提取方面具有优势的典型相关森林算法,将Sentinel-1A雷达影像和Sentinel-2A多光谱影像作为基础数据,考察分别应用多光谱影像、合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)和多光谱二者综合、SAR纹理特征以及植被指数对湿地信息提取的效果和适用性。研究结果表明:(1)基于Sentinel-2A多光谱影像,在分类方法上,典型相关森林(canonical correlation forest,CCF)的总体精度最高,达到94.32%,与支持向量机和随机森林分类算法相比分别提高了6.55%和5.47%;(2)基于Sentinel-2A多光谱影像和Sentinel-1A后向散射系数的CCF总体精度达到了94.89%,与只利用多光谱影像相比,3种算法的总体精度和Kappa系数均得到了提升;(3)在SAR和光学联合的基础上加入SAR纹理特征后总体精度和Kappa系数均略有下降,分别为94.72%和0.935 3;(4)在SAR和光学联合的基础上加入归一化差分植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、差值植被指数(DVI)、归一化差分红外指数(NDII)和差分红外指数(DII)5种植被指数后,总体精度达到了最高为95.35%,7种地物的生产者精度有所提高,有效提高了对黄河三角洲湿地信息的提取能力。实验结果可为黄河三角洲湿地的合理开发和有效保护提供科学支持。     

黄河三角洲沉积特征和演化研究现状及展望

基于近几十年来黄河三角洲沉积地质学方面的研究成果,就黄河三角洲的沉积环境和沉积序列、三角洲的发育过程和演化模式进行了较为全面的评述。进而根据黄河三角洲沉积特征和演化研究现状,提出未来应在黄河三角洲晚更新世以来的发育历史及其控制因素、现代黄河三角洲沉积及其对人类活动的响应、黄河三角洲地质灾害分布及其预测等方面加强研究。尤其要重视古代黄河三角洲沉积体的识别,海平面变化、黄河尾闾摆动以及人类活动对黄河三角洲沉积的影响,现代黄河三角洲泥沙输运和沉积等问题的研究。     

联合Bi-LSTM和注意力加强多尺度卷积的黄河三角洲湿地高光谱图像分类方法研究

近年来,面向黄河口的监测需求日益增大,如黄河入海流路改道至清水沟路以来,在新老河道的交汇处存在着丰富的地物类别,对于这些地物类别的检测识别研究有助于掌握生态环境状态,对于黄河口的湿地保护以及国家改善环境的战略支持具有重要意义。因此,本文提出一种新的湿地高光谱图像分类方法,分双路分别提取图像的空谱特征并融合分类。光谱维采用分组预处理的双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)有效学习光谱特征;空间维采用注意力加强的多尺度卷积网络有效增强所提取的空谱特征,使得分类结果更具准确性。本文实验应用覆盖黄河入海口新老河道交界处的成像光谱仪(Compact High Resolution Imaging Spectrometer,CHRIS)所采集的数据和黄河三角洲自然保护区滨海湿地高分5号传感器(GF-5)所采集的高光谱图像开展。结果表明:分组与双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)的有效结合显著提升了网络性能,同其他监督分类方法相比提升约3%~8%,此外注意力机制的加入同比增加约3%,在使用1%的极少训练集下数据集CHRIS和GF-5的总体分类精度分别达到92.3%和86.11%。     

深基坑支护设计的弹性抗力有限元法

采用弹性抗力有限元方法讨论多支撑锚桩的深坑支护设计问题。该方法与传统的静力平衡法相比有其优越性,能够计算出不同开挖阶段的桩顶位移,桩身弯距随深度的变化,模拟开挖过程,最大限度地协调支护结构与土体的变形关系,并能确定出最小的桩身弯距设计值及各层锚杆的锚固力。并以实例运用该方法对青岛某基坑工程的支护进行了设计,取得了满意效果     

Patterns of waterbird community composition across a natural and restored wetland landscape mosaic,Yellow River Delta,China

Habitat restoration can help mitigate the extensive loss and degradation of estuarine and coastal wetlands that have consequently eroded the integrity of many migratory flyways and wintering habitat for waterbird populations. Assessing the impact of restoration strategies however relies on empirical data on waterbird community distribution patterns across natural and restored wetland components. We conducted habitat and waterbird surveys across six natural and restored wetland regions in the Yellow River Delta Nature Reserve (YRDNR), eastern China, between 2007 and 2009. We recorded 93 waterbird species, including populations of 21 global conservation importance species. Community composition was stratified into distinctive clusters with compositional structure changing across these natural, modified and restored wetland components. NMDS ordination revealed that waterbird communities in restored wetlands were significantly different from those in natural and modified wetland components. Community distribution patterns were strongly influenced by environmental gradients (most noticeably salinity), water-level regulation, vegetation composition and differences in protected status. We found marked temporal patterns in waterbird community composition, which may be predictable for the different wetland components across the YRDNR landscape. Our study highlights the conservation benefits of restoring smaller wetland components in improving the ecological integrity of the wider wetland landscape mosaic for waterbird populations. A more coherent and intensive landscape management of water-level regulation and restoration of salinity gradients will be fundamental for wetland and waterbird conservation throughout the YRDNR.     

古代黄河三角洲海岸的现代特征--黄河三角洲潮滩时空谱系研究I

从冀鲁交界的大口河口向东至顺江沟为蜿蜒120 km的粉沙淤泥质海岸。作者先后于1987、1992和2000年对该海岸进行了多次实地考察，并应用80年代至90年代末以来的航空和卫星遥感等资料对其进行了综合分析。公元11～1128年，黄河尾闾在此摆动入海，形成河口滩型海岸。1128年以后，黄河自此迁走，在海洋动力作用下，由河口滩型海岸逐渐演变成为典型的潮滩型海岸。该岸段海岸发育了广阔平坦的、相带十分明显的潮滩地带。在潮滩上同时发育了岛链状贝壳堤、残留冲积岛和巨大的多级分叉贯通性的潮水沟网络，构成了独具特色的海岸地貌环境体系，即黄河三角洲潮滩海岸时空谱系中的古代黄河三角洲海岸。