高亚洲是全球冰湖分布最为集中的地区之一,利用遥感技术开展该区域的冰湖研究对于全球变化分析与自然灾害评估具有重要意义。参考国内外大量研究文献与报告,全面回顾了高亚洲冰湖信息遥感提取数据源、信息提取方法的发展历程,并进一步围绕冰湖时空变化格局及其对全球变化的响应等方面,详细分析了目前国内外针对高亚洲冰湖相关研究的进展及主要成果。结合遥感机理与图像处理技术、遥感数据源的最新发展,对高时空分辨率遥感在冰湖相关研究领域的发展趋势进行了展望。
水是非常重要的资源,是一切人类与生物得以生存和发展的重要物质基础,水体提取便于了解现有的水资源概况,有助于对水资源合理的规划及治理,对人类的生活及社会活动具有重大影响。传统的人工方法费时费力,利用卫星遥感数据进行水体位置、面积、形状和河宽等水体参数的信息提取,已经成为一种快速获取水体参数的有效方法和手段。在广泛文献调研的基础上,阐述遥感影像水体提取的基本思想及其发展历程,对学者在水体提取的基本方法和现状进行较全面的综述,分析各种方法的优缺点,说明当前水体提取存在的问题和研究前景,使读者直观了解这一领域并为其研究提供一定思路。
黑臭水体对生态环境质量影响严重,加强黑臭水体整治是水环境治理的重要工作。黑臭水体的宏观监测是治理的前提,而遥感技术在宏观监测领域有巨大的优势。目前利用遥感技术识别黑臭水体已有少量研究,本文系统总结了目前黑臭水体遥感识别的研究现状,从反射光谱、水体颜色以及固有光学量3个识别特征分析黑臭水体的光学特性,并分别归纳其识别算法; 总结了这些算法可能存在的问题,包括算法通用性问题、大气校正问题导致遥感反射率不准确、对于不同类型水体识别特征出现重叠部分等; 最后从进一步挖掘识别特征、进行反射光谱分类、应用机器学习算法3方面对未来的发展趋势进行了展望。
目前,城市黑臭水体的遥感识别处于算法初探阶段,由于受到水深、阴影等因素的影响,在实际应用中精度较低,并且对于长时间的黑臭水体动态监测研究较少。以芜湖鸠江区为研究区,分析黑臭水体的成因及表观特征,针对单波段阈值法、波段差值法、归一化指数法和斜率指数法,基于GF-2影像进行阈值修正并评价精度,同时联合黑臭水体目视解译标志进行动态监测。结果表明: ①水体发生黑臭通常伴有颜色异常、河道淤塞、次生环境问题等特征; ②单一识别算法中差值法识别效果最好,总精度为87.5%; ③GF-2的高空间分辨率特性提升了目视解译的效率和精度,可以有效减少水深和建筑物阴影对其遥感识别的干扰,相比使用单一算法,进一步提高了动态监测的识别精度和可靠性; ④利用2014—2020年4景GF-2影像提取鸠江区主城区黑臭水体面积分别为0.313 km2,0.152 km2,0.069 km2和0.008 km2。结果显示,鸠江区水体黑臭现象正逐步得到改善,但神山公园水系黑臭现象依然严重。
遥感水边线法构建潮滩数字高程模型(digital elevation model,DEM)是获取大范围淤泥质潮滩地形的有效途径,准确提取水边线是潮滩DEM构建的关键。受潮情及滩面的影响,不同影像中的水边线在光谱与纹理上差异较大,单一方法难以准确地提取水边线。鉴于此,本文提出一种基于多算法水边线提取的潮滩DEM构建方法。根据瞬时潮情对多期水边线进行分类,应用边缘检测、阈值分割、面向对象分割与改进分水岭方法对不同类型水边线分别提取,通过对潮汐数据多项式插值计算水边线的瞬时潮位,构建潮滩DEM。本文以莱州湾西侧潮滩为研究区,利用多期GF-1 WFV影像与验潮站潮汐数据构建潮滩DEM。通过野外实测高程对DEM反演结果进行精度评价,反演值与实测值相关性较高,R2=0.86,误差分布在0.31~0.78 m之间,中误差为0.17 m。结果表明,基于多算法水边线提取的潮滩DEM构建可以有效地获取潮滩近似地形。
城市建成区的提取对城市发展规划有着重要的作用。为了找出能兼顾效率和识别准确率的基于卷积神经网络的遥感影像城市建成区提取方法,从神经网络结构的原理出发,对多种语义分割网络的内部结构进行对比分析,并针对语义分割网络分别进行训练及结果比较。实验结果表明,ShelfNet-50网络能够在训练速度最快的同时保证很高的识别准确率,在训练时长仅需14 h的同时达到了77%的前景分割精度,且ShelfNet-50网络预测的结果也与相应的遥感影像数据高度吻合。实验说明ShelfNet-50网络可应用于高分遥感影像的城市建成区提取研究。
绿地是城市生态资源的重要组成部分,定量评估其时空分布、构建多尺度监测方法体系,是自然资源管理、生态文明城市建设等领域的迫切需求。以城市植被和城市水体为例,从资源的数量、质量与生态价值3个层次,梳理对比主流的监测评价方法,探讨这些方法的优势与存在的问题,为我国新时期城市自然资源评估与监测提供方法参考。结果表明: ①尽管基于样方的传统抽样方法可获得城市绿地的数量信息,但城市绿地高度斑块化特征限制了样方结果尺度推绎; ②卫星遥感是监测城市绿地的有效手段,可准确获取绿地空间分布、面积、种类、质量变化等信息,但生物量(或蓄积量)、体积等信息需要米级(< 5 m)遥感数据和其他新技术支持精细化研究; ③无人机可获得亚米级(如< 5 cm)数据,满足精细化监测需求,但受飞行管制、电池续航能力等限制,数据覆盖范围有限,且数据拼接等后处理复杂、传统的数据处理或反演算法可能不适用于亚米级空间分辨率数据; ④城市绿地对城市热环境调节功能研究较多,但当前100 m(及更粗空间分辨率)的热红外地表温度数据难以支持绿地蒸腾降温机理等精细化研究。可见,城市绿地的精细化资源评估与监测仍面临诸多挑战。
为了快速准确获取煤炭矿区的地物信息,以达到辅助安排和部署矿区安全生产工作的目的,采用无人机低空遥感拍摄的方式获取了矿区内的高清影像数据,并提出一种基于面向对象和深度学习的矿区无人机影像地物提取方法。首先利用面向对象的分类方法配合人工校正,制作用于深度学习语义分割的标签,再采用FCN-32s,FCN-8s和U-Net 3种深度学习语义分割模型提取图像特征,训练出3种不同的分类模型,并基于此提出多数投票和打分算法2种集成模型改进地物提取精度。实验结果表明,面向对象结合深度学习方法的地物提取准确率、Kappa系数较传统面向对象方法均有明显提升。其中打分集成模型识别效果最好,在测试集上的整体准确率为94.55%,高出面向对象方法5.96百分点; Kappa系数为0.819 1。
近景倾斜摄影中存在航摄死角引起的三维模型结构粘连和失真问题,提出了一种倾斜摄影三维模型盲区自动修复技术。该技术基于大量近景影像,采用特征线匹配、点云匹配、纹理映射等影像处理技术填充倾斜摄影产生的盲区,从而进一步优化相应近地模型结构和纹理,实现精细化重构,解决了倾斜摄影模型难以近地浏览等问题。对比实验表明,提出的方法对近景修正效果具有一定程度的改进,提高了倾斜摄影数字三维成像的可视化效果,为最终获得高质量、高精度三维实景模型提供参考与借鉴。
地表温度是研究地-气之间水热平衡的重要参数,对地表温度的全天候获取具有重要意义。热红外遥感可以获得较高分辨率空间全覆盖的地表温度产品,但是有云地区数据缺失问题制约了地表温度遥感产品的全天候应用。文章发展了2种对云下缺失的地表温度进行重构的方法,方法1是借助地表温度同化数据集发展了一种时空匹配的数据融合方法,方法2是将当前在海表参数重构研究中较为流行的经验正交函数插值法(data interpolating empirical orthogonal function, DINEOF)方法应用于地表温度的重构研究中。通过对2017年中国地区地表温度遥感数据的重构对比了2种方法的效果与精度,结果显示: 2种方法在整个中国地区不同季节有云条件下精度在2.5~3.5 K之间。方法可为今后地表温度遥感数据的全天候获取提供有益帮助。
影像分割是高分辨率影像面向对象分析中的关键步骤,对信息提取精度起到至关重要的作用。为提高高分辨率遥感影像面向对象算法分割性能,提出一种改进超像素和标记分水岭的分割方法,包括特征融合、超像素初分割、控制标记符的标记分水岭再分割3个主要步骤。在超像素初分割阶段,利用高分辨率遥感影像纹理特征突出的优势,结合颜色空间、空间位置信息以及相位一致性纹理特征等信息提出一种新的距离测度计算规则,按照符合颗粒形状的圆形邻域进行搜索相似点,对影像进行超像素粗分割,并标记超像素斑块; 计算超像素分割后每个斑块的灰度值,超像素分割后的影像重建,利用形态学的扩展技术提取局部极小值控制分割区域的数量,对传统数学形态学分水岭分割算法产生的过分割进行优化改进; 对重建的影像进行高斯滤波,然后采用控制标记符分水岭算法对重建后的影像进行再分割,得到多尺度综合分割结果。在实验部分,利用资源三号卫星影像和机载航空影像验证本文提出方法,基于准确率和召回率定量评价分割精度,并将本文方法与其他分割方法的结果进行比较,证明本文提出方法的分割有效性。
遥感影像中的云、雪、雾会遮盖地表的有用信息导致影像无法使用,为了提高有效遥感影像的使用效率,需要检测遥感影像中云、雪、雾的范围并剔除无用的影像。以自动检测卫星遥感影像中的云、雪、雾为目的,研究基于随机森林的遥感影像云、雪、雾分类检测方法,并通过增加“二次检测”减少有效区域与云、雪、雾间的错检。实验表明该方法具有较高的检测精度和效率。
云和云阴影检测是Landsat影像产品生产的重要环节。近年来,深度学习极大提升了Landsat影像云检测的精度,但是深度卷积神经网络模型的训练依赖庞大规模的标注图像,需要人工标注出大量图像上每个像素是否为云或云阴影。人工标注成本高、耗时长,不利于训练出具有实用价值的模型。受弱监督学习启发,文章提出一种新的云和云阴影检测模型深度学习方法。首先,采用常规云检测算法CFMask检测Landsat8影像云及其阴影; 然后,将其替代人工标注图像用以训练深度卷积神经网络模型; 最后,应用训练所得模型检测新图像中的云及其阴影。实验结果表明,所提方法的总体精度为85.55%,与CFMask结果相比精度有所提升,说明利用非人工标注数据训练深度网络模型进而检测云和云阴影的思路是可行的。
航拍图像数据量大、图幅多、云雾情况复杂,在观测了大量航拍去雾图像后,发现效果并不理想,对比度依旧不高。通过研究暗通道先验去雾算法,分析有雾图像退化过程,提出了基于暗通道先验的航拍图像去雾效果优化方法。当原始图像云雾不均时,采用增强大气透射率图层对比度的方法来改善去雾输出图像的质量; 此外,针对全部有雾输入图像,使用自动对比度或自动颜色增强的图像处理方法来提升去雾输出图像的亮度; 最后通过计算机编码实现优化算法进行实验,采用无参考的客观图像质量评价方法对优化前后的图像效果量化评价。分析结果表明,在保障运算时间的基础上,优化算法使输出的去雾图像效果更加清晰,符合无人机航拍图像数据质量控制的要求。
实现烟草单株自动化提取对加快烟草农业信息化有着重要意义,但目前烟株精细的提取还存在较大困难。因此,提出了一种基于模糊超像素分割(fuzzy-superpixels, FS)算法的无人机烟株提取方法。首先通过绿地提取方法得到无人机影像中的植被覆盖区域; 然后利用FS算法对影像进行超像素分割,并统计超像素的均值、亮度、形状指数、长宽比、自定义植被指数等特征; 最后通过计算超像素的特征阈值,对烟株数目进行精细提取和统计。选取3景无人机影像作为实验数据,实验结果表明,该方法提取烟株的总体精度分别为84.28%,89.05%和82.97%。该方法可实现对烟株的自动化提取,为后期计算烟草产量提供有效参考。
针对SIFT算法在遥感影像配准过程中捕获配准点对数量较少和误匹配较多等问题,提出了一种基于格网索引的遥感影像自动配准的算法。首先,采用SIFT算法提取特征点和特征向量,并通过欧氏距离进行匹配; 其次,建立格网索引剔除部分误匹配点对,从而提高了随机抽样一致算法的精度; 最后,使用多项式几何纠正算法实现遥感影像的精确配准。实验结果表明: 该算法比传统分块算法在遥感影像中得到的匹配点对精度更高,并且考虑到不同遥感影像配准场景的差异。
青藏高原湖泊是高原生态环境中最重要的自然要素之一,实现青藏高原湖泊调查与监测是现阶段迫在眉睫的任务。由于水体在SAR图像上呈现出独特的镜面反射特征,使得利用SAR图像进行湖泊的提取与分析成为当下研究热点。为进一步排除干扰地物影响、提高分类准确度,采用欧空局Sentinel-1A干涉宽幅模式的斜距单视复数产品(SLC)为主要数据源,Sentinel-2A多光谱影像Level-1C产品作为参考数据源,提出一种结合改进Faster R-CNN和MorphACWE轮廓模型的SAR图像湖泊提取算法(Faster Region-based Convolution Neural Network-MorphACWE,FR-MorphACWE)。该算法结合深度学习目标检测算法的高维特征分析和MorphACWE模型的边界提取,从综合干扰多湖泊提取角度进行分类实验评价,充分利用高原湖泊的形态学和雷达反射特征,实现西藏自治区那曲市南部至日喀则市北部高原湖泊高精度提取。实验结果表明,该算法在综合干扰多湖泊情境下准确率可达99.71%,精准率和召回率均高于98%,可作为SAR图像高原湖泊提取的新算法加以推广和应用。
土壤中碳酸钙的含量是土壤分类及肥力评价的重要依据。研究选取陕西省黄土高原区的78个黄绵土土壤样品为研究对象,在分析碳酸钙含量的基础上,采用SVC HR-1024i便携式光谱仪获取土壤样品的可见光、近红外与短波红外高光谱反射率(350~2 500 nm)数据,对原始光谱曲线分别进行一阶微分、二阶微分和连续统去除3种数学变换,运用相关分析法和连续投影算法分别进行敏感波段的选取,采用随机森林回归建立土壤碳酸钙的估算模型。结果表明: 黄绵土的光谱曲线特征相似,在1 440 nm,1 900 nm和2 200 nm等处均存在明显的吸收特征,且碳酸钙含量与光谱反射率呈现正相关态势; 基于二阶微分与连续投影算法的随机森林估算模型精度最高,验证集R2为0.82,相对分析误差(residual predictive deviation,RPD)值为2.37。
选取2018年10月1日—2019年4月30日作为积雪研究期,利用青藏高原地区118个气象台站的积雪观测数据,对风云三号C星(FY-3C)多仪器融合的雪盖(multi-sensor synergy snow cover, MULSS_SNC)和微波成像仪的雪水当量(microwave radiation imager snow water equivalent, MWRIX_SWE)产品进行评估,以了解产品的区域可靠性。结果表明: MULSS_SNC和MWRIX_SWE雪盖判识准确率分别为87.18%和72.32%,召回率分别为66.67%和49.63%,误判率分别为12.81%和27.68%,漏判率分别为33.33%和50.37%; 对于积雪混合像元或积雪深度不足0.5 cm的卫星像元,MULSS_SNC和MWRIX_SWE都倾向于无雪判识,1 cm以下雪盖漏判率高达60%以上; MULSS_SNC在积雪深度达2 cm以上时,召回率可达到89.09%,而MWRIX_SWE产品在积雪深度达5 cm以上时,积雪判识召回率才达到63.37%。MWRIX_SWE反演的青藏高原地区雪深与地面观测值误差很大,不存在线性正相关关系,不建议直接使用。
有关春旱的时空特征信息对于许多农业应用和决策都至关重要。本研究利用NOAA/AVHRR的植被状态指数(vegetation condition index,VCI)产品,对1995—2010年间青藏地区的植被干旱情况进行了全面的时空分析。针对VCI作为干旱指标的特点,采用了多种方法,其中包括干旱的频率分析、趋势分析和Mann-Kendall实验。研究表明青藏地区受季风影响较小,横断山脉和祁连山地区干旱发生的频率比较低,且多为轻中旱。根据分析表明,该地区干旱的趋势并不是单向变化的,可以将其分为2个阶段: 2000年以前VCI指数较高,且波动相对较大; 2000年之后VCI指数相对较低,且相对稳定。
干旱是一种影响大、受灾重且恢复周期长的自然灾害,广西是农业大省,对广西地区进行干旱情况分析及预测对该地防灾减灾具有重要意义。通过对广西地区1998—2019年的降雨情况进行分析,并引入标准化降水指数(standardized precipitation index,SPI),验证了热带降雨测量卫星(tropical rainfall measuring mission,TRMM)数据在广西地区的适用性,研究了广西地区22 a间旱涝演变情况,并对未来广西地区旱涝变化趋势做出预测。结果表明: ①TRMM 3B43降雨数据与地面台站实测数据具有高度相关性,适用于广西地区的干旱监测; ②广西地区旱涝灾害频繁,平均每6 a就会有范围较大的洪涝事件发生; 每2~3 a 就会有范围较大的严重的干旱事件发生; ③广西地区夏季降雨量最大,冬季最小,且降雨总体呈现“东多西少”的格局; ④根据结果可以预测,2020年广西地区整体没有较大的干旱和洪涝事件发生,部分城市将会出现轻度洪涝和轻度干旱的情况。
三峡库区巫峡段是滑坡和危岩崩塌的易发与多发地段,严重危及长江航道安全。倾斜航空摄影技术能精细刻画观测物的侧面纹理信息,为地质灾害隐患早期识别提供基础数据。文章在阐述和分析倾斜航空摄影技术的基础上,联合获取的倾斜航空影像、机载定位定姿系统(position and orientation system,POS)数据和地面控制点进行了三维模型制作,以地质、地貌、水文等因子建立地质灾害危险性评价模型,通过室内解译和野外调查基本查明了工作区内新发地质灾害发育情况及分布规律,摸清了各区域内控制地质灾害发生的主要因素,掌握了区内地质灾害易发性特征及灾害隐患情况。
气候变化和土地利用是影响径流变化的主要驱动因素,为了精确预测未来汉江上游流域径流量变化趋势,基于SWAT模型、天气发生器BCC/RCG-WG以及CA-Markov模型预测了未来2种土地利用变化模式下的径流量变化,土地利用情景的设置建立在CA-Markov模型预测结果的基础之上,结合全国林地保护利用规划目标以及汉江上游林地具体情况。结果显示: 未来汉江上游流域径流将呈现明显的上升趋势,林地增加情景下径流量升高率少于自然生态情景,这可能与林地增多导致生态需水量增大有关,因此,对于汉江上游流域的水资源保护不可盲目投入大量人为林地增加,而应遵循植被自然生长规律,延续当前生态保护政策,尽量以减少人为污染、提高全民节约用水思想意识策略为主。
我国十余年来利用卫星遥感技术获取了每年一次的全国性矿山地质环境遥感监测数据。如何充分利用现有遥感监测成果,开展较大区域的矿山地质环境评价分区,非常值得探讨和研究。因此,以准格尔煤田为研究区,采用人工插值和分级加权改进后的灰色关联分析法(简称灰关联法)对区内16座露天煤矿山的地质环境进行评价分析,得出以矿山为单元的评价等级分区。评价结论为: 汇隆、蒙祥和梁家碛3座矿山为环境影响严重区,天赐源、魏家峁、厅子堰、刘胡梁和黑岱沟5座矿山为环境影响较严重区,哈尔乌素、金正泰、召富、永胜、崔二圪咀、宏燃、华富和正仁8座矿山为环境影响一般区,其他非矿山地区为无影响区。评价结果相对客观地反映了准格尔煤田地质环境现状,矿山地质环境灰关联评价方法可以在较大区域甚至全国范围内推广应用。
为了科学评价土地生态质量以及有效识别土地生态主控因子,开展土地生态质量遥感评价模型与主控因子研究,以四川省广安市为研究区,建立基于理想点的遥感评价模型,对广安市2000年、2005年、2010年和2015年的土地生态质量进行评价及主控因子分析; 以公里网格为评价单元,以生态本底、生态结构、生态效益及生态胁迫4个准则层的14个评价指标构建评价指标体系; 应用德尔菲法和熵权法(即主观结合客观的方法)计算各评价指标权重值,以理想点模型计算理想点值、划分理想点生态等级,利用主成分分析法获取各年份的主控因子,然后对理想点生态等级空间分布与环境影响因子之间的关系进行分析。结果表明: 2005—2015年第3等级面积占比有一定幅度上升,第3等级面积占比为各等级最大,因而广安市土地生态质量整体上呈上升趋势、林地面积占比和气温因子是最重要的主控因子、气温与土地生态质量正相关等研究结果。研究结果可为土地整治部门提出广安市土地生态质量监管的决策依据和技术支持,也可对其他地区的土地生态质量监管工作提供借鉴。
近年来,国产卫星持续发展,无论从数据质量还是数量上都可以满足“一带一路”倡议对遥感地质调查工作的需求。主要利用国产高分一号卫星数据在伊朗南部铬铁矿富集地区开展不同尺度的遥感地质矿产解译工作,对研究区地质背景、成矿条件进行分析,并提出成矿有利地区。通过解译研究工作发现,Sorkband杂岩体北西侧的杂岩体中的层状超基性岩具有良好的铬铁矿找矿前景,同时也验证了国产高分一号数据在境外地质矿产调查工作中的良好应用效果,为基于国产卫星数据的境外地质矿产调查技术体系建立提供技术支撑,同时也为国内矿业企业的境外找矿工作提供一定的建议。
裸露于地表的张家口明长城遗产易受地表形变影响,使得长城沿线景观廊道整体性保护颇具挑战。为了弥补长城大型线性遗产系统形变监测的方法与实践空白,本研究选用SBAS-InSAR方法进行前沿示范。在干涉处理中,为降低大气延迟对干涉图的影响,研究引入GACOS(generic atmospheric correction online service for InSAR)气象数据进行大气校正; 同时试验区地势复杂,研究综合采用40 m Gauss与Goldstein滤波器以降低自然场景噪声相位。实验选取2017年5月—2018年7月升轨33景、降轨34景的Sentinel-1影像进行SBAS-InSAR处理,获取雷达视线向(line of sight,LOS)形变信息并经投影变换获取垂直向形变速率场。为验证结果可靠性,研究分别选择长城景观廊道典型山地区、平地区的升降轨沉降速率场作剖线交叉互检,得到两者数据的均方根误差最大值和平均值分别为9.3 mm/a和4.0 mm/a。考虑显著性水平,以10 mm/a为阈值,结果表明总长度85.1 km的张家口明长城景观廊道中79.5%占比的景观廊道相对稳定,形变速率处于-10~10 mm/a之间; 而剩余20.5%占比的景观廊道则存在显著形变,最大沉降速率为-64.5 mm/a。示范研究揭示了SBAS-InSAR在大型线性遗产宏观形变监测和评估的应用潜力。
在全球变暖的背景下,研究西伯利亚北方森林覆盖的长时间尺度空间变化特征不仅对全球气候变化研究和可持续发展有着重要意义,也为进一步研究北方森林变化对气候变化的响应提供支撑。以1985年和2015年2期Landsat TM/OLI为数据源,选取俄罗斯克拉斯诺亚尔斯克边疆区为西伯利亚北方森林典型研究区,采用决策树分类法得到研究区2期森林覆盖分类图,并采用高分二号(GF-2)影像随机选点验证,分类精度达到94.53%。对2期森林覆盖分类图在N51°~69° 纬度范围内以2° 为区间进行纬度分割并开展空间叠加分析,定量化分析每个纬度带内森林覆盖空间变化信息及其空间变化规律。结果表明: 近30 a来,西伯利亚北方森林变化显著,森林总体覆盖度由1985年的75.42%增加到2015年的80.53%,增加了5.11百分点。同时,不同纬度带林地面积变化率有较大的差异: N67°~69° 纬度带林地面积变化率最高,N63°~65° 纬度带次之,N57°~59° 纬度带最低。总体上看,森林覆盖度在各个纬度内都出现了不同程度的增加,在N63°~67° 纬度带内增加最显著; N57°~63° 纬度带森林覆盖度变化相对平稳; 而N51°~57° 纬度带内森林覆盖度增加量随着纬度的降低而降低。
大九湖湿地是华中地区少有的亚热带高山湿地。建国以来,大九湖湿地经历了多次大规模的开发导致该湿地被严重破坏,2005年实施的“大九湖湿地保护与恢复及公园建设工程”使得湿地功能得到一定恢复。为了解大九湖湿地近期土地利用类型的变化状况,本研究结合实地调查及前人工作,构建了大九湖湿地9种土地利用类型,利用2005年、2011年和2017年的高分辨率遥感影像及2018年的无人机影像进行土地利用解译,研究了3个时期土地利用的动态变化和类型转换,探索湿地变迁的原因及其驱动力。结果表明,2005—2011年间,新增了湖泊(84.41 hm2)这一类型,主要由旱生草甸、林地和农田转化而来。面积减少最多的是农田,主要向旱生草甸和湿生草本沼泽转化。2011—2017年间,新增了中生草甸(80.07 hm2)这一类型,主要由湿生泥炭沼泽、湿生草本沼泽和旱生草甸转化而来。面积减少最多的是农田,主要向旱生草甸转换。总之,研究时段内,大九湖湿地类型和面积均呈增加趋势,湿地景观得到一定恢复,湿地生态环境有所改善。驱动力分析表明,湿地自然保护区的设立及一系列有效的湿地生态恢复工程是大九湖湿地土地利用变化的最主要驱动力。本文研究结果可为湿地的恢复和保护提供参考和建议。
土壤水作为一种重要的水资源,其时空分布和动态变化对植被的分布和生长状况具有显著影响。蒙古高原是典型的干旱-半干旱气候区,也是亚欧大陆温带草原的主要构成部分,气候变化导致的土壤含水量变化无疑会对草原生态系统健康及稳定产生直接影响; 厘清蒙古高原土壤湿度时空特征及其对气候变化的响应有助于为生态保护相关政策的制定提供科学支撑。本研究基于GLDAS-Noah土壤湿度数据,运用线性回归分析、相关分析和Mann-Kendall(M-K)检验等方法,分析1982—2018年不同深度土壤湿度的时空格局、变化趋势及突变性等特征,并与CRU温度、降水数据相结合探讨土壤湿度对气象因子变化的响应。结果表明: ①蒙古高原年均土壤湿度总体呈“东北高西南低”的空间分布格局,且有明显的高值区、过渡带和低值区; ②近37 a来,蒙古高原0~10 cm(SM1)土壤湿度整体呈现不显著上升趋势,变化速率为0.002 m3/m3/10 a,M-K结果显示在2012年前后发生突变; 10~40 cm(SM2)土壤湿度的下降趋势较显著,变化速率为-0.005 m3/m3/10 a,其突变发生在1996年左右; ③基于像元尺度的相关性分析表明不同季节土壤湿度整体上与降水呈显著正相关关系,与温度呈显著负相关关系。
基于2002年1月至2017年12月间的Terra/MODIS MOD04_3k气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)产品,通过空间分析法和核密度估计法分析了秦岭山地对AOD的生态屏障作用及气溶胶与地形的关系。结果表明: ①秦岭山地对大气气溶胶的生态屏障作用明显。16 a来秦岭北麓年均AOD值均高于秦岭南麓,高值中心均出现在秦岭北麓的关中城市群。在秦岭山地生态屏障作用下,秦岭山地南、北麓AOD差异明显,不论从极值、均值和南北坡相同海拔的AOD值来看,均表现出“南北分异”的特点,进一步说明了秦岭山地对AOD明显的阻隔作用。②秦岭山地对AOD表现出明显的海拔分层效应: AOD分布随海拔上升呈现对数下降趋势,在海拔2 000 m(突变点)以下,AOD呈显著的加速下降趋势,速率为0.001/1 000 m; 在海拔2 000 m以上,AOD呈显著的匀速下降趋势,速率接近为0。③AOD在秦岭山地不同地形下分布差异较大。平原区的集聚中心分布在海拔330~420 m处,集聚中心约79%的值集聚在0.35~0.71之间,并且在330~340 m之间出现了高值集聚中心(AOD=0.7); 低山区的集聚中心分布在海拔900~1 000 m处,约79%的值集聚在0.15~0.32之间; 中山区的集聚中心分布在海拔1 000~1 400 m处,约60%的值集聚在0.19~0.3之间,此3种地形下,AOD均呈雾状分布; 高山区AOD呈零星点状分布,无集聚中心。④在秦岭北坡,AOD集聚中心海拔分布为500 m,南坡集聚中心海拔约为1 100~1 200 m,北坡AOD集聚中心值(AOD=0.6)高于南坡(AOD=0.22)。AOD随着秦岭北坡海拔升高而呈对数下降趋势,南坡下降趋势不明显。
遥感反演陆表温度在气候、水文、生态等领域发挥着重要作用,微波遥感具有范围大、全天候的优势,在大尺度上验证国产卫星地温产品的可靠性意义重大。基于风云3C(FY-3C)微波地温产品,结合湖南省97个地面观测站地温数据,探究微波反演地温精度及其影响因素。结果显示: 湖南省遥感地温产品与实测间平均绝对误差、均方根误差、决定系数、相对误差分别为6.54℃,8.88℃,0.57和0.29%,其中升轨(夜间)优于降轨(日间)、南部优于北部,洞庭湖区最差。遥感反演地温精度在温度较低时精度较高,但普遍存在低估现象,其精度与各站点平均地温呈线性相关,多数情况下与MODIS产品具有可比性。反演产品精度随海拔升高而提高,且因季节而有所差异,在一致性较强站点能够准确捕捉地温的时间序列波动。根据分析结果改进FY-3C微波地温反演算法,可进一步提升地温产品的反演精度及适用性。
