Vegetation monitoring using different scale of remote sensing data

This work sets out to simulate landscape model of Mu Us Desert in Inner Mongolia Autonomous Region of China at different spatial resolution using remote sensing images and distinguished landscape heterogeneity among different spatial resolutions. Landscape models were created from classification image of SPOT satellite data with 20m resolution and NOAA data with 1 km resolution. This study created landscape models of different scales by resampling the SPOT classified image using majority rule. The pixel resolution was increased from the finest scale of 20m by 20m up to 1000m by 1000m that was the coarsest spatial resolution. The Shannon diversity index was used to compare landscape models between different scales. At the finer scale the verify small patches such as deciduous forest, shrub and reedswamp with high vegetation coverage set on matrices with low vegetation cover (moving sand dune and sparse grassland) were verified. Broadening of scale resulted to the loss of small patches and at 1000m resolution, matrix classes were dominant. At 1km resolution of NOAA data, the matrix classes which greatly related to the topography of Mu Us Desert were detected. Diversity index decreased during scale broadening and the difference between SPOT 1km scale model and AVHRR data was not significant. The results showed that SPOT 20m model is good for the use of ecotone oriented revegetation planning, and NOAA 1km model is good for the seasonal and annual monitoring of each landscape unit, and revegetation planning at the regional level.     

鄂尔多斯高原沙地草地荒漠化景观现状的定量分析

基于相互垂直的2条5km长的样线的野外调查,分析了鄂尔多斯高原东南部地区沙地草地的景观现状.对2条样线上的斑块出现的频度的统计分析表明,该地区景观以小尺度斑块为主,有95%以上的斑块直径小于50m,平均斑块直径只有15m,但仍有较大面积的流沙斑块存在.对沿样线的裸地百分比盖度的半方差分析揭示了该区域荒漠化景观依赖于空间尺度的环境异质性,所调查的沿样线裸地百分比盖度的分维,接近于2,说明其空间异质性主要集中在较小的尺度上.这说明该区景观较为稳定,但沙化面积有扩大的趋势.     

新疆鸟类和哺乳动物物种丰富度空间异质性及其多尺度效应

基于新疆维吾尔自治区鸟类和哺乳动10km×10km物种空间分布数据及1km×1km土地利用数据,引入NDVI、海拔和地理纬度等辅助数据,分别对物种和土地利用数据进行尺度变换,计算分析了1~10km尺度下的景观指数,并进一步在生态系统层面进行尺度效应研究,以探究表征物种多样性空间异质性的合理尺度.结果表明：新疆总体的景观类型较为丰富,北疆的景观丰富度和破碎度都相对高于南疆,并且各类型斑块分布不均匀,景观中存在具有优势度的斑块.鸟类在聚落、水体和湿地生态系统中的尺度效应明显,而哺乳动物的尺度效应在农田、森林生态系统比较显著.7~10km尺度下,聚落景观面积越小,分割度越高,水体景观越破碎,越离散,形状越复杂,鸟类丰富度越高.农田和森林生态系统的景观特征对哺乳动物丰富度具有较高的参考价值.7~10km下,农田斑块越离散、形状越复杂,哺乳动物物种丰富度越低;4km尺度下,森林景观斑块形状越复杂、连接度越高,哺乳动物物种越丰富.     

南方丘陵山区典型地物景观特征尺度研究

景观的特征尺度反映了人与自然交互作用的空间过程,合理识别景观空间结构及其特征尺度有助于遥感影像景观空间异质性分析。论文以地处南方丘陵山区的福建省福州市为研究区,针对城市、农田、森林与水域4种地物景观,基于SPOT 10 m影像,分别利用半方差分析、小波分析与平均局部方差方法,开展景观特征尺度研究。结果表明:①不同景观类型的空间异质性差异较大,其中森林景观空间异质性最大,其次为城市、农田景观,水域的空间异质性最小;②小波方差分析和半方差分析分别检测到两个不同的特征尺度,而局部方差仅仅检测到较小的空间结构;③森林景观特征尺度比通常偏小,与南方丘陵山区破碎地形有关,城市景观更多体现为人类活动的影响,南方丘陵山区城市景观至少具有两种不同的空间结构,其特征尺度均较小,农田景观特征尺度最大。基于小波分析与半方差各自的特点,总结提炼出综合两种方法合理识别景观特征尺度的基本流程,即:首先开展小波分析,然后在此基础上利用半方差分析多种理论模型组合从而获得更详细的特征尺度信息,模型组合个数与参数初始值依据小波分析的结果而定。     

毛乌素沙地气候变化及其对植被覆盖的影响

利用1961—2007年毛乌素沙地气温、降水资料,对研究区近50 a来气温和水分资源各分量的时空变化进行了研究,并结合TM影像和中巴资源卫星影像,从气候变化和群落水分收支平衡的角度,对毛乌素沙地近20 a的植被覆盖变化及其原因进行了分析。结果表明:近50 a,沙地增温趋势显著,变化率为0.33℃/10 a。全区域年均温变化趋势的范围为0.16~0.5℃/10 a,且增温的程度存在西北部最强、东南部最弱的趋势。水分资源各分量时空分布极不均匀:东南部降水量P和可利用降水Δw多、陆面蒸散E强,西北部相反。P、E、Δw均呈现出逐年减少的趋势,并且大致经历了3个变化阶段。近20 a毛乌素沙地植被覆盖变化与气候变化密切相关。为适应不断变化的气候需要,在进行沙地治理与生态建设中,必须考虑人工植被建设的可持续性问题。     

长江三角洲地区城市建筑三维形态对地表热环境的影响

以长江三角洲城市群为例,利用2016~2018年夏季Landsat 8影像数据和三维建筑数据,提取地表温度（LST）并计算三维景观指数,分别在200m、400m、600m、800m、1000m、1200m六个基准空间尺度上,利用空间回归模型探索建筑物三维形态对LST的影响.结果表明：所有城市的内部城区热环境较差,超过50%区域为高温区和次高温区;建筑物三维形态对LST的影响存在尺度效应,随着研究尺度的增大,影响力逐渐减弱,在研究的六个基准尺度中,200m是所有城市的研究适宜尺度;对LST影响最大的指数分别是建筑结构指数（BSI）、建筑平均体积（AV）和分布均匀度（BEI）,其中BSI、BEI与LST正相关,除上海、苏州和台州,AV也和LST正相关,表明瘦高、体积小、分布均匀的建筑物有助于降低城市LST,改善城市热环境.     

湿地芦苇光谱对富营养化响应的多尺度高光谱遥感研究

近年来大多数滨海河口湿地都受到了人类活动的影响,水体富营养化加剧的问题造成了深远的影响,亟待在不同时空尺度上以快速、稳定、准确的途径监测滨海河口水体富营养化。论文采用能够提取植被氮吸收特征细微变化的高光谱遥感技术,基于3个时相的野外实验测量数据和HJ-1A HSI高光谱遥感数据,在叶片、冠层和景观3种尺度上,研究湿地芦苇的高光谱特征对滨海河口水体氮素浓度变化的时空响应特性,以此避免营养物质脉冲效应导致的错误水体富营养化水平评估结论。研究结果表明：在叶片和冠层尺度,邻近不同氮浓度的水体,湿地芦苇的光谱特征存在差异。而且,所采用的高光谱植被指数能够对邻近水体氮浓度的变化作出响应,各指数与水体氮浓度的相关性在冠层比叶片尺度有所降低,其中TCARI/OSAVI指数与水体氮浓度的相关性较高（叶片尺度R²为0.73,冠层尺度R²为0.7）;在景观尺度,采用基于Bootstrap的SVM模型,构建高光谱指数TCARI/OSAVI的水体总氮浓度估算模型,应用于3个时相HJ-1A HSI高光谱图像。精度检验显示,估算值和实测值之间存在较好的相关性（R²=0.61,RMSE=2.96 mg/L）。综合叶片、冠层和景观3种尺度的研究结果,证明湿地植被的高光谱响应特征可用于滨海河口水体氮浓度的时空分布估算,进而可以指示湿地所在区域水体富营养化水平的变化状况。     

中国区域地表和大气人为影响敏感区域分布

通过1981-2000年NOAA-AVHRR 8km*8km卫星数据,从季节和年尺度分析了人为活动对地表植被覆盖具有显著影响区域分布.在季节尺度上,人为的多季农业耕作活动,造成部分地区植被覆盖出现季节不连续性,在植被轮作季节地表物理减性和几何特征发生明显变化;在年尺度上,人类活动对区域气候的影响主要体现在造成区域地表和...     

典型喀斯特小流域景观格局空间分辨率效应——以贵州清镇王家寨小流域为例

以位于喀斯特高原区的王家寨小流域为例,运用SPOT5影像(空间分辨率2.5米)、ASTER影像(空间分辨率15米)、TM影像(空间分辨率30米)为基本数据源,深入分析空间分辨率的变化对土地覆盖分类结果的影响。随着影像空间分辨率的增加,三种不同空间分辨率影像的土地覆盖分类信息的变化归纳为三种类型:增加型(灌木丛、农村居民点、裸岩裸土),减少型(旱地、稀疏林地),波动型(水田、有林地)。尤以能反映生态质量的裸岩裸土和低被草地斑块的变化较大,高分辨率影像显然能更多的识别出对流域生态质量有影响的生态系统类型。     

黄土丘陵沟壑区大空间尺度林草植被减沙方程的尺度适应性

黄土丘陵沟壑区大空间尺度植被减沙方程是分析黄土高原植被变化产沙效应的有效工具,其在不同空间尺度的适应性对于黄河水沙情势变化研究十分重要。运用数值试验方法,研究黄土丘陵沟壑区大空间尺度林草植被减沙方程在小流域、子流域和栅格等3种空间尺度的适应性。结果显示,黄土丘陵沟壑区大空间尺度林草植被减沙方程在各空间尺度的总体估算偏差（D）由小到大排序为小流域（D=52.26%）<子流域（D=60.07%）<栅格（D=92.17%）,纳什效率系数（NSE）由大到小排序为小流域（0.21）>子流域（-0.31）>栅格（-0.80）。可见,黄土丘陵沟壑区大空间尺度植被减沙方程在约500 km²以上的流域单元较为适用,在500 km²以下的子流域和栅格单元不适用。该研究成果可为黄土丘陵沟壑区大空间尺度林草植被减沙方程的推广应用提供参考。     

基于不同空间插值模型的川西南山地常绿阔叶林叶面积指数估测

叶面积指数（LAI） 是森林经营管理的一个重要参数,亦是众多基于土壤、大气和植被相互作用的森林经营管理动态模型的关键输入变量之一,但目前获得大尺度、高空间分辨率的LAI精确估计仍十分困难。以川西南山地常绿阔叶林为研究对象,基于地面调查的83 个20 m×20 m样地和SPOT5 遥感数据,运用不同的方法,估测了区域森林有效叶面积指数（LAIe）。利用遥感数据作为辅助变量,比较了来自遥感数据的直接辐射关系法（DRR） 和地统计学方法协同克里格（CK）、回归克里格（RK） 的LAIe 空间分布差异。此外,运用反距离权重（IDW）、全局多项式（GPI）、普通克里格（OK）、泛克里格（UK） 等方法也对LAIe进行了估计。结果表明LAIe 与归一化植被指数（NDVI） 回归拟合效果相对不理想（R²=0.679,P<0.001）;由于研究区森林景观不是连续变量,LAIe呈低空间自相关性,各方法间差异不显著,对区域LAIe 估算精度提升不明显;但DRR 和CK、RK 方法能降低统计误差值,且DRR与CK、RK的相关性极高（相关系数分别可达0.91和0.92）。尽管相比于DRR,地统计学方法并没有提高LAIe估计精度,为提高预测的准确性,应探讨更密集的抽样方案和不同的辅助变量。     

半干旱-亚湿润干旱沙区樟子松根内真菌群落结构和功能时空动态特征

研究揭示呼伦贝尔沙地樟子松天然林和不同引种地(呼伦贝尔沙地、科尔沁沙地和毛乌素沙地)不同林龄(中龄林、近熟林和成熟林)人工林根内真菌群落结构和功能时空动态特征及其对环境变化(气候因子和土壤理化性质)的响应,阐明樟子松根内真菌生态功能及其与林木生长的互作关系.结果表明：(1)樟子松人工林根内真菌多样性指数均显著高于天然林(P<0.05),且毛乌素沙地人工林最高;樟子松根内真菌群落存在明显的地理分布,但林龄影响不存在显著差异(P>0.05).(2)与樟子松人工林相比,天然林外生菌根真菌比例更高(50.49%),主要包括Acephala、小菇属(Mycena)和乳牛肝菌属(Suillus);樟子松天然林主要指示菌种为Acephala,呼伦贝尔沙地人工林为肉齿菌属(Sarcodon),科尔沁沙地人工林为红菇属(Russula)和美口菌属(Calostoma),毛乌素沙地人工林为地孔菌属(Geopora)、Mallocybe和棉革菌属(Tomentella).(3)在樟子松天然林和人工林中,指示菌种主要受到有效氮、有效磷和林龄的影响,而与土壤含水量、 pH值和全氮含量相关的指示菌种数...     

Landscape ecological analysis of urban vegetation in Guangzhou, China

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＬａｎｄｓｃａｐｅｅｃｏｌｏｇｙｉｓａｎｉｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙｓｕｂｊｅｃｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｗｉｔｈｓｐａｃｅ．Ｉｔｄｅａｌｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｓｐａｔｉａｌｓｔｒｕｃｔ...     

鲁东山区流域景观格局与面源污染关联关系

基于实地监测和3S技术,以鲁东低山丘陵地区栖霞市为研究区,采用Spearman相关、非约束性PCA、对应典范分析（CCA）等方法,研究不同流域尺度下景观格局与面源污染的关联关系。结果表明：（1）研究区景观格局空间分异明显,在特征尺度下农用地和建设用地斑块较为破碎,林地、园地斑块聚集性强。（2）研究区河流面源污染物主要以TN为主,EC、COD污染次之,主河道出水口为污染较为严重的区域。（3）景观格局对水质的影响丰水期要大于平水期,TN和EC对土地利用类型面积比例和景观格局指数的变化最为敏感。（4）平水期河岸带尺度下景观格局对TN影响最大的为斑块密度,EC受景观边缘密度影响最大,小流域尺度TN受景观蔓延度影响最大,COD与景观多样性关系密切;丰水期河岸带尺度景观多样性对TN影响最大,EC受斑块聚合度影响最大,小流域尺度影响TN最大的因素与平水期一致,EC与景观蔓延度关系密切。（5）小流域景观类型水平下,TN主要受林地斑块密度影响,TP与耕地散布与并列指数关系密切;丰水期TN受林地散布与并列指数影响显著,TP对林地平均分维数变化敏感,EC受草地聚集性影响最大。本文分析了研究区景观格局与面源污染空间分布特征,探讨了两者在不同尺度下的相关性,可为栖霞市水土资源可持续利用提供科学依据。     

Fractal properties of patch perimeters in a disturbed montane landscape, Beijing, China

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＬａｎｄｓｃａｐｅｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｉｍｐａｃｔｓｏｎｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｄｉｖｅｒｓｉｔｙｈａｖｅｂｅｅｎｔｈｅｈｉｇｈｌｙｃｏｎｃｅｒｎｅｄｔｏｐｉｃｓｉｎｔｈｅｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓｂｉｏｌｏｇｉ...     

气候变化对湿地景观格局的影响研究综述

气候变化是影响湿地景观格局变化的主要自然因素。文章从气候变化对湿地水资源面积、湿地土地利用格局、湿地植被空间格局及湿地生物多样性格局的影响研究等方面进行了综述,并对完善气候变化下湿地景观格局变化的研究方法和技术手段进行了探讨。指出:应用气候模型进行未来气候预测时,应合理选择气候变化情景,并确保不同模型的时空尺度匹配;应用"3S"技术提取湿地类型信息、观测湿地土地覆盖变化时要确保信息的精度,不同来源的数据必须采取制图综合等手段;实现气候变化下湿地景观结构与生态过程相结合的动态格局分析。     

甲烷排放源逆向轨迹反演模式研究

基于逆向轨迹计算和单点浓度连续观测资料建立了一个甲烷排放源的反演模式 .经系统调试表明模式具有正确反映边界层物理过程的能力 .在理想条件下 ,模式相当准确地反演出 1 0 0km水平范围内设定的排放源和分布 .用 9天的实际甲烷浓度连续观测资料对北京地区的排放源情况进行个例计算 ,获得主要源块的排放率在0 0 0 66～ 0 0 2 6mg/ (m2 ·s)范围内 ,与区域内的重要排放源 (稻田 )的排放情况相一致 .反演所得源块与区域内的稻田分布亦有一定的空间对应关系     

岩溶山区不同岩性和地貌类型下景观斑块分布与多样性分析

以研究区2000 年TM影像、1:50 000 地形图和1:250 000DEM为基础数据源, 运用景观斑块 分布与多样性特征指数, 测算了黔西南中低山丘原盆谷区不同岩性和地貌类型下景观格局特征。结 果表明: ①灌木林地、疏林地、中覆盖度草地占据着景观中的优势地位, 是明显的景观基质, 控制着 区域景观生态格局及其发展。景观斑块类型在不同岩石和地貌类型区存在较明显差异; ②在连续性 灰岩区、灰岩与碎屑岩互层区和灰岩夹碎屑岩区形成的山间盆地和高原台面上以及北部水热丰富 的河谷地带, 水田、旱地、疏林地、低覆盖度草地集中分布, 浅中切割低山类型中有林地和灌木林地 集中分布; ③在连续性白云岩区形成的深切割( 低、中和高) 丘陵、浅切割( 低、中和高) 丘陵, 低覆盖 度草地和灌木林地集中分布; ④从岩溶石漠化、土壤侵蚀、森林退化的空间格局及其组合来看, 在形 成生态环境的区域差异过程中, 岩性和地貌的空间组合结构起着显著的控制作用。     

不同比例尺下耕地质量分等结果的差异及影响因素研究

近年来,耕地质量保护问题已逐渐成为我国最突出的问题之一,而耕地质量管理工作需在不同层次上进行,同时也要求有不同比例尺的耕地质量分等成果,但不同比例尺下的耕地质量分等结果在等别面积、空间分布、等别组合以及精度上均存在差异。因此,分析不同比例尺耕地质量分等结果的尺度差异,研究其影响因素,对于提高土地质量管理水平具有重要意义。论文采用计量经济学模型和二元Logistic回归模型,以江苏省东海县为例,对1∶5 000(大比例尺)、1∶100 000(中比例尺)和1∶500 000(小比例尺)3种比例尺下耕地分等结果的差异及其影响因素进行了研究。结果表明:1)不同比例尺下耕地质量分等结果在面积数量、空间分布以及表达精度上均存在一定差异,且比例尺越大,结果越精确;2)导致不同比例尺间耕地质量分等结果差异的影响因素,主要有高程、植被覆盖度、耕地连通度、耕地面积占比、耕地图斑数、坡度、路网密度以及耕地集聚度等,不同比例尺之间的耕地等别差异影响因素是不一致的,且各因素对结果差异的影响力大小也有一定的差别。综合以上结论,可以得出:由于耕地质量分等结果比例尺差异明显,并受多因素影响,所以不同比例尺下耕地分等数据转换与组织十分重要。     

基于MODIS-OLI遥感数据融合技术的农田生产力估算

大范围、高精度的农田生产力遥感监测依赖于高时空分辨率的遥感数据,单纯依靠由单一类型传感器数据获取的高时相或者高空间分辨率的遥感数据都不能满足清晰掌握田块尺度上作物生长动态的需求。全球免费提供的空间分辨率250~1 000 m的MODIS数据和空间分辨率30 m的Landsat数据是植被动态监测普遍应用的数据源,针对应用MODIS数据估算的农田生产力空间分辨率较低而Landsat卫星重访周期长的局限性,研究基于空间分辨率30 m的Landsat 8 OLI数据与空间分辨率500 m的MODIS数据,应用时空数据融合技术,融合OLI数据的高清晰空间表达能力与时间间隔8 d的MODIS数据的植被生长时间序列过程的监测能力,获得空间分辨率30 m、时间步长8 d的时间序列数据,利用VPM （Vegetation Photosynthesis Model）模型以宁夏永宁县部分地区为试验区估算该区域的NPP。研究结果表明,融合后所得30 m分辨率的NPP具有良好的空间细节信息,提高了MODIS数据中混合像元上的估算精度,并保留了MODIS数据原始的时间过程信息,以30 m的空间分辨率刻画出作物的生长动态;较单独应用MODIS数据,使用融合数据估算的NPP可更有效检测出高标准农田建设对农田生产力的提升。