基于MODIS与HJ-1-B数据的雪盖率反演及其相关因子分析

随着空间信息技术的发展及社会经济对雪盖监测产品的需求，亚像元雪盖制图逐渐成为积雪监测研究的重点。以环境与减灾卫星（HJ 1 B）数据作为地面真值计算MODIS数据中每个像元的积雪覆盖率，并与归一化雪被指数(NDSI)建立回归模型，从亚像元尺度反演MODIS数据的积雪覆盖率。以青海省玉树州作为研究区，实验结果表明该算法反演的雪覆盖率平均绝对误差均在02以内，在可接受的误差范围之内，说明该算法具有较强的稳定性和实用性。此外，在积雪覆盖率反演基础上，提出了与积雪覆盖率相关的另外两个相关因子：地表温度(LST)和植被指数(NDSI)，分析表明：这两个因子与积雪覆盖率均存在明显的负相关关系，为基于多因子的雪盖率反演奠定了基础     

两种植被指数与地表温度定量关系的比较研究——以南京市为例

加强绿化可有效缓解城市热岛（UHI）效应，但植被降温规律如何，如何科学绿化一直模糊不清。以南京市ETM+影像为数据源，经ATCOR2模块大气校正后，提取了南京城区地表温度（LST）、归一化植被指数（NDVI）和减化比值植被指数（RSR），基于实测值和同时相ASTER数据反演结果的双重验证，拟合了两种植被指数与地表温度的定量关系，并进行了对比研究。结果表明：南京市存在明显的UHI，城区水体和绿地为显著的低温区，除水体外，植被覆盖度高的区域地表温度明显低于植被稀少或无植被区；地表温度与NDVI呈显著线性负相关，与RSR呈显著幂函数负相关，后者的相关性高于前者；以〖WTBX〗RSR〖WTBZ〗=32为界，此值之前，地表温度随着植被覆盖增加而锐减，此值之后，植被覆盖继续增加，地表温度却趋于恒定，呈现植被降温效应“饱和”现象；RSR能直接说明对于不同下垫面，增加相同的植被覆盖度其降温效果存在差异，而不进行土地利用分类，NDVI无法揭示此现象     

三江源区植被覆盖度的定量估算与动态变化研究

植被覆盖度是衡量地表植被状况的重要指标,其时空分布和变化对政府进行区域规划和决策起着重要作用。MODIS植被指数是区域植被覆盖度提取的重要数据源。利用2000年1月到2009年10月的MODIS 250 m归一化植被指数16 d合成产品（MODIS NDVI）和其他MODIS辅助数据估算三江源区的植被覆盖度并分析时空格局变化趋势。在混合像元二分模型的基础上改进了NDVI参数的确定方法,然后利用重构后的MODIS数据估算植被覆盖度。与2007年8月的野外采样点数据比较,估算精度是8772%,相关系数r为0889 7,表明该模型估算大面积植被覆盖度是可行的。将获得的植被覆盖度分为5个等级,从年最大化植被覆盖度Mfc的角度进行10 a里植被覆盖度的年际变化趋势分析和时空格局变化分析。趋势分析结果表明,2000~2009年三江源区植被覆盖波动式变化,东北部地区得到改善,西部地区在退化,总体呈现退化趋势;时空格局变化分析结果表明,植被覆盖破碎度降低,趋于集中化分布;不同等级覆盖度分布的复杂化程度降低     

城市地表形态对热环境的影响——以上海市为例

基于遥感与GIS技术,利用Landsat7-ETM+影像反演地表温度,用社会经济统计数据、土地利用现状数据和道路交通网络数据计算城市景观形态参数以表征地表特征,从行政区(县)、5km间距同心环带和局部区块3个水平上划分空间单元建立数据样本,分析城市地表形态对热环境空间分布格局的影响。结果表明:(1)景观混合度和景观分裂度对地表温度有恒定的负向影响,区块连通性与地表温度负相关;(2)景观分裂度对热环境的影响取决于地类属性:分裂度大的增温地类,地表增温效应弱;分裂度大的降温地类,地表降温效应强;(3)人口密度和经济密度可对地表温度产生恒定正向影响;(4)人口密度、建设用地比例和房屋建筑比例是分布在区(县)尺度、同心圆环尺度和典型区块尺度上影响地表热环境最显著的地表形态要素。     

基于MODIS的武汉城市圈地表温度场特征

地表温度是许多研究领域，如环境、生态、水文、气候、农业、浅层地温能、热岛效应等不可或缺的重要参数，这些参数现在可以通过卫星热红外遥感技术方便地获得。对一年的MODIS 8 d合成地表温度产品进行了处理，得到了武汉城市圈的地表年平均温度、年温度变幅、日温度变幅、年最低温出现时间、日最高温出现时刻等参数的分布图，并对这些参数的分布特征与土地利用现状进行了对比分析，初步揭示了该区的地表温度时空变化规律。结果表明，这些参数受到城市热岛效应、下垫面和地形因素的强烈影响，年平均温度以城市地区最高，平原地区其次，北部和南部山区的年平均温度最低；地表水体与其附近陆地相比，年平均温度的差异并不显著，但是其年温度变幅、日温度变幅都明显比陆地小，同时，年最低温出现时间、日最高温出现时刻都明显滞后，这些是水与岩土相比具有较高比热容的必然结果。〖     

基于高光谱遥感和HJ 1卫星的冬小麦SPAD反演研究

冬小麦SPAD（Soil and Plant Analyzer Development）是评价其健康状况的重要农学参数,传统监测方法效率较低,旨在将田间监测和遥感技术相结合,探讨我国江汉平原地区冬小麦SPAD的遥感监测方法。研究选取湖北省潜江市后湖管理区为研究区域,利用ASD Fieldspec 3地物光谱仪和SPAD 502叶绿素仪在田间采集冬小麦冠层光谱和叶片SPAD,选取4种植被指数与叶片SPAD进行回归分析并构建预测模型。经模型精度检验,NDVI较适合对该地区冬小麦SPAD反演。然后将NDVI SPAD反演模型与HJ 1卫星影像相结合,进行研究区域的冬小麦SPAD反演,通过比较HJ 1卫星影像反演SPAD与田间实测值,经分析均方根误差（RMSE）为632。结果表明,利用NDVI植被指数模型能够较好进行研究区内冬小麦SPAD反演。实现了从地面监测到卫星遥感不同尺度的冬小麦SPAD反演,为大面积冬小麦SPAD监测提供技术和方法     

基于ASAR GM数据时序特征的农田表层土壤水分的反演

了解农田表层土壤水分的时空变化对反演涝渍害有着十分重要的意义， 针对ASAR GM数据特点提出了在没有地面观测数据地区农田大尺度土壤水分的反演方法，即运用MODIS NDVI数据（空间分辨率为250 m）的农田作物时序特征提取土地利用现状，并以此来校正ASAR GM数据（空间分辨率为1 km）中的混合像素；利用大面积降水后土壤表层湿度水平差异不大的特点，运用非线性回归模型，获取水云模型中的经验系数，运用水云模型将植被和土壤对后向散射的贡献区分开；在获得一个地方长时间土壤后向散射系数空间分布集后，假设其土壤粗糙度不变的情况下，其后向散射系数与土壤表层湿度成正比，运用其时序特征计算出其土壤表层相对体积含水量。运用上述方法，利用79景ASAR GM数据和同时期的MODIS数据，反演了湖北省四湖地区棉田的土壤表层相对体积含水量的时空分布，将其计算值与观测值比较分析后发现，其变化趋势相同、相关系数（R2=0779，n=25）也很高，圴方根误差为963%，表明上述反演方法还是可行了，适用于大尺度农田土壤墒情的反演     

基于HJＧ１B数据的武汉市LST反演及热环境分析

以HJ 1B CCD/IRS4为主要数据源，采用单窗算法，反演了武汉市夏季高温代表日的地表温度，并用MODIS地表温度产品对反演结果进行了验证。在此基础上，提取热场变异复合指数来分析城市热岛空间分布特征，给出了城市热岛效应的定量化描述，并就不同下垫面对热岛效应的影响进行了研究。结果如下：（1）武汉城市热岛呈现整体上交错分布而局部小聚集的不规则特点，大热岛之中存在一些温度更高的小热岛；（2）武汉市2009~2012年夏季高温日平均LST为30611 K，多数城区温度达到309～317 K；（3）主城区热场变异复合指数均超过了0015，表现为较强－极强的热岛效应；6个等级的热岛效应强度的面积比例依次下降，而对应的LST平均值则逐渐升高；(4)不同地表覆盖类型LST相差较大，其在地表类型面积构成中的比例不同。研究成果可为城市热环境监测与生态评价提供科学依据     

基于FOA-SVM方法的长江中游悬浮物浓度遥感反演研究

遥感反演是监测水体表层悬浮物浓度分布的有效手段之一。然而,常用的经验回归模型是建立在大样本的理论假设之上的,而大多数情况下所获取的样本数实际上是十分有限的,因而有必要引入基于小样本的新的反演模型。支持向量机(SVM)建立在结构风险最小原理和VC维理论基础上,其泛化能力强,适用于小样本回归模型。使用HJ1B卫星CCD2遥感影像结合长江中游实地同步采样数据建立悬浮物浓度SVM遥感反演模型,并采用果蝇优化算法(FOA)对模型参数进行了优化。结果表明,与传统经验回归模型相比,SVM模型具有较高的预报精度和稳定性;在SVM模型的参数优化中,FOA算法效果理想,其计算量也远小于网格搜索算法。最后,使用所建立的SVM模型对长江中游城陵矶附近长江和洞庭湖水体悬浮物浓度进行了反演,并对其空间分布特征进行了分析。结果显示,长江干流的悬浮泥沙浓度总体上明显小于洞庭湖,这主要是三峡工程下泄泥沙大幅减少造成的;洞庭湖浑浊的湖水汇入长江后,在城陵矶下游形成明显的混合带;而洞庭湖湖口悬浮物浓度明显高于其他湖区,这可能是该区域采砂活动的强烈扰动引起的。     

基于MODIS的长江中游河段悬浮泥沙浓度反演

监测和预报悬浮泥沙浓度的沿程分布和时间变化,无论是对于河流水利工程还是河流生态和环境保护都具有重要意义。卫星遥感反演同步性好、速度快、周期短,可以实时和全面地观测大尺度悬浮泥沙分布。旨在建立基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)影像的长江中游河段悬浮泥沙浓度反演模型, 并利用建立的模型反演2002~2009 年长江中游河段丰水期的悬浮泥沙浓度, 分析其在时间和空间上的变化特征。研究揭示,MODIS Terra 影像红波段与悬浮泥沙浓度具有显著的相关性（R2=0877,n=125,RMSE=4057 mg/L）,可以用于长江中游丰水期悬浮泥沙浓度的反演。长江三峡工程经历三次蓄水,坝下游宜昌至汉口段悬浮泥沙含量显著减少,荆江河段、洞庭湖及城陵矶至武汉江段下降最为显著。洞庭湖来水来沙是长江中游城陵矶以下江段主要的悬浮泥沙来源之一,从预测结果可知,洞庭湖来水在城陵矶汇入长江后与江水混合以至形成数十公里的混合带,至洪湖以下江段逐渐混合均匀     

基于遥感的2000~2009年鄱阳湖流域蒸散特征及影响因子研究

蒸散是水循环过程重要的分量,分析鄱阳湖流域蒸散的时空格局及影响因子作用对流域水资源合理利用和提升流域生态服务功能具有重要意义。以MODIS产品数据为主要数据源,应用地面温度 植被指数三角关系法反演了鄱阳湖流域2000~2009年的实际蒸散量,分析了流域蒸散的时空分布特征及主要气象因子对流域蒸散的影响。结果表明：（1）鄱阳湖流域蒸散具有很强的空间异质性,蒸散较大的区域位于湖区水域和流域森林分布区域,而湖区周围和流域中部的农田和草地蒸散相对较小。2000~2009年流域年均蒸散量为795 mm。2003、2004、2007和2009年的枯水年份,蒸散值较高,变化范围为802~890 mm;（2） 鄱阳湖流域各子流域年蒸散量为666~1 031 mm,其中饶河和修水流域蒸散量高于其他流域,这是由于这两个子流域林地所占比例较高（大于70%）。流域蒸散占降水的比例为04~07,从年尺度上整个流域仍表现为水分盈余,但年内分配不均;（3） 流域蒸散与辐射和气温呈显著正相关关系（P＜001）,而蒸散年内分布格局则与降水格局有关,表现为月降水距平越小,月蒸散量越大。在枯水年份,降水格局对蒸散的影响尤为显著     

基于实测光谱分析和MODIS数据鄱阳湖叶绿素a浓度估算

基于遥感的大面积水体监测技术为水环境监测提供了一种有效手段。以鄱阳湖为研究区,以反映水体营养状态的重要指标叶绿素a为研究对象,在测定研究区水体光谱及叶绿素a浓度和收集了相应时间的MODIS数据的基础上,采用浮游藻类指数法（Floating Algae Index,FAI）提取鄱阳湖水体范围,对鄱阳湖水体实测光谱数据进行剔除异常、归一化及光谱微分处理,构建波段差值、比值、归一化差值等光谱指数,利用最小二乘原理迭代分析水体叶绿素光谱响应特征,得出敏感波段范围：673～680 nm与650～665 nm、680～710 nm与650～670 nm、662～671 nm与700～720 nm光谱区间组合。选择最佳通道组合,建立基于MODIS影像的鄱阳湖叶绿素a浓度反演模型,相关系数为067。应用该模型得到2011年秋季鄱阳湖的叶绿素浓度估算值,反演结果显示湖区水体叶绿素浓度总体不高,且在空间分布上湖区水体周边与陆地交界处比湖中心区浓度偏高。分析认为：通过对实测光谱的定量分析,获得对鄱阳湖地区水体叶绿素浓度的光谱特征认识,揭示出其反射光谱的长波漂移现象,为鄱阳湖这一富营养化程度底,且水体分布不均匀区域建立一种叶绿素浓度反演方法,可为该区域长期的水环境管理提供方法借鉴     

中国五大湖秀丽白虾地理种群的形态差异与判别分析

测量了326尾采自鄱阳湖、洞庭湖、太湖、巢湖和洪泽湖5个地理种群的秀丽白虾的8个形态学特征，经过校正后形成10个形态学比例参数。运用3种多元统计方法对不同地理种群间的形态差异进行了比较研究。主成分分析构建的前3个主成分的方差贡献率依次为31216%、21577%、15239%，累积贡献率为68032%，主成分分析结果表明5个地理种群间的形态差异主要取决于腹部宽/体长、腹部宽/腹部长和头胸甲宽/体长3个形态学特征；聚类分析结果表明，太湖种群最先和鄱阳湖种群聚成一类，随后与巢湖种群、洪泽湖种群聚集，最后才和洞庭湖种群聚集，说明太湖种群和鄱阳湖种群形态差异最小而和洞庭湖种群形态差异最大；建立了5个种群的判别函数，判别准确率为767%~967%，综合判别率为807% 。计算了差异系数，根据Mayr等提出的75%规则，认为不同地理种群间的形态差异还没有上升到亚种水平的差异。推测遗传差异和环境因子是不同种群秀丽白虾产生形态变异的主要原因.     

基于MODIS的鄱阳湖湿地植被变化及其对水位的响应研究

针对鄱阳湖水情变化如何影响湖区湿地植被生长过程的问题,在鄱阳湖国家级自然保护区内的蚌湖-吴城生态断面上,选取3个梯度分布MODIS像元样点,基于2001~2010年MODIS 增强型植被指数（EVI）时间序列,分析了近10 a来退水期植被生长动态变化过程;结合星子站水位资料,探讨了鄱阳湖退水期水位变化对湿地植被生长的影响。结果表明：各样点EVI年内均值表现为先上升后下降的单峰特征,多年平均值在10月份最大,高程越高的样点其EVI达到年最大值的时间越早;不同水位持续长短及其起讫时期影响植被的生长变化,EVI均值与生长期的拟合优度（075）高于最大值与生长期的拟合优度（049）;样点每提前出露10 d,EVI均值约升高002,[JP3]二者相关性R2达到055。研究结果对湖区植被资源管理以及湖泊水位调控效应研究等具有积极的参考意义     

鄱阳湖流域农村生活区面源污染特征及其影响

农村生活区水环境是流域水环境的重要组成部分。鄱阳湖流域是我国的重要农业生产区，农村人口众多，未经过处理的生活污水、生活垃圾和固体废弃物、分散畜禽养殖污染由于无序排放导致了鄱阳湖流域河湖水质下降，湖泊富营养化指数升高。通过采用污染物当量算法对鄱阳湖流域农村生活区面源污染估算，分析了1991~2011年农村生活污染现状及其趋势，并分析了鄱阳湖河湖水质变化趋势及其在农村生活区面源污染中的影响因子。研究结果表明：（1）1991～2011年，鄱阳湖流域农村人口、生活污染、生活垃圾和固体废弃物污染、分散畜禽养殖污染不断增加，其中农村生活污水污染物排放量、TN、TP和COD排放量增长了1268%，年平均增长量分别为036、002、1681和021万t；固体废弃物排放量、TN和TP排放量增加了1268%，年增长量分别为362、076和080万t；分散畜禽养殖污染TN、TP和COD的含量分别增长了9913%、6384%和7227%，年均增长量分别为022、003和009万t；（2）2000年以来，鄱阳湖流域河湖水质呈下降趋势，其中鄱阳湖湖泊的水质和富营养化指数下降趋势分别在001和005水平上具有显著性；（3）鄱阳湖流域农村生活区面源污染对流域水环境具有一定的影响，其中分散畜禽养殖污染的影响相对较大     

鄱阳湖沙山植物叶片与土壤C∶N、C∶P沿沙化梯度分布特征

在鄱阳湖多宝沙山沿沙化梯度测定了17种常见植物叶片及土壤有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)含量,以阐明沙山常见植物种与土壤C〖DK〗∶N、C〖DK〗∶P分布特征及对沙化的响应,为沙山植被恢复提供基础数据。结果表明：（1）植物叶片C〖DK〗∶N、C〖DK〗∶P分布范围为185～1273、1698～5071,平均值分别为431、3418;土壤0～10、10～30、30～50 cm层C〖DK〗∶N变化范围分别为98～463、24～465和37～450; 相应土层C〖DK〗∶P范围分别为198～759、30～905和47～765。（2）植物C〖DK〗∶N、C〖DK〗∶P对沙化的响应模式一致,均表现出在重度沙化区数值最小;土壤C〖DK〗∶N随沙化程度增加表现出降低趋势,而C〖DK〗∶P则表现出增加趋势,二者对沙化的响应不一致。（3）植物C〖DK〗∶N、C〖DK〗∶P变化主要取决于叶片的N、P含量;土壤C〖DK〗∶N的变化受控于土壤N含量;C〖DK〗∶P变化则决定于土壤有机C含量     

鄱阳湖表层沉积物中砷及重金属赋存形态及其潜在生态风险

重金属污染是水体沉积物污染的主要问题之一，研究沉积物中重金属元素的赋存形态，探索水体中重金属的来源，可以为水体重金属污染治理修复提供理论基础。采用BCR三步连续提取法对鄱阳湖枯水期表层沉积物中As和7种重金属元素（Cd、Co、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn）的赋存形态进行了研究，并基于重金属风险评价代码（Risk Assessment Code, RAC）方法评估了鄱阳湖表层沉积物中的As和7种重金属元素的潜在生态风险。结果表明，鄱阳湖表层沉积物中As、Co、Cr、Cu、Ni和Zn主要以残渣态的形式存在(6160%~8518%)；Pb主要以残渣态（5097%）和铁锰氧化物结合态（4102%）为主要的赋存形态，其可提取态所占比例为4903%，具有较高的二次释放潜力；Cd的赋存形态主要以弱酸提取态（4160%）和铁锰氧化态（2719%）为主，其可提取态所占比例高达7749%，潜在生态风险较大。RAC分析结果表明，鄱阳湖表层沉积物Cd的生态风险整体上位于高风险，需要加强对鄱阳湖Cd污染的关注。所有站点Cr的弱酸提取态所占比例均低于1%，表明鄱阳湖Cr污染的生态风险为无风险，As、Ni和Pb属于低风险，而Cu、Co和Zn位于低风险至中等风险     

环鄱阳湖区分区土地利用景观格局变化模拟研究

依据水环境约束力的大小,将环鄱阳湖区划分为核心、边缘和外围3个影响区。以该地区2005~2010年间土地利用情况为基准,通过构建CA-Markov-Logistic模型模拟2015年该地区土地利用格局情景,并采用景观格局指数进一步分析3个影响区土地利用景观格局变化趋势。研究表明:(1)从土地利用类型变化来看,覆盖环鄱阳湖区约82%土地面积的耕地和林地将有较大幅度的减少,而城建用地所占比重将大幅上升,对环鄱阳湖区的开发在逐渐加快;(2)从土地利用影响力来看,地类分布概率与人口城市化率、生活城市化率以及经济城市化率的空间分布有着一定的相关关系;(3)从模拟结果来看,环鄱阳湖区核心区耕地范围将缩小而水体范围将扩大,边缘区其他建设用地和农村居民点面积增加,外围区水体范围将大幅缩减,土地景观破碎化程度依次从边缘区-外围区-核心区的顺序下降,表明对鄱阳湖保护的作用正在显现,整个土地利用景观格局取向更为合理。     

2003~2009年鄱阳湖流域土壤水分时空变化特征及影响因素

鄱阳湖流域水文过程是区域研究的热点问题,但相对于其它水文要素而言,土壤水分的时空分布特征及其影响因素尚缺乏系统研究,成为流域水文过程研究不确定性的主要来源之一。采用AMSR E土壤水分数据,从流域、子流域及地表覆被等不同的空间尺度,阐明了鄱阳湖流域2003～2009年土壤水分的年际与年内变化特征,并分析其影响因素。研究表明：在流域尺度上,土壤水分总体呈现中心低、周边高的“漏斗式”空间分布形态,但夏、秋季节空间差异性减弱,年际土壤水分呈现较强的下降趋势,其中以湖区下降速度最大;在地表覆被尺度上,林地土壤水分最高、年际下降速度最低,表明其在年际尺度上对干旱具有较强的调节作用,不同地表覆被类型的土壤水分年内差异较明显,但在6、7及10月差异较小,地表覆被对土壤水分的调节作用减弱;在影响因素方面,降水是土壤水分的主要影响因素,气温、灌溉等则一定程度上影响了土壤水分的变化特征。研究结果不仅有利于加强对流域水文过程的理解与认识,同时可为水资源管理及防旱抗旱等提供科学的辅助依据