基于GF-1 WFV影像和随机森林算法的总氮反演研究

基于高分一号卫星影像遥感数据和水库水质实测数据,利用随机森林回归算法建立遥感反射率与总氮浓度的定量反演模型,以获取东风水库总氮浓度的时空分布情况,进而对水库总氮污染情况进行分析.结果 表明,总氮反演模型精度较高,决定系数R2为0.879,均方根误差为0.169 mg/L,但仍有提升空间.将模型运用于2016-2018年GF-1 WFV影像遥感数据,反演得到东风水库总氮浓度时空分布情况.结果 表明,2016年水库总氮浓度呈波动性变化,2017-2018年除个别月份外,水库总氮浓度整体呈下降趋势.从水质标准来看,水库总氮浓度介于Ⅲ～Ⅴ类水质标准,且存在富营养化风险.从不同季节变化情况来看,春冬季总氮浓度较高,夏秋季浓度较低.从空间差异性来看,区域变化规律性不太明显.     

基于高分1号杭州湾河口悬浮泥沙浓度遥感反演模型构建及应用

杭州湾高悬浮泥沙的实时快速遥感监测是河口沿岸水质保护的关键。本文利用杭州湾实测的高光谱及悬浮泥沙浓度数据,模拟高分1号卫星数据并分析不同波段组合的遥感反射率与悬浮物浓度之间的相关关系,开展杭州湾河口水体悬浮泥沙遥感反演模式的比较验证,得出适用于高分1号卫星的悬浮泥沙浓度的遥感反演模型,并利用该模型进行杭州湾河口跨海大桥水域悬浮泥沙浓度反演,研究发现跨海大桥对潮水稀释悬浮泥沙有一定影响,大桥两侧悬浮泥沙有明显差异。     

基于国产高分卫星遥感数据的现代黄河三角洲入侵植物互花米草监测方法

本文以国产高分一号和高分二号影像为数据源,辅以现场调查数据,发展了一种结合空间位置与决策树分类的互花米草信息提取方法。首先基于互花米草适宜生长于高潮带下部至中潮带下部区域的特点,利用高潮时获取的Landsat 5遥感图像缨帽变换的湿度分量,通过二值化处理和矢量后处理提取现代黄河三角洲互花米草生长的向陆边界,进而对高分图像的互花米草生长区域进行掩膜;基于掩膜后的高分图像,利用决策树分类方法对互花米草分布范围进行提取。通过对现代黄河三角洲互花米草信息提取实验,表明提出的分类方法能够较为精确地识别和提取互花米草信息,总体分类精度达到97.05%。通过对提取的互花米草分布情况的统计和分析,发现整个现代黄河三角洲地区的互花米草总面积约有3278.1100 hm2,主要分布于黄河故道西侧、五号桩、孤东油田东南侧和黄河现行入海口两侧等四个区域,其中黄河现行入海口两侧是2002年之后出现的新生互花米草区域,互花米草面积最广,占现代黄河三角洲互花米草总面积的91.39%;其次为孤东油田东南侧及五号桩,自首次引种互花米草至今都有互花米草分布,所占比例分别为6.22%和1.59%;本文首次在黄河故道西侧发现互花米草,在此前的研究工作中均未报道,互花米草面积最小,约为26.1527 hm2。     

基于高分影像的城市水体遥感综合分级方法

城市水体是城市生态系统中的重要组成部分,为此,针对城市水体提出了一种基于国产高分影像的水环境遥感综合评价方法.在2017～2019年间的南京、无锡、常州和扬州市等城市多次水体采样工作的基础上,分析了城市水体光谱特征与水质参数的相应关系.基于国际标准的色度转换模型和FUI(forel-ule index)水色指数,构建了...     

森林植被变化对流域水文影响的争论

针对“森林能否增雨、森林能否减少年径流量、调节枯水径流以及能否削减洪峰”等问题，综述了各种观点，分析了出现分歧的原因。作者认为森林对降水量的影响不大，森林植被的存在一般减少年径流量，而对调节枯水径流以及削减洪峰等的作用则因地带、因流域尺度而异。研究方法的局限性、研究对象的复杂性以及区域差异和尺度的影响，是导致争论的主要原因。正确评价森林的水文效应，应该注意地带性差异、尺度的影响以及不同森林的类型等。     

基于高分影像的城市黑臭水体遥感识别:以南京为例

城市黑臭水体的遥感识别对于黑臭水体的监测、治理有着重要作用.2016年对南京城市河段进行了地面调查,并在沙洲西河、秃尾河、玄武湖、金川河设置了55个样点,采集水样分析水质参数并同步测量水面光谱.在此基础上,利用绿光波段遥感反射率的单波段阈值、蓝、绿波段差值、红、绿波段比值,以及色度值,分别构建了基于GF-2影像的城市黑臭水体遥感识别算法,并分析南京市主城区黑臭水体的空间分布和环境特点.结果表明:(1)和其他类型水体相比,城市黑臭水体遥感反射率最低,在整个可见光范围峰谷不突出,而且在400~550 nm范围光谱斜率最小;(2)采用地面同步调查结果检验,比值算法的识别精度最高,对城市河道黑臭水体的识别更准确;(3)利用比值法对2016年11月3日的GF-2影像进行计算,共提取研究区黑臭河段11条,总长度40.7 km,总面积0.749 km~2.黑臭河段分布具有范围广且不连续的特征,集中分布于各城区人口密集的区域;水体发生黑臭主要受到生活污水、工业废水、断头浜的影响.     

红壤丘陵区森林植被恢复的增湿效应初探

红壤丘陵区森林植被恢复后，对水分和热量均有明显的调节作用，尽管林内穿透雨只占林外降水量的90％左右，但相对湿度始终高于林外，森林可以增湿、调湿，提高水分利用效率。同时，林内气温、地温始终低于林外，随着林龄的增长，这种作用愈加明显。     

广西弄拉森林植被的喀斯特效应

研究了广西弄拉封山育林40多年后植被对大气降雨、表层岩溶泉水物理化学特征、土壤自然含水量和土壤水的影响。结果表明:弄拉的森林植被能明显酸化大气降雨,增加雨水中碳的含量,促进岩溶生态系统的碳循环,增强岩溶动力系统中的溶蚀动力;增加土壤自然含水量,提高土壤风化程度,改善土壤理化性质,增加土壤水有机碳含量;增加表层岩溶泉水中化学成分的含量,改变水质。研究结果显示弄拉的生态恢复和重建已经取得了一定的成绩,今后的研究应在此基础上从改变水质,提高居民饮水质量出发,造福农民。     

酸沉降对重庆南山森林生态系统土壤和植被的影响

酸沉降现象在重庆南山地区已造成长期严重的环境污染.笔者根据东亚酸雨监测网土壤和植被监测技术规范方法,研究了酸沉降对森林生态系统土壤和植被的影响和危害.通过对土壤的分析表明:5个采样点的土壤pH值较低,A层均值为3.74,B层均值为4.20,盐基饱和度(BS)的均值小于10%,盐基离子交换量(CEC)A层为78.1~88.6 mmol/kg,B层为61.1~65.1 mmol/kg,土壤中含有较高的Al3+<\sup>可能与大气中S和N的输入有关,并导致了土壤酸化.土壤中C/N较低,A层接近12.0,并且随土层的加深而下降,说明在亚热带湿润气候条件下有机质层分解良好.通过对植被的分析表明,酸沉降可能对杉木和柳杉这两种酸敏感性植物有一定的危害作用.      

长江上游地区主要森林植被类型蓄水能力的初步研究

论文在收集长江上游各类森林林冠层、枯落物层和土壤层等3个水文生态功能作用层资料的基础上,根据山地气候带和群落生活型将长江上游森林归并为14个植被类型,对其降水截留规律和蓄水能力进行了综合评价。在森林综合蓄水能力中,土壤层和枯落物层持水量占了绝大部分比例,土壤非毛管孔隙度对森林蓄水能力具有决定作用,可以利用凋落物现存量和土壤非毛管孔隙度来评价和估算枯落物和土壤蓄水的综合能力。在长江上游各类森林植被中,常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、铁杉、槭、桦林、云杉林、冷杉林和硬叶常绿阔叶林具有较强的持水能力,这些植被在长江上游高山峡谷区山地垂直带中广泛分布,对整个流域水源涵养和水土保持具有重要作用。因此,在长江上游实施天然林保护和退耕还林工程等生态建设具有重要意义。     

基于植被指数的GF-1与Landsat-OLI石漠化识别能力对比评价

植被指数是运用多源遥感影像提取石漠化过程中的主要参考指标之一。为了在石漠化提取中选择最优植被指数,论文以GF-1和Landsat-OLI为源数据,运用欧氏距离对多种植被指数在石漠化提取过程中的可分性和类型识别能力进行了定量的对比评价。结果表明：Landsat-OLI在石漠化与非石漠化、不同等级石漠化信息提取的可分性上略优于GF-1,共有71个参数的欧氏距离大于等于阈值1.56;通过植被指数光谱特征,可以对非岩溶区与石漠化地区进行较好的区分,其类型间欧氏距离普遍高于阈值;然而由于相邻等级石漠化之间植被覆盖率存在渐近式过渡关系,在遥感影像上光谱反射率接近,比间隔等级石漠化更加难于区分。在石漠化类型识别能力方面,波段差和比方法优于单一光谱指数。对于GF-1和Landsat-OLI而言,石漠化信息提取中推荐使用的最优植被指数均为NDVI,其次为GRNDVI。     

面向GF-1WFV数据的闽江下游叶绿素a反演模型研究

叶绿素a浓度是可直接遥感反演的重要水质参数之一,常用来评价水体的富营养化程度.为建立适合于闽江下游叶绿素a浓度的反演模型,利用地面采样数据,结合GF-1 WFV光谱响应函数,选用多元回归、BP神经网络和随机森林方法,构建了叶绿素a浓度反演模型;并根据验证数据与实测值之间的决定系数(R~2)、均方根误差(RMSE)和平均相对误差对模型反演结果进行了比较.结果发现,随机森林模型的R~2为0.895,RMSE为1.994 mg·m~(-3),平均相对误差为11.502%,是3种模型中最优的.为了评估模型的性能,进一步比较了WFV影像像元反射率反演的叶绿素a浓度值与相应的实测值.结果表明,随机森林模型同样具有较高的精度,其R~2为0.709,RMSE为3.540 mg·m~(-3),平均相对误差为25.616%.本研究可为闽江下游水环境的监测提供一定的理论依据和技术参考.     

基于高分1号卫星和地面实测数据的杭州湾河口湿地植物物种多样性研究

遥感监测河口湿地植物物种多样性对于湿地生态环境的保护具有重要意义,利用遥感卫星准确反演湿地植物物种多样性一直是研究的难点。研究以杭州湾河口湿地植物为研究对象,利用地面实测数据,采用植物物种丰富度指数和Simpson指数分析了该湿地植物物种多样性水平。结合高分1号卫星影像,运用半变异函数对该区域植物物种多样性进行了空间异质性分析,探讨了高分1号卫星归一化植被指数（NDVI）用于湿地植物物种多样性监测的最佳遥感尺度,分析该植被指数与植物物种多样性指数的相关性,构建和应用了杭州湾河口湿地植物物种多样性遥感监测模型。结果表明：高分1号卫星NDVI监测湿地植物物种多样性的最佳尺度为19×19像元,利用该尺度及构建的遥感监测模型所得到的杭州湾河口湿地植物物种多样性水平与实际情况相吻合。研究证明利用高分1号卫星可快速有效地监测杭州湾河口湿地植物物种多样性水平。     

普定喀斯特石漠化地区森林植被恢复示范研究

在中国西南喀斯特地区,由于石漠化发生与扩展,生态环境恶化。为了更好地恢复森林植被,改善生态环境,本文针对普定的区域特点、自然背景及石漠化现状,提出了普定石漠化区的植被恢复原则和方法,在总结树种选择、造林技术、森林恢复模式及巩固造林成果已有经验的基础上,以普定6个村的森林恢复工程为典型案例,提出了普定石漠化治理过程中的具体物种选择及植被恢复模式的具体对策,包括穴状整地技术、容器苗技术、局部客土技术、明坑大穴嫁接技术、乡土树种混交等技术等。     

台湾岛高分一号卫星WFV数据气溶胶反演与验证

针对国产中等分辨率遥感数据的特性,集成暗像元和深蓝算法的优势,提供了一种能够同时对低反射率和高反射率地表类型实现AOD反演的方法.基于该方法,以台湾岛为例,利用高分一号卫星(GF-1)WFV数据反演得到550 nm处的AOD.与MODIS气溶胶产品(MOD04)进行比较,二者空间分布具有很好的一致性,总体相关系数r优于0.9.利用全球气溶胶自动观测网(AERONET)站点数据进行反演结果的验证.反演结果与AERONET实测值具显著的相关性(r0.85),70%的反演结果满足误差精度要求.通过与暗像元法、深蓝算法的反演结果进行对比,本文方法在结果精度和空间覆盖度方面具有独特的优势.在台湾岛地区,夏、冬季分别采用海洋型和大陆型气溶胶模式比较适合;随着GF-1卫星数据空间分辨率的降低,气溶胶反演结果与地基观测值的相关性系数呈现先降低、后平稳的趋势,但整体变化不是太大.     

重庆酸雨地区森林生态系统土壤、植被与地表水现状分析

酸沉降现象在重庆已成为一个严重的长期环境污染问题，本文根据东亚酸雨监测网土壤、植被监测技术规范的方法-研究了酸沉降对森林生态系统土壤、地表水以及植被的影响和危害。通过对土壤的分析：3个采样点的土壤pH值较低，这可能与大气S和N的输入有关，导致了土壤酸化。而南山采样点的盐基饱和度(BS)均值少于10％，盐基离子交换量(CEC)也较低．土壤中Al^3 浓度相对较高，土壤中C／N较低，南山可能存在土壤酸度增加的危险，以及土壤中Al浓度增高并伴有S或N沉降增加的危险。对地表水分析结果表明，南山采样点地表水的酸中和能力(ANC)较大，但是该采样点土壤剖面的盐基饱和度并不高，由此可推测该地表水可能是经由盐基离子丰富的土壤或岩石径流而来。通过对植被的分析，酸雨可能对杉木和柳杉这两种酸敏感性植物有一定的危害作用。     

基于GF-1 WFV影像和BP神经网络的太湖叶绿素a反演

叶绿素a浓度是可直接遥感反演的重要水质参数之一,常用来评价湖泊水体的富营养化程度.太湖是典型的二类水体,光学性质复杂,应用一类水体线性反演模式拟合较为片面且难以找到最佳拟合模型.BP神经网络模型具有模拟复杂非线性问题的功能.为研究高分一号卫星16m多光谱相机WFV4结合BP神经网络进行太湖叶绿素a浓度监测的可行性,实验利用GF-1 WFV4影像和实时的地面采样数据,建立了BP神经网络模型,同时采用波段比值经验模型进行对比.经精度检验,BP神经网络模型预测值与实测值之间的可决系数R2高达0.9680,而波段比值模型的R2为0.9541,且均方根误差RMSE由波段比值模型的18.7915降低为BP神经网络模型的7.6068,平均相对误差e也由波段比值模型的19.16%降低为BP神经网络模型的6.75%.结果证明,GF-1 WFV4影像应用BP神经网络模型反演太湖叶绿素a浓度较波段比值模型精度有所提高.将经过水体掩膜的GF-1 WFV4影像用于训练好的BP神经网络反演太湖叶绿素a浓度分布,结果显示,叶绿素a高浓度区集中分布在湖心区北部、竺山湾、梅梁湾区域,与之前的研究一致.本文研究结果验证了采用BP神经网络模型对GF-1 WFV4影像进行太湖叶绿素a浓度反演的可行性.     

Rat cardiomyocyte H9c2(2-1)-based sulforhodamine B assay as a promising in vitro method to assess the biological component of effluent toxicity

The treatment of wastewaters is crucial to maintain the ecological status of receiving waters, and thereby guarantee the protection of aquatic life and human health. Wastewater quality evaluation is conventionally based on physicochemical parameters, but increasing attention has been paid to integrate physicochemical and biological data. Nevertheless, the regulatory use of fish in biological testing methods has been subject to various ethical and cost concerns, and in vitro cell-based assays have thus become an important topic of interest. Hence, the present study intends: (a) to evaluate the efficiency of two different sample pre-concentration techniques (lyophilisation and solid phase extraction) to assess the toxicity of municipal effluents on rat cardiomyoblast H9c2(2-1) cells, and (b) maximizing the use of the effluent sample collected, to estimate the environmental condition of the receiving environment. The gathered results demonstrate that the H9c2(2-1) sulforhodamine B-based assay is an appropriate in vitro method to assess biological effluent toxicity, and the best results were attained by lyophilising the sample as pre-treatment. Due to its response, the H9c2(2-1) cell line might be a possible alternative in vitro model for fish lethal testing to assess the toxicity of municipal effluents. The physicochemical status of the sample suggests a high potential for eutrophication, and iron exceeded the permissible level for wastewater discharge, possibly due to the addition of ferric chloride for wastewater treatment. In general, the levels of carbamazepine and sulfamethoxazole are higher than those reported for other countries, and both surpassed the aquatic protective values for long-term exposure.