基于包络线法的长江三角洲典型植物光谱识别研究

高光谱遥感的出现使树种的精细识别成为可能,本论文利用FieldSpec3便携式地物波谱仪,获取了金边黄杨（Euonvmus Japonicus cv.Aureo-ma）,圆柏（Sabina chinensis）,麦冬（Ophiopogon japonicus）和珊瑚树（Viburnum awabuki）4种植物类型的高光谱数据。在对原始光谱数据进行有效预处理的基础上,进行包络线去除。选择差异较大的550~780 nm光谱波段,对包络线去除后的光谱曲线进行计算得到了这4种植被的吸收峰总面积、吸收峰左面积、吸收峰右面积、对称度等特征参数,根据吸收峰总面积与吸收峰左面积的差异,识别出金边黄杨。最后,对包络线进行一阶微分处理,发现在610~620 nm之间,圆柏的曲线特征表现为吸收谷,其他植物则表现为反射峰;而在670~680 nm之间,麦冬的曲线表现为反射峰,其他植被则表现为吸收谷,根据这两个特征,可以将麦冬、圆柏与珊瑚树区别开来。可见,包络线去除法能突出不同植物光谱特征的差异,从而实现不同树种的光谱识别。本研究结果将为利用遥感数据进行森林树种的高光谱识别与监测提供一些经验。     

近岸水上油膜高光谱遥感特征分析

基于便携式地物波谱仪与岸基光谱成像仪数据,模拟获取了近岸海上油膜的反射率光谱数据与高光谱影像数据。通过对反射率数据及其一阶导数等的分析,提出了油膜区别于海水的光谱特征,利用基于端元波谱提取的光谱角度填充(SAM,spectral angle mapping)分类方法对高光谱影像数据进行了油膜提取。结果表明,海水、薄油膜、厚油膜在可见光-近红外范围内反射特征差异较大,在1000~2500 nm的近红外波段仅有厚油膜区分度较高。     

结合ASD和无人机高光谱的内蒙古典型草原植被氮反演

采用地面遥感与无人机遥感相结合的方式对内蒙古典型草原植被氮含量进行估测.实验于2023年8～9月在内蒙古大学草地生态学研究基地进行,采集了地面ASD光谱数据和无人机Resonon数据.基于ASD数据构建了植被指数、“三边参数”、连续统去除参数以及小波系数4种光谱参数,并运用LASSO进行敏感参数筛选.分别构建多元线性、XGBoost、SVM、ANN和KNN共5种模型对植被氮含量进估测,结果表明基于小波系数的SVM方法为最优模型（验证集R²=0.72,RMSE和MAE分别为0.26和0.18）.最后将此模型用于无人机Resonon数据进行反演估算并制图（验证集R²=0.41,RMSE和MAE分别为0.42和0.32）.研究显示,将ASD和无人机影像与机器学习算法相结合,能够实现草原植被氮含量的估算,为牧场优化施肥、提高牧草品质提供基础数据与技术支撑.     

黄河三角洲典型植被潜在分布区模拟——以翅碱蓬群落为例

黄河三角洲是典型的滨海河口湿地,由于人类活动的影响及其生态系统先天脆弱性和敏感性,黄河三角洲生态环境受到严重破坏,保护当地自然植被、恢复生态系统功能为当地面临的一个主要任务。论文以当地一种典型植被类型——翅碱蓬(Suaeda heteroptera)群落为例,以广义加法模型(Generalized Additive Models,GAMs)作为分析、模拟的手段,探索黄河三角洲典型植被空间分布与环境因子之间的关系,并模拟其潜在分布区,以期为当地生态恢复提供参考。植被分布以及土壤数据通过野外调查获取,共计获取641个植物群落样方、964个土壤样品,并测定了土壤有机质、全磷、全盐和可溶性钾等理化指标。另外还收集了黄河三角洲的土壤类型、地貌类型和DEM等数据。基于收集的植被与环境因子数据,采用广义加法模型分析了植被与环境之间的关系,结果表明土壤全盐含量、地表高程和土壤全磷含量对翅碱蓬群落分布具有重要的影响。在上述分析的基础上,建立了翅碱蓬群落分布与环境因子之间的关系模型。基于建立的植被-环境关系模型,对翅碱蓬群落在更广阔范围内(植被受损区)的分布进行了预测,并生成翅碱蓬群落潜在分布区概率图,通过该图可以看出,翅碱蓬群落在地面高程较小、土壤含盐量较大的区域出现的概率较大。最后采用基于ROC曲线的方法对模拟结果进行了验证,交叉验证和单一验证的ROC曲线的AUC值都超过了0.8,模型诊断结果达到良好水平,并有很好的稳定性,模拟的结果可以为黄河三角洲的植被恢复提供较为有价值的参考。     

典型酚类化合物水相光氧化产物光谱特征分析

生物质燃烧可直接排放棕色碳类物质(BrC),也可通过排放的亲水性酚类化合物的水相光解生成BrC,但初始浓度对光氧化产物光谱特征的影响研究较少。该研究选择3,5-二羟基苯甲酸、4-甲基邻苯二酚、2-甲氧基苯酚和2,6-二甲氧基苯酚进行水相溶液直接光照模拟,考察不同分子结构和不同初始浓度(0.1、0.5、1和5 mmol/L)对光解产物的影响。结果表明,在300 W高压汞灯光源照射下,溶液颜色都表现为从无色变为浅黄色,紫外-可见吸收随波长单调递减,显示有BrC的生成;0.1 mmol/L低浓度溶液出现了先变黄加深后变浅的光漂白现象,而其他高浓度溶液在365 nm处的吸光度呈逐渐增加趋势;光解速率呈现3,5-二羟基苯甲酸大于4-甲基邻苯二酚,以及2-甲氧基苯酚大于2,6-二甲氧基苯酚的差异,表明酚类化合物结构对光解过程有重要影响。结合三维荧光中心红移分析,推测酚类化合物的直接光解过程为有机自由基反应驱动的低聚过程。     

天山北麓土壤有机质高光谱特征分析

随着土壤遥感科学的快速发展,光谱技术及其相关理论分析在农业生产与生态规划领域得到了广泛的应用。通过对光谱反射率进行一阶微分与倒数对数形式的变换,选取相关系数较大的波段构建基于多元逐步回归与偏最小二乘法的反演模型,得到如下基本结论:土壤光谱的一阶微分的变化,显著提高了土壤有机质含量与光谱间的敏感性;在多元逐步回归分析中,反射率一阶微分的多元回归模型的稳定性及预测精度最好;在偏最小二乘法回归分析中,反射率倒数对数模型的决定系数达到了最高的0.962,而总均方根误差为最低的1.082,其模型的稳定性及预算精度优于其他模型;总体上,偏最小二乘法回归模型的稳定性及预测精度优于多元回归模型,能够进一步满足研究区土壤有机质含量估算的实际需求。     

黄河三角洲典型城市夏季臭氧污染特征与敏感性分析

为探究黄河三角洲代表性城市东营市夏季环境空气臭氧(O₃)污染成因,利用2021年6月东营市大气超级站监测数据与基于观测的化学盒子模型(OBM),较为全面地分析了O₃污染特征与O₃生成敏感性机制,并开展了前体物减排效果评估. 结果表明:①2021年6月东营市O₃污染较严重,O₃污染天〔日最大8 h平均O₃浓度值(MDA8-O₃)≥160 μg/m3〕占比达50.0%,MDA8-O₃、挥发性有机物(VOCs)和氮氧化物(NO_x)浓度平均值较非污染天分别升高70.0%、10.4%和7.6%. ②O₃污染天呈高温、低湿的特点,O₃浓度与温度的相关性在污染天显著增强. ③基于本地化的O₃生成潜势计算表明,与非污染天相比,污染天异戊二烯、乙烯和甲苯对O₃生成潜势的贡献分别增加了114.3%、68.6%和38.2%. ④污染天O₃本地净生成速率明显升高. O₃生成处于VOCs-NO_x协同控制区,减少VOCs和NO_x排放均可有效降低O₃生成. 研究显示,现阶段东营市应实施VOCs/NO_x协同减排比例大于或等于1∶1的减排策略,污染天(尤其是夜间)应加大NO_x及VOCs减排力度,减轻污染天温度升高及植物源排放增加等不可控因素对O₃污染的影响.      

闽江口沼泽植被地上鲜生物量与植株密度高光谱遥感估算

湿地植被地上生物量与湿地生态系统生产力、碳循环和养分循环等密切相关,是当前研究中的主要关注点之一。利用ASDFieldSpec2500 便携式地物波谱仪测定闽江口鳝鱼滩芦苇（Phragmites australis）和短叶茳芏（Cyperus malaccensis Lam. var. brevifolius Bocklr.）冠层反射光谱,同时测定其地上鲜生物量和植株密度,分析地上鲜生物量与冠层反射光谱及一阶微分光谱的相关关系,确定敏感波段,进而改进植被指数;利用回归分析法,基于各个植被指数,构建地上鲜生物量和植株密度的估算模型。结果表明,芦苇和短叶茳芏地上鲜生物量与冠层反射光谱在蓝光、红光及近红外波段相关性较高;与一阶微分光谱在蓝边、红边相关性较好;芦苇地上鲜生物量与冠层光谱和一阶微分光谱的相关系数均优于短叶茳芏。芦苇和短叶茳芏地上鲜生物量估算模型R2分别在0.408 5~0.765 和0.101 9~0.315 3 之间,估算精度相对于其他参数较高的参数主要有BNDVI、NDCI和MGBNDVI,最佳估算参数均为BNDVI;植株密度估算模型R2分别在0.093 0~0.718 和0.138 9~0.233 7 之间,估算精度相对于其他参数较高的参数主要有GBNDVI、BNDVI、MGBNDVI、NDCI 及SR, 最佳估算参数分别为GBNDVI和NDCI。一定程度上来说,利用高光谱数据估算河口芦苇和短叶茳芏地上鲜生物量和植株密度是可行的。     

基于高光谱特征提取的藻类叶绿素a反演模型

选取自然界中分布较广泛的小球藻和铜绿微囊藻为研究对象,进行室内藻类光谱试验,同步测定其ρ(叶绿素a),并分别建立基于混合高斯函数的小球藻和铜绿微囊藻高光谱信息模型. 在此基础上,利用模拟退火算法实现模型的非线性参数拟合,提取这2种藻的高光谱特征,通过非线性回归分析,反演得到分解后的高光谱信息模型的峰高(h_i)与ρ(叶绿素a)的定量模型,实现对水体中小球藻和铜绿微囊藻ρ(叶绿素a)的预测. 结果表明:藻类高光谱特征提取算法能有效揭示小球藻和铜绿微囊藻的光谱本质特征,并得出相应的小球藻和铜绿微囊藻叶绿素a反演模型.      

基于近地多光谱和OLI影像的黄河三角洲冬小麦种植区盐分估算及遥感反演——以山东省垦利县和无棣县为例

黄河三角洲是我国重要的后备土地资源区,而土壤盐渍化对该区的农业生产影响巨大,因此,及时获取该区农作物种植区土壤盐分含量及其分布具有重要意义。论文利用ADC便携式多光谱相机和EC110便携式盐分计,采集该区近地多光谱相片和土壤表层含盐量数据,结合两期遥感影像提取黄河三角洲冬小麦种植区面积分布,构建基于近地多光谱植被指数的土壤含盐量估算模型,进而将模型拟合反演到黄河三角洲OLI影像,得到黄河三角洲冬小麦种植区土壤盐分含量空间分布图,对麦区土壤盐分状况进行了分析。结果显示,土壤含盐量最佳估算模型为以SAVI为因变量的线性模型（Y=-0.754x+0.870,n=80）,估测R²为0.747,精度达到81.44%;研究区冬小麦分布由西南部内陆至东北部沿海呈明显递减的空间趋势;麦田土壤盐分含量主要集中在1.5~3.0 g/kg之间,占种植总面积的76.90%,而含盐大于3.0 g/kg的麦田占14.09%,宜采取针对性栽培管理措施。该研究探索了基于近地多光谱数据和OLI影像的土壤含盐量估算方法,为黄河三角洲麦田管理和土壤盐分含量估算提供了快速有效的技术手段。