基于时空融合NDVI及物候特征的江汉平原水稻种植区提取研究

江汉平原是中国重要的商品粮基地,高精度的水稻种植面积的获取对国家的农业发展与规划具有重要意义。但是我国南方区域云雨天气较多,光学遥感影像缺失严重,同时受卫星重访周期的影响,可用数据较少,进而影响水稻种植面积提取的精度。为解决高时空分辨率影像缺失问题,基于ESTARFM (enhanced spatial and temporal adaptive reflectance fusion model)模型开展Landsat 8 OLI与MODIS数据的融合研究,获取具有高时空分辨率的Landsat NDVI时序数据。利用时序数据分析水稻的物候特征并结合关键物候期参数,采用多种机器学习方法对水稻种植区域进行提取。结果表明:利用该种方法能较好地提取研究区水稻种植的面积,并且在采用SVM方法分类时效果最好,水稻种植区域提取的总体分类精度为93.31%,Kappa系数为0.920 2。该研究为多云雨地区农作物种植信息提取提供了一种有效的方法。     

利用多时相HJ CCD影像监测江汉平原南部地区棉花和中稻种植面积

为探讨利用国产HJ卫星遥感数据进行农作物种植面积估算及农业气象灾害定量监测评估的可行性,以江汉平原南部县市为研究区,利用2011年6景不同时相的HJ卫星CCD遥感数据,结合野外调查样方点和面积较大的试验基地样本,通过分析研究区主要秋收作物（棉花、一季中稻）不同生育期的光谱特征和归一化植被指数（NDVI）时序变化特征,对分类影像进行序列阈值分割、掩膜处理,最后利用决策树算法成功提取了棉花和一季中稻的种植面积,得到面积精度和样本点精度均大于90%,Kappa系数为0983 5的结果。只要不受到云和降水的影响,能获取江汉平原区域关键时相（5月中下旬、6月上旬、7月上旬、7月下旬或8月上中旬、10月上旬）HJ 卫星CCD影像数据,便能很好地应用于江汉平原棉花和中稻作物提取     

基于时空数据融合的江汉平原水稻种植信息提取

及时、准确监测水稻种植面积,对区域粮食政策制定、粮食安全以及农业发展具有重要意义。然而我国南方地区水稻生长期内降水充沛的气候特点使得遥感影像"云污染"现象严重,为解决水稻种植信息遥感提取存在可用数据不足的问题,以江汉平原为例,利用时空数据融合模型(Spatial and Temporal Data Fusion Approach,STDFA)将Landsat 8 OLI与时序MODIS数据融合,重构出具有高时-空分辨率特征数据,然后采用面向对象的SVM分类方法对研究区内水稻种植信息进行提取,结果如下:融合后的红与近红外波段反射率与真实反射率的相关系数分别为0.84和0.81,研究区水稻提取精度为94.46%,Kappa系数为0.91。说明时空融合模型能够较好地重构出高时空分辨率数据,从而实现多云雨地区农作物种植信息遥感提取。     

基于HJ卫星混合像元分解法的湖北省四湖地区夏收作物种植信息提取

混合像元是造成中低空间分辨率遥感数据计算机解译不准确的主要原因,通过收集2013年四湖地区夏收作物生长期内的不用生育时期的三景HJ卫星CCD数据,生成一个15波段的“类高光谱”数据;在采用阀门技术结合夏收作物NDVI指数变化特点,提取所有夏收作物（小麦与油菜）在四湖地区的空间分布的基础上,成功运用改进的逐步回归法计算出小麦与油菜在混合像元中的丰度值,高精度地取得了四湖地区小麦、油菜种植区的空间分布;将部分结果与同期资源三号卫星融合数据作为标准进行比较,证明基于改进的逐步回归法计算混合像元的丰度值是比较准确的,为运用HJ卫星CCD数据高精度提取农作物种植信息提供了一种可行的方法     

基于EVI相似性分区的冬小麦面积提取及其动态监测

及时、准确地获取冬小麦种植面积及时空变化信息对提升作物估产精度和保障粮食安全具有重要意义。冬小麦物候期受地理条件和人为因素影响差异很大，利用遥感进行大尺度种植面积提取时其精度容易受物候差异的影响。根据MODIS EVI数据和Landsat影像，在定量评价冬小麦EVI相似性并结合高程信息对研究区进行分区的基础上，通过对比冬小麦参考时序曲线与待分类像元时序曲线之间相似性提取冬小麦种植面积，并对湖北省2009～2017年冬小麦种植面积时空变化过程进行分析。结果表明：（1）冬小麦面积提取平均精度达95.3%，R ²大于0.90，明显优于未分区提取结果；（2）冬小麦主要集中分布于中部和北部地区，其中，襄阳县、枣阳市的种植面积尤为集中；（3）冬小麦空间分布大致呈现向西北、东南部地区扩张的时空变化格局；（4）在2009～2017年期间，冬小麦种植面积先增后减，总体呈上升趋势，2017年比2009年增加了4%。基于EVI相似性的作物分区提取方法可提高种植面积精度，为大区域内冬小麦面积时空变化遥感监测提供有效方法。     

江苏省水稻遥感估产研究

结合水稻遥感估产研究工作，阐述了遥感估产全过程，根据江苏省境内水热条件、地貌、土壤条件、种植制度等，进行水稻遥感估产区划和样点布设，建立估产背景数据库。利用混合像元分解方法提取水稻种植面积，以及采用遥感植被指数单产模型，进而预测水稻产量。     

1980年以来中国大宗作物空间格局变化分析

利用1980～2014年间的大宗作物(玉米、水稻、小麦、棉花、油菜)面积数据,以省级行政区为研究单元,采用多种数理统计和GIS空间分析技术,结合同期作物之间的竞争性用地关系,对全国上述五类大宗作物的空间分布格局及其变化特征进行分析.研究结果表明:玉米的空间分布相对较均衡;小麦的空间格局总的变化不明显但是省际分布最不均衡;棉花近30 a来空间格局变化极其显著,其面积重心从河南境内不断地向西北地区移动,目前位于甘肃省境内;油菜的面积重心自湖北境内不断地向南推移到湖南境内,水稻的面积重心则自江西境内逐渐向北移动到湖北境内.另外,部分区域的同期作物(如油菜与小麦、棉花与春玉米)空间格局变化存在明显的“消-长”关系,特别是在甘肃和内蒙,油菜小麦的面积变化有着极强的负相关性,其pearson系数低于-0.8.作物种植的成本收益变化是造成这些大宗作物空间格局变化的主要原因,城市化发展的程度、农民非农就业机会的高低、同期作物之间的比较效益差距等也是这些大宗作物时空格局产生变化的重要原因.     

2000～2015年江汉平原区域植被NPP时空特征及其对气候变化的响应

植被NPP对气候变化的响应是全球变化与陆地生态系统碳循环研究的重要核心内容之一。利用CASA模型估算了2000~2015年江汉平原植被NPP,并利用线性回归与逐像元相关性分析方法定量研究了江汉平原植被NPP的时空变化特征及其与气候因素的相关性。结果表明：（1）16年来江汉平原植被NPP的年总量在25.43~29.76 TgC之间,呈波动增加趋势;（2）江汉平原NPP的空间分布格局具有明显的不均匀特征,形成一系列的高值中心和低值中心,符合“丘陵-平原-河流-城市”的衰减趋势;（3）江汉平原NPP与年降水量、年均温的相关系数分别为0.183 7和0.498 5;经显著性检验可知,江汉平原NPP的产量与年降水量相关性较弱,而与年均温则呈较强的正相关关系;（4）植被NPP与年降水量、年均温呈正相关的像元面积分别占总面积的69.19%和83.41%,主要分布在江汉平原腹部的农耕区域,说明江汉平原农耕区NPP的产量对年降水量与年均温的依赖性较强。     

秦巴山区水稻油菜配方施肥效益分析

为了解陕南秦巴山区主要农作物水稻、油菜测土配方施肥实施效果,更好地指导农户科学合理施肥。依据2009~2013年连续5 a测土配方施肥试验中主要农作物水稻、油菜3种不同施肥处理(农民习惯施肥、推荐施肥和不施肥处理)的326个试验数据,同时结合连续2 a调查数据,对陕南秦巴山区主要农作物施肥经济效益评价。结果显示,与农民习惯施肥相比,水稻施肥量为:氮(N)159±32 kg/hm~2,磷(P2O5)79±20 kg/hm~2,钾(K2O)86±26 kg/hm~2;油菜:氮(N)154±25 kg/hm~2,磷(P2O5)77±13 kg/hm~2,钾(K2O)65±21 kg/hm~2条件下作物分别增产703、341 kg/hm~2,增产率分别为8.3%和14.9%,纯收益增加0.12万元/hm~2和0.10万元/hm~2。肥料贡献率分别提高了5.2、7.1个百分点;农学效率每kg分别提高了0.5、0.6 kg。农户习惯施肥中作物产量、纯收益、肥料贡献率并未随肥料投入量的增大而增产增收。     

江汉平原涝渍地域分异规律研究

通过五年研究，澄清了江汉平原涝渍灾害形成的原因。根据微地貌特点和涝渍状况将江汉平原涝渍地域土地分为7种类型：洲滩平地季节性洪涝地域，淤高平地季节性暗渍地域，中间平地季节性渍害地域，低湿平地渍害地域，滨湖平地涝渍地域，湖泊水面调蓄地域，碟形洼地涝渍圈。江汉平原涝渍微地域分异和演变规律主要表现在6个方面：(1)在平面上与河流呈水平带状分布；(2)在空间上呈梯度分布；(3)碟形洼地涝渍特征呈同心圆分布；(4)涝渍微地域随时间推移发生有序地演变；(5)人类活动越来越成为江汉平原涝渍地域分异的主导因素；(6)江汉平原涝渍微地域与涝渍灾害呈显著的相关性。根据江汉平原涝渍微地域涝渍发生特征，提出了因地制宜、分区开发的指导思想，并选点进行了实证开发示范，取得了显著成效。     

三江平原沼泽湿地变化的影响因素及其空间效应

研究三江平原沼泽湿地变化的影响因素及其空间效应,对于促进湿地区域间的协同治理以及因地制宜地开展湿地保护具有重要意义。基于三江平原22个县区1990—2020年的土地利用数据以及自然和社会经济数据,采用莫兰指数探究湿地的空间关联特征,并运用空间杜宾模型和偏微分分解方法对三江平原沼泽湿地的影响因素和空间效应进行分析。结论如下：(1)1990—2020年,三江平原沼泽湿地面积下降了31.37%。三江平原沼泽湿地多分布在平原东部地区,呈现出一定的集聚效应。(2)三江平原沼泽湿地呈显著的全局空间正相关,局部空间关系以H-H、L-L两种类型为主,呈现为“东高西低”的特征。(3)沼泽湿地面积会受到产业结构、湿地保护地面积占比、城镇化率的空间溢出效应影响。(4)年均气温、化肥施用量会对本县区湿地面积产生显著负向影响;人均GDP会对本县区湿地面积产生显著正向影响;湿地保护地面积占比对本县区和邻近县区湿地面积均呈现显著正向影响;产业结构、城镇化率对邻近县区湿地面积具有显著的负向溢出效应。因此,建议注重湿地保护区域协同与因地制宜相结合,建立跨行政区的湿地保护机制;促进农业绿色高质量发展,加快产业结构优化升级...     

2000～2007年湖北省耕地变化的遥感调查与分析

以中国科学院资源环境数据库为基础,利用2005和2007年获取的遥感数据,结合地面调查,对湖北省2000～2007年的耕地动态变化进行了监测,并进行了制图分析。研究结果表明：2000年以来湖北省耕地面积在不断下降,7a间净减少125 387 hm2;水域扩张是耕地流失的最主要原因,占到耕地流失面积的54.6%,其中又有88%是转变成坑塘;耕地资源变化存在明显区域差异：江汉平原水域的扩张导致超过湖北全省的一半耕地流失发生在江汉平原,建设用地占用耕地主要发生在湖北中东部和平原地区,湖北中西部耕地减少则是生态退耕造成;2005年以来,建设用地扩张明显,是2005年以来耕地流失的主要原因。因此,今后湖北应继续实行严格的耕地保护政策,着力解决粮渔争地问题和加强对建设用地的控制,以实现湖北省耕地资源的可持续利用。〖     

江汉平原农地保护的外部效益研究

农地保护外部效益的货币化计量可为缓解我国农地流失形势,制定及实施农地生态保护政策,探寻农地保护和经济发展的均衡点提供理论及决策依据。运用条件价值评估法估算江汉平原农地保护的外部效益,研究表明：①随着农地保护意识的增强,受访居民已意识到农地外部效益的存在,8550%的受访居民对农地有正的支付意愿;受访居民的性别、年龄、家庭人口(老年人口、参加工作人口)、经济状况(土地面积、月生活开支、职业)等特征对支付意愿有显著影响。②江汉平原农地保护的年均总支付意愿达2805×108元,折合单位农地的保护效益为48 658元/hm2;区内现有农地目前无法通过市场价格表现的外部效益约1 24682×108元,具有无法忽略的重要地位。     

不同水耕年限稻田土壤水分运动特征研究

利用田间染色示踪和室内样品分析相结合的方法,研究了江汉平原不同水耕年限稻田土壤水分运动特征及其影响因素,期望为制定合理的稻田水分管理措施提供科学依据。结果表明:新稻田(水耕17a)与老稻田(水耕大于100a)土壤理化性质差异显著,引发土壤剖面内不同水分运动特征。新稻田垂直渗漏较老稻田明显,表现为新稻田有更大的染色深度。老稻田染色区域主要集中在耕作层,染色面积为48.52%;犁底层和底土层染色面积较小,仅为3.17%和0.2%。除耕作层外,新稻田其他土层染色面积均大于老稻田,且优先流特征较老稻田明显。老稻田侧向水分运动较新稻田强烈,其侧流剖面的染色面积(15.35%)显著高于新稻田(8.45%),老稻田侧向水流主要发生在犁底层以上。为减少稻田水分渗漏损失,老稻田可以通过减少农田-田埂-沟渠过渡区侧渗实现,而新稻田可采取少量多次的灌溉原则。     

基于EMD-PSO-SVM误差校正模型的国际碳金融市场价格预测

国际碳金融市场价格预测是制定碳金融市场政策和提高风险管理能力的基础。近年来国际碳市场价格呈现出非平稳、非线性等不规律特性,传统应用于社会经济时间序列的统计模型已经越来越难以满足日渐复杂的社会经济系统的需要。基于此本文建立了基于经验模态分解(EMD)-粒子群算法(PSO)-支持向量机(SVM)的国际碳金融市场价格误差校正预测模型。数据选取2008年3月-2013年9月ICE碳排放期货交易所的CER期货(DEC12)和EUA期货(DEC12)的日交易结算价格作为考察样本进行仿真验证。结果显示:①引入EMD方法可以有效解决误差序列随机性强、相邻频带的干扰可能造成误差序列无法体现反映全部系统动力信息的缺陷;②校正后的预测值与误差预测值的趋势具有较高的一致性,预测结果滞后性和拐点误差大的问题得到了很好的解决;③预测结果较其他常用的国际碳金融价格预测模型进行了比较分析,预测精度有了明显提高。本研究提出的预测模型可以为我国针对目前国际碳价格市场所呈现的波动特征下的碳金融市场价格预测提供新的方法和借鉴。     

生态约束下的湖滨土地利用研究——以四川省仁寿县黑龙滩镇为例

生态文明体制改革下围绕土地“三位一体”管理理念,强化土地利用生态管理是当今我国土地资源管理的综合思路,研究湖滨生态敏感区土地利用具有重要的生态价值和现实意义。以四川省仁寿县黑龙滩镇为实证研究区,通过构建数理量化模型和经济计量模型分析了2005~2015年间研究区湖滨土地利用状况,并差别化探讨了湖滨土地利用优化模式,提出了相关政策建议。研究表明:(1)黑龙滩镇湖滨土地利用多样化系数和均衡度在时序上变幅较小,在空间上低于全县平均水平,但总体上处于均衡状态。(2)黑龙滩镇湖滨土地利用生态安全总体为波动上升趋势,以2012年为拐点,安全状态由较安全向安全阶段转变,总体呈较安全状态。(3)黑龙滩镇湖滨土地利用生态安全主要受种植结构优化合理度、人口密度、地均牲畜量、水环境污染负荷、水土流失占比、单位耕地农药负荷的影响,其中人口密度与预期方向相反,种植结构优化合理度具有显著的正效应,其余的综合净效应为负。(4)针对黑龙滩镇湖滨土地利用变化状况以及生态安全保护需求与区域发展趋势,差别化地提出退耕还湖与持续利用生态模式、复合农业与生态种植发展模式、休闲农业与教育体验发展模式三类湖滨土地利用模式。综上提出了加强湖滨水土资源保护、优化湖滨农业结构布局和规范湖滨管理的政策建议。     

喀纳斯自然保护区生态系统服务价值变化研究

生态系统可持续发展是随着全球范围内可持续发展研究的深入和人们对环境破坏和资源利用认识的不断加深而逐渐形成的.人类社会的可持续发展从根本上取决于生态系统及其服务的可持续性,本文应用喀纳斯自然保护区1980、2005年两期Landsat TM影像解译数据,参照谢高地等制定的中国生态系统单位面积生态服务当量因子和新疆布尔津县单位面积农田生态系统提供的食物生产服务的经济价值,确定喀纳斯自然保护区生态系统单位面积生态服务价值系数,对保护区生态系统服务价值及其变化进行了估算和比较.结果表明,林地和草地是喀纳斯自然保护区主要的土地利用类型,25年间土地利用总体上发生了明显变化,林地面积在减少,革地、水域、建设用地面积略有增加;保护区生态系统服务价值由1980年的37.289亿元减少至2005年的36.351亿元,有林地和离覆盖度草地的减少是服务价值降低的主要原因;主要由林地、草地和水域提供的维持生物多样性、水文调节、气候调节、保持土壤等单项功能服务价值均呈现不同程度地减少,说明保护区生态系统结构和功能已受到影响,保护区生态环境质量不断趋向退化.     

基于RS和GIS的福州市森林蓄积量估测及其时空变化特征

基于RS与GIS技术,以遥感影像数据、土地覆被数据、森林资源二类调查数据为主要数据源,采用逐步回归法构建福州市森林蓄积量定量估测模型,分析了2000年、2004年、2010年蓄积量时空动态变化特征。研究结果表明:1不同森林类型,即常绿阔叶林、常绿针叶林、针阔混交林分别建立的模型拟合效果较好,修正后R2分别为0.599、0.679、0.694,并通过模型适用性检验和精度验证;2运用该模型估算的2000年、2004年、2010年福州市森林蓄积量分别为2 097.28万m3、2 324.76万m3、2 593.95万m3,对像元蓄积量进行分级,2000-2010年,低等级(像元蓄积量4m3)面积逐步缓慢增加,中等级(像元蓄积量4m3-8m3)面积先上升后减小,高等级(像元蓄积量8m3)面积先减小后增加;3对福州市不同市县的蓄积量估测值进行分析,西部内陆地区的永泰县、闽清县、闽侯县蓄积量估测值常年保持较高,而东部沿海区域各市县森林面积和蓄积量有下降的趋势。     

东南丘陵土地利用变化及驱动力研究--以衡阳市为例

在GIS,Excel, SPSS11.0的支持下,以土地详查数据为依据,对衡阳市1994~2001年的土地利用变化过程进行了全面分析,揭示了衡阳市近七年来土地利用变化的时空特点,并分析了其主要原因。研究表明：(1)衡阳市1994~2001年耕地、未利用地面积总体减少,其他用地均有不同程度增加,土地利用类型变动的总体方向是：农用地和未利用地向建设用地转化,耕地向园地、水域转化,未利用地向林地转化。(2) 衡阳市土地利用变化存在较大的时间和空间差异。时间上1997年前土地利用变化显著,1997年后变化较小;空间上以祁东县和衡阳市区变化较大,衡南县、南岳区变化较小。(3)人口因素、政策因素、经济因素是衡阳市土地利用变化的主要影响因素。1997年前后土地利用变化情况的差异主要由政策因素造就,地形地貌因素及经济因素则主导了区内空间差异的形成。     

扬子江城市群土地利用时空变化及其对陆地生态系统碳储量的影响

扬子江城市群是江苏省城市化进程最快,土地利用变化最明显的区域。研究该地区地利用变化及其对陆地生态系统有机碳储量的影响,对江苏省低碳土地利用研究具有重要意义。该文利用五期30 m土地利用栅格数据、土壤样点数据、林地植被清查数据、农作物数据以及经验数据,分析了1995～2015年扬子江城市群土地利用时空变化、核算了其对有机碳储量的影响。主要结果如下:(1) 1995～2015年间,扬子江城市群约有15. 90%的土地发生了转移,其中,耕地作为主要的转出者,建设用地作为主要的转入者,耕地转移为建设用地的面积约为4 161. 78 km~2,占扬子江城市群耕地转出面积的85. 86%,是主要的土地转移类型;(2) 1995～2015年间,由于土地利用类型转移变化,扬子江城市群有机碳储量总量减少了472. 63×10~4t,其中土壤有机碳储量总量增加110. 28×10~4t,植被碳储量总量减少582. 91×10~4t;(3)建设用地占用耕地是区域有机碳储量减少的主要原因,导致有机碳储量减少406. 40×10~4t,占整个区域有机碳储量减少总量的85. 99%;(4)未来扬子江城市群可通过增加生态用地、控制建设用地、优化土地利用结构,提高区域碳储量,减少对陆地生态系统碳平衡的扰动。