基于遥感分析的2013—2018年广州市热岛效应研究

在遥感、气象学、景观生态学等跨学科理论支持下,以城市化为背景,以2013—2018年6期共计12景Landsat ETM/OLI遥感影像以及气象数据为主要数据源,结合统计数据,研究广州市近年建成区动态变化;反演其地表温度,分析热岛变化特征;对广州市城市热岛效应进行时空分析评价.结果表明,广州市城郊热岛效应差异明显,广州...     

基于RBF神经网络的鄱阳湖表层水体总悬浮颗粒物浓度遥感反演

为进一步提高湖泊总悬浮颗粒物浓度遥感反演的准确性,引进适应复杂非线性映射的RBF神经网络模型,以鄱阳湖通江湖体为例进行了实证分析,根据实测水体悬浮颗粒物浓度和MODIS遥感数据,对遥感数据进行预处理,建立了RBF神经网络悬浮颗粒物浓度反演模型,神经元个数为8个,误差性能目标值为0.001,对悬浮颗粒物浓度进行反演。研究结果表明,验证样本相关系数R2=0.956 8,均方根误差RMSE=0.54。利用神经网络模型反演水悬浮颗粒物浓度是有效的,其反演结果优于非线性回归模型的结果。     

基于Landsat影像下广州市植被覆盖变化对城市热岛的影响

城市化在给人类社会带来进步的同时也给城市带来一系列环境问题,城市热岛效应是城市化进程带来的较明显的副产品.文中用1990、2000和2002年Landsat TM/ETM 遥感影像研究城市植被覆盖变化对城市热岛的影响,研究区选广州市中部七区.首先对遥感影像进行精几何校正,用支持向量机对影像进行分类并计算出各区植被覆盖率.其次,用Landsat波段6反演地表亮温,计算出各区平均亮温值并转换为符合正态分布的亮温偏移值;最后对各区不同年份的植被覆盖率和亮温偏移值的关系进行研究.比较研究区3年内植被覆盖率发现,由于城市的快速发展,1990年到2000年植被覆盖率减少了7%,而2000年到2002年植被覆盖率增加了3%,区亮温偏移值与植被覆盖率呈负相关,相关系数为-0.86;比较各区不同年份亮温偏移值可以发现,越秀区的亮温偏移值在1990和2000年均高于各区,但在2002年由于该区近两年内植被覆盖率的增加而有所降低.2002年除萝岗区和白云区外,其它5区的亮温偏移值较接近,说明2002年各区的热岛强度得到有效控制.     

基于MODIS模拟的辽东湾叶绿素a的遥感反演模型

叶绿素a浓度对于水质和富营养化评价、赤潮探测及海洋生产力研究有重要意义.利用卫星遥感反演获取叶绿素a浓度弥补了传统采样方法的数据离散化、耗时长且费用高的缺陷,可以实时和全面地观测大尺度海洋叶绿索a分布.通过实测光谱模拟卫星波段,可以在一定程度上削除大气干扰,有助于准确地确定特征波段和建立遥感反演模型.本文以辽东湾为研究区,利用现场实测光谱模拟了MODIS波段,并在光谱特征分析基础上进行叶绿素a的特征波段选择,通过比较单波段和波段比值法等算法,建立了2个具有区域特色的叶绿素a遥感反演模型,并进行了模型验证.结果表明:在辽东湾海域,运用红光附近特征波段667和678 nm来反映叶绿素特征比传统蓝绿光波段(440和550nm)似乎更能削弱其它水体组分的干扰,突出辽东湾水体的特点.利用667、678和551nm的三波段模型要比单纯考虑667和678nm波段比值的模型要好一些,该模型r为0.856,标准差为0.190.模型验证预测值和实测值的相关系数为0.93(p<0.01),表明了模型良好的预测能力.模型具有明显的区域特色,结果是否具有普适性,还需进一步验证.     

基于Sentinel多源遥感数据的河北省景县农田土壤水分协同反演

植被覆盖层对微波遥感反演地表土壤水分产生重要影响。以河北省景县为研究区,基于Sentinel-1 SAR遥感数据和Sentinel-2光学遥感数据,采用改进水云模型和Oh模型的组合方法,对植被覆盖地表土壤水分进行定量反演研究。结果表明:在Sentinel-1 VV极化条件下,改进水云模型和Oh模型的组合方法具有较高的反演精度,决定系数(R~2)为0.653 0,均方根误差(RMSE)为0.040 1 cm~3·cm~(-3),平均绝对误差(MAE)为0.032 7 cm~3·cm~(-3),这3项反演精度评价指标均优于VH极化。该方法在获取高空间分辨率和高精度的植被覆盖区农田土壤水分信息方面具有较高的应用价值。     

辽东湾双台子河口湿地翅碱蓬（Suaeda salsa）生物量遥感反演研究

通过现场采集辽东湾双台子河口翅碱蓬（Suaeda salsa）光谱数据,收集标准样方（1 m×1 m）的翅碱蓬生物量（Biomass）,建立相关植被指数与翅碱蓬生物量的遥感反演回归算法,发现辽宁双台子河口湿地翅碱蓬生物量与植被指数PVI、SAVI和MSAVI的相关系数R2较高,直线回归方程相关系数分别达到0.626、0.698和0.679。同时,利用得到的估算模型,结合1990—2005年的双台子河口的TM影像数据,反演该区域翅碱蓬分布面积和生物量。结果发现：辽东湾双台子河口湿地翅碱蓬面积变化呈先降后升的趋势。通过植被指数（NDVI、RVI、PVI和MSAVI）和生物量的算法反演,发现翅碱蓬生物量曲线与分布面积曲线的变化趋势一致。     

水深梯度对苦草生长和生物量的影响

将采用沙壤土培育的苦草幼苗（Vallisneria natans）放置于60-170 cm的水深范围内,每10 cm一个处理,使用光照计测定不同水深的光照强度并用 Skalar 水质流动分析仪测定试验水体的理化指标,观测苦草在不同的水深梯度下形态及叶片、叶绿素含量的变化,以研究水深梯度对沉水植物的个体生长发育及生物量的影响。试验结果表明：（1）试验30 d后,在60-130 cm的水深范围内,苦草株高随水深的增加而增高,在130-170 cm的水深范围内,随水深增加而降低,130 cm处苦草的平均高度最大,达67.9 cm;试验60 d,苦草的叶片长度、宽度、面积都随着水深的增加而减小,且在150-170 cm水深范围内叶片长度明显变小,苦草的生长速率随水深的增加显著下降;（2）不同试验组苦草的叶片长度、宽度、面积以及生长速率与水深呈明显的负相关（P＜0.01）,而叶绿素含量与水深呈明显的正相关（P＜0.01）,叶片面积在140-150 cm水深范围内减小最明显,且在140-160 cm水深范围内苦草各叶绿素指标较高,尤其是chl a＋b在水深160 cm处高达1.876 mg·g^-1;（3）苦草叶片叶绿素含量随着水深的增加（光强降低）而升高,其变化幅度为0.369-1.876 mg·g^-1,其中叶片叶绿素a随着水深的增加呈波动递增的趋势,且在水深80 cm处较低（0.268 mg·g^-1）,而叶绿素b在60-170 cm水深范围内总体较平稳,在水深160 cm处达到最高（0.505 mg·g^-1）,chl a/b变化幅度较小,仅在2.49-2.84 mg·g^-1之间;（4）试验60 d后,各试验组总生物量的较大值主要集中在100-140 cm水深范围内,其中地上部分生物量平均占全株生物量的89.5%,地下部分生物量只占10.5%,生物量的分配随水深梯度变化不明显。说明水深梯度的变化对苦草的叶片生长及叶绿素含量有影响,但对生物量的分配作用不明显。研究表明在100-140 cm的水深范围内?     

贵州草海湿地不同水深梯度下沉积物铁形态分布特征

为了研究水文条件对湿地沉积物中铁赋存形态分布的影响,采用Tessier五步连续提取法对贵州草海不同水深梯度下沉积物中铁各形态进行研究.结果表明,草海湿地沉积物中总铁含量在22.8—46.2 g·kg~(-1)之间,平均值为37.06 g·kg~(-1),随着水深升高整体呈下降趋势.草海湿地沉积物中,各形态铁含量大小为残渣态(RES-Fe:7.16—41.22 g·kg~(-1))有机结合态(OM-Fe:1.68—13.94 g·kg~(-1))铁锰氧化物结合态(RED-Fe:2.29—6.96 g·kg~(-1))碳酸盐结合态(CARB-Fe:0.004—0.095 g·kg~(-1))可交换态(EXC-Fe:0.002—0.004 g·kg~(-1));各形态铁含量对水深变化响应不一致,RES-Fe、EXC-Fe和Tot-Fe含量随水深加深而减少,RED-Fe和OM-Fe含量随水深加深而增高,CARB-Fe含量无明显变化规律;水文条件影响铁形态组成,季节性积水的S1和S2样点铁含量较高,仅以RES-Fe为主,占总量的87%—91%,而积水较深且长期淹水的S3和S4铁含量较低,以OM-Fe和RES-Fe为主,二者之和占总量的81%—85%.湿地沉积物中铁含量及其形态组成分布会因为水深变化而不同,铁的生物有效性也会因此发生改变,抬升水位有利于提高铁的生物有效性.     

模拟水深和氮添加对三江平原湿地植物功能性状的影响

水深和氮素是影响湿地植物生长的关键因素,研究两者对功能性状的影响有助于预测未来环境变化下湿地植物的生长与分布趋势.以三江平原沼泽湿地3种优势植物(漂筏苔草Carex pseudocuraica、毛苔草Carex lasiocarpa和燕子花lris laevigata)为研究对象,设置3个水深(0、5、15 cm)和3...     

基于BP神经网络算法的密云水库水质参数反演研究

密云水库是北京市重要的地表饮用水源地,在保障首都水源安全方面起着重要作用,而密云水库水质参数的区域监测已成为当前亟待解决的问题。为了实现密云水库水质参数大范围、实时获取,该文基于遥感和GIS技术,采用BP神经网络算法,结合地面监测数据和Landsat 8遥感影像,分别建立了反演总磷、总氮、氨氮和COD(化学需氧量)4个水质参数的BP神经网络模型,并反演了密云水库2013-2018年非结冰期主要水质参数,分析了密云水库主要水质参数的年际变化特征、季节变化特征和空间分异特征。结果表明,(1)水质参数的Landsat 8敏感波段分别为:总氮为1、4波段,氨氮为1-7波段,总磷为1、3-7波段,COD为2-5波段。(2)密云水库主要水质参数在2013-2018年总体呈下降趋势,氨氮和COD为Ⅰ类水质,总磷为Ⅱ类水质,总氮为Ⅲ类水质。(3)4个水质参数指标春季最高、秋季次之、夏季最低,总氮、总磷、氨氮和COD的春季值分别是夏季值的1.08、1.36、1.6、1.45倍。(4)密云水库不同水质参数的空间差异性较大,总体来看,水库北部和东部的4个水质参数含量相对较高,这种分布与北部和东部村庄密集以及密云水库两大入库河流有关。综上所述,基于BP神经网络算法的密云水库水质反演研究是可行的,且得到了较为可信的研究结果,该研究可为密云水库水质管理与政策制定提供重要的科学依据。     

基于植被覆盖度和遥感生态指数的成都市锦江区生态质量评估

快速准确评估城市生态质量及变化对于我国中西部地区高速发展城市的生态建设和环境保护具有重要参考作用.研究选择成都市锦江区2002、2009和2018年Landsat 5/8遥感影像,使用植被覆盖度(FVC)和遥感生态指数(RSEI)对其2002-2018年间的生态质量及变化进行评估,结果发现:(1)锦江区2002、200...     

新疆博斯腾湖表层沉积物中硅藻分布特征及影响因素分析

通过采集新疆博斯腾湖不同水深、矿化度、营养盐浓度及pH环境下的湖泊表层沉积物,提取硅藻并进行种属组合分析,研究了中国西北干旱区半封闭淡水湖泊中硅藻的分布特征,并且运用降维对应分析（DCA）,探讨了影响博斯腾湖现生硅藻组合特征的主要水质环境因子及硅藻种属对水体理化性质变化的响应。研究结果表明,在博斯腾湖硅藻组合受湖泊水深、矿化度影响明显分区：河口区受水体扰动作用影响明显,硅藻浓度变化大,以Fragilaria属为主;黄水湾区硅藻分布受矿化度及pH影响显著,以Mastogloia smithii、Navicula anglica、Gomphonema parvulum等底栖、喜碱性、微咸水种为主,淡水种Fragilaria属的含量明显低于其它区域,其含量的高低指示了水体矿化度的变化;在湖心区硅藻组合主要响应于水深变化,当水深增加时,Cyclotella radiosa、C.meneghiniana、Fragilaria bidens等浮游种含量显著增加,Mastogloria smithii、Gomphonema parvulum等底栖种含量明显降低或消失,且发现Fragilaria属在5.4～7.8m水深处生长繁盛。研究结果为建立中国西北干旱区的硅藻-环境因子关系数据库、重建本地区过去环境提供了理论依据。     

东北三江平原湿地环境变化

三江平原是我国最大的淡水沼泽湿地集中分布区,是重要的商品粮产地,其湿地生态环境健康与否,与粮食安全息息相关.应用遥感及GIS手段,利用TM,ETM,CBERS三期遥感影像,计算研究时段内的动态度、转移矩阵,定量反映各类湿地的变化、不同湿地类型间的转移情况及空间分布规律,进而分析湿地的变化原因.研究结果表明:近20年来,三江平原湿地湖泊及河流湿地趋于稳定,沼泽湿地大面积减少,人工湿地大幅度增加.沼泽湿地,人工湿地与非湿地间的转化显著.     

镉污染胁迫下水稻生理生态表征高光谱识别模型

利用水稻生长季节多个时相的ASD实测高光谱数据和同步获取的土壤-作物特征参数,系统分析了高光谱遥感指数与镉污染胁迫下水稻生理生态参数变化特征之间的响应关系.选择叶绿素含量、水分含量、细胞结构和叶面积指数4个重要生理生态参数作为水稻镉污染胁迫响应因子,通过理论分析和实验验证,得到对上述因子变化敏感的高光谱遥感指数及其响应规律.在此基础上建立MCARI-NDWI、MCARI-RVSI、MCARI-RVI、NDWI-RVSI、NDWI-RVI和RVSI-RVI模型,揭示了不同污染程度条件下响应因子在各光谱指数空间中的表征规律.     

南京市植被覆盖管理措施因子的时空格局动态变化

修正的通用土壤侵蚀方程(revised universal soil loss equation,RUSLE)模型中的植被覆盖管理措施因子(C)可用来表示植被覆盖对土壤的防蚀作用,是评价土壤侵蚀的关键参数之一,而区域尺度高质量时间序列C因子的合理估算及空间分布特征是预测区域土壤侵蚀动态变化的重要环节。因此,及时准确地掌握区域尺度长时间序列的C因子,对研究土壤侵蚀动态变化与植被的关系至关重要。选择南京市1988—2013年10期遥感影像,基于后向反射(back propagation,BP)神经网络和遥感数据反演植被结构因子叶面积指数(leaf area index,LAI),构建LAI与C因子的量化耦合模型,通过~(137)Cs同位素示踪技术获取C因子的实测值,验证并探讨反演模型的精度。结果表明:(1)基于归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)计算的传统植被覆盖度在整体上比基于LAI计算的植被方向性覆盖度偏大,得到的C值与实测值相比整体上偏小,均方根误差(root mean square error,RMSE)为87. 829%;而基于LAI计算的C值与实测值接近,RMSE为30. 017%,能更好地反映实际的植被结构信息;(2)C值大于0. 3的区域主要分布于建筑物较为密集、植被稀疏且植被结构简单甚至无植被覆盖的市区;C值小于0. 05的区域主要分布在植被密集且植被结构复杂的丘陵山区,南京市C值的分布与植被覆盖和土地利用类型关系密切。(3)从全市整体来看,1988—2013年C值小于0. 05的抵抗土壤侵蚀能力较强的区域面积先由南京市总面积的15. 66%(1988年)减小到9. 43%(2006年以前),后逐渐增大到12. 07%;C值大于0. 3的抵抗土壤侵蚀能力较弱的区域面积先由南京市总面积的7. 29%缓慢增大到9. 22%(2002年),后迅速增大到12. 31%(2002—2006年),然后缓慢减小至11. 77%。所提出的基于BP神经网络和LAI反演的长时间序列C因子估算方法是可靠的,可为区域尺度土壤侵蚀定量遥感监测提供新途径。     

海洋初级生产力的卫星遥感估算模型

海洋初级生产力估算在渔业资源管理、碳循环和全球变化研究中具有重要意义,准确的海洋初级生产力估算模型可直接为渔业生产和海洋管理提供决策支持,卫星遥感技术能够及时提供地表大尺度、动态的生态环境参数,因而在海洋初级生产力估算方面得到了广泛的应用.首先介绍了遥感估算海洋初级生产力的原理,对不同遥感模犁包括经验模型和基于生物机理的BPM模型、LPCM模型和VGPM模型等生理过程模型进行了比较分析.以渤黄海海域为研究区,利用MODIS/AQIJA卫星数据产品中的海表温度SST、离水辐射率Lw、海水漫射衰减系数.Kd490和海洋光合有效辐射PAR,计算出水柱的最大碳固定速率、真光层深度、遥感叶绿素浓度.选择全遥感数据驱动的生理过程模型VGPM,对渤黄海的初级生产力进行了估算和分析.结果表明:通过MODIS卫星数据基于VGPM模型估算的渤黄海海域的海洋初级生产力很好地揭示了海洋初级生产力在不同海区的分布和变化.整个渤黄海海区初级生产力的总体分布为从近海向外逐渐降低,其中渤海要较高一些,和前人调查比较一致.     

京津冀地区近20年NDVI时空变化特征

健康稳定的自然生态系统是保障城市发展的重要基础.了解京津冀城镇快速发展过程中自然生态系统的变化,有助于该区域城镇绿色协调可持续发展.植被指数NDVI时空变化特征可反映地区自然生态系统状况及其演变规律.基于MOD13Q1和Landsat遥感影像数据,利用一元线性回归趋势分析法分析近20年(2000—2019年)京津冀地区...     

中国城镇生态环境遥感监测现状及发展趋势

城镇生态环境是国家生态文明和美丽中国建设的重要组成部分,而目前中国城镇化快速发展过程中出现了重污染天气、黑臭水体、土壤污染、城市热岛效应等突出生态环境问题。环境监测是掌握城镇生态环境质量状况、环境管理和环境执法的基础,遥感技术在城镇生态环境监测中发挥着重要作用。文章主要从通常关注的空气质量、水体水质、土壤污染和生态资源4个方面,从遥感数据源、遥感监测模型方法、存在问题等方面概述目前中国城镇生态环境遥感监测的总体现状,指出目前存在城镇复杂地表高反射噪声与气溶胶多次散射引起污染气体反演的不确定性、现有算法无法适用于高浑浊的城镇黑臭水体和高清洁的饮用水源地这两类特殊光谱特征水体、城镇土壤污染难监测、城镇地表温度与生态要素高精度反演等技术瓶颈,以及时空分辨率低、监测精度不高、技术体系缺乏、专题产品少、业务应用程度低等问题与不足,提出中国城镇生态环境综合监测亟需攻克的系列监测要素精度提升关键技术、业务应用模式、服务模式等发展趋势,为中国新时期生态环境保护、打好污染防治攻坚战、城镇化建设等重要工作提供支持。     

水深梯度对黑藻生长的影响

采用盆栽试验方法,将黑藻(Hydrilla verticillata)顶枝种植在水下0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 m处塑料盆内,研究水深对黑藻生长的影响。结果表明,水深能够明显影响黑藻的存活,当水深>2.5 m时,由于光照不足,黑藻生长受到了明显抑制,水深3.0、3.5、4.0 m处黑藻分别于试验第57、33、21天死亡。水深改变了黑藻植株形态。水深对黑藻株高的影响极显著(P<0.01)。试验80 d时,不同水深处黑藻的茎节数、节间距、分枝数均差异显著(P<0.05)。试验80 d时,水深0.5～2.0 m处,黑藻株高和茎节数随水深增加而逐渐增加,当水深>2.0 m时,随水深增加开始减少。试验80 d时,水深0.5～2.5 m处,黑藻节间距随水深增加而不断延长。同一生长时间黑藻分枝数随水深增加而递减。各水深梯度处黑藻生物量呈先升高后降低的趋势,水深0.5～1.5 m处黑藻生物量随深度增加呈上升趋势,水深1.5 m处生物量最大,水深2.0、2.5 m处生物量迅速降低,不同水深梯度间黑藻生物量差异极显著(P<0.01)。该试验条件下,黑藻的光补偿水深在水体平均透明度(1.0 m)...     

基于Landsat 8影像的太湖生化需氧量遥感反演

生化需氧量(BOD)是监测水体有机污染的重要水质参数,运用遥感技术进行水体BOD监测具有快速、便捷的优势。利用2016年7月27日和2016年8月28日Landsat 8/OLI影像数据与2016年8月1—4日和2016年9月1—8日40个样点实测BOD浓度数据,对BOD浓度与Landsat 8像元光谱反射率进行相关分析并选取敏感波段,运用建模集数据构建偏最小二乘回归模型(模型决定系数为0.61,预测均方根误差为0.69mg·L~(-1),预测偏差比为1.61)进行数据验证,实测值和预测值的相关系数达到0.85,预测均方根误差为0.74mg·L~(-1),预测模型效果较好,说明应用Landsat8/OLI数据进行太湖BOD浓度监测具有可行性。将得到的偏最小二乘回归模型运用至2016年7月27日和2016年8月28日Landsat 8影像得到BOD遥感反演图,遥感反演图中BOD空间分布特征与2016年8月1—4日和2016年9月1—8日样点BOD空间插值结果吻合较好。遥感反演图能更清楚地表征太湖BOD的分布情况,BOD浓度从太湖南部向北部逐渐增加,中南部区域BOD浓度低,西北部、边缘地区以及东南部区域BOD浓度较高。运用太湖其他时段Landsat 8影像与实测BOD浓度构建偏最小二乘回归模型,2016年4月和2017年3月建模效果均比较好,说明偏最小二乘回归方法具有较强的适用性。分析多时段反演结果,2016年中期太湖有机污染状况较初期严重,说明水体有机物质受季节和温度等因素的影响。综上,偏最小二乘回归模型能够较准确估算水体BOD浓度及其空间分布,可为太湖有机污染的评价和治理提供依据。