Effects of spatial resolution of remotely sensed data on estimating urban impervious surfaces

Impervious surfaces are the result of urbanization that can be explicitly quantified, managed and controlled at each stage of land development. It is a very useful environmental indicator that can be used to measure the impacts of urbanization on surface runoff, water quality, air quality, biodiversity and microclimate. Therefore, accurate estimation of impervious surfaces is critical for urban environmental monitoring, land management, decision-making and urban planning. Many approaches have been developed to estimate surface imperviousness, using remotely sensed data with various spatial resolutions. However, few studies, have investigated the effects of spatial resolution on estimating surface imperviousness. We compare medium-resolution Landsat data with high-resolution SPOT images to quantify the imperviousness in Beijing, China. The results indicated that the overall 91% accuracy of estimates of imperviousness based on TM data was considerably higher than the 81% accuracy of the SPOT data. The higher resolution SPOT data did not always predict the imperviousness of the land better than the TM data. At the whole city level, the TM data better predicts the percentage cover of impervious surfaces. At the sub-city level, however, the ring belts from the central core to the urban-rural peripheral, the SPOT data may better predict the imperviousness. These results highlighted the need to combine multiple resolution data to quantify the percentage of imperviousness, as higher resolution data do not necessarily lead to more accurate estimates. The methodology and results in this study can be utilized to identify the most suitable remote sensing data to quickly and efficiently extract the pattern of the impervious land, which could provide the base for further study on many related urban environmental problems.     

淀山湖叶绿素a的高光谱遥感监测研究

为实现淀山湖水体叶绿素a的快速监测, 于2006年春季对淀山湖进行了现场光谱测量和同步的采样、实验室分析,通过分析叶绿素a和光谱数据之间的关系,建立了多个基于高光谱数据的叶绿素a浓度的估算模型。结果表明：利用归一化反射率建立的模型中精度最高的是采用708 nm反射率的一元二次模型,R2为0.608;利用R710nm/R667nm反射比建立模型精度得到提高,R2接近0.68;利用695.5 nm一阶微分建立的指数模型精度进一步提高,其R2达到了0.76;分别利用708 nm和667 nm的归一化反射率对数作自变量进行多元回归得到的模型精度最高,R2接近0.8,可以用来实现对叶绿素a的定量估算,实现叶绿素a的快速监测。     

近40a来中国喜马拉雅山不同流域冰湖演化特征

基于1970年代、1990、2000、2010年4个时相的冰湖编目数据,分析近40 a来中国喜马拉雅山区不同时段、不同流域和不同海拔冰湖的变化特征。近40 a来中国喜马拉雅山区冰湖变化总体呈现"数量弱减少、面积持续显著增大"的趋势,平均数量减少0.3%,面积增加53.1%±11.5%,但冰湖变化年代际差异明显。西部流域冰湖面积增速明显快于东部流域,由西至东,平均以线性递减率为2.4%/(°)的趋势减少。不同海拔高度的冰湖面积呈扩张态势,76.7%的流域冰湖面积年净增率在不同高度带上呈现出"单峰型"增长模式,其他流域呈"双峰型"甚至"多峰型"扩张模式,体现不同高程上冰湖扩张的复杂性与气候变化的垂直差异性。     

基于多源中高分辨率遥感数据提取渤海辽东湾海冰要素信息

海冰厚度是海冰参数中最为重要和最难获取的参数之一,对海洋灾害预警、气候变化等研究均有重要意义。本文选取2018年1月到3月的10景多源(Sentinel-2、Landsat-8、Landsat-7)中高分辨率影像对渤海辽东湾的海冰进行了监测。基于归一化水体指数进行海陆分割,通过分析海水与海冰光谱特征差异,利用最大似然法监督分类提取海冰区域,运用反照率与海冰厚度之间的经验指数模型反演海冰厚度,将反演结果与Zubov模型计算的冰厚结果进行比较,相关系数为0.884,证明了中高分辨率光学遥感数据在海冰厚度反演中的可行性。同时发挥中高分辨率遥感数据的优势,利用冰厚信息提取海冰类型、估算海冰资源量,为渤海海冰的防灾减灾以及海冰资源利用提供参考。     

基于遥感的千烟洲人工林蒸散及其组分模拟研究

论文通过改进遥感蒸散模型的关键参数,结合遥感数据和气象观测数据,对2003—2008年江西千烟洲人工林生态系统蒸散及其组分进行模拟,并利用涡度相关技术获取的蒸散实测数据对模型模拟结果进行验证和评价。结果表明:①年均蒸散总量模拟值比实测值偏低2.4%,决定系数与均方根误差分别为0.83和0.61 mm·d^-1。②土壤蒸发、林冠截留蒸发和植被蒸腾分别占总蒸散量的12%、23%和65%。其中,土壤蒸发季节及年际变化相对稳定;林冠截留蒸发季节变化明显且在不同年份差异较大;植被蒸腾季节变化明显,但年际变异较小。③1—3月植被光合作用较弱,植被蒸腾与蒸散比小于30%。随着植被蒸腾的增强,从4月开始植被蒸腾与蒸散比迅速增加,在生长旺季(7月底)可达到约90%。由于该模型所需数据在区域尺度较易获取,从而为开展区域尺度中亚热带人工林生态系统蒸散及其组分模拟提供方法支撑。     

基于MODIS的湖南省农业干旱监测模型

诸多遥感干旱监测指数已被成功应用于中国北方地区,但在南方湿润地区的应用则相对较少。以湖南省为研究区,结合遥感(RS)、地理信息系统(GIS)技术,利用MODIS增强植被状态指数(EVCI)和温度状态指数(TCI)的复合信息,并根据EVCI和TCI对干旱信息的敏感程度不同,赋予不同的权重值,建立干旱状态指数(DCI)遥感监测模型,并将该模型应用于湖南省农作物的旱情监测,得到了湖南省耕地旱情等级的空间分布图。通过与该省97个气象台站同期获取的综合气象干旱指数(CI)的相关分析与验证,表明DCI与CI指数的线性相关显著,EVCI和TCI的权重分别取值0.4和0.6时为最佳组合,并论证了该模型适宜南方地区的干旱监测。     

Influence and mechanism of N-(3-oxooxtanoyl)-L-homoserine lactone (C8-oxo-HSL) on biofilm behaviors at early stage

N-acyl-homoserines quenching, enzymatic quenching of bacterial quorum sensing, has recently applied to mitigate biofilm in membrane bioreactor. However, the effect of AHLs on the behavior of biofilm formation is still sparse. In this study, Pseudomonas aeruginosa biofilm was formed on ultra-filtration membrane under a series of N-(3-oxooxtanoyl)-L-homoserine lactone (C₈-oxo-HSL) concentrations. Diffusing C₈-oxo-HSL increased the growth rate of cells on biofilm where the concentration of C₈-oxo-HSL was over 10^-7 g/L. The C₈-oxo-HSL gradient had no observable influence on cell density and extracellular polymeric substances of biofilm with over 10^-7 g/L C₈-oxo-HSL. Surprisingly, 10^-11-10^-8 g/L of C₈-oxo-HSL had no effect on cell growth in liquid culture. The cell analysis demonstrated that the quorum sensing system might enhance the growth of neighboring cells in contact with surfaces into biofilm and may influence the structure and organization of biofilm.     

基于卫星遥感的生态保护红线人类活动提取方法研究

目前全国生态保护红线划定工作基本结束,开展生态保护红线监管工作事关国家生态安全,是今后我国生态保护的重要举措和重点工作。依托国家生态保护红线监管平台监管业务系统,研究基于卫星遥感的生态保护红线人类活动提取方法和流程,并以宁夏为例,验证其科学性和可靠性。结果显示:基于卫星遥感技术构建的方法精度较高,可操作性较强,为生态保护红线人类活动监管提供了思路;使用该技术方法的作业效率相比人工解译提升了2~3倍,提取的宁夏生态破坏问题图斑准确率达到66%,人类活动提取准确率更是达到95%,能够满足生态保护红线人类活动监管需求;宁夏55%的县(区、市)生态保护红线内发现新增和规模扩大人类活动,从空间分布来看,主要集中在西部和南部,北部和中部分布较少,其中彭阳县、沙坡头区和中宁县人类活动影响面积最大。     

近岸海域水色异常遥感监测方法研究

水体颜色是判断水体质量的重要依据,利用遥感技术检测水色异常是进行水质评估和水体污染监测的重要技术手法。基于盐城市废黄河入海口处的GF1-WFV影像数据,利用遥感影像自身光谱特征来构建水色异常判断函数,对研究区域的水色异常进行快速提取和定位,并比较分析了基于单景影像特征和多景影像特征设置判断阈值的提取结果。研究结果表明：该方法完全基于遥感影像光谱特征,可有效提取出未知类型的水色异常信息;与基于单景影像设置的判断阈值相比,基于双景影像设置的判断阈值更合理、更适用,提取速度更快,提取范围更精确,Kappa系数为0.80;另外,采用合适窗口大小进行均值滤波处理能有效防止提取结果细碎和斑块化。     

基于Sentinel-3 OLCI影像的渤海FUI水色指数遥感提取及应用

水色是水体水文学特征的基本要素之一。水色测定主要是采用福莱尔比色表(Forel-Ule Scale)将自然水体按颜色从深蓝到红棕共分为21个级别,用以观测、记录海洋和内陆水体的颜色。基于2020—2021年大辽河口、黄河口西南及秦皇岛近岸海域的现场实测数据和同步Sentinel-3 OLCI影像,验证了FUI水色指数遥感提取结果的准确性,发现当现场测量时间与卫星过境时间接近时,FUI水色指数遥感提取结果与实测结果基本一致。利用2021年1—12月Sentinel-3 OLCI影像,提取了渤海月均FUI水色指数遥感产品,发现渤海FUI水色指数的主要变化区间为5~17,整体呈现辽东湾、渤海湾及莱州湾沿岸海域高,秦皇岛海域及其他离岸海域低的空间分布特征,且存在秋冬季高、春夏季低的时间变化规律。此外,FUI水色指数对诸多海洋生态环境问题具有显著的指示功能。尝试将其应用于海洋水色异常和海水水质类别观测,均取得了较好的应用效果。由此可见,FUI水色指数遥感提取将在今后的海洋生态环境监测与评价方面发挥重要作用。