无人机数字摄影测量与激光雷达在地形地貌与地表覆盖研究中的应用及比较

无人机数字摄影测量（UAV-DAP）与激光雷达（LiDAR）凭借其机动灵活、高效便捷和高分辨率的特点,在地形地貌、生态监测、工程勘察、环境规划、林业资源清查等领域得到广泛应用。本文针对数字摄影测量与激光雷达的技术特征和应用趋势,着重比较两者在数据采集、数据处理、应用领域以及成本耗费等方面的区别,分析了两种技术在林业资源清查、地形地貌研究、灾害防控等领域的最新应用动态,并且基于两者的技术特点和发展动态提出了进一步的可能应用前景。基于运动结构重建算法的数字摄影测量技术获得的数字地表模型在一定条件下可以达到激光雷达技术的超高空间分辨率程度（如0.2 m×0.2 m）,但是数字摄影无法穿透植被冠层,而激光雷达可以较好地穿透植被层从而获取植被及地表信息。然而数字摄影测量技术设备简单、操作方便,成本低廉,并具有较高的空间分辨率,因而能够和高精度、高耗费、大数据量的激光雷达技术形成优势互补。无人机数字摄影测量与激光雷达技术是林业资源清查、地形地貌研究、灾害防控等领域在快速响应、高精度调查、多时期扫描等方面进一步发展的重要突破口。     

Using interview surveys and multispecies occupancy models to inform vertebrate conservation

Species distribution data are an essential biodiversity variable requiring robust monitoring to inform wildlife conservation. Yet, such data remain inherently sparse because of the logistical challenges of monitoring biodiversity across broad geographic extents. Surveys of people knowledgeable about the occurrence of wildlife provide an opportunity to evaluate species distributions and the ecology of wildlife communities across large spatial scales. We analyzed detection histories of 30 vertebrate species across the Western Ghats biodiversity hotspot in India, obtained from a large-scale interview survey of 2318 people who live and work in the forests of this region. We developed a multispecies occupancy model that simultaneously corrected for false-negative (non-detection) and false-positive (misidentification) errors that interview surveys can be prone to. Using this model, we integrated data across species in composite analyses of the responses of functional species groups (based on disturbance tolerance, diet, and body mass traits) to spatial variation in environmental variables, protection, and anthropogenic pressures. We observed a positive association between forest cover and the occurrence of species with low tolerance of human disturbance. Protected areas were associated with higher occurrence for species across different functional groups compared with unprotected lands. We also observed the occurrence of species with low disturbance tolerance, herbivores, and large-bodied species was negatively associated with developmental pressures, such as human settlements, energy production and mining, and demographic pressures, such as biological resource extraction. For the conservation of threatened vertebrates, our work underscores the importance of maintaining forest cover and reducing deforestation within and outside protected areas, respectively. In addition, mitigating a suite of pervasive human pressures is also crucial for wildlife conservation in one of the world's most densely populated biodiversity hotspots.     

冬季绿肥对黄土高原旱作春玉米农田土壤温室气体排放的影响

利用田间试验研究了冬季绿肥对旱作春玉米农田土壤温室气体排放的影响.试验设燕麦、小扁豆、燕麦与小扁豆混播和裸地休闲共4个处理,采用静态箱-气相色谱法对冬闲期和春玉米生长期间土壤温室气体（CO₂、N₂ O和CH₄）排放通量进行观测.结果表明,旱作春玉米-冬季绿肥种植系统土壤是CO₂、N₂ O的排放源和CH₄的吸收汇.与裸地休闲相比,燕麦和小扁豆在冬闲期对土壤CO₂累积排放量没有影响,但在春玉米生长期间导致土壤CO₂累积排放量分别增加了7.77%和25.7%（P<0.05）,混播导致冬闲期和春玉米生长期间土壤CO₂累积排放量分别增加了19.1%和14.5%（P<0.05）.种植燕麦后冬闲期和春玉米生长期间土壤N₂ O累积排放量较裸地休闲分别降低了11.6%和14.7%（P<0.05）,而小扁豆分别增加了31.9%和14.9%（P<0.05）;混播导致冬闲期土壤N₂ O累积排放量降低了19.2%（P<0.05）,但在春玉米生长期间差异不显著.与裸地休闲相比,燕麦、小扁豆和混播冬闲期土壤CH₄累积吸收量分别降低了37.9%、23.6%和29.6%（P<0.05）,春玉米生长期间分别降低了19.4%、33.5%和31.5%（P<0.05）,其中小扁豆和混播在冬闲期和春玉米生长期间差异均不显著.燕麦较裸地休闲在农田综合增温潜势（GWP）、春玉米产量和温室气体排放强度（GHGI）差异均不显著.小扁豆和混播显著提高了GWP,其中小扁豆显著高于混播.而与裸地休闲相比,小扁豆和混播分别提高了春玉米产量的20.3%和15.4%（P<0.05）,但对GHGI没有显著影响.综合考虑GWP、春玉米产量和GHGI,本地区冬闲期间将小扁豆和燕麦二者混播能增加春玉米产量的同时有效降低土壤温室气体排放强度.     

鄂尔多斯高原沙地草地荒漠化景观现状的定量分析

基于相互垂直的2条5km长的样线的野外调查,分析了鄂尔多斯高原东南部地区沙地草地的景观现状.对2条样线上的斑块出现的频度的统计分析表明,该地区景观以小尺度斑块为主,有95%以上的斑块直径小于50m,平均斑块直径只有15m,但仍有较大面积的流沙斑块存在.对沿样线的裸地百分比盖度的半方差分析揭示了该区域荒漠化景观依赖于空间尺度的环境异质性,所调查的沿样线裸地百分比盖度的分维,接近于2,说明其空间异质性主要集中在较小的尺度上.这说明该区景观较为稳定,但沙化面积有扩大的趋势.     

1980—2015年青藏高原植被变化研究

青藏高原地形复杂,气候类型独特,是北半球气候变化的调节器。全球气候变化直接影响植被变化,探讨植被变化对了解青藏高原的环境状况及环境保护与恢复具有重要意义。选取青藏高原作为研究区域,基于1980年和2015年的1 km土地利用数据利用转移矩阵研究植被的转换变化,利用1981—2015年的GIMMS-NDVI数据借助趋势分析法分析土地利用未变化区域的植被覆被变化,并通过相关分析法研究植被变化与气候因子的关系。研究表明:1980—2015年,青藏高原植被的转换变化表现为转入面积大于转出面积,植被面积整体增加。植被类型变化的主要表现形式为农作物和草地面积增加,乔木林地和灌木林面积减少;草地的面积变化最大,农作物、乔木林地和灌木林面积变化很小。从不同植被类型和生态分区来看,植被覆被变化表现为农作物面积较小,分布于半干旱地区,NDVI呈上升趋势;乔木林地位于东南部湿润半湿润地区,生长状况呈现退化趋势;灌木林位于东部边缘和东南部的湿润半湿润和半干旱地区,呈退化趋势;草地分布范围最大,生长情况趋于改善。近35年来,青藏高原的植被覆盖整体趋于好转,低覆盖度、干旱半干旱地区趋于改善,高覆盖度、湿润半湿润地区出现退化。研究时段内,青藏高原趋于暖湿化,NDVI变化与年平均气温、年降水量变化呈正相关,对降水变化更为敏感。不同植被类型对气候变化响应不同,农作物相关系数最高。乔木林地与气温和降水变化呈负相关,农作物和草地则呈正相关,灌木林与降水变化呈正相关,与气温变化呈负相关。     

基于Sentinel-1A极化SAR数据与面向对象方法的山区地表覆被分类

地表覆被分类对国土资源调查评估及全球变化具有基础性和关键性意义,但山区由于地形和云雾等的影响,可利用光学遥感影像和其他资源十分稀缺。因此,论文以渝东南山区为研究区,基于Sentinel-1A极化合成孔径雷达（SAR）数据,通过系列预处理,得到后向散射系数值,同时对各类地物的VV/VH极化后向散射系数、纹理、高程和坡度等特征值统计分析,综合这些特征值运用面向对象分类方法对单时相与多时相SAR数据进行地表覆被分类,最后将这两种分类方法与Landsat 8 OLI数据分类作对比。研究表明：1）在同时运用面向对象分类方法的前提下,单时相SAR数据分类和Landsat 8 OLI数据分类精度相当,多时相SAR数据面向对象分类精度最高,总精度为85.65%,Kappa系数为0.829 9;2）与光学数据相比,SAR数据对阔叶林、人工建筑提取有优势,精度提高了10%以上,多时相特征有利于耕地和针阔混交林提取,分类精度比单时相提高了9%左右;3）研究区土地覆被类型以林地为主,占总面积的42.68%,耕地、草灌次之,人工建筑、草地与河流占地面积较少。     

铀尾矿充填体氡析出规律理论研究

堆浸铀尾矿用作地下充填法采场的充填料是处理铀尾矿的一种方法。将铀尾矿作为充填料时,其内残留的镭衰变产生的氡气会从其表面析出,污染井下作业环境。基于氡在介质中纯扩散的理论,研究了在尾矿介质孔隙率为0.3、铀尾矿中镭活度浓度为3 400 Bq/kg、干燥时铀尾矿的射气系数为0.1、铀尾矿的密度为2.5×103kg/m3的条件下,含水饱和度、孔隙率、覆盖层厚度等物理参数对铀尾矿充填体氡析出的影响规律。结果表明:无覆盖层时,含水饱和度在0~0.25的范围内,随含水饱和度增加,铀尾矿介质表面氡析出率先增加后减小,含水饱和度从0增加到0.12时,铀尾矿介质表面氡析出率从5 Bq/(m2·s)增加到11 Bq/(m2·s),含水饱和度从0.12增加到0.25时,铀尾矿介质表面氡析出率从11 Bq/(m2·s)减小到10.5 Bq/(m2·s);有覆盖层时,铀尾矿介质厚度为3 m,添加孔隙率为0.05的覆盖层,当覆盖层厚度从0增加到0.1 m时,介质表面氡析出率减小67.5%,当覆盖层厚度增加到0.5 m时,介质表面氡析出率减小91.8%。     

洞庭湖土地利用／覆被变化及洪涝灾害研究进展

洞庭湖是长江流域重要的调蓄滞洪区、物种基因库和商品粮基地,具有重要的战略地位。然而由于人类不合理的开发利用致使湖泊功能和效益不断下降。系统认识洞庭湖自然、社会经济属性,揭示其内在的演变规律,有助于洞庭湖区资源的合理配置、环境保护和经济的可持续发展。本文从土地利用／覆被变化、洪涝灾害等方面,综述了洞庭湖的研究进展。研究结果表明目前对洞庭湖研究的深度和广度均不够,洞庭湖作为通江湖泊的复杂性和不确定性、研究思路方法创新意识不够、基础数据难以获得、洞庭湖区血吸虫病害严重等是洞庭湖研究难以深入的主要原因。最后从洞庭湖流域土地利用／覆被变化及其水文效应与调控研究、洞庭湖区洪灾风险评价与区划研究两个方面展望了今后研究的重点。     

城市热效应与热效应模型研究

影响城市热环境的因素有很多,其中地表覆盖类型是热效应影响因素中较为重要的一个。笔者在研究深圳市城市热环境效应的基础之上建立了一个三维动态模型,对硬化路面覆盖条件下的温度场进行模拟,并对该热环境效应模型进行了较为详细的分析。      

A Watershed-Scale Model for Predicting Nonpoint Pollution Risk in North Carolina

The Southeastern United States is a global center of freshwater biotic diversity, but much of the regions aquatic biodiversity is at risk from stream degradation. Nonpoint pollution sources are responsible for 70% of that degradation, and controlling nonpoint pollution from agriculture, urbanization, and silviculture is considered critical to maintaining water quality and aquatic biodiversity in the Southeast. We used an ecological risk assessment framework to develop vulnerability models that can help policymakers and natural resource managers understand the impact of land cover changes on water quality in North Carolina. Additionally, we determined which landscape characteristics are most closely associated with macroinvertebrate community tolerance of stream degradation, and therefore with lower-quality water. The results will allow managers and policymakers to weigh the risks of management and policy decisions to a given watershed or set of watersheds, including whether streamside buffer protection zones are ecologically effective in achieving water quality standards. Regression analyses revealed that landscape variables explained up to 56.3% of the variability in benthic macroinvertebrate index scores. The resulting vulnerability models indicate that North Carolina watersheds with less forest cover are at most risk for degraded water quality and steam habitat conditions. The importance of forest cover, at both the watershed and riparian zone scale, in predicting macrobenthic invertebrate community assemblage varies by geographic region of the state.