近20a木里地区草原植被盖度与生产力动态监测分析

以青藏高原北缘的木里地区为例,通过遥感监测及数据反演,获取近20 a木里草原植被盖度和生产力变化趋势,并结合驱动因素分析,形成结论如下:(1)近20 a木里地区草原植被覆盖度和NPP呈现波动,但整体呈增长趋势;(2)水热条件对木里地区草原植被变化影响明显,气温因素对该地区植被生长的影响高于降水。

基于深度学习语义分割模型的草地植被盖度估算对比研究

草地植被盖度是评估草地生态系统健康和管理效果的重要指标。草地植被盖度常用经验目测或传统图像分类方法获得,存在植被盖度估算主观性较强、精度不够、模型泛化能力不足等问题。本研究利用深度学习语义分割模型对草地植被图像进行分割,并基于分割结果估算草地植被盖度,在像素尺度比较3种深度学习语义分割模型(Unet++、DeepLabv3+、Segformer)和Canopeo模型以及经典机器学习模型随机森林(Random Forest)在草地植被分割任务上的性能,结果表明:①Unet++模型分割性能最优,其平均交并比(MIoU)达0.79,F1分数(F1-score)达0.87,明显优于其他模型;相比之下Random Forest模型的表现较差,其MIoU为0.47,F1-score为0.55。②在图像尺度草地植被盖度估算中,Unet++、DeepLabv3+和Segformer模型估算的草地植被盖度均与实测草地植被盖度较为一致,估算精度明显高于Canopeo模型和Random Forest模型,深度学习语义分割模型中Unet++模型估算的草地植被盖度精度最高,决定系数(R2)达0.98,均方根误差(RMSE)低于3.8%,说明深度学习语义分割模型能够较为准确地估算草地植被盖度。③由于Unet++模型具有比其他模型更优的草地植被分割性能,因此将Unet++模型作为最终的草地植被盖度估算模型,并应用于荒漠草原、典型草原和草甸草原3个实验样地,模型可快速准确地获取样地的草地植被盖度。研究显示,Unet++等深度学习语义分割模型在草地植被盖度估算中表现出较高的准确性和适用性,能为草地植被盖度估算提供高效可靠的工具。

基于中国水土保持区划的江苏省植被盖度监测点布局

植被盖度是土壤侵蚀监测与评价的重要因子。植被空间分异性是影响植被盖度分布的主要因素。以江苏省为研究区,以全国水土保持区划的三级区为控制单元,采用多源数据空间分析、分层抽样和野外调查相结合的方法,分析植被类型、林种与树种的空间分异性,提出植被盖度监测点布局方案。结果表明:1)鲁中南低山丘陵土壤保持区(Ⅲ-4-2t)、黄泛平原防沙农田防护区(Ⅲ-5-3fn)及淮北平原岗地农田防护保土区(Ⅲ-5-4nt)地带性植被为栎类落叶林;江淮丘陵岗地农田防护保土区(V-1-2nt)、江淮下游平原农田防护水质维护区(V-1-1ns)、沿江丘陵岗地农田防护人居环境维护区(V-1-5nr)以及太湖丘陵平原水质维护人居环境维护区(V-1-4sr)北部地带性植被从含有常绿灌木的落叶阔叶林演变为常绿落叶阔叶混交林;V-1-4sr南部地带性植被为常绿阔叶林;2)研究区用材林占53.45%,其次为防护林和经济林,分别占26.06%和13.10%,各水土保持三级区林种、树种的比例结构差异较大,自北向南用材林和防护林由杨树、侧柏等转变为马尾松、杉木、香樟以及以麻栎、栓皮栎、枫香、青冈等为优势树种的阔叶混交林等,经济林由苹果、梨、板栗、银杏等转变为茶、桃、柑橘等;3)基于水土保持三级区林种与树种的空间分异性,以17个县(区)为抽样区获取96个抽样监测点,通过野外调查确定49个植被盖度监测点,涵盖各区划的主要林种与树种。研究结果可为江苏省开展植被盖度监测提供技术支撑,也可为其他区域布设植被盖度监测点提供借鉴。

基于神经网络的台特玛湖湖区植被盖度预测

台特玛湖是塔里木河和车尔臣河的尾闾湖,是目前塔里木河下游的唯一湖泊,研究台特玛湖适宜面积及其与植被盖度之间的关系对塔里木河下游生态水精细化管理具有实际意义。基于塔里木河干流来水量、台特玛湖湖面面积、大西海子水库下泄水量等作为输入神经元,以植被盖度作为输出,通过建立BP神经网络与RBF神经网络模型,分别进行模拟并预测,模拟及预测的结果表现为BP神经网络得到的效果较好。

基于数字相机、ASTER和MODIS影像综合测量植被盖度

选择我国北方温带典型草原作为研究对象,基于Bottom-up方法,采用地表实测和多尺度遥感综合测量的方法,建立基于地表实测与多尺度遥感数据综合测量的两阶段植被盖度经验模型。此外,还将该模型与常用的亚像元分解模型相比较,结果表明:1)两阶段经验模型可以较好地实现将地面数据扩展到中尺度空间范围,从而完成数据空间尺度的转换,提高大区域草地植被盖度的测量精度;2)MODIS遥感影像数据,结合地面数据和ASTER遥感影像数据可以较好地在区域范围内对北方典型草原的植被盖度进行估测;3)目前常用的亚像元分解模型,应用于中空间分辨率的MODIS影像,估测北方温度典型草原植被盖度的精度不够理想。

临界侵蚀风速与植被盖度之间的关系

应用粗糙边界层中阻力分解规律的研究成果,建立了描写临界侵蚀风速与植被盖度之间关系的数学模型。该模型给出:地表土壤的临界侵蚀风速与植被盖度之间呈指数依赖关系,即随着植被盖度的增大,临界侵蚀风速呈指数增加。这一理论结果与实验数据符合良好。在此基础上,定义了理想盖度和警戒线盖度两个概念,并给出了它们在评价环境良好程度和环境破坏程度方面的指示意义。

植被盖度和残茬高度对保护性耕作农田防风蚀效果的影响

为定量评价植被盖度、残茬高度对保护性耕作农田的防风蚀效果,以空气动力学粗糙度和抗风蚀效率为评价指标,利用移动式风蚀风洞对内蒙古武川县保护性耕作农田和对照秋翻地进行了原位测试。结果表明,随植被盖度和残茬高度的增加,空气动力学粗糙度和抗风蚀效率均增加,抑制风蚀效果加强;在30cm残茬高度、50%植被盖度下保护性耕作农田的平均抗风蚀效率可达80.55%,具备了很好的防风蚀效果。因此,要有效防治农田土壤风蚀,保护性耕作农田应具有50%以上的植被盖度和30cm以上的留茬高度。

腾格里沙漠东南缘荒漠植被盖度月变化特征及生态恢复

研究表明:封育区植被盖度一年四季大于未封育区,在正常年份的生长季内前者植被盖度为17 89%～29 39%,后者为11 60%～16 05%。封育区和未封育区150m样线上的灌木植物在70～90株(丛)和60～70株(丛)之间,基本保持稳定;草本植物个体数月变化则显著,未封育区从4月份以后数量递增,7、8月显著增加,8月底达到最大值,而封育区则表现为4、5月增加,6月减少,7、8、9月线性增加,达到最大值,且未封育区草本植物的数量少于封育区。未封育区由于植被盖度低,灌丛分布不均匀,沙面裸露多,地面风沙流活动强烈,白刺沙包风蚀严重;而封育区植被盖度较大,灌丛分布较均匀,风沙流活动弱,白刺沙包稳定,形成了较为稳定的自然植被生态系统。试验表明,在当地气候和地理条件下,通过封育或避免人为干预,荒漠区生态植被的自然恢复,可大大增加防风固沙能力,改善当地的生态环境。

内蒙古荒漠草原植被盖度的空间异质性动态分析

利用半方差函数分析法对内蒙古荒漠草原生长盛期(6—8月)的植被盖度时空变异特征的研究表明,荒漠草原生长盛期的植被盖度半方差函数形态符合指数模型,但函数曲线的形态和各参数在不同月份变化较大。其中,6月的植被盖度变程最大,达到100 m;7月植被盖度的半方差函数形态具有巢式等级结构;8月植被盖度的变程最小,仅为15 m,但空间变异程度最高。3个月的结构比介于72%—85%,具有较强的空间自相关。各向异性分析表明,6月植被盖度在135°方向的半方差函数值明显低于其它3个方向(0°、45°、90°),具有各向异性特征;而7月和8月植被盖度的各向异性比接近于1,表现为各向同性。研究结果表明,荒漠草原植被盖度空间异质性的时间动态不容忽视,在野外采样或制图时,要根据时间合理控制采样范围。

内蒙古温带草原区植被盖度变化及其与气象因子的关系

利用1982-1999年内蒙古地区NOAA/AVHRR的NDVI数字遥感影像,对内蒙古温带草原区植被盖度进行了反演,探讨了近20a来温带草原植被盖度的变化情况,并对植被盖度与不同组合方式的降水及气温数据进行了相关分析,探讨了植被盖度与气象因子的关系。结果表明:①近20a来温带草原植被盖度呈上升趋势,占总面积72%的草原植被盖度发生了增长,3种不同草原类型中典型草原盖度上升趋势最为明显;②温带草原生长季平均盖度、逐月盖度与降水成正相关关系,与气温呈负相关关系,其中降水对盖度的影响存在着时滞及累积效应;③3种草原类型植被盖度对气象因子的敏感性不同,荒漠草原植被盖度与气温和降水相关性最强,其次为典型草原与草甸草原。

青藏高原多年冻土区植被盖度变化对活动层水热过程的影响

不同植被盖度变化下活动层水热过程是多年冻土区水能循环中一个重要的不确定因素.为了研究植被盖度变化对活动层水热过程的影响,在青藏高原多年冻土区,选择坡向、坡型和坡度趋于一致植被覆盖度分别为92%、65%、30%的坡面建立天然径流观测场,观测多年冻土活动层中的地温和水分状况.结果表明:活动层开始冻结和消融时间随着植被盖度的减少不断提前,且冻结持续时间缩短;随着植被盖度减小,活动层地温水分变化速率增大,植被起到抑制土壤地温水分变化速率的作用;植被盖度对夏季融化过程和秋季冻结过程活动层地温和水分的影响明显大于冬季降温和春季升温过程,对融化过程的影响较冻结过程更明显.

数码照相法估算植被盖度

植被盖度是表征生态系统特征的重要参数之一,其准确测度对于分析土壤侵蚀强度、生态环境现状具有重要意义。该文选择黄土高原退耕还林还草区野外测量的25个典型样方,探讨了数码照相法估算植被盖度的模型和方法,提出了中心投影引起的边缘畸变问题和植被信息识别问题的有效解决方案。前者采用控制点几何校正的方法解决,后者基于目视判读、统计汇总红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色的DN(digital number)值分布规律,采用编程方式解决。研究结果表明,植被信息的三基色组成分别符合DNG>DNR>DNB、DNG>DNB>DNR和DNB>DNR>DNG3种规律,非植被信息的三基色构成遵循DNR>DNG>DNB的规律,且采用上述规律,编程得到草地样方的植被盖度精度较高。可见,该文提出的估算植被盖度的数码照相法可移植到数码相机中,具有明显的应用价值。

草地植被盖度的多尺度遥感与实地测量方法综述

植被盖度作为一个重要的生态学参数被用在许多气候模型和生态模型中。地表实测和遥感测量是获取植被盖度的两种基本途径。以草地植被盖度的测量为研究对象,综合讨论了目前地表实测和遥感测量常用的方法,分析了它们的优缺点,并对如何提高草地植被盖度的测量精度做出展望。数码相机、高光谱遥感以及多尺度遥感数据的综合使用可能是未来草地植被盖度测量发展的趋势。

基于不同数码相机和图像处理方法的高寒草地植被盖度估算的比较

植被盖度的准确估算对于土壤侵蚀、地-气交换研究等具有重要意义。数码照相法是地面植被盖度估算工作中最普遍和有效的方法,但是目前缺少高效和准确处理数码照片获取植被盖度的方法。本研究选取疏勒河上游不同类型高寒草地,采用多光谱相机(绿、红和近红外,ADC)、改装多光谱相机(蓝、绿和近红外,XNite)和普通相机(蓝、绿和红,COMMON)获取植被盖度数码照片。以WinCAM商业软件获取的植被盖度为基准值,对比分析了本研究开发的数码照片处理系统(Digital Photos Processing System,DPPS)和L*a*b*色彩空间法的估算效果和效率。结果表明,1)XNite和普通相机的估算精度高于ADC,而普通相机在价格和分辨率方面的优势使其更适合于高寒草地植被盖度估算研究;2)DPPS系统比L*a*b*色彩空间法更精确、更灵活。本研究开发的DPPS系统以及廉价的普通相机能够用来高效和准确地获取高寒草地植被盖度。

草地植被盖度的近距离遥感测定

盖度或者覆盖度是植物群落结构的一个重要数量指标。通常的目视估测植物群落盖度方法不仅精度低,而且因人而异。本研究采用近距离遥感方法测定草地植物群落盖度,该方法主要包括数据获取、图像处理、像元数量提取和盖度计算4个部分。精度评价表明,该方法测定的绿色植被盖度误差很小,与目视估测方法比较,它具有客观、一致和精度高的优点。

植被盖度对典型草原区地表风沙流结构及风蚀量影响

选择内蒙古锡林郭勒盟典型草原为研究区域,通过风洞模拟试验开展典型草原植被盖度对土壤风蚀的定量化分析研究,旨在探明不同植被盖度下起动风速、地表风沙流结构及风蚀量影响的规律,从而为该地区制定合理的防风固沙技术提供理论依据。结果表明:起动风速随植被盖度的增加而增大;受植被的影响风沙流结构呈跳跃式分布,近地层的输沙率随植被盖度的增加而减小,最大输沙率的高度层随植被盖度的增加不断上移;不同植被盖度下,风速与总输沙量之间均呈幂函数关系,各风速下总输沙量随着植被盖度的增加而减少。

疏勒河上游高寒草地植被盖度反演及精度评价

植被盖度是生态系统和水土保持研究中的一个重要因子,利用我国环境与灾害监测预报小卫星(HJ-1A/1B)影像和野外实测数据分析了疏勒河上游植被盖度随生长季的变化特征,建立了不同数据组合的植被盖度反演模型,并对其反演结果进行了精度评价。结果表明,实测植被盖度在整个生长季呈现先增加后减少的趋势,但在生长季中期大部分样地有一定的波动;实测植被盖度与相应时间段的归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)具有很好的线性关系,但是随着生长季的推移其关系发生改变;对比单最大值合成(Maximum Value Composite,MVC)法、单日法和双MVC法反演结果发现:双MVC法反演精度最高,且最接近真实值。因此,利用遥感资料的归一化植被指数反演高寒草地植被盖度具有可行性,但必须有充分的地面验证工作作为基础。

基于RS和GIS的毛乌素沙地植被盖度定量估测

选取毛乌素沙地东北部的伊金霍洛旗为研究区域,以少量野外定位调查数据与其对应的遥感信息和GIS信息为基础,利用岭估计分析方法,对植被盖度估测模型及其影响因子进行系统研究.结果表明,植被盖度除受NDVI影响外,还与其他遥感信息紧密相关,岭估计方法明显地改善了最小二乘估计的缺陷,克服了变量间由于存在复共线性关系对求解待定参数所造成的不利影响,提高了估测精度.建立了以像元为单位的植被盖度估测模型,其模型检验精度达98.7%.此外,还建立了区域性植被盖度地理信息系统,实现了研究区域内任意一点(像元)或任意土地单元植被盖度的查询、更新及自动制图.

植被盖度对土壤碳、氮、磷生态化学计量比的影响——以敦煌阳关湿地为例

土壤碳、氮、磷生态化学计量比可以广泛地指示群落的生态学动态过程,其研究可以为湿地生态系统的恢复与保护提供依据。以敦煌阳关湿地为研究对象,选取53个样地,分层(0—20、20—40 cm和40—60 cm)采集土壤样品,对3种植被盖度类型(高盖度、中盖度和低盖度)的土壤碳、氮、磷生态化学计量比特征及其影响因素进行了研究。结果表明:(1) 0—20、20—40 cm和40—60 cm土层C/N变化趋势均为:高盖度<中盖度<低盖度,C/P、N/P变化趋势均为:低盖度<中盖度<高盖度。(2)高盖度土壤C/N、C/P和N/P均随土层深度的增加而增大;中盖度土壤C/N随土层深度的增加而增大,C/P、N/P随土层深度的增加先减小后增大;低盖度C/N、C/P和N/P均随土层深度的增加先减小后增大。(3) 0—60 cm土层土壤水分与C/N显著负相关(P<0.01),而与C/P、N/P显著正相关(P<0.01),土壤盐分与C/P、N/P均显著负相关(P<0.01),pH与C/P、N/P均显著正相关(P<0.05),TP与C/N呈显著负相关(P <0.05),TN与C/P、OC与N/P均呈极显著正相关(P<0.01)。由多元线性回归分析可知,土壤水分是土壤C/N、C/P和N/P的关键影响因子。

整合1982-1999年NDVI与降雨量时间序列模拟中国北方温带草原植被盖度

植被盖度是刻画陆地表面植被数量的一个重要参数,是指示生态系统变化的重要指标.因为中国北方温带草原对降雨量变化较敏感,因此,可以利用降雨量与遥感数据结合估测植被盖度.文章利用基于遥感数据和降雨量的线性分解模型来估测不同植被类型盖度,每8km×8km地区的覆盖类型分为3种类型:裸地、灌丛及草地和裸地混合类型,混合类型又分为:草地和裸地.利用一元线性回归拟合模型计算的湿季NDVI对降雨量的敏感性作为模型的状态变量,将通过0.1显著水平检验的NDVI和降雨量线性关系的斜率与湿季NDVI均值作散点图,然后根据条件限制优化算法求解三角形确定模型中的端元参数.1982—1999年平均占地率、灌丛和草地裸地混合类型的平均盖度研究表明,占地率的空间变化特征是自西北向东南逐渐减小.灌丛的植被盖度自西北向东南逐渐增加,没有表现出与降雨量相似的变化格局.大部分地区的灌丛盖度小于30%,少部分地区的灌丛盖度大于50%.草地和裸地混合类型盖度并没有表现出与降雨量相似的空间变化特征.单年植被盖度研究表明,1996年(干旱年)草地盖度由西北向东南逐渐增大,与湿季降雨量具有相似的空间变化特征.1998年(湿润年)湿季降雨量充沛,大部分地区的草地盖度较高.利用地面测量数据检验基于线性分解模型模拟的1999年草地盖度,平均误差为0.147.与Gutman模型相比,线性分解模型模拟结果较好.