灰色评估模型定量评价于田绿洲土壤盐渍化风险

针对土壤盐渍化这一干旱区重大生态环境问题,以新疆维吾尔自治区于田绿洲为研究靶区,在野外踏探、室内试验的基础上,将土壤电导率作为评价盐渍化风险生态终点,选择地面蒸散发、地表温度、地表反照率、地面高程、地下水埋深、地下水电导率、地上生物量、叶面积指数、归一化植被指数、表层土壤pH值、表层土壤含水率、土地利用/覆被类型、人口密度和人均耕地面积共14个评价指标作为主要盐渍化风险源,通过遥感与GIS技术获取这些评价因子空间数据集,同时进行数据标准化、叠加并生成相应的栅格图层集,采用Pearson相关性分析法确定评价因子风险权重,引入灰色系统分析法构建研究区盐渍化风险灰色评价模型,构建了土壤盐渍化风险评价模型,并对研究区的盐渍化风险进行定量评价与分析。结果表明:整个研究区盐渍化风险值介于0.053～0.747之间,平均值达到0.190。总体以一般风险为主,盐渍化高度风险占23.37%,虽然分布面积不大,但对绿洲北部区域的生态环境和农业生产影响深远。研究可为干旱区绿洲的土地资源管理、农田系统的合理布局及农业可持续发展中的风险决策提供数据基础与参考依据。

新疆艾比湖湿地LUCC对景观格局演变的影响

以新疆艾比湖湿地保护区为研究区,采用1990年10月5日、2000年9月25日和2015年9月13日TM/ETM+影像,以土壤实测数据为基础,建立适宜的土地利用分类体系,分析了25 a间研究区的土地利用动态变化,以及景观格局的时空演变,从而深入探讨了土地利用变化对景观格局演变的影响。结果表明:(1)25 a间,研究区综合土地利用动态度为0.97%,且呈现逐年降低趋势,土地利用类型随着时间的推移,变化由剧烈逐步驱于平衡状态。1990—2000年间,林地和水田的面积增加,中轻度盐渍地和极重度盐渍地面积依然呈现明显的上升趋势;2000—2015年间,水体面积明显减少,沙漠面积急剧增加,重度盐渍地和极重度盐渍地面积呈现增加趋势。(2)25 a间研究区景观格局发生了很大的变化。蔓延度持续减小,分散与并列指数显著增加,景观的延展性下降,导致景观破碎化加剧。Shannon多样性指数和Shannon均匀度指数均呈现稳步增加趋势,这说明景观的异质性程度呈现上升趋势。(3)土地利用变化改变了景观格局,导致景观分散与并列指数增加,蔓延度降低,均匀度增加,研究区景观整体先向破碎化发展,后略有所好转,逐步向稳定优化的趋势发展,但总体的盐渍化和荒漠化趋势依然严峻。该研究进一步提出了改良方案,对研究区土地资源的合理利用和可持续发展研究具有重要意义。

归一化植被指数对陆地水储量和降水变化的响应研究——以塔里木河流域为例

利用美国国家航空航天局(NASA)提供的MODIS归一化植被指数(NDVI)数据,探讨了2003-2013年10 a间塔里木河流域NDVI的时空动态分布情况,辅以根据GRACE重力场恢复与气候实验重力卫星和TRMM热带降雨测量使命卫星数据所反演的陆地水储量和降水量数据,研究了10 a间塔里木河流域植被覆盖变化对陆地水储量变化的响应。结果表明:(1)春季NDVI最大值为0.033 67,最小值为-0.010 13,夏季NDVI值最大值为0.617 39,最小值为-0.111 72,秋季NDVI最大值为0.563 38,最小值为-0.047 11,冬季NDVI最大值为0.281 61,最小值为-0.078 64;植被NDVI呈现出夏季>秋季>冬季>春季的规律,离河道越近,植被覆盖度也就越高,同时,植被覆盖度指数会随着越靠近沙漠、戈壁而逐步降低。(2)10 a间NDVI呈现大范围的降低趋势,只有少许范围内具有显著的增加趋势;陆地水储量和降水量的变化趋势,从西北向东南方向呈现出由急剧降低逐步递增为急剧增加。(3)区域A、B、C、D 10 a间NDVI的变化趋势分别是较为复杂、微弱降低、微弱增加和非常显著的增加。(4)降水量与NDVI之间呈现正相关关系,但影像有明显的时滞性,降水量与NDVI之间呈现负相关,植被NDVI与陆地水储量呈负相关,但是对NDVI的影响明显比陆地水储量对NDVI的影响更为显著。

土壤盐渍化风险WebGIS定量评估系统设计与实现

以我国新疆维吾尔自治区和田地区于田绿洲为研究区,依据研究区历年野外考察、遥感及统计资料数据,利用开源WebGIS操作框架客户端Open Layers及轻量级用户界面开发框架React JS,结合开源GIS服务器平台Geo Server,系统集成WebGIS技术、数据库技术、软件开发技术与数学评估模型的方法,运用基于GIS的盐渍化风险灰色定量评估方法与理论,提出、设计并实现了土壤盐渍化风险WebGIS定量评估系统。利用该系统对研究区土壤盐渍化现状进行了风险WebGIS定量评估,从而为研究区土壤盐渍化实时、有效治理,土壤资源的科学管理和农业可持续发展提供技术手段和参考依据。

基于高光谱特征和偏最小二乘法的春小麦叶绿素含量估算

叶绿素含量是影响作物生长及产量的主要因素。该研究以2017年6月小型试验田获取的抽穗期春小麦叶绿素含量及其对应的光谱反射率为数据源,对红边(627~780 nm)、黄边(566~589 nm)、蓝边(436~495 nm)、绿边(495~566 nm)、吸收谷和反射峰的最大反射率及反射率总和等16个高光谱特征参数与叶绿素含量之间的相关性进行了分析,并结合偏最小二乘回归法(partial least-squares regression,PLSR)对叶绿素含量进行高光谱建模及验证。结果表明:1)对特定的16个光谱特征参数而言,光谱特征参数绿边最大反射率与春小麦叶绿素质量分数之间的决定系数最低(R^2<0.5);决定系数较高(R^2≥0.5)的光谱特征参数包括蓝边最大反射率、蓝边反射率总和、黄边最大反射率、黄边反射率总和、红边最大反射率、红边反射率总和、绿边反射率总和、820~940 nm反射率总和及最大反射率、500~670 nm归一化吸收深度和560~760 nm归一化吸收深度,其中820~940 nm反射率总和决定系数达到最高(R^2为0.8);2)利用16个特征参量进行PLSR建模后,发现波段范围在820~940 nm的最大反射率及反射率总和所建立的PLSR估算模型为最优模型,其精度参数R^2p=0.8、RMSEp=2.0 mg/g、RPD=3.2。因此,该模型具有极好的预测能力。该研究为相关研究及当地精准农业提供科学支持和应用参考。

基于WorldView-2影像的土壤含盐量反演模型

针对WorldView-2影像高空间分辨率评价其定量反演土壤含盐量的能力,以盐渍化现象较为明显的新疆克里雅河流域为研究对象,基于WorldView-2影像和实测高光谱数据,利用偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)和BP人工神经网络(back propagation artificial neural networks,BP ANN)方法建立定量反演该流域土壤含盐量模型并做出研究区高空间分辨率土壤含盐量分布图。结果表明:1)利用实测高光谱数据和影像数据分别建立的2种模型中BP神经网络模型预测精度都高于PLSR模型,其中基于影像数据建立的6:8:1结构的3层BP神经网络模型决定系数R2、均方根误差RMSE、相对分析误差RPD分别为0.851、0.979、2.337,模型的稳定性和预测能力都优于PLSR模型(R2、RMSE、RPD分别为0.814、1.139、2.007)。2)利用WorldView-2影像提高了土壤含盐量制图的空间分辨率,归一化植被指数NDVI和比例植被指数RVI较有效降低了植被覆盖与土壤水分对预测精度的影响。该文建立的考虑植被覆盖与土壤水分定量反演土壤含盐量的模型不需要复杂的参数,一定程度上满足了干旱、半干旱地区的盐渍化监测需求,可以促进WorldView-2等高空间分辨率卫星在盐渍化监测中的进一步应用。

渭-库绿洲土地利用/覆被变化与蒸散量时空特征分析

以新疆维吾尔自治区渭干河-库车河三角洲绿洲为研究对象,利用支持向量机法(SVM)对1997和2015年Landsat TM/OLI遥感影像获取土地利用/覆被类型信息,基于SEBAL模型对研究区蒸散发(ET)进行估算并分析土地利用/覆被类型对ET的影响.研究结果表明:1997—2015年渭-库绿洲土地利用/覆被类型变化较显著,总体呈"一增四减"的变化趋势;不同土地类型的SEBAL模型参数和ET具有明显差异,而水体中ET与LAI、NDVI、SAVI之间呈反相对应;而研究区2期ET空间分布特征基本一致,整体表现为西高东低、北高南低的分布规律,植被覆盖越高,ET越高,而低植被覆盖区域地表温度越高,则ET越低,表明土地利用类型变化对ET的空间分布具有一定的影响..

新疆克里雅绿洲土壤盐分、pH和盐基离子空间异质性分析

以克里雅绿洲盐渍化土壤为研究对象,以野外调查与实地数据为基础,采用空间自相关分析与径向基函数插值法,定量分析了克里雅绿洲土壤的含盐量、pH及盐基离子的空间异质特征。结果表明:绿洲盐渍土表聚性强、呈碱性,土壤含盐量从南至北呈现逐渐增大趋势。土壤含盐量、Na^+、Ca(2+)、K^+、Mg2^+、Cl–、SO_4^(2-)均属于强空间变异,HCO_3~–属于中等强度的空间变异,而pH属极弱变异。土壤盐分含量、pH和盐基离子的Moran’s I指数均通过了显著性检验,研究区土壤含盐量、p H与盐基离子在空间上呈现低聚集性。Pearson相关性分析结果显示,土壤盐分含量与Na^+、K^+、Cl~–和SO_4^(2-)含量具有强正相关性(P<0.01),与Ca^(2+)和Mg^(2+)含量中等程度正相关(P<0.05);土壤pH与土壤含盐量及盐基离子含量极弱相关。该研究结果可为绿洲水资源合理开发与农业可持续发展提供科学依据,同时可作为盐渍土改良和沙漠化防治等环保工作的决策支撑。

基于全极化微波遥感的干旱区典型绿洲盐渍化信息提取

采用Krogager、Pauli两种极化目标分解方法,分别构建基于支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的分类模型(分别简称Krogager-SVM和Pauli-SVM),以渭干河-库车河三角洲绿洲地区(渭-库绿洲)为研究区域,利用全极化合成孔径雷达(Polarimetric Synthetic Aperture Radar,Pol SAR)遥感影像数据,进行干旱区典型绿洲不同程度盐渍化信息的提取研究。结合野外实地验证数据,将两种模型的分类结果与传统SVM分类作对比分析。结果表明,Krogager-SVM和Pauli-SVM模型改善了传统干旱区盐渍化分类方法,其总体精度从74.17%(传统SVM)分别提高到了80.598 0%和82.387 6%,分别提高了6.43个百分点和8.21个百分点(Kappa系数分别提高0.08和0.12)。表明本研究所提出的分类模型在Pol SAR数据的盐渍化信息提取方面有着一定的潜力。

轮台县环境与经济发展研究

根据已有资料和实地调查所获取的资料,对轮台县经济发展的自身资源和区域优势,产业结构调整对轮台县经济发展的影响及轮台县经济发展中存在的不合现实经济发展要求的一些问题进行了研究分析,指出了今后该地区的经济发展措施和经济发展趋势,并提出了相关建议。

基于全极化Radarsat-2数据的干旱区典型绿洲盐渍化信息提取

土壤盐渍化不仅破坏了当地的自然生态环境,而且严重影响着可持续发展。为了对干旱区盐渍地进行有效、实时的监测,利用全极化合成孔径雷达PolSAR(Polarimetric Synthetic Aperture Radar)遥感数据进行盐渍地信息的提取。提出对以渭-库绿洲为研究区的全极化Radarsat-2数据进行Pauli分解和H/A/α分解,获取其极化特征分量。在此基础上,利用支持向量机(Support Vector Machine)、最小距离分类(Minimum Distance Classification)以及最大似然分类(Maximum Likelihood Classification)方法进行监督分类,并对分类结果进行对比分析。研究结果表明,极化分解方法在盐渍化监测中具有较好的研究潜力,基于Pauli和H/A/α分解的SVM分类方法更适用于PolSAR数据盐渍地信息的高精度提取。

基于生态系统服务价值变化的焉耆盆地环境与经济协调发展

运用土地利用/覆被生态系统服务价值估算模型并结合生态与经济协调度,定量分析焉耆盆地1985、1990、1996、2000、2005和2011年土地利用/覆被变化引起的生态系统服务价值变化,并对研究区环境与经济协调发展的水平及区域差异进行评估.结果表明:1985—2011年,焉耆盆地的湿地、水域、建设用地、耕地和沙地面积均增加;而草地、盐碱地和林地面积均减少;焉耆盆地的生态系统服务总价值呈逐渐增加趋势.其中,水域和耕地对生态系统服务总价值的贡献率最大,草地和林地对生态系统服务总价值的贡献呈明显下降.研究区生态经济的发展总体上处于低度冲突和低度协调水平的状态,对区域水土资源实行合理与有效的利用是实现焉耆盆地生态系统服务功能维持、发展与经济可持续、协调发展的关键.