地方高校专业硕士《遥感数字图像处理》课程思政实践

地方高校专业研究生教育是为地方培养高层次应用型专门人才的主渠道,有效开展课程思政有助于培养研究生的工匠精神、使命担当和爱国情怀。以《遥感数字图像处理》课程思政教学实践为例,结合学校定位和培养模式,以实际应用为导向,职业需求为目标,深度挖掘课程思政素材,构建紧贴职业发展需求、持续更新的示范课程思政案例库;以综合素养和应用能力的提高为核心,遵循“隐性思想政治教育”的理念,推动专业教育与思政教育的紧密融合;基于元认知策略,建立课前元认知梳理—课中专业知识挖掘—课后全面素质达成的闭环评价反馈机制,提升高层次创新型复合型应用型人才培养水平,落实“立德树人”根本任务。

基于地理加权随机森林的青藏地区放牧强度时空格局模拟

精确刻画放牧强度时空格局是深刻理解青藏地区高寒草地服务功能动态及其驱动机制的重要基础,对辅助制定区域生态安全和可持续发展战略具有意义。基于牲畜年末存栏量、牧区人口密度、生长季NDVI、年降水量、年平均气温和居民点分布等数据,采用地理加权随机森林模型,模拟了2000年、2010年和2020年3期青藏地区放牧强度的空间格局,并定量评价了环境因子对放牧强度空间分布解释性的区域差异。结果表明:(1)地理加权随机森林模拟结果可精细地刻画青藏地区放牧强度的空间特征,与经典随机森林模型相比,判定系数更高,平均绝对值误差和均方根误差更低。(2)青藏地区放牧强度呈现东南高、西北低的基本特征,其中,西北部地区放牧强度低于25羊单位/km~2的区域约占青藏地区面积的1/2。(3)与2000年和2010年相比,2020年青藏地区放牧强度呈现总体下降、局部抬升的态势;其中,较2010年,2020年放牧强度下降超过1羊单位/km~2的区域占牧区面积的61.69%。(4)牧区人口密度是解释放牧强度空间异质性最主要的因素,其相对重要性呈现西高东低的特征,而降水量和生长季NDVI的相对重要性则呈现西北高、东南低的特征。研究结论可为青藏地区草地可持续管理和生态安全屏障建设提供科学参考。

新世纪以来青藏高原绿度变化及动因

青藏高原作为中国乃至亚洲生态安全屏障的重要载体,其生态系统变化已成为公众和学者关注的焦点问题之一。基于前人的研究结果,并结合相关数据分析,从气候变化和人类活动视角阐释了2000—2013年青藏高原植被绿度变化的时空过程及其原因。结果表明:2000—2013年青藏高原生长季植被覆盖度总体增加3%~5%,或称变绿了,但局部地区植被覆盖度出现下降。约98.34万km^2的区域植被覆盖度呈现增加趋势,其中显著增加的地区面积为16.85万km^2,主要分布在高原中东部;约5.73万km^2的地区覆盖度呈现下降趋势,其中0.18万km^2的地区显著下降,主要位于西藏中西部。气候暖湿化和生态建设是高原植被绿度增加的主要因素,但局部区域人类活动强度增加和气候暖干化导致的高寒植被退化也不容忽视。

亚热带湖滨沙地典型下垫面土壤水分变化

亚热带湖滨沙化作为南方荒漠化的一种典型类型,阐明沙化土壤水分变化规律对该地区植被恢复与重建具有重要指示意义。研究于2013年2月至2014年2月对鄱阳湖多宝湖滨沙地的土壤水分动态进行了监测,分析了不同覆被条件下沙地土壤水分在年内及极端气候条件下的动态特征。结果如下:(1)湖滨沙地土壤水分在梅雨和伏旱时期差异显著。在梅雨期及其前后,土壤水分主要受降水控制,各下垫面土壤平均含水量相对较高(>0.063 cm^3/cm^3),且差异较小;而在伏旱及其后期,覆盖条件的差异起关键作用,湿地松样地的土壤平均含水量均低于0.035 cm^3/cm^3。(2)持续高温干旱天气下,浅层10cm土壤含水量迅速降低,之后维持在极低水平(<0.01 cm^3/cm^3);随着深度增加,不同样地土壤含水量差异将会增强。(3)在多雨季节,17年生湿地松能有效增加土壤表层的持水能力;在干旱季节,湿地松对降水的截留及吸附作用强烈地影响土壤水分的补给量及补偿深度,当降水强度较低时,17年生湿地松样地的浅层土壤水分难以获得补给。因此,在亚热带沙地进行湿地松种植时,应增大初植密度,并且对于植株过高的湿地松林,也应采取适当措施降低其密度,以抵御愈加频发的极端干旱事件带来的风险,促使沙化地区发生持续的正向演替。

鄱阳湖沙化地区不同下垫面土壤水分动态

土壤水分状况是沙化防治,固沙植物选育,退化生态系统修复与重建的重要参考指标。基于野外实测数据对鄱阳湖典型沙化地区不同下垫面类型(7年生湿地松、4年生湿地松、草地、裸沙地)土壤水分(0—80cm)的动态变化进行了分析。结果表明:(1)不同下垫面土壤平均体积含水量大小顺序依次为:4年生湿地松(5.22%)>草地(4.88%)>7年生湿地松(4.01%)>裸沙地(2.95%)。(2)不同下垫面不同深度的土壤水分年内均表现为中等变异程度。其中,4年生湿地松变异程度最高,裸沙地最低。(3)不同时期,4种下垫面土壤水分在垂直方向上的变异程度存在差异,变异系数在8月份最大,10—12月份次之,3—6月份最小;相对于裸沙地,除8和10月份外,有植被覆盖的土壤水分在垂直方向上的变异程度较低。

1970-2014年长江流域极端降水过程的时空变化研究

基于长江流域131个气象站数据,利用Mann-Kendall非参数检验、主成分分析及R/S分析等方法分析了长江流域极端降水的时空变化特征。结果表明:(1)主要强降水指数变化均呈现增加趋势。20世纪70年代主要极端降水指数呈持续下降趋势,20世纪80年代、90年代和2000年以后降水指数变化趋势年代差异增大,稳定性差。(2)强降水在太湖流域、鄱阳湖流域大部分地区和洞庭湖流域的下游地区呈显著增加。(3)除了弱降水指数外,各极端降水指数之间具有显著的相关性。(4)长江流域降水的主要特点在于弱降水变化不显著,强降水变化幅度较大,降水过程不稳定,容易发生洪涝灾害。

基于文献计量的草地遥感研究进展

以Web of Knowledge中2006年~2015年的972篇草地遥感相关文献作为数据源,运用CitespaceⅢ软件从关键词共现网络、文献共被引网络及突现分析等角度展开信息可视化分析。结果表明:草地遥感研究的发文量逐年递增,期刊刊文量前三名为International Journal of Remote Sensing、Remote Sensing of Environment和Remote Sensing,主要研究学科领域为环境科学、生态学和遥感等,刊文数量前三名的国家为美国、中国和德国。草地遥感关键词共现图谱显示,MODIS、植被指数、气候变化、土地利用变化、生物量等为起连接作用的核心关键词;中国草原、非洲草原、加拿大草原和澳大利亚草原是热点研究区域。从共被引文献聚类图谱可知,研究的知识基础聚类主要包括:生物量、灾害风险评价、LAI反演、草地退化等。近十年高突变的文献分析表明,当前研究应因地制宜的选择遥感数据源,加强产品算法和模型的改进,不断提高遥感应用的精度。

面向新时期流域管理的控制单元划分方法设计与应用

科学划分控制单元是实现流域水环境精准、高效管理的重要基础。为满足新时期中国流域系统治理和“三水”统筹的新要求、新任务,设计建立了一种新的控制单元划分技术方法,将中国重点流域划分为3442个断面控制单元和822个流域控制单元。基于控制单元划分成果,进一步构建了包含流域—流域控制单元—断面控制单元—控制断面—水功能区5个层级逐步细化的流域空间管控体系。实际案例分析与论证表明,新的流域空间管控体系能有效促进流域水环境管理各项措施落地,可进一步推动流域治理科学化、精细化、差异化,并为“三水”统筹提供决策支持。

基于逐日夜间灯光遥感的新冠肺炎疫情变化信息快速提取——以北京市为例

针对国内外日益复杂的疫情形势,本文以2020年6月北京疫情为例,利用NPP-VIIRS卫星的逐日夜间灯光数据,分析疫情受影响区域及疫情的控制与恢复状况,探索与人口密度等社会经济因素的关系。研究结果表明,逐日夜间灯光遥感可以有效提取疫情影响的区域范围及反映该区域受影响程度,所提取的受影响区域与国家划定的中高风险区域情况一致;同时基于逐日夜间灯光遥感能够及时监测疫情发展及疫情防控措施状况,区域夜间灯光强度随着疫情及防控的进展呈现明显的变化;平均夜间灯光损失强度及恢复强度同疫情暴发期区域人口密度均具有较强的相关性,相关性指标R^(2)分别为0.97和0.91。本文研究结果表明逐日夜间灯光影像在快速提取新冠肺炎疫情变化信息方面有较大潜力。

江西省土壤侵蚀评估系统的设计与实现

在土壤侵蚀研究方面,以往对侵蚀模型及模型中各因子及其相应算法的研究较多,但对基于过程的物理模型系统研究较少。江西省是我国水土流失较严重的省份,目前还没有专门针对江西省进行土壤侵蚀模数计算的可用性强的土壤侵蚀评估系统。在USLE模型的指导下,采用ArcGIS Engine二次开发包,通过C++和IDL混合编程,编写土壤侵蚀模型算法和程序代码,建立了江西省土壤侵蚀评估系统,实现了对江西省土壤侵蚀模数的定量计算,其成果可应用于江西省及鄱阳湖流域水土保持生态建设。

基于NPP数据和样区对比法的青藏高原自然保护区保护成效分析

在青藏高原选择11个代表性自然保护区,基于高寒草地植被净初级生产力(Net Primary Production,简写NPP)变化过程数据,比较分析了自然保护区与其相邻等面积区域的NPP变化差异;采用样区对比法,在自然保护区内外选取21组对比样区,比较自然保护区建立前后及其内外的生态状况,评估了自然保护区的保护成效。研究表明:1.1982-2009年间,82%的代表性自然保护区NPP比保护区周邻区域及青藏高原的平均水平低,反映了自然保护区的生态系统状况更为脆弱;2.在代表性自然保护区中,曼则塘自然保护区的NPP增长趋势最为明显,塔什库尔干野生动物自然保护区的NPP增长趋势最弱;除色林错自然保护区外,以草甸和湿地为主的自然保护区NPP增速明显高于以草原与荒漠草地为主的自然保护区;3.代表性样区的研究发现:1自然保护区内76%以上的样区和国家级保护区内82%以上的样区NPP增加幅度明显高于保护区外对应样区的增幅;2取得明显保护效果的有中昆仑、长沙贡玛、若尔盖和色林错等自然保护区;曼则塘自然保护区的东南部边缘地区和塔什库尔干野生动物自然保护区的北部边缘地区的效果不明显,可能与保护区及其周邻地区人类扰动增强密切相关;3高寒草甸类型自然保护区的保护效果最为显著,高寒草原类型自然保护区的保护效果较差。本研究展示了样区对比法在评估大区域生态变化中所具有的独特优势,其关键在于科学设计样区并进行合理的空间抽样。

1999-2013年中国耕地复种指数的时空演变格局

耕地复种是中国普遍的农业种植制度,对保障国家粮食安全和促进农村经济发展十分必要。本文基于1999-2013年1 km×1 km旬SPOT-NDVI数据和3期耕地数据,利用S-G(Savitzky-Golay)滤波方法,重建了农作物生长NDVI曲线;基于二次差分算法及相关阈值限定,提取了各时相复种指数;分析了1999-2013年中国耕地复种指数的时空变化过程。结果表明:1中国耕地复种指数从北到南逐渐增加,其中种植制度上43.48%的耕地实行一年一熟,56.39%的耕地实行一年两熟,仅有0.13%的耕地实行一年三熟。2 1999-2013年间,中国耕地复种指数整体上呈现显著上升趋势,年均增加约为1.29%(P<0.001);但空间差异明显,复种指数显著降低(P<0.1)的耕地仅占全国耕地的2.12%,主要分布在河北、北京、天津交界地区,安徽中部,四川的成都平原,江西的鄱阳湖平原,湖南的北部和南部以及广西的中部;16.40%的耕地复种指数显著上升(P<0.1),主要分布在甘肃的东部,陕西的渭河平原,山西的西部,河北、山东和天津交界处,山东的山东半岛和湖北的江汉平原。3耕地复种指数年际变化率与地形起伏和经济发展水平具有较好的相关关系:起伏度增强,复种指数上升;经济发展水平提高,复种指数降低。

青藏高原高寒草地物候沿海拔梯度变化的差异分析

探讨高寒草地物候变化的海拔敏感性有助于揭示气候—植被的关系。基于2000-2013年的SPOT-VGT(NDVI)和MODIS(NDVI和EVI)、DEM、生态地理区划以及草地矢量数据,分析青藏高原高寒草地物候变化与海拔的关系。结果表明:1青藏高原高寒草地返青期和枯黄期分布随海拔上升呈现相对一致的规律性;但其年际变化趋势随海拔上升呈现明显差异。2返青期的提前趋势大致以3200 m为界线,其下提前幅度随海拔上升显著增大,其上则相反。但枯黄期年际变化趋势随海拔上升则先呈现推迟趋势,且推迟幅度逐渐减小;之后呈现提前趋势,且提前幅度持续增大。3将高原中部的青南高寒草甸草原区(IC1)和南部的藏南山地灌丛草原区(IIC1)高寒草地物候变化趋势进行对比,两分区呈现相反的年际变化趋势;随海拔上升,两分区返青期的年际变化趋势呈现相反的变化方向,枯黄期则呈现基本一致的变化方向。上述差异表明,基于遥感反演的高寒草地物候年际变化趋势的垂直分异特征难以直接反映高原增温的海拔效应。

生态工程实施对羌塘和三江源国家级自然保护区植被净初级生产力的影响

为了有效评估生态工程建设对青藏高原典型国家级自然保护区的影响,基于表征生态系统功能状况的植被净初级生产力变化系列数据,采用样区对比法系统分析了羌塘和三江源两个国家级自然保护区建立及2004/2005年实施的新生态工程的效果。研究表明:(1)1982–2009年间,在10组对比样区中有9组保护区内样区的草地净初级生产力呈波动上升的趋势;(2)2004年后新生态工程的实施效果良好,有8组对比样区生态状况转好;(3)在所有高寒草地类型中,新生态工程对高寒草甸类型样区的保护效果最为显著。

1971-2012年青藏高原及周边地区气温变化特征及其海拔敏感性分析

海拔敏感性是当前全球气候变化研究的热点之一,青藏高原作为"世界屋脊",探讨该区域气候变暖与海拔的关系对全球气候变化研究具有重要的参考意义。本文基于1971-2012年青藏高原及周边地区123个气象站的月平均气温数据,采用Mann-Kendall(M-K)趋势分析和突变检验、滑动t检验等方法分析了该地区气温变化的时空分布及其与海拔的关系。结果表明:①1971-2012年研究区年、四季、最热月和最冷月均温均呈现显著上升趋势,但增温幅度空间差异明显,具体表现为中、东部和东北部高,东南部低的态势;②除春季外,研究区增温幅度总体呈现随海拔上升而增加的趋势,且该趋势在青藏高原主体范围内尤为明显,但在不同海拔梯度内存在显著差异,其中海拔2 000~3 000m内增温对海拔的敏感性最强,海拔3 000~4 000m次之,而在海拔4 000m以上区域,增温幅度随海拔增加呈现下降趋势;③年均温的突变年份与海拔存在明显的线性关系,具体表现为:海拔每升高1 000m,突变年份推迟1.1~1.2年(p=0.001);④青藏高原年均温变化趋势及其海拔敏感性对研究时段起、止年份的选取较为敏感。

羌塘高原降水空间分布及其变化特征

羌塘高原作为典型的青藏高原内流区,其降水变化直接影响自身及其周边区域冰冻圈与生态系统的变化。但由于站点观测资料的限制,羌塘高原降水时空格局尚不明确。因此,基于2015年羌塘高原9个自动观测站逐小时降水数据和5套降水格点产品以及1978-2015年西藏地区26个国家台站逐日降水数据,分析羌塘高原降水的空间分布和变化特征。结果表明:(1)2015年羌塘高原核心区降水量和降水日数的均值分别约为154.9 mm和50天,其中,降水量约为东南边缘以及西藏地区多年均值的1/3和1/4。在空间上,降水量呈现东南多、北部少的特征,其中,昆仑山脉以北地区降水量最低,这从降水角度验证了该区域是"寒旱核心"的主要地区之一。(2)雨季与干季分明。西北部雨季分布在6-8月,比东南边缘地区约短1~2个月;且前者降水量呈现单峰型而后者呈现双峰型。(3)在高原核心区,热带降雨测量计划(TRMM)3B43数据和全球降水量测量计划(GPM)IMERG算法数据高估了多数站点的年降水量,主要是高估了干季降水量所致。(4)1978-2015年羌塘高原改则和狮泉河站降水量和降水日数呈现微弱增加趋势,且强降水事件增多。

七套土地覆被数据在羌塘高原的精度评价

基于羌塘高原8个一级土地覆被类型(包括10个二级土地覆被类型)的6851个样本点,采用混淆矩阵方法,从总体精度、制图精度和用户精度角度评价International Geosphere-Biosphere Program's Data and Information System Cover(IGBPDIS)、Global Land cover mapping at30 m resolution(Globe Land 30)、The MODIS Land Cover Type product(MCD12Q1)、Climate Change Initiative Land Cover(CCI-LC)和Global Land Cover 2000(GLC2000)等七套土地覆被数据产品在羌塘高原的精度。结果表明:(1)七套数据产品的一级类型和二级类型总体精度普遍偏低,在相对较高的Globe Land 30和CCI-LC数据中,一级类型总体精度分别为55.09%和53.92%,二级类型分别为46.55%和46.23%;(2)草地、裸地和荒漠三个主要一级类型生产者精度最高的数据对应为:GLC 2000(46.19%)、MCD12Q1(39.20%)和IGBPDIS(84.44%)。而三个主要一级类型的用户精度均低于50%。其他覆被类型中,雪被与冰川类型用户精度最高的数据为CCI-LC(92.80%),漏分比例为19.90%;(3)羌塘高原特殊的高原环境与土地覆被分类系统构成原则和标准是影响遥感解译数据精度的主要原因。

基于TVDI的羌塘高原夏季土壤湿度变化分析

土壤湿度是生态系统的关键参数,实时、有效地监测土壤湿度有助于增强对区域气候与环境变化的理解。利用温度植被干旱指数法(TVDI)反演羌塘高原2000-2014年夏季土壤湿度,以2014年为例分析该年夏季土壤湿度空间分布并探讨2000-2014年土壤湿度的动态特征。结果表明:(1)2014年羌塘高原夏季土壤湿度空间分布表现为东南部偏湿润、西北部偏干旱。从东到西土壤湿度逐渐降低,南北干湿状况交替分布。土壤湿度干旱、偏干、正常、偏湿、湿润面积比分别为3.84%、27.17%、37.64%、29.63%、1.72%。(2)2000-2014年羌塘高原北部和中部地区夏季土壤湿度呈现显著变干的趋势,而南部大部分地区土壤湿度变化趋势不显著。15年间土壤干旱和湿润面积比例最小且波动小,偏干、正常、偏湿土壤面积均出现不同程度的波动。(3)降水量是影响TVDI的重要因子且具有一定的滞后性,而气温影响相对较小。

青藏高原高寒荒漠区土壤湿度监测仪器的校正方法探讨

ECH_2O EC-5土壤水分传感器能有效地监测土壤含水量,并且能揭示不同降水事件下的土壤水分动态变化状况。然而青藏高原主要土壤类型砾石含量高、昼夜温差大、秋季和春季冻融现象显著,导致监测数据出现偏差。基于对羌塘高原日土、改则地区布设的野外观测站点采集的土壤样品,对其进行土壤含水量测定的室内标定试验。结果表明:(1)各个样点均获得了较好的拟合效果,基于拟合系数校正后的测量值可以有效地反映实际的土壤含水量情况;(2)不同土层深度及不同样点的综合校准曲线精度明显低于单点的校准结果,主要受土壤容重和有机碳含量的影响,为获取更精准的校正数据,分层的校准是很有必要的;(3)基于已有校准模型校正后的值可以反映含水量变化的整体态势,但会产生高估或低估于真实值的偏离。

缅甸农业土地综合适宜性评价（英文）

缅甸是一个以农业为主的国家,农业资源丰富、发展潜力巨大,其农业发展在国际粮食安全中的重要性日益凸显,对缅甸农业土地资源的评估,是对其农业发展和粮食安全评估的基础。本研究分析了缅甸适宜进行农业开垦的土地与主要环境变量之间的关系,构建了缅甸农业土地适宜性综合评价模型。评价结果表明:1)所选取的评价指标与缅甸农业土地适宜性之间具有较强的相关关系(AUC> 0.8),结合贡献度高低,筛选了包括土壤、气候、地形以及灌溉条件共11个主要因子;2)土壤厚度是影响缅甸农业土地适宜性的最主要的因子,土层厚度小于100cm时,农业土地适宜性较低;地形条件中,坡度是影响适宜性的主要的因素,当坡度大于20°时,农业土地适宜性较低;气候条件中,降水是主要的影响因素;河网密度与土地适宜性呈现出正相关的态势;3)缅甸当前适合进行农业生产的土地达到40万km^2,其中高度适宜性的土地(Grade5)面积达29万km^2,占国土面积的近40%;从行政区域来看,主要分布在马圭省、实皆省、伊洛瓦底省和仰光省,上述省份也是缅甸重要的粮食主产区。