基于地理加权回归模型与林火遥感数据估算森林年龄

【目的】通过地理加权回归(GWR)模型估算非干扰林龄,利用遥感数据和林火发生历史数据,获取过火区域信息,进而对林火烈度分级,讨论林火烈度与森林类型的交互作用,估算干扰林龄,最终获得黑龙江省森林年龄的空间分布。【方法】以黑龙江森林为研究区域,基于研究区域的多光谱数据结合地面森林资源清查数据,通过逐步回归方法提取了包括遥感因子绿度指数(Greeness)、湿度指数(Wetness)、林分平均胸径(ADBH)、林分平均树高(ASH)及海拔(Altitude)在内的5个显著因子作为自变量,采用GWR模型建立非干扰林龄估算模型。采用全局Moran I来描述模型残差的空间自相关性。绘制研究区非干扰林龄空间分布图并探究林龄的空间分布状态。[JP+1]结合林火位置与面积记录对多光谱数据目视解译提取过火区域,根据dNBR将过火区域火烈度分级。将火烈度图与植被类型图叠加分析,讨论不同森林类型在不同火烈度下的演替情况。定义干扰林龄时,未发生树种更替的森林林龄不变,树种发生更替的森林在林火发生年将其林龄归为0,并在新的优势树种萌发时从1开始累加,以此类推干扰后森林的林龄。【结果】黑龙江省非干扰森林平均林龄为48年,标准差为16年。GWR模型的 Radj^2 为0.68,RMSE为16.171 7。使用Moran I来检验模型的残差,发现GWR模型可很好地消除残差的空间自相关性。研究区林龄整体空间分布状态不均匀,大兴安岭地区林龄普遍高于黑龙江林区。黑龙江省2000―2010年林火主要发生在大兴安岭及小兴安岭地区,根据dNBR将已提取的过火区域林火烈度分为:未过火、轻度过火、中度过火和重度过火4类,总过火面积为527 932 hm^2,其中重度29 157 hm^2、中度180 268 hm^2、轻度318 507 hm^2。兴安落叶松林和蒙古栎林在整个研究区中过火面积最大,分别占总过火面积的28.63%和47.23%。根据不同森林类型在不同火烈度下的演替情况,估算干扰森林的林龄并绘制干扰林龄空间分布图。【结论】 GWR模型能较有效地估算黑龙江省非干扰林龄,成功地降低了残差的空间自相关性。在估算林龄的过程中加入林火干扰因素,以获取更真实的林龄空间分布数据,可为黑龙江地区森林NPP、NEP以及森林碳储量、森林生物量等相关研究提供数据支持。

基于高光谱影像的树种分类

应用环境与灾害监测预报小卫星(HJ-1A)的超光谱成像仪(HSI)高光谱影像,对大兴安岭地区塔河林区进行树种分类。HSI数据经过去条带和大气校正预处理,获取准确的树种光谱信息,分别采用波谱角填图法和线性波谱分离法进行树种分类。结果表明:在树种识别中,基于线性波谱分离的方法较基于波谱角填图法要优越,线性波谱分离方法的总体精度为72.0%,Kappa系数为0.600;波谱角填图法的总体精度为62.5%,Kappa系数为0.459。

基于NDVI的2009—2018年黄河流域林草植被覆盖变化

【目的】研究黄河流域2009—2018年间林草植被覆盖的时空分布及变化特征,预测林草植被覆盖的未来发展趋势,为流域林草植被科学保护和精准修复、促进生态系统正向演替提供参考依据。【方法】以2009-2018年SPOT/VEGETATION的NDVI时间序列数据集为数据源,采用年均值法、Theil-Sen median趋势分析和Mann-Kendall检验方法,研究黄河流域林草植被覆盖的时空分布及变化特征,利用Hurst指数方法分析林草植被覆盖的可持续性特征和未来发展趋势。【结果】黄河流域林草地面积中,高植被覆盖度(NDVI≥0.7)面积占42.34%,呈聚集状分布于流域上游的祁连山、三江源东部、若尔盖草原,中游的秦岭北麓、黄土高原胡焕庸线以南地区,以及下游的济南市区周边区域;中植被覆盖度(0.3<NDVI<0.7)面积占44.92%,主要分布于流域上游的三江源西部和中游的宁夏、内蒙、陕西3省(区)交界处;低植被覆盖度(NDVI≤0.3)面积占12.74%,主要分布于流域上游的毛乌素沙地、陇中黄土高原、阴山南麓。2009—2018年间黄河流域林草地年均NDVI总体呈增加趋势,增速为0.0074 a^(-1);10年间流域林草植被覆盖变化趋势以改善为主,改善区域面积占81.62%,其中显著改善面积占33.36%,集中分布在林草高植被覆盖度区域;林草植被覆盖退化区域面积占13.86%,集中分布在林草低植被覆盖度区域。未来林草植被覆盖良性发展区域面积占林草地总面积的61.89%,恶性发展区域面积占33.60%,发展方向稳定不变和不确定区域面积占4.51%。【结论】黄河流域林草植被覆盖度整体呈现东南部和西北高山地区高、北部低的特征。2009—2018年间林草植被覆盖改善区域面积远大于退化区域面积,改善区域主要集中在上游的祁连山林区、若尔盖草原,中游的六盘山林区、子午岭林区、黄龙山林区、吕梁林区及秦岭北麓,退化区域主要分布在林草低植被覆盖度的毛乌素沙地、陇中黄土高原等,退化区域应作为重点治理修复区。黄河流域林草植被覆盖未来发展趋势整体较好,预测良性发展区域远大于恶性发展区域,恶性发展区域中三江源地区和毛乌素沙地的林草植被覆盖虽有轻微改善,但持续性较差,未来林草植被覆盖可能呈退化趋势,在流域生态保护治理中应重点关注。

青海三江源地区三种天然圆柏林更新特征

为明确青海三江源地区3种天然圆柏林的更新特征及其主导影响因子,对天然林保护与经营提供参考,本研究评价了圆柏林天然更新等级,分析了林分因子和林地土壤因子对圆柏林天然更新的影响。结果表明:3种天然圆柏林更新不良,更新潜力不足。大果圆柏林、祁连圆柏林和密枝圆柏林平均更新密度分别为332、279和202株·hm^(-2),更新个体的高度集中在1~3 m。大果圆柏林下有极少量幼苗存在,数量为12株·hm^(-2),密枝圆柏林和祁连圆柏林下无幼苗存在。大果圆柏林更新密度与林分密度、林地土壤有机质和有效磷均呈显著正相关,与灌木盖度呈显著负相关;密枝圆柏林更新密度与草本盖度、人为干扰度、林地坡度和林地土壤全氮均呈显著负相关,与土壤含水率呈显著正相关;祁连圆柏林更新密度与林分密度、林地土壤速效钾和有效磷均呈显著正相关,与草本盖度呈显著负相关。多元回归分析显示,大果圆柏林更新主要受林下灌木盖度和林地土壤有效磷影响;密枝圆柏林更新主要受林下草本盖度、林地土壤全氮和人为干扰影响;祁连圆柏林更新主要受林下草本盖度和林地土壤速效钾影响。为促进三江源天然圆柏林的保护和天然更新,应加强森林封禁管护力度,合理调控林下灌草盖度,提高林地土壤肥力,改善林内生境。