适于GlobalAllomeTree国际数据平台的标准化中国主要树种树高-胸径方程研建

GlobalAllomeTree作为共享异速方程的国际网络平台,逐渐受到全球高度关注。当前,为促进该项国际合作,针对当前该平台缺乏中国主要树种生长异速方程的现状,系统性更新标准化中国主要树种树高-胸径方程。由于树冠和下部灌木及草丛遮挡,树高相对于胸径测量具有一定的难度,因此需要使用数学工具进行计算。选取了36个树种为材料构建树高-胸径关系方程,以全国主要树种的二元材积模型、各地区一元材积表为基础材料,以取样径阶为1 cm间隔所生成1692组树高-胸径数据作为建立方程样本,1238组外业调查数据为验证样本。建模结果表明:36个主要树种的1692组树高-胸径数据建立的全国通用性树高-胸径方程拟合相关系数(R2)为0.801,方程拟合结果较好,说明可以通过测定胸径,带入树高(H,m)-胸径(D,cm)方程(H=aDb)预估树高;对36个主要树种的树高-胸径方程进行拟合,决定系数R2值均大于0.916,平均误差(ME)、平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)相对较小,方程整体精度较高,可广泛推广;将外业采集的1238组树高-胸径数据,根据36个主要树种树高-胸径方程拟合公式及参数估计值a、b进行方程精度验证,方程预测的平均相对误差为16.86%,在误差允许范围内,并且模型形式规范,可为GlobalAllomeTree平台用户提供科学参考。

北京市区绿色空间滞尘分布反演研究

北京市作为中国政治中心和京津冀特大型城市,近40年来城市化进程迅速,大气颗粒物和尘埃粒子污染问题较为突出,发挥绿色空间滞尘功能具有重要现实意义。将高光谱技术与遥感技术相结合,反演了市域尺度绿色空间滞尘分布。以北京市区绿色空间常见植被大叶黄杨(Euonymus japonicus)为研究对象,通过室外采样与室内试验获取叶片样本的滞尘量、光谱反射率和叶面积等数据,比较叶片滞尘前后的原始光谱曲线和反射率一阶导数特征,分析不同滞尘量对光谱反射率的影响,探究对叶片滞尘量高度敏感的波段。利用光谱响应函数将地面采集的窄波段光谱反射率数据分别转化遥感卫星的宽波段光谱反射率数据,建立对应卫星波段植被指数比值与滞尘量的回归模型,选取拟合效果最好的回归模型作为滞尘反演模型。结合GF-2影像所提取北京市区绿色空间范围,采用滞尘反演模型获取北京市区绿色空间滞尘分布。进而插值得到北京市区尘埃污染分布,采用空间自相关模型检验其空间聚集特性。结果表明:740~1870 nm波段,滞尘后光谱反射率明显低于滞尘前反射率,滞尘对红边、黄边、蓝边位置没有明显影响,对“红边幅值”和“红边面积”影响较明显,利用Sentinel-2影像计算的EVI指数与滞尘量相关性最高,所构建的线性与二次滞尘回归模型决定系数(R^(2))分别为0.705和0.751;利用2021年4月7日和2021年6月3日的Sentinel-2影像反演获取了北京市区绿色空间滞尘分布,其滞尘分布趋势表现为:市中心高于郊区,北部高于南部,东部高于西部。北京市区中部、北部和东部易产生尘埃污染。污染分布具有明显聚集性,并非完全随机。

基于光谱反射率的塞威氏苹果虫害等级定量化测评

利用光谱技术分析了小吉丁虫危害不同等级的塞威氏苹果的反射光谱特征,并用光谱数据针对塞威氏苹果树的虫害进行定量化分析。用新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克自治州巩留县野果林实测60条不同虫害等级的塞威氏苹果高光谱数据,分析健康、轻度、中度、重度4个虫害等级光谱反射率及一阶微分光谱特征,建立了红边参数,并在6个检验参数的基础上,构建了虫害等级的检测模型,并用验证组数据对模型进行精度检验。结果表明:(1)健康状态下的塞威氏苹果光谱反射率较受虫害塞威氏苹果光谱反射率高,受害程度越严重,反射率越低。(2)受虫害塞威氏苹果光谱特征表现为“绿峰”红移;“红边位置”蓝移,尤其是受重度虫害的极为明显;近红外反射峰向短波方向移动。(3)红边比值植被指数(RERVI)、红遍斜率(RES)、红边差值植被指数(REDVI)、红边面积(REA)这4个参数与虫害等级呈极显著相关关系,红边归一化植被指数(RENDVI)及红边位置(REP)与虫害等级相关性不强。(4)以RERVI、RES、REDVI、REA这4个参数为自变量构成的多元回归模型的检测精度与准确度均为0.7以上。因此,通过相关参数及模型可以有效检测小吉丁虫害等级。

艾比湖湖滨隐域性植被与地带性植被交错带土壤盐分对水域面积变化的响应

【目的】阐明艾比湖湖滨隐域植被与地带性植被交错带土壤盐分受水域面积变化的响应,对艾比湖土壤含盐量定期监测,及时掌握艾比湖水位的变化过程具有重要意义。【方法】基于1995-2019年6期Landsat遥感影像,以新疆艾比湖为靶区,利用遥感技术提取艾比湖水域面积和土壤盐分信息。【结果】(1)受气候和人为原因影响,1995-2019年艾比湖水域面积整体先扩张再缩减趋势,由523.40 km^(2)扩张到724.90 km^(2)后缩减到437.37 km^(2)。(2)由艾比湖周边土壤盐渍化的时空变化分析可知,1995-2019年,艾比湖湖滨土壤盐渍化在时空上发生明显变化,研究区南部及东南部盐渍化程度加剧,湖滨盐渍化区域逐渐向湖心转移。(3)通过1995-2000年和2005-2010年2个阶段对比研究发现,隐域植被与地带性植被交错带土壤盐分指数随艾比湖水域面积的扩大而升高,缩小而降低。【结论】通过分析24年间艾比湖水域面积与研究区土壤盐分的关系,发现东南部交错带中盐分指数变化较为显著。

陆表植被碳汇计量管理平台设计与实现

为了实现陆表植被碳汇量精准计测和森林资源的可持续发展,本文采用C#面向对象高级程序设计语言,利用组件式GIS技术和第三方UI控件进行开发,建立了一套现代化、信息化的管理平台。该平台实现了GIS基础操作、森林基础数表、森林资源二类调查、森林观测数据后处理和森林经营辅助决策五大功能模块,构建了较为系统的陆表植被碳汇计量管理基础业务体系。满足了森林资源管理和经营的需要,实现了对森林资源一体化经营和管理。

基于光谱特征的高寒山区森林生态系统水源涵养分布反演研究

森林生态系统水源涵养具有调节气候,维持生态水平衡等生态功能。青藏高原作为高寒地区,由于其高海拔,环境恶劣的特征,无法实地人工观测水源涵养量。为更好地获取高寒地区的水源涵养量,通过遥感反演的方式得到特定地区的水源涵养价值量。以林芝巴宜区为研究区,研究区内林芝云杉、高山栎、高山松和雪层杜鹃四种植被为主要树种,遥感影像无法直接获得水源涵养信息,但可以通过构建植被叶片光谱信息与水源涵养量之间的定量关系来反演水源涵养价值量。研究不同植被与水源涵养量的定量关系,每种植被采集10个样点共1000个叶片样本和水源涵养数据,利用ASD光谱仪获取高光谱数据,通过相关性选取拟合参数,构建水源涵养回归模型。利用Sentinel-2遥感影像反演研究区内植被的水源涵养分布,并对反演结果进行验证。结果表明,四类植被叶片的反射光谱,均呈现出相似的规律性,在可见光波段差异不明显,近红外到中红外波段呈现出明显四个水吸收带,在红光到近红外波段(700~1400 nm)反射率最高。光谱反射率大小表现为高山栎>高山松>林芝云杉≈雪层杜鹃。通过实验获取植被冠层截流量、枯落物持水量和土壤含水量,三者之和代表植被的水源涵养量,分析植被的光谱特征与水源涵养量的关系,并通过Pearson系数评价波段参数与水源涵养的定量化关系,确定R_(540),R_(1950),NDWI和NDVI四个参数与水源涵养量显著相关。根据上述参数与四类植被的水源涵养量构建水源涵养回归模型,并通过模型反演研究区内植被水源涵养量,检验模拟精度,整体反演精度R^(2)大于0.7,RMSE基本小于10,说明预测模型反演效果较好,模型可有效估算森林生态系统的水源涵养量。

无定向森林样地观测方案设计与实现

为了实现森林样地高效布设及样木位置精准测定,利用智能手机、电子罗盘和电子测距仪等设计了一种廉价、高效的便携式手机测树仪,并依此提出了一种适用于森林样地布设和样木位置测定的无定向森林样地观测方案。试验验证结果表明,该方法能够以较低的成本投入实现森林样地布设和样木位置测定,并以全站仪测量结果作为观测标准值进行对比,其中平地测量结果的均方根误差为8.8 cm,坡地测量的均方根误差为9.1 cm。该方法在森林样地布设和树木位置测量中有较好的应用前景。

树干液流监测系统的研制

树干液流速率是判断根系水分吸收和蒸腾作用强弱的关键指标,被普遍应用于树木蒸腾耗水研究,常用的植物液流仪普遍是价格高昂、采样数据类型单一的进口设备,因此亟待研发集多因素于一体的树干液流监测系统。基于树干液流及气象和土壤因子建立树干液流监测系统,其采用基于热扩散技术的TDP液流计监测枝干液流,采用多类型传感器实现气象和土壤因素数据的收集,系统平台采用PHP+HTML+MySQL作为开发语言和设计工具。与对照植物液流仪对比,二者电压差、液流速率相关系数分别为0.834 3、0.876 5。选取环境因子对全天、日间、黑夜时段的白玉兰液流速率进行相关性分析,发现不同时段环境因子对液流速率的影响程度不同。此外,建立液流速率与环境因子的多元线性回归模型,其中全天时段的回归模型拟合程度较好,R2为0.674。该系统具有性价比高、监测指标多、各指标数据可视化等特点,可用于研究林木液流速率和环境因子的时空变化规律。