基于参数最优地理探测器的福建省植被NPP时空分异及驱动力探究

植被净初级生产力(NPP)是生态系统碳循环的重要组成,研究其时空尺度的变化和驱动机制,对生态系统的可持续发展具有重大意义。选取MOD17A3HGF植被NPP数据、土地利用、地形、气象和社会经济数据,通过Sen+MK趋势分析、Hurst指数、最优参数地理探测器等方法,分析2000-2020年福建省植被NPP时空变化特征及未来趋势,并探究植被NPP空间分异的驱动因子。结果表明,1)2000-2020年福建省植被NPP呈波动状缓慢下降,多年均值为843.71 gC·m^(-2)·a^(-1);灌木植被NPP的多年均值926.54 gC·m^(-2)·a^(-1),是生产力最强的土地利用类型;植被NPP主要集中在600~900 gC·m^(-2)·a^(-1),处在该范围的区域占全省总面积的52.09%~66.23%。2)福建省北部、东南部植被NPP多为显著上升,而中部和西南部主要为显著下降;未来植被NPP变化趋势以反持续性为主(53.25%),应重点关注闽北山地与闽江下游区域。3)造成植被NPP空间分异的驱动因子平均解释度高低排序为降水量>气温>土地利用>夜间灯光>人口密度>坡度>高程>国内生产总值,双因子交互中最高解释度为气温∩降水量(0.282),自然因子间的交互作用影响更大。

南方典型毛竹经营区土壤肥力及其空间特征——以福建省顺昌县毛竹林经营区为例

通过测定顺昌县大干镇2016年59个毛竹监测点的土壤肥力相关指标,运用模糊数学和主成分分析计算各采样点的土壤肥力指数,实现对区域毛竹林地土壤肥力的综合评价,并绘制土壤肥力及相关指标的空间分布图。结果表明:除pH值为弱变异性外,其他的土壤指标均为中等变异;通过主成分分析得出,对毛竹土壤肥力影响较大的指标为有机质质量分数、水解氮质量分数、毛管持水量、田间持水量、土壤密度、土壤含水量和全氮质量分数;研究区有机质、全钾和全氮质量分数较为丰富,全磷质量分数匮乏。土壤肥力总体较好,大多处于中上水平。建议在今后的毛竹经营过程中,注重对磷肥的施用。

CHM与DSM相结合的无人机激光雷达单木分割

【目的】提出一种冠层高度模型(CHM)与数字表面模型(DSM)相结合的单木分割方法,以解决无人机激光雷达提取地形坡度较大区域CHM时因树冠形变导致单木分割精度降低的问题。【方法】利用无人机激光雷达数据,在福建省顺昌县洋口林场地形起伏较大的中、高郁闭度杉木人工林中选择中龄林和幼龄林各3块标准地,结合地面实测数据和目视解译方法,对CHM与DSM相结合(优化方法)的4种窗口的局部最大值法的树顶点探测和极值标记的分水岭算法的单木分割进行精度评价,并与仅基于CHM的传统方法的树顶点探测和单木分割进行对比分析。【结果】树顶点探测方面,随着窗口增大,每块样地探测的单木总数量和探测百分比均呈下降趋势;中龄林3块样地的最佳窗口为0.3 m,幼龄林3块样地的最佳窗口为0.2 m,此时6块样地1∶1对应关系的单木数量和生产者精度均最大;在相应最佳窗口条件下,仅基于CHM的局部最大值法因树冠形变存在容易产生单木多树顶点探测现象,传统方法的单木探测百分比高于优化方法,但传统方法的树顶点探测精度低于优化方法。幼龄林的树顶点探测精度高于中龄林,这是因为幼龄林样地冠幅和单木相邻距离更一致,更适应固定窗口的局部最大值法。单木分割方面,优化方法的单木分割精度高于传统方法,幼龄林的单木分割精度高于中龄林。【结论】局部最大值法的树顶点探测和分水岭算法的单木分割直接数据源为DSM,是树冠表面真实起伏状况的反映,没有树冠形变,研究结果为更真实的树顶点和单木树冠边界。CHM与DSM相结合的单木分割方法在中、高郁闭度杉木人工中、幼林中分割精度较高(6块样地探测率r均大于88%,准确率p均大于92%,F得分均大于91%),将该方法集成在ArcGIS模型构建器中,可为精准化、自动化、集成化的无人机激光雷达单木分割应用提供可能。

基于热岛效应的福州市绿色廊道优化

【目的】绿色廊道的空间分布和结构特征对改善城市热环境具有重要的生态效益,绿色廊道的路径选线直接影响其属性特征,因此,通过优化绿色廊道的景观格局来降低城市的热岛强度是行之有效的生态途径和方法。【方法】选取福建省福州市为研究对象,以缓解热岛效应为目标,基于最小累积阻力模型(minimum cumulative model,MCR)和水文流域模型,对福州市绿色廊道的景观格局进行优化布局。【结果】(1)通过形态学空间格局模型(morphological spatial pattern analysis,MSPA),用提取的30个生态源斑块构建综合生态阻力面,利用MCR模型将其生成福州市绿色廊道,共74条,总长度918.11 km。根据源斑块重要性评价分为4级:一级9条,132.88 km;二级14条,207.48 km;三级14条,153.57 km;四级37条,424.18 km;(2)通过水文流域模型,将74条绿色廊道与福州市地表温度叠加分析,共提取80个生态“交点”、176个降温生态节点、35处需降温区域。【结论】据此福州市新增14条绿色廊道,其中道路型绿色廊道8条,滨水型绿色廊道6条。优化后的绿色廊道对福州市的热点区域覆盖更全面,对改善城市热岛问题具有更明显的生态调节功能。图2表4参25。

福州市通风廊道选线与优化

城市通风廊道的构建及选线对缓解城市热岛问题具有重要意义。文章通过局地环流理论和水文流域模型方法,对福州市通风廊道的选线进行优化。结果表明:1)福州市作用空间和补偿空间呈中东部“热”、西北部“冷”分布格局。2)通风潜力各影响因子按通风效能由大到小依次为城市路网>带状水系>面状水系>平均建筑高度>平均建筑密度>带状绿地>高程>面状绿地>坡度。3)基于局地环流理论构建的5条(一级2条、二级3条)福州市通风廊道空间分布格局未能有效覆盖主城区的“热点”区域,对改善城市热环境的效益不够明显;结合水文流域模型优化后,形成15条(一级2条,二级8条,三级5条)通风廊道,通过优化新增的10条廊道,在数量、等级、路径选线等方面均有明显提升,对降低城市热岛强度的效果更加明显。在此基础上,提出通风廊道的管控建议,以期为城市规划和建设提供参考。

基于SBE法和植物组合色彩量化分析的公园植物配置研究

通过对福州市西湖公园园林植物景观实地调查,采用美景度评价(SBE)法对选定的60个样地的植物组合进行景观评价,分析影响公园植物组合色彩的主要因子,建立公园植物组合美景度模型,探讨主要色彩要素对公园植物组合景观质量的影响。结果表明:1)研究区美景度值为-0.781 9~0.965 9,均值为0.017 1,受欢迎的植物组合各色彩指标具有趋同性,其图片编号分别是2、3、6、21、38、43,可得植物最佳配置模式;2)植物组合色彩层次感、主色彩布局、与周围环境色彩对比程度、鲜艳感以及色彩数量对景观美景度的贡献较大,总体贡献率达到68.1%;3)植物组合绿色比为41%~58%,色彩数量4~5种,主色比56%~66%时,美景度值较高。研究结果为福州公园及街旁绿地等植物色彩配置及物种选择提供合理建议。

风电项目对潜在生态廊道的影响——基于MSPA-MCR模型

风电作为构建新型电力系统的主体,能够有效助力电力系统脱碳,是实现“双碳”目标的主力军。但风电规模化建设与生态环境保护之间的矛盾日益突出,风电项目对生态环境,尤其是对区域生态廊道及生态安全格局的影响急需厘清。以福建平潭陆上风电项目所在区域为研究单元,运用形态学空间格局分析法和最小累积阻力模型、重力模型等判别重要生态源地及潜在生态廊道,评估风电项目对潜在生态廊道连通性、重要性和结构性等影响。研究表明:(1)研究区生态源地主要位于生态价值高的森林公园及风景名胜区内。受风电项目影响,源地呈现破碎化趋势,核心区占景观要素百分比由79.53%下降至76.64%。(2)风电项目导致生态廊道畅通性降低,生态廊道的走向及长度发生显著变化,大大增加了生物迁徙的空间阻力。(3)风电项目弱化了生态源地之间关联性。核心廊道和次级廊道均减少了6条,且重要性强的生态廊道完全避开风电项目所在位置。风电项目建设之后生态网络流通性变差,网络更为单一、整体生态效能降低。本研究不仅从生态环境敏感脆弱区域的生态安全角度给风电项目建成区周边生态修复提供科学参考,也为未来风电项目选址及环境质量评估提供了重要的方法支撑。

南方典型红壤侵蚀区马尾松林立木生物量无人机遥感估测

以南方典型红壤侵蚀区长汀县河田镇为例,结合无人机与激光雷达产生的点云数据优势,通过局部最大值和分水岭算法反演单木树高(H)和冠层半径(R_(c)),拟合以H和R_(c)为变量组合的异速生长方程,得到以新冠层参数为底的马尾松立木生物量模型。结果表明:提取树高的决定系数(R^(2))和均方根误差(RMSE)分别为0.93和0.49 m;计算冠层半径的R2和RMSE分别为0.88和0.64 m;估算立木生物量的R^(2)和RMSE分别为0.89和3.37 kg。本研究通过无人机遥感影像定量参数并构建的异速生长方程中,以组合(H+R_(c))为底的异速生长方程估测马尾松林立木生物量的精度较高,可以有效估测马尾松林立木生物量,可为南方典型红壤侵蚀区马尾松林立木生物量准确估测提供参考。

森林公园林分结构特征对空间热环境的影响

通过对野外标准地实测与分析获取森林公园林分结构特征和温度的相关信息,研究林分非空间结构特征与林分空间结构特征对热环境的影响.结果表明:林分非空间结构及空间结构特征对空间热环境模型的影响占比分别为66.25%、33.75%.林分非空间结构中的郁闭度、树高、枝下高对空间热环境的影响最显著,而胸径、林分胸高断面积、植株密度对空间热环境的影响不显著.郁闭度与气温呈线性负相关,树高、枝下高与空间热环境存在显著正相关,郁闭度每增加0.1,空气温度降低0.4℃;而树高每增加0.1 m,温度增加0.013℃;枝下高每增加0.1 m,温度增加0.017℃.空间结构特征中混交度与空间热环境呈正相关,混交度每增加0.1,温度增加0.19℃;开阔比与空间热环境呈负相关关系,开阔比每增加0.1,温度下降0.22℃.

基于灾时可达性的城市绿地避灾服务域判定研究

城市绿地作为城市防灾避险的重要场所,其避灾服务域的判定有助于指导城市避灾场所的空间布局,对提高城市的生态安全具有重要的意义。研究借助ArcGIS空间分析工具,以灾时3、5min和10min内避灾绿地的服务能力和承载力2个方面量化,探讨福州市鼓楼区绿地的避灾服务范围、服务人口数量以及街道避灾服务的空间差异。结果表明,研究区绿地面积约6.80km^2,符合紧急避灾的绿地共9块,面积为0.81km^2;避灾绿地在3、5min和10min内的服务范围差异较大,其中服务范围最大的是西湖左海公园,面积分别为1.78、3.33km^2和8.26km^2,绿地服务范围最小的分别为0.20、0.43km^2和1.17km^2;在避灾服务人口比方面,10min内国光公园、金牛山公园、闽江公园北园、西湖左海公园、温泉公园可达人口数量未超过其承载量;从街道避灾服务情况可知鼓西街道最佳,在10min可实现服务区域内人口的全面覆盖;最后叠加研究区其他自然灾害避灾点,得出研究区避灾服务空间分布不平衡,五凤街道、东街街道和洪山镇尚有35.65%、15.69%和7.32%的人群处于避灾盲区。

冠顶式步道秋季微气候效应研究——以福州“福道”为例

以国内首条冠顶式步道——福州“福道”为对象,比较分析了线性栈道、观景平台、休憩平台中5种不同空间下10个测点的秋季微气候变化特征,并采用舒适指数来评价不同空间对人体热舒适度的影响。结果表明,“福道”整体微气候效应好于裸露的水泥地面,各测点日均降温强度为0.5℃~4℃,日均增湿强度为1.5%~9%,步道中两侧有树、单侧有树、观景平台2的舒适度效果最佳,日均舒适度值均处于17.0~25.4,人体感觉“舒适”;观景平台1、休憩平台类与两侧无树类舒适度效果差,日均舒适度值处于25.5~27.5,人体感觉“热”,秋季1 d中最适合在步道中进行活动的时间段为8:00-10:00,该时间段内在各类空间中人体均感觉“舒适”,最后针对研究结果与各类测点存在的问题,提出优化策略,以期为冠顶式步道的建设做出一些有益的尝试。

基于无人机三维信息的杉木新造林林分参数遥感估测研究

以福建顺昌埔上国有林场的杉木新造林为研究对象,采用大疆Phantom 4 Multispectral无人机分2次获取研究区的无人机影像,并以无人机影像为数据源,从研究区的数字表面模型(DSM)中提取冠层高度模型(CHM)。根据局部最大值算法和分水岭算法,从CHM中获取研究区杉木的树高和冠幅数据;同时在研究区设立15个标准地,采用测量杆测定各标准地内所有杉木的树高和南北冠幅;以随机选取、且在影像中具有精确位置的265棵杉木为单木水平的实测数据,以及各标准地内杉木的平均树高和平均南北冠幅为林分水平的实测数据,分别从单木和林分角度对杉木树高和冠幅的遥感估测精度进行评价。结果表明:2次飞行作业之间树高的估测精度分别为90.86%和91.34%,南北冠幅的估测精度分别为83.55%和83.95%;在单木水平上,遥感估测的树高精度为R^(2)=0.89、RMSE=22.37cm、EA=91.00%;南北冠幅精度为R^(2)=0.70、RMSE=27.33cm、EA=82.22%;在林分水平上,树高的估测精度为R^(2)=0.95、RMSE=12.27 cm、EA=94.61%;南北冠幅的估测精度为R^(2)=0.82、RMSE=11.24 cm、EA=92.20%。遥感估测的树高均值比野外测量的树高均值小0.07 m,南北冠幅均值比野外测量的均值小0.04 m。基于无人机三维信息实现了研究区杉木树高和冠幅的精确估测,且在飞行参数一致的情况下,不同飞行区域和飞行批次之间的估测精度相近。研究可以为杉木新造林快速、稳定的监测和经营管理策略的科学制定提供基础数据。

南方丘陵区林下植被覆盖度无人机多角度遥感测量

林下植被覆盖度作为描述森林生态系统健康的重要参量,是探查水土流失情况的重要指征。量化南方丘陵地带地形起伏区林下植被覆盖度对水土流失精准治理具有重要意义。选取长汀县河田镇作为研究区,基于无人机多角度(0°、10°、20°、30°)遥感数据,利用局部最大值法,将植被形态划分为离散型与连续型,并分别利用点云布料滤波与地图森林密度算法反演出对应植被形态的林下地形。采用半高斯拟合(HAGFVC)法分离植被,再设置高程差阈值提取出林下植被,结合不同角度影像,利用形态学中的斑块膨胀方法弥补树冠遮挡的误差,进而量化林下植被覆盖度。结果表明,针对不同植被形态,上述技术路线所得的地形反演结果精度较高,其中离散型样地RMSE为0.400 m,连续型样地RMSE为0.518 m。单一角度中,基于20°影像估算林下植被覆盖度的结果精度最高(R^(2)=0.459,RMSE=0.166);基于30°影像的估算精度最低(R^(2)=0.337,RMSE=0.243)。多角度影像耦合(0°+10°+20°+30°)后,林下植被覆盖度的估算精度得到明显提高,R^(2)达到0.675,RMSE为0.102。研究结果可以为南方红壤区林下植被信息无人机遥感调查提供技术支撑。

基于多源数据的福州市主城区街道绿化品质研究

为了更精确地对街道绿化品质进行评估,以福州市主城区三环快速路街道范围内为研究对象,获取百度街景数据及图像分析提取街道绿视率,结合空间网络分析软件Axwoman,以POI、公交站点、地铁站点等大数据作为数据支撑,综合分析福州市街道活力和街道绿化水平之间的关系.结果表明:(1)福州市研究区内街道绿视率的平均值为21.62%,仓山区的绿视率平均值最高,达到了21.93%,鼓楼区、晋安区、台江区依次递减;(2)福州市街道各维度指标结果整体呈中心聚集且向周边扩散的趋势,福州市核心城区鼓楼区、台江区的区位特征和功能性指标整体较好,仓山区最差.但连接性指标则相反,仓山区最好.通过街道多维度评价结果与街道绿视率叠加分析进一步挖掘街道潜力,为规划者在后期提升城市街道的绿化品质提供依据.

南方集体林区典型毛竹经营区林分质量遥感量化研究

以福建省顺昌县大干镇的2017年SPOT-7数据为基础,获取同期地面调查基础数据,通过主成分分析提取响应毛竹林分质量变化的植被复合指数,结合植被净初级生产力(NPP)、干扰指数,采用层次分析法构建基于遥感数据源的林分质量评价模型,开展毛竹经营质量的量化评价。结果表明:基于SPOT所构建的毛竹林分质量与平均胸径、毛竹林分龄级具有相关性;评价结果与地面样地调查的林分质量进行拟合,决定系数R2为0.757,总平均精度达83.29%,具有一致性;研究区各乡镇毛竹林分质量整体情况为干山村>乡林场>土垄村>良坊村>武坊村。整体表明,通过遥感数据的转换与挖掘,结合地形因子、植被净初级生产力和干扰指数,可实现南方集体林区毛竹资源经营成效的有效监测。

林分郁闭度自动测量系统的研建与应用

自动快速获取林分郁闭度参数是林业信息现代化建设的需求。为快速低成本地计算郁闭度,设计了一种郁闭度自动测定系统。系统利用树莓派及算法编程进行开发,具备野外数据采集和远程信息管理的功能。采用同心圆环切割和二值化相结合的图像处理技术实现郁闭度值提取,避免复杂的鱼眼镜头畸变校正过程。系统提供可视化界面,集成树莓派、鱼眼镜头、电池和无线路由器等,操作简便。以三明市金丝湾森林公园的米槠林为研究案例,使用自动郁闭度测量系统获取林分郁闭度值与抬头望法测定的郁闭度值进行对比分析,得出系统测定的郁闭度值与抬头望法的R2为0.699。系统有助于郁闭度的快速测定。

闽江流域生态环境质量动态变化及其驱动力

[目的]探究闽江流域生态环境质量动态变化的驱动因子及相互作用,为该流域生态环境质量改善和实现人与自然和谐发展提供理论支持。[方法]选用2001—2020年的MODIS系列遥感数据,基于Google Earth Engine(GEE)平台计算闽江流域的遥感生态指数(RSEI),结合趋势分析研究闽江流域生态环境质量的时空变化,最后通过地理探测器探测RSEI的驱动因子。[结果]①RSEI计算结果中4个生态指标的第一主成分平均贡献率达到69.01%,说明RSEI能够充分反映闽江流域生态环境质量状况。②闽江流域生态环境质量良好且向好发展。2001—2020年闽江流域的RSEI均值由0.618上升到0.701,生态环境质量等级优良的面积比例增加了19.16%,流域90.28%的地区生态环境质量有所改善。[结论]闽江流域生态环境质量受多个因子共同影响,其中海拔和夜间灯光对闽江流域生态环境质量解释度较高,是主要的影响因素和驱动力,因子间的相互作用均会加大对生态环境质量的影响。

毛竹向杉木林扩张不同程度林分空间结构遥感量化分析

林分空间结构是影响林木生长过程、森林生态系统结构和功能的重要因素,研究毛竹扩张杉木林的空间结构变化规律,对毛竹扩张防控及精准经营具有重要意义。以天宝岩自然保护区的毛竹-杉木混交界面为研究对象,设置不同扩张程度,基于无人机遥感影像,实现林分单木位置提取及毛竹和杉木识别;结合Voronoi图,获取林分空间结构相关参数,构建林分空间结构评价指数,揭示毛竹向杉木林扩张不同程度林分空间结构变化特征。结果表明,林分平均角尺度、混交度、大小比数和林分空间结构评价指数分别为0.50~0.55、0.48~0.51、0.25~0.55、0.20~0.50,且随扩张程度的加深,均表现为先增后减的趋势,在毛竹和杉木数量占比接近1∶1时,空间结构评价指数达到最大值,林分空间结构整体最优。研究所构建的林分空间结构评价指数,可以有效地反映林分空间结构的整体状况,为揭示毛竹扩张杉木林演化机制提供基础数据。

基于多源数据的城市街道步行适宜性评价

以福州市鼓楼区为研究对象,借助遥感、POI、街景等多源数据,利用序关系法、空间分析等方法,从可达性和舒适性构建步行适宜性评价体系,探究步行适宜性与人口活力的关系,为城市街道步行环境评价和优化提供新思路。结果表明:1)研究区整体步行适宜性较差,呈现以东街口为核心向四周递减的趋势。2)研究区步行适宜性高值区域空间极化现象显著,鼓东、鼓西、南街和东街街道特征较为突出。3)步行适宜性与人口活力的关系存在供给偏差,人口活力高-步行适宜性低的区域步行环境建设滞后,居民难以享有步行环境的便捷供给。基于研究结果,对城市街道步行空间提出相应的对策建议,以期满足居民均衡享有适宜步行的街道空间的权益,促进绿色出行。