植被水分遥感监测模型的研究

植被水分含量的遥感测定对农、林业和水文研究具有重要的意义，对于植被干旱评估也十分重要．研究表明，在叶片尺度上建立400-2500nm的反射率数据与表征叶水分含量的参数，如EWT（等价水厚度）与FMC（叶片相对水分含量）之间存在紧密的相关关系；在冠层水平上，植被水分与光谱指数存在很好的相关关系．归一化水分指数（NDWI）（R860-R1240）／（R860＋R1240）等能较好地反演植被冠层的水分含量．同时，本文对辐射传输模型及其与植被水分指数结合对植被水分反演的应用也进行了讨论；从利用高光谱站台辐射传输模型（如PROSPECT等）进行植被水分反演的角度，对植被水分监测进行评述．最后对利用多角度和偏振光技术定量反演植被水分和临测旱情的研究提出展望。     

黄河源区高寒草地植被覆盖度反演模型精度评价

植被覆盖度是许多气候、水文、生态等模型的重要输入参数,其估算精度的提高对相应模型的改进及模拟精度的提高具有重要的现实意义。本研究以黄河源为研究区域,基于大量与卫星遥感像元空间尺度匹配的实测植被覆盖度数据,评估了回归模型法、像元分解法、神经网络算法三种常用植被覆盖度遥感估算方法的反演精度。结果表明:回归模型法中基于归一化植被指数(NDVI)的反演精度高于其他植被指数;像元二分法中,变量因子(L)的加入不能显著提高反演精度;反向传播(BP)神经网络算法应用植被指数替换卫星遥感反射率数据作为驱动数据,反演精度显著提高。因此,通过比较和优化可以提高植被覆盖度的反演精度,但每类反演方法的最高反演精度差异不显著。     

叶面积指数遥感反演方法进展

叶面积指数（LAI）是描述植被冠层结构的关键参数,而模型反演法是提取LAI的潜在有效方法．论文综述了植被冠层辐射传输模型和辐射传输模型遥感反演LAI方法的理论发展,详述了植被冠层辐射传输模型和LAI反演的发展历程．通过逐步的理论扩展,进而引出目前学者广泛关注的LAI提取同化算法,为遥感观测提取LAI或其它参数提供了理论参考．     

由冠层孔隙度反演植被叶面积指数的算法比较

植被的叶面积指数（LAI）是植被最重要的生态参数之一，也是估算多种植被冠层功能过程的关键参数迄今已提出的LAI的获取方法可归纳为直接测定和间接估算两大类．本文以河北省黄骅市为研究区，从遥感光学模型建立机理及数量分析的角度，对由植被冠层孔隙度反演植被LAI的4种间接估算方法进行了试验和比较．研究结果表明，LAI与植被盖度之间呈明显的正相关关系，即随着LAI的增大，植被盖度也在增大．在这4种估算方法中，LAI-2000算法最适用于研究区植被LAI的估算．     

水文模型模拟预报的多源数据同化方法及应用研究进展

介绍了水文遥感数据同化中常用的数据同化方法,总结了变分和顺序两类数据同化常用方法的优势与不足;以土壤湿度与径流两个水文变量的数据同化研究为重点,探讨了土壤湿度、径流、降水、蒸散发、积雪等多源数据在水文模型模拟预报中的同化研究进展及其在同化应用中存在的问题;最后,从数据同化方法、多源数据同化应用方面总结了水文遥感数据同化的未来发展方向,提出遥感、地面等多源数据的同化在改进水文模型模拟预报方面的应用潜力将会随着遥感观测技术与反演方法的改进、水文模型结构的完善以及数据同化方法的优化而不断增大,多源数据在水文模型模拟预报中的综合应用将是水文遥感数据同化发展的必然趋势。     

植被状况区划及预测模型研究

基于遥感数据计算植被覆盖度(FVC),以沁水县为例,引入"源-汇"理论及最小累积阻力模型(MCR)评估植被状况并进行区域划分,依据区划结果提出具体管控措施。同时构建像元趋势外推模型,以2016年FVC为参照验证模型精度并对研究区未来植被覆盖度进行预测。结果表明模型预测结果与遥感数据反演结果差异较小,均方根误差(RMSE)0.098,相关系数(R2)0.804,说明像元趋势外推模型在FVC预测方面具有一定的适用性。沁水县2016年后植被状况以稳定和改善为主,在外界干扰因素稳定的情况下将达到稳定状态。研究将植被状况的静态格局、生态过程及动态趋势有机联合起来并制定合理的分区管控措施,为植被的有效保护及区域经济生态的协调发展提供科学参考。     

基于高光谱遥感的植被生物量反演方法研究

高光谱遥感技术能够为反演植被生物量提供快速无损的数据采集与分析处理方法.基于高光谱遥感在植被生物量反演中的研究成果和进展,对其反演方法进行研究:阐述高光谱遥感反演植被生物量的原理;探讨高光谱遥感反演植被生物量的估算模型;分析比较不同估算模型的特点.结论表明,利用高光谱遥感分析植被的光谱特性进而估测植被生物量是一种精度较高且应用广泛的方法.     

基于波谱数据库先验信息的地表参数同化反演方法

我国典型地物波谱数据库的构建为地表参数反演提供了先验信息,而时间序列遥感观测数据则能够提供反演目标参数的动态变化信息．文中将描述植被冠层反射的遥感辐射传输模型与描述作物生长变化的过程模型结合,提出了综合利用时间序列遥感观测数据和波谱库所提供的参数先验信息对农作物生长过程中的关键结构参数叶面积指数（LAI）进行反演的方法．时间序列遥感观测数据能为目标参数LAI的反演提供更多信息,而作物生长模型的引入则能够对反演过程中LAI的变化趋势进行约束．实验结果表明,利用地物波谱库中提供的参数先验信息结合时间序列遥感观测数据,采用变分数据同化算法可以明显提高具有时间变化特征的地表目标参数反演精度．     

土壤水分遥感反演研究进展

土壤水分是陆面生态水文循环的重要组成部分. 及时、准确地获取土壤水分数据,对研究全球气候问题、构建流域水文模型、监测干旱等具有极其重要的意义. 遥感技术具有范围广和信息传输快等优点,为土壤水分监测提供了全新的手段. 本文梳理了可见光–近红外遥感、热红外遥感、可见光–近红外–热红外遥感、主动微波遥感、被动微波遥感的发展现状及对应的土壤水分反演方法,介绍了结合主被动微波遥感的GNSS-R技术,对土壤水分反演研究中的热点问题进行了归纳和总结,并展望了土壤水分遥感反演的发展趋势.      

热红外多角度遥感和反演混合像元组分温度

在研究了混合像元热辐射方向性规律的基础上,以连续植被冠层为例,提出了利用热红外多角度遥感数据,直接反演混合像元组分温度的方法。与多通道数据相比,多角度信息间的相关性要低得多,它主要取决于植被冠层的叶倾角分布函数(LAD)。因此更容易达到反演精度小于1K的目的。     

基于GRACE卫星重力测量资料监测中国大陆及邻区陆地水储量变化

利用GRACE卫星重力测量数据反演了2003年1月至2007年12月的中国大陆及周边地区陆地水储量的月变化,并结合CPC陆地水文模型进行了比较分析。结果表明,GRACE可有效监测到陆地水储量的周年变化与季节性变化,且GRACE反演的水储量变化与CPC水文模型符合得较好,两者周年振幅和相位分别为（3.4cm,257°）和（4.5cm,267°）。     

基于GLDAS与TVDI降尺度反演土壤含水量

土壤水是连接大气降水、地表水和地下水的关键水文带,在旱寒区对于维系植被生长起到至关重要的作用.为获取相对精度较高,时空分布更广的土壤含水量数据,本文采用青藏高原2006年MODIS(moderate resolution imaging spectroradiometer)植被归一化指数NDVI(normalized difference vegetation index)数据与地温数据LST(land surface temperature)计算出青藏高原全年温度植被干旱指数TVDI(temperature vergetation dryness index);分析TVDI数据与GLDAS各层土壤含水量的相关性以及相关性的稳定性,结果表明:总体上TVDI数据与GLDAS各层土壤含水量数据呈负相关关系,其中TVDI与GLDAS第1层土壤湿度数据相关性最好,且相关性的稳定性较强;利用TVDI和GLDAS第1层数据的相关关系反演出青藏高原2006年每月土壤水分分布图,并利用月均值进行实例分析,结果表明反演结果与GLDAS数据基本吻合,仅在青藏高原南部和北部两个区域存在偏差.与原始GLDAS数据相比,TVDI反演的土壤含水量数据具有更高的分辨率(分辨率为1km),在时间尺度上,可以反演逐月的土壤水分.     

基于ENVI植被动态变化分析

植被覆盖度是反映地表植被覆盖状况和监测生态环境的重要指标,是用来研究区域或全球尺度水文、气象、生态等领域的基础数据,在各类相关理论和模型中得到了广泛应用。简要介绍了研究区域的行政、地质、气候和能源的概况,论述了研究内容、研究方案、技术路线、RS处理平台等,详细讨论了数据收集、数据预处理、植被指数（NDVI）提取、植被覆盖度计算、植被覆盖度分等及面积统计等研究方法,分析了统计结果和植被变化情况,并讨论了孝义市植被覆盖度,提出了发展建议。     

巴丹吉林沙漠高大沙山短穗柽柳分布区水分特征及其水文指示意义

巴丹吉林沙漠湖泊群及其补给来源是热点研究问题。沙山是联系大气降水和湖泊水的纽带，研究其水文特征可加深认识区域湖泊水循环，而植物分布对沙山水文特征具有重要的指示意义。本文以短穗柽柳（Tamarix laxa）所在的高大沙山背风坡土壤为研究对象，采用烘干法测定了短穗柽柳分布区土壤含水量，分析了其时空变化特征，探讨其对高大沙山水文特征的指示意义。结果显示：短穗柽柳分布区土壤剖面按其水分特征可划分为水分速变层（0～60 cm）、水分活跃层（60～120 cm）及水分相对稳定层（120～200 cm），含水量随深度增加呈减小趋势，速变层平均含水量为1.69%，显著高于其他2层；95.83%短穗柽柳分布区含水量处于0.50%～3.00%，且观测最大值为4.88%，均小于沙山田间持水量（5.00%），说明短穗柽柳分布区难以存在重力水，指示高大沙山背风坡降水难以形成重力水快速下渗补给湖泊水；短穗柽柳的“乔木化”生长特征及其特殊的分布位置，不仅有利于其根叶繁殖，还有利于对水分的储存和保持，维持着短穗柽柳的生存和发展。     

洞穴次生碳酸盐沉积稳定碳同位素研究

对国内外有关洞穴石笋稳定碳同位素值（13C,其计算公式为:13C = （Rsamp/Rstd - 1）*1000,Rsamp和Rstd分别为样品和标准的碳同位素比值）的研究成果进行了梳理和归纳总结,介绍了影响石笋13C值变化的因素（如植被（包括植被类型和生物量效应）、土壤过程、大气CO2、岩溶地下水水文（包括地下水的水动力条件、水-岩相互作用和先期碳酸盐沉积等）,同时介绍了一些模型研究中对影响石笋13C值的某些具体气候环境因素（如滴水快慢或时间间隔、通风强度、地下水流动路径等）进行的定量评估. 综合迄今为止洞穴石笋13C值的研究成果,指出洞穴内滴水的CO2去气作用可能是影响石笋13C值变化的关键机制,建议在今后的研究中对此给予高度关注.     

生态水文学兴起:学科理论与实践问题的评述

生态水文学是20世纪后半叶发展起来的新兴水科学研究领域的交叉综合学科，基于习近平总书记的“生态优先、绿色发展”理念和实现我国生态文明建设目标，其研究成为我国新时期水科学理论与实践的新目标与新挑战，为“绿色-高质量-可持续”发展提供强大动力．本文简述了生态水文学国内外发展历程和动向，深入评述了生态水文研究的几个基础理论问题，主要包括:人-水-生态系统关系认知与协同变化的和谐内涵、四大平衡的协同内涵及Budyko水-热平衡联系方程、绿水在生态系统中的重要内容和面向全球变化的生态水文宏微观尺度研究，并着重阐述了生态系统的需水与用水；针对生态水文的实践应用，阐述了水-碳循环耦合机制研究能够有效服务国家“双碳”计划，分析了南水北调工程和黄河流域生态环境治理中生态水文问题，提出了南水北调西线工程是构建国家水网、缓解黄河流域水资源短缺的重要举措；基于生态水文研究现状和国家发展需求，对生态水文研究提出展望，如生态系统对人类活动和气候变化响应机制研究、水土保持与生态建设综合技术体系、多源信息融合新技术、加强与社会科学的交叉融合研究和生态水文系统研究等．      

植被—土壤—水文相互作用及生态水文模型参数的动态表述

植被与土壤、水文之间存在复杂的相互作用,是生态水文模型和植被变化生态水文效应评估研究的重点.虽然陆面植被指数等动态变化对流域截留、蒸散发等水量、能量平衡项影响已有较多研究,但植被地下生物量变化如何改变土壤结构和水力特性,进而影响入渗和径流等水文过程研究相对缺乏.本文综述国内外植被变化对土壤、水文动态变化特征研究成果基础上,分析植被变化水文响应的阈值效应和尺度效应、植被变化下的土壤水力参数时变特征定量表述及其与植被、土壤类型以及气候条件的关系.在生态水文模型中,考虑植被因子对土壤水力参数影响的动态表达可以提高植被变化下水文效应模拟和预测的可靠性.     

基于PROSPECT+SAIL模型反演叶面积指数的较强适用性植被指数的筛选

基于PROSPECT+SAIL植被辐射传输模型,通过控制不同的植被生化变量、地表参数和土壤光谱参数建立光谱数据集,定量地分析了归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(SR)、土壤调节植被指数(SAVI)等10种常用的植被指数(VIs)对叶面积指数(LAI)的响应.利用敏感性函数定量地筛选出具有较强适用性的转换型土壤调节植被指数(TSAVI).在此基础上,分别建立了TSAVI及常用植被指数NDVI反演LAI的模型.以张掖市南部地区的TM影像为数据源,进行了LAI的反演,并利用黑河生态水文遥感试验获得的中游LAI数据集对模型进行精度评价.结果表明:TSAVI–LAI模型最佳拟合关系为指数形式,其反演结果与LAI实测值的偏差最小(0.200),R2最大(0.686),RMSE最小(0.397).TSAVI可以作为较强适用性植被指数来进行LAI的反演.     

我国森林生态系统水量调节研究综述

森林水源涵养功能受到了越来越多人的关注.研究不同水文层水量调节过程对森林水源涵养具有重要意义.本文在总结我国不同尺度森林水源涵养研究的基础上指出目前研究的主要方向:小尺度上,通过野外监测实验研究森林水量调节过程;大尺度上,利用遥感、GIS技术及水源涵养评估模型等技术评估森林生态系统水源涵养功能.研究为明确森林植被各水文层的水文作用以及不同尺度下水文过程,开发基于物理过程的水文模型及评价森林生态系统的水量调节功能提供重要基础.     

应用北京一号卫星数据监测高分辨率叶面积指数的空间分布

利用“北京一号”卫星（高性能对地观测小卫星，DMC+4）可同步提供中分辨率多波段信息和高分辨率全色波段信息的优势，选择冬小麦为研究对象，在考虑太阳—冬小麦冠层—传感器三者的几何关系和作物群聚效应的基础上，建立易于反演的植被冠层辐射模型，实现了对冬小麦长势空间分布的监测，并通过数值模拟和野外实验对模型进行了验证．研究表明所采用的模型和反演方法是有效的，为进一步研究LAI尺度效应打下了基础．