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。     

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．     

植被对近地面层水热交换影响的参数化模型

提出了一个研究植被对地表面与大气之间水热交换影响的参数化模型。该参数化模型考虑了到达植被冠层的总辐射、大气长波辐射,建立了冠层内的热量收支平衡方程。应用本参数化模型,研究了不同植被类型的覆盖度、土壤湿度、下垫面的土壤温度、叶温、近地面层气温及地表与大气之间热量和水分的交换,并与相应的实际观测资料进行了比较。结果表明,模型模拟的不同植被的温度、湿度状况,辐射特征和能量平衡关系是合理的。因此,该参数化模型可应用于中尺度气象模型、气候模型和环境生态学的研究。     

绿色植被蒸腾作用机制及红外辐射特性

实测了南方林地典型8种绿色植被叶片的微结构、蒸腾速率、气孔阻力、表面温度和红外辐射温度，结果表明，植被蒸腾作用的气孔均匀分布在叶片的背面，呈椭圆形，长度在0.01～0.02 mm之间；植被的蒸腾作用日周期变化趋势基本一致，早晨和晚上蒸腾作用弱，中午蒸腾作用达到最高峰；植被叶片的红外辐射温度和叶面温度与环境温度的日周期变化趋势基本一致，不同植被的叶面平均温度相差约1 ℃左右、平均红外辐射温差约3 ℃左右，且植被叶面的红外辐射温度随环境温度的变化更加灵敏、响应较快，比叶面真实温度的变化趋势提前约1 h左右。论文建立了叶片稳态能量平衡方程，计算得到叶片蒸腾作用的蒸发潜热在有风和无风条件下对叶片温度产生的影响范围在2～10 ℃。     

基于Sentinel-2数据的山口红树林生理参数反演及时空特征

生理参数叶绿素含量、光合有效辐射吸收率、植被覆盖度和叶面积指数是湿地植被重要的特征参数,也是衡量湿地生态健康状况的重要指标.以广西山口红树林自然保护区为研究区,以逐月的Sentinel-2和MODIS影像数据为数据源,采用人工神经网络的方法对山口红树林的4种生理参数叶绿素含量、光合有效辐射吸收率、植被覆盖度和叶面积指数进行反演构建回归模型,并对比相应MODIS影像的产品,分析得出红树林逐月和不同生长期的生理参数动态变化.实验结果表明:①4种生理参数与MODIS产品的相关系数在95％置信区间内均高于0.71,反映了Sentinel-2影像反演红树林生理参数具有较高的可信度;②4种生理参数均在2月份表现出最低值,9月份趋于稳定;生理参数均最低值出现在缓存区,最高值出现在核心区,也反映了自然和人类活动对其有影响;③不同生长期红树林的植被生理参数则变化不同,植被覆盖度(fractional vegetation cover,FVC)、叶面积指数(leaf area index,LAI)和光合有效辐射吸收率(fraction of absorbed photosynthetically active radiation,FAPAR)在萌芽期(1～3月)和发育期(4～6月)呈上升趋势,叶绿素浓度(chlorophyll-A/B,CAB)和LAI在成熟期(9～12月)呈上升趋势.该研究结果可为红树林植被变化监测提供依据,为生态评估及保护提供参考.     

基于ENVI的祁连山哈溪林区植被覆盖度信息提取研究

应用landsat TM5影像,进行了影像辐射校正、大气校正和监督分类等预处理。在对像元二分模型2个重要参数推导的基础上,用NDVI归一化植被指数植被覆盖度定量估算模型,对研究区植被覆盖度进行了估算。用GPS实地调查表明,应用NDVI归一化植被指数可以快速获得大范围植被覆盖度信息,为区域植被覆盖度估算提供了便捷的途径。     

基于脉冲波Mueller矩阵解的系统响应函数对植被层地表面多参数的反演

由脉冲波入射一层非球形粒子植被层和下垫粗糙面的矢量辐射传输（VRT）方程，得到时间相关的Mueller矩阵解M；由脉冲波回波波形构造系统响应函数模型，建立散射系统参数组：植被散射强度矩阵Q、衰减系数矩阵a和地表面散射强度矩阵B以及下垫面散射时延τ.可以证明M与系统参数组是一致的.用自适应LM方法从M产生的脉冲回波波形估计系统参数组，然后从系统参数组解析地和数值地反演植被层和地表面物理参数.由Q，a及τ反演：粒子层厚度、粒子尺寸、取向、密度、介电常数，由B反演地面粗糙度和介电常数.数值结果显示，由回波波形估计系统参数组，再由系统参数组反演物理参数，是一种可行的反演方法.     

应用辐射传输理论对农作物电磁散射的研究

应用辐射传输理论对农作物的后向电磁散射特性进行了分析研究．农作物的散射模型用植被层和地面层组成的双层介质模型描述，散射模型的输入参数直接以农作物及地面的物理参数来表示．模拟结果与文献中的实验结果吻合得较好     

半干旱地区草地水热通量与环境因素及相关性研究

草地是绿地的重要组成部分,耗费巨资的北京“绿色奥运”绿地建设对生态环境的改善作用需定量评估．2005年5月利用涡度相关系统连续观测草地与裸地的水热通量及环境因素并进行分析比较,采用相关分析研究环境因素影响水热通量的权重．结果表明,草地所获得的太阳辐射能量大部分用于植被蒸腾和土壤蒸发,潜热通量约占净辐射的50％,比裸地高20％左右;草地的显热通量占净辐射的比例比裸地低将近30％,草植被下土壤获取的辐射能量低于裸地土壤近一半．白天草地地面温度明显比裸地低,相同时刻的两温度差值最大约10℃,1．5m高度气温也低于裸地近1℃,而相对湿度高于裸地近5％．草地水热通量受多个环境因素的综合影响,净辐射影响最大,其次是下垫面温度与气温差、下垫面温度,再次是相对湿度（仅对潜热）和气温,风速影响相对较弱．草地下垫面温度对水热通量的影响程度明显低于裸地,而下垫面温度与气温差对显热的影响权重明显高于下垫面温度．     

一种基于MODIS遥感技术的泥石流影响因子新测量方法

现有泥石流预报方法多侧重于通过分别测量影响泥石流发生的多个主控因子和触发因子,从中寻找预报泥石流发生的征兆,并结合适当的模型来初步预测泥石流的发生．本文借助MODIS卫星遥感技术在探测地物方面的优势,改进了对影响因子的原有提取方法：针对影响泥石流爆发的各种因子的内在联系,首次提出用植被指数代替植被覆盖率和植被含水量2个因子进行联合测量,较好地考虑到了两者之间的内在联系和测量的便利性．并通过对都江堰地区和华南地区2个区域的测量初步检验了这一方法．     

玛多地区基于植被指数对土壤水分的反演

采用Landsat5影像数据对青海省果洛州玛多地区植被指数和地表温度进行提取,通过地面同步测定土壤水分含量,分析三者之间的相关关系。结果发现:归一化植被指数(NDVI)与土壤水分在植被盖度较低时,二者之间存在较为明显的负相关关系r=-0.655;地表温度与土壤水分呈负相关关系r=-0.932,3种关系模型中线型模型拟合效果最好R2=0.769 0;引入变量植被温度指数TVI并对其与土壤水分做相关分析,结果发现土壤水分与TVI之间的相关系数r=-0.906,二者之间存在明显的负相关关系,3种关系模型中,幂指数模型的决定系数最高R2=0.855 0,TVI与土壤水分的拟合效果较温度与土壤水分的好,因此利用植被指数对区域土壤水分的反演是可行的。     

基于ASTER影像的土壤流失方程植被覆盖因子估计

针对土壤流失方程中植被覆盖度遥感估计存在的方法不确定问题,利用ASTER影像数据,使用植被指数及混合像元线性分解方法,结合地面调查数据,对土壤流失方程中植被因子做了进一步的研究分析,改进了利用混合像元分解定量估计土壤流失方程植被覆盖因子的方法.     

集雨绿化系统现状及展望

集雨绿化系统主要以土壤水分为纽带,把土壤 植物 大气这个连续的系统统一为一个有机整体.讨论目前在绿化方面正面对的土壤干化问题、土壤植被群落类型以及造林密度现存的问题.集雨绿化系统减少了对最限制植物生长的土壤水分因子的影响,是目前进行植被建设的比较优化的系统.     

鄱阳湖季节性淹水湿地土壤有机碳动态模拟与预测

该文以鄱阳湖国家级湿地自然保护区的泗洲头、常湖池以及蚌湖季节性淹水湿地为研究对象,选择典型湿地植被芦苇(Phragmites australis)、苔草(Carex spp)和南荻(Triarrhena lutarioriparia),基于DNDC模型模拟和预测不同湿地植被下表层(0～20 cm)土壤有机碳含量(m_SOC)动态变化,估算土壤碳储量和CO₂的年排放量.结果表明:DNDC模型能够准确模拟研究区不同典型植被下的m_SOC动态变化,δ_RSME<30%,R²>0.9.敏感性分析显示:影响m_SOC动态变化的敏感因素是初始土壤有机碳和黏粒含量.常湖池、蚌湖和泗洲头土壤平均有机碳密度分别为36.71、17.12和11.47 t·hm^-2,土壤碳储量分别为8 738、66 090和21 174 t,常湖池具有较大的碳储量.苔草、南荻和芦苇平均土壤碳密度分别为21.96、21.86、15.98 t·hm^-2,土壤碳储量分别为933 928、62 933、166 458 t,苔草固碳能力巨大.基于DNDC模型模拟预测表明:在未来120年内研究区不同植被类型土壤有机碳含量将呈稳定下降趋势.     

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.     

黄土高原森林植被水土保持功能研究

分析了森林植被不同层次对降水影响所引起的径流量、径流能量和径流的挟沙能力及其减小的效应。研究得出：植被保持水土主要是由其不层次同时连续消耗径流量所致;不同的效应叠加使土壤侵蚀量急剧减小,实现了植被保持水土功能的充分发挥。     

融合合成孔径雷达和光学影像的植被覆盖区土壤湿度反演

利用合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)卫星可对土壤湿度实现大面积、时间连续的反演.针对此过程中难以消除植被遮挡的问题,提出融合SAR微波数据和光学数据,利用修正水云模型消除植被影响,求解纯粹地表后向散射系数,代入裸土区土壤湿度反演算法进行土壤湿度反演,并在武汉豹澥区域设置实测站点记录实测数据进行比对.结果分析表明,经过植被消除后,实测站点垂直极化后向散射系数平均衰减量与植被覆盖度之间时间序列上相关系数达到0.83;土壤湿度反演值与实测值趋势相关性平均提升0.08,且提升程度与植被覆盖度相关系数也达到0.8以上,表明本算法针对植被覆盖度越大区域反演效果越好.该方法通过SAR影像和光学影像融合反演长时间序列土壤湿度具有良好可信度.     

中国北方土壤湿度变化趋势及人类活动对其影响的研究

利用1km分辨率的NOAA/AVHRR资料对中国北方13省的土壤湿度进行了监测,得到了北方13省1988-1995及1999各年7月份10cm土层湿度的分布图,在此基础上确定了土壤湿度的变化趋势.从总体上看,1988-1999年土壤平均湿度有比较明显的下降趋势.为了确定人类活动是否对土壤湿度变化产生影响,分别计算了无植被带、自然植被带、农业植被带下土壤湿度的变化规律.研究表明,这3种状况的土壤湿度都有不同程度的下降趋势,但农业植被下的土壤湿度的下降趋势大于自然植被带和无植被带下的土壤,而且年际变化显著增大,其差异因数达到7.22%,而无植被带土壤和自然植被带土壤的差异因数分别为4.58%和4.60%.这说明中国北方土壤湿度的变化不仅受自然影响,而且人类作用不容忽视.     

Vegetation Spatial Heterogeneity of Different Soil Regions in Inner Mongolia, China

The vegetation spatial heterogeneity and ecological characteristics in different soil regions were analyzed by surveying the vegetation in 12 different soil regions of Inner Mongolia, China, including conifer- ous-broadleaf deciduous forests, shrub, grassland, and desert regions with 1122 large 2 cm × 2 cm quad- rats (actual size 30 km × 30 km, referred to as L-quadrat hereafter) in about 1.18 million km2. Each L- quadrat was divided into four small 1 cm × 1 cm quadrats (actual size 15 km × 15 km, S-quadrat). The vegetation was analyzed based on the beta-binomial distribution to describe the frequency of occurrence and spatial heterogeneity for each kind of vegetation. The weighted average of the heterogeneity of all vegeta- tion in the same soil region provides a measure of the soil regional landscape level heterogeneity which de- scribes the spatial complexity of the regional landscape composition of the existing vegetation. Comparison of the vegetation characteristics in the 12 soil regions shows that, the calcic gray soil has the highest average vegetation type per quadrat. The largest soil region is calcic chestnut soil and has the most vegetation types. Every soil region has its own dominant vegetation sequence which dominates in occurrence and dominant vegetation types which dominates in spatial heterogeneity. For the Inner Mongolian vegetation, the weighted average of the heterogeneity is 0.60 and the vegetation diversity index is 4.47.