基于Sentinel卫星的浑浊水体叶绿素反演对比研究——以鄱阳湖为例

Sentinel-2A卫星、Sentinel-3A卫星分别于2015年6月和2016年2月成功发射,其上搭载的MSI、OLCI传感器的空间分辨率、时间分辨率、波段设置等在内陆水体水环境遥感研究中具有较大的应用潜力.针对浑浊水体叶绿素的反演难题,以鄱阳湖为例,基于光学分区理论并结合同步实测数据,探讨了Sentinel系列卫星数据在湖泊叶绿素a遥感反演的可行性.研究表明：1) 对于Sentinel-2A MSI数据,鄱阳湖北湖区以[1/Rrs(665)－1/Rrs(705)]*Rrs(740)作为反演因子构建的三波段模型拟合效果最好,决定系数R2是0.65,平均相对误差是38.53%;鄱阳湖南湖区差值模型Rrs(705)－Rrs(665)反演结果最好,R2是0.63,相对误差是39.87%.2) 对于Sentinel-3A OLCI数据,鄱阳湖北湖区以[1/Rrs(665)－1/Rrs(673.75)]*Rrs(753.75)作为反演因子构建的三波段模型拟合效果最好,R2为0.65,平均相对误差为37.6%;鄱阳湖南湖区差值模型Rrs(708.75)－Rrs(665)反演结果最好,R2是0.62,平均相对误差为39.6%.3) Sentinel系列卫星的分区模型能在一定程度上解决鄱阳湖部分浑浊水体区域叶绿素反演不成功的问题,后续将研究更高精度的反演模型方法.     

沿气温梯度中国森林生物量分布特征

基于长期定位监测的森林生物量数据以及气象数据,利用生物量加权计算法和空间关联法,研究气温梯度下中国森林生物量分布特征.结果表明:1)森林总生物量和地下生物量随着温度梯度变化趋势一致,表现为随着气温的增加而持续升高,当气温达到一定值,森林总生物量出现先上升后下降,继而又逐渐上升最后下降趋势.地上生物量随着温度梯度变化有微小差别,随着气温的增加而直接下降,继而又逐渐上升,最后呈下降趋势,在低温前期没有上升的趋势. 2)植物地上生长与地下生长对温度有不同的响应机制,具有滞后效应. 3)对森林生物量总贡献,地上生物量比地下生物量贡献大,茎生物量比枝叶生物量贡献大.以上结果表明了我国森林生物量随着气温的变化有明显规律可循,气温对生 产力具有极其重要的影响作用.      

联合LiDAR和多光谱数据森林地上生物量反演研究

【目的】森林地上生物量的准确估测对于实时掌握全球碳储量变化及应对气候变化有着重要的意义。组合多种遥感数据特征优选,分类建模反演森林地上生物量,是提高森林地上生物量精度的有效方法。【方法】以根河市大兴安岭生态观测站寒温带天然林为研究对象,以机载激光雷达(LiDAR)、Landsat8 OLI两种遥感数据源结合55块地面调查数据,采用偏最小二乘算法优化筛选变量,再以线性多元逐步回归和快速迭代特征选择的最近邻算法(KNN-FIFS)构建模型,在两种数据源的不同组合方式下进行森林地上生物量反演。【结果】①基于线性多元逐步回归模型下的单一LiDAR数据反演精度决定系数(R²)为 0.76,均方根误差(RMSE)为 21.78 t/hm²;单一Landsat8 OLI数据的反演精度R²为 0.24,RMSE为39.27 t/hm²;LiDAR和Landsat8 OLI联合反演精度R² 为 0.84,RMSE为18.16 t/hm²;②基于KNN-FIFS模型下的单一LiDAR数据反演精度R²为 0.74,RMSE为23.83 t/hm²;单一Landsat8 OLI数据的反演精度R²为0.60,RMSE为 29.63 t/hm²;LiDAR和Landsat8 OLI联合反演精度R²为0.80,RMSE为21.15 t/hm²。【结论】①特征优选支持下的3种组合方式中,LiDAR和Landsat8 OLI两种数据的组合在两种模型中反演精度均最高,其中线性多元逐步回归模型的反演精度最高,说明LiDAR和Landsat8 OLI数据组合,激光雷达与光学数据优势特征互补,协同反演可有效提高森林地上生物量的反演精度;②单一数据源反演森林地上生物量精度中,LiDAR数据比Landsat8 OLI数据在两种模型反演精度中均较高,这与LiDAR数据空间分辨高、可获得垂直结构特征参数有关。     

河南西峡县森林地上生物量时空动态分析

【目的】森林生物量大小与森林生产力水平的高低密切相关,是反映森林生态系统功能的基本数据。【方法】以河南省西峡县为研究区域,以研究区1993—2013年5期森林资源连续清查固定样地数据,1993年、1998年、2003年、2008年、2013年Landsat TM/ETM+/OLI遥感图像为主要信息源,通过建立4种遥感估测模型,对研究区域1993—2013年的森林地上部分生物量进行时空动态分析。【结果】①随机森林遥感估测模型综合性能最高,k最邻近算法与装袋算法居中,多元线性回归最低; ②海拔、坡度、亮度指数、湿度指数、垂直植被指数和有效叶面积指数这6个因子是影响研究区域森林地上部分生物量大小的重要环境因子; ③1993—2013年期间,研究区域单位面积森林生物量经历了先从1993年34.68 Mg/hm²下降到2003年32.59 Mg/hm²、然后上升到2013年44.65 Mg/hm²的复杂变化历程; ④1993—2013年期间,表征空间自相关程度的全局Moran'I 指数不断降低,表明研究区域森林地上部分生物量的空间聚集性呈持续下降趋势。【结论】乱砍滥伐、毁林开荒行为,退耕还林、天然林保护政策,以及生态廊道、村镇绿化工程建设,是研究区森林地上生物量发生时空变化的主要驱动因素。     

激光雷达GLAS与ETM联合反演森林地上生物量研究

在实现大脚印激光雷达GLAS森林冠顶高度反演算法基础上, 建立了复杂地形条件下森林地上生物量神经网络反演模型, 制作了研究区森林地上生物量分布图。总体上, 激光雷达GLAS森林冠顶高度和地上生物量估算精度较高。森林冠顶高度针叶林精度最好(R²=0.692); 阔叶林次之(R²=0.5062); 地上生物量反演结 果与实测结果十分接近, 在空间分布上与土地覆盖分布特征非常一致。     

河南西峡县森林地上生物量时空动态分析（英文）

【目的】森林生物量大小与森林生产力水平的高低密切相关,是反映森林生态系统功能的基本数据。【方法】以河南省西峡县为研究区域,以研究区1993—2013年5期森林资源连续清查固定样地数据,1993年、1998年、2003年、2008年、2013年Landsat TM/ETM+/OLI遥感图像为主要信息源,通过建立4种遥感估测模型,对研究区域1993—2013年的森林地上部分生物量进行时空动态分析。【结果】(1)随机森林遥感估测模型综合性能最高,k最邻近算法与装袋算法居中,多元线性回归最低;(2)海拔、坡度、亮度指数、湿度指数、垂直植被指数和有效叶面积指数这6个因子是影响研究区域森林地上部分生物量大小的重要环境因子;(3)1993—2013年期间,研究区域单位面积森林生物量经历了先从1993年34.68 Mg/hm2下降到2003年32.59 Mg/hm2、然后上升到2013年44.65 Mg/hm2的复杂变化历程;(4)1993—2013年期间,表征空间自相关程度的全局Moran’I指数不断降低,表明研究区域森林地上部分生物量的空间聚集性呈持续下降趋势。【结论】乱砍滥伐、毁林开荒行为,退耕还林、天然林保护政策,以及生态廊道、村镇绿化工程建设,是研究区森林地上生物量发生时空变化的主要驱动因素。     

基于连清数据的县域尺度森林地上生物量时空动态分析

森林生物量大小与森林生产力水平的高低密切相关,是反映森林生态系统功能的基本数据。以河南省西峡县为研究对象,以研究区1993—2013年5期217块森林资源连续清查固定样地数据,1993、1998、2003、2008、2013年Landsat TM/ETM+/OLI遥感图像为主要信息源,建立多元线性回归、k最邻近算法、装袋算法、随机森林4种遥感估测模型。在运用十折交叉验证法对遥感估测模型进行精度评价基础上,对研究区域1993-2013年的森林地上部分生物量进行时空分析。结果表明:(1)在4种遥感估测模型中,随机森林综合性能最高,K最邻近算法次之,装袋算法第三,多元线性回归最低;(2)在12个自变量中,海拔、坡度、亮度指数、湿度指数、垂直植被指数、有效叶面积指数这6个因子是影响研究区域森林地上部分生物量的重要环境变量;(3)1993—2013年,研究区域单位面积森林生物量经历了先下降(1993—2003)、后上升(2003—2013)的复杂发展历程;(4)1993—2013年,研究区域森林地上部分生物量的空间聚集性呈持续下降趋势,生物量变化平缓的冷点地段,主要分布在交通不便、森林茂密、人类干扰活动较少的北部深山和中部浅山区,而剧烈的地段,主要分布在交通发达、人口密度大、坡度较为平缓的中部河谷与南部丘陵地带。     

广州东部风水林斑块面积对生物量的影响

近年来人类活动的干扰导致许多连续的自然森林破碎为斑块化的森林片断(如村落旁保留的"风水林"),研究森林斑块的面积与森林生物量的关系对改善森林的碳汇作用具有十分重要的意义。本文在位于广州市东部的风水林中分别选取立地条件、森林植被类型和结构、林龄、森林生长发育阶段等因素相同但面积不同的大斑块(15-25 hm~2)、中斑块(5-8 hm~2)和小斑块(0.5-2 hm~2)各5个,采用样方调查和遥感估算相结合的方法,研究风水林地上生物量与斑块面积的关系,以及风水林斑块从林缘到林内地上生物量的梯度变化。结果显示:(1)平均生物量呈现出大斑块(199.33 t/hm~2)中斑块(181.59 t/hm~2)小斑块(147.51 t/hm~2)的趋势,大、中、小斑块的地上生物量之间存在显著性差异(P 0.01),斑块面积对地上生物量的影响比较显著;(2)样地调查结果和遥感数据都显示,边缘效应对风水林斑块地上生物量的影响比较明显:大斑块生物量从林缘到林内呈现斑块中心(290.24 t/hm~2)斑块中心到林缘的中间位置(226.63 t/hm~2),板块边缘(129.16 t/hm~2)的趋势;(3)大斑块中高大树木的比例较大,这是大斑块的生物量大于中、小斑块的主要原因。本研究的结果表明,保护和建设较大的森林斑块,有助于提高森林的碳汇作用。     

基于极化定向角补偿的思茅松林地上生物量反演

目的 极化合成孔径雷达在森林遥感监测中得到了广泛的应用。由于法拉第旋转和地物结构特性,电磁波极化定向角发生偏移,导致散射特征在机理上存在模糊性。本研究主要分析极化定向角偏移对体散射分量和地上生物量反演的影响。方法 以ALOS PALSAR全极化星载合成孔径雷达(SAR)数据为数据源,基于L波段散射特征,考虑地面与树干之间的二面角散射贡献,研究提出了一种扩展极化水云模型;基于Yamaguchi四分量分解参数和扩展极化水云模型估测思茅松林地上生物量。结果 通过酉变换来补偿极化定向角偏移后,体散射分量高估得到修正,极化定向角补偿后的体散射与实测地上生物量的回归模型较未补偿前效果更好(决定系数R²从0.214提升到0.332)。采用Yamaguchi四分量和扩展极化水云模型的地上生物量估测值和实测值有较强的相关性(R²= 0.644)和较低的均方根误差(23.11 t/hm²)。结论 SAR数据在极化分解前应进行极化定向角补偿,以减少体散射高估和二面角散射低估的问题,提高地上生物量反演精度。半经验极化扩展水云模型具有很好的估测森林地上生物量的潜力。     

华北落叶松人工林生物量的估算方法

生物量估算参数以比值的形式描述林分蓄积量、树干生物量、地上生物量和地下生物量间的相对生长关系.为降低区域森林生物量估算及其变化的不准确性,以华北落叶松(Larix principis-rupprechtii Mayr.)人工林为例,利用89块样地的实测数据,分析了关帝山林区、五台山中山区、五台山盆地区和塞罕坝林区等4个典型区域地上生物量(MA)与蓄积量(V)、地上生物量(MA)与树干生物量(MS)以及地下生物量(MR)与地上生物量(MA)间的回归方程及其区域差异.结果表明,区域MA与V方程间和MA与MS方程间存在显著差异(p<0.05),建议按区域构建MA与V以及MA与MS的方程;不同区域的MR与MA方程间无显著差异(p>0.05);整个区域的方程也有良好的回归效果(R2>0.90).此外,利用V、MS、MA和MR间的函数关系将提高生物量估算的准确性,整体优于利用生物量估算参数和林分指标的函数关系.     

祁连山典型小流域高寒草地生物量估算及空间分布特征

以祁连山八宝河流域为例,实地采集的数据为基础,利用统计分析方法,估算了流域内高寒草甸与高寒草原的生物量,并结合实测的归一化植被指数(NDVIGS)和同期的多光谱遥感影像(NDVILD),建立了流域内高寒草地生物量的估算模型,并对流域内草地生物量进行了估算。研究结果表明:研究区内草地地上平均生物量为216.78g/m2,地下平均生物量为2 985.07g/m2。基于遥感估算高寒草地地上生物量的最优模型为指数函数(n=40,R2=0.731,P0.01),经与实地数据检验,精确度达到72%,模型适合高寒草地地上生物量的估算。基于遥感估算八宝河流域高寒草地地上生物量最高为459.54g/m2,最低生物量为45.12g/m2,地上总生物量为0.198×109 kg。     

基于冠幅及植株高度的檵木生物量回归模型

檵木是我国亚热带森林生态系统灌木层中常见的树种之一，为简单、方便且准确地估算其生物量，笔者以冠幅（C）和植株高度（H）两个形态因子作为变量，用数理统计方法筛选枝、叶、地上生物量的最佳估测模型。结果表明：CH复合变量与生物量相关性较好，以CH为自变量的乘幂曲线回归模型W=b0（CH）^b1为檵木最佳生物量估测模型，其枝、叶、地上部分生物量的最佳估测模型分别为W1=0．000796（CH）^1.1878、W2=0．0114（CH）^0.7581、W3=0．0024（CH）^1.0973，与常用的D^2H（地径平方与植株高度乘积）作为变量的生物量模型相比，精度基本一致，且工作简便性好。此外，采用CH估测地上生物量可取得较高的精度，亦体现了灌木形态近似圆柱形的形态特征。但该模型在立地条件差异较大或进行变量外推时应做进一步的验证。     

极化雷达与光学遥感森林雪灾破坏协同监测

以贵州省扎佐林场为例,利用全极化雷达与光学遥感数据进行森林雪灾破坏状况协同监测,分析了倒伏森林与健康森林的后向散射特性及其差异,重点分析了倒伏森林与健康森林的极化响应特征、散射机制及其差异。基于雪灾破坏前后森林的散射机制变化,利用Freeman-Durden分解方法对倒伏森林进行了识别。为了进一步优化识别效果,引入了高分辨率光学数据,采用优选的融合方法, 将雷达与光学遥感数据融合,得到了较好的倒伏森林识别效果。研究结果表明,利用雷达与光学遥感数据协同监测森林雪灾破坏是可行的,而全极化雷达遥感数据在森林类型识别和森林破坏监测方面具有独特的优势,在我国西南地区的森林资源调查和灾害监测中具有广阔的应用前景。     

基于 Ｈａｄｏｏｐ 平台的主题概念股票挖掘系统应用研究

针对目前资本市场上快速挖掘某种主题概念股票的需求?提出了一种新思路?该思路以上市公司的核心题材、主营收 入和资本运作 ３ 项数据为基础?进行主题概念相关指数的分析和计算?最终以此指数作为标准推荐主题概念相关股票?并开 发了一套数据抓取程序和 Ｗｅｂ 应用程序? 数据抓取程序利用定时组件 Ｑｕａｒｔｚ 从各大财经网站抓取全体上市公司已公开的各 类基本信息?存入分布式文件系统 ＨＤＦＳ 中?Ｗｅｂ 应用程序接收用户输入的查询关键字组合?系统利用抓取的数据集从公司收 入、投资和核心概念 ３ 方面分析和计算出公司与用户需要查询的关键字组合的相关指数?最后汇总为总相关指数?总相关指 数越高的公司?其相关度越高?相关度越高的公司越有可能就是用户想要查找的相关主题概念公司? 通过这 ３ 方面的结合?在 公司的过去和未来?在定性和定量等多个方面都进行了相关度的挖掘?从而计算出来的相关性将更加可靠、准确?     

喀斯特森林林分环境对光皮桦幼树生物量的影响

采用幂函数生物量模型,对喀斯特森林不同林分环境中136株 2～9年生光皮桦幼树的地上部分、树干、枝和叶生物量的分配关系进行研究,得出了林缘木生物量地上部分、干、枝、叶的估测模型,模型的拟 合优度均在090以上。对比分析表明地径模型最客观反映林木生物量变化规律,该模型适用的地径范围为04～80cm。     

京津风沙源治理工程区植被地上生物量与净第一性生产力动态

"京津风沙源治理工程"区植被恢复效果是该区生态环境研究的重点,其中地上生物量与净第一性生产力又是体现植被恢复效果的重要指标.本文对整个"京津风沙源治理工程"区的植被地上生物量与净第一性生产力进行调查计算,并将这两项指标在工程第一阶段实施前后的状况进行对比.结果显示:整个京津风沙源区植被地上生物量与净第一性生产力上升;植被地上生物量与净第一性生产力低的土地面积逐渐减少,地上生物量与净第一性生产力高的土地面积逐渐增加;区域内土地具有良好的植被恢复潜力与趋势.表明整个治理工程经过5年的努力,植被恢复取得一定治理效果.研究结果可为"京津风沙源治理工程"第二阶段提供基础数据及有益参考.     

基于Landsat 8 OLI的滇西北高山亚高山针叶林地上生物量遥感估测模型构建及光饱和点确定

为确定高山松林与云冷杉林生物量遥感估测饱和值,以滇西北高山亚高山针叶林为研究对象,森林资源二类调查数据与同期Landsat 8 OLI遥感影像数据为数据源,采用曲线拟合求解地上生物量(aboveground biomass,AGB)估测光饱和值;采用线性逐步回归方法分别拟合无分层、坡向分层、龄组分层以及坡向龄组结合分层的模型,并进行森林AGB反演.结果表明,高山松林、云冷杉林地上生物量遥感估测光饱和值分别为149.09 t/hm~2和162.3 t/hm~2;分层模型相较于无分层模型具有较高的估测精度,尤其是对低AGB值(0～30 t/hm~2)和高AGB值(150 t/hm~2)具有更好的估计.考虑坡向、龄组分层及坡向龄组结合分层可在一定程度上降低高山松林与云冷杉林AGB遥感估测中低值高估和高值低估问题的影响,为森林生物量遥感估测提供参考.     

海南岛东北部木麻黄立木生物量建模

【目的】木麻黄是海南岛沿海主要的造林防护树种,量化估测木麻黄林生物量有利于明确木麻黄的碳汇贡献能力。【方法】以海南岛东林场木麻黄林为研究对象,选取了44株标准木,并获得其生物量实测数据。基于筛选的41株木麻黄样木生物量数据,分别选出地上和地下生物量最优独立模型,依据非线性度量误差模型的理论和求解方法,以及地上、地下生物量与材积变量之间的转换关系,建立了木麻黄地上生物量和地下生物量相容性模型,并采用加权回归消除各模型的异方差。【结果】地上、地下生物量最优独立模型为以胸径D为自变量的一元方程,立木材积的最优独立模型为以胸径D和树高H为自变量的二元独立模型; 非线性度量误差联立方程组能够很好地解决生物量相容性的问题,地上、地下生物量和立木材积的决定系数R²均大于0.95,并很好地改进了单株预测精度(平均百分标准误差E_MPSE均小于10%)和控制了平均预估误差; 同时,得出生物量转换因子(E_BCEF)和根茎比(R)的二元方程。【结论】此次建立的木麻黄生物量非线性联立方程组可用于大范围尺度估算木麻黄防护林的生物量及其碳储能力。     

草地地上生物量高光谱遥感估算研究

以锡林郭勒草原为试验区,采集草地冠层高光谱反射率数据和对应样方的地上生物量数据,综合分析了高光谱主要变换形式(高光谱特征变量、小波能量系数和植被指数)与草地地上生物量间的相关关系.研究结果表明:在选取的13个高光谱特征变量中,草地地上生物量与红谷的吸收深度Rd、红边区一阶微分总和与蓝边区一阶微分总的比值SDr/SDb的相关系数最高(0.86);在11个小波能量系数中,第四小波能量系数与草地地上生物量的相关性最强,相关系数为0.85;在选用的8种常用植被指数中,ARVI与生物量之间的相关性最强(R=0.874),而DVI的相关性最差(R=0.578).在对不同近红外、红光和蓝光波段进行组合而获得的植被指数中,ARVI(R945,R620,R430)模型对草地地上生物量的预测具有最好的准确性,训练样本和验证样本的拟合方程R值分别为0.882和0.865.     

利用3S技术估测森林生物量——以河南省商城县黄柏山林场为例

利用3S技术估测森林生物量是林业信息化的重要组成部分．以河南省商城县黄柏山林场为例,利用SPOT影像对其地上生物量进行了估测,结果表明：森林生物量和SPOT的第3近红外波段关系显著,其次是第1绿光波段、第4短波红外和第2红光波段．另外,不同树种的估测精度是不同的,总的来说,树种的叶密度越大,精度越高．