利用人工智能神经网络和DEM数据进行植被变化探测

适时精确的探测土地利用和覆盖变化是研究其起因、过程和效应的基础.本研究利用人工智能神经网络对两景不同时期的影像(2003和2004年)进行一次性变化探测.并且输入层中增加了DEM和坡度两个额外"波段".在选取训练样区的过程中,共选取了82个亚类型,其中36个为植被变化亚类型,46个为无变化植被亚类型.NDVI差值法被用于探测变化和无变化的区域,该方法为获取精确的和足够的植被变化类型训练样区提供有效的参考.研究结果显示利用人工智能神经网络探测变化技术所产生的植被变化图,其精度明显高于分类后比较法所产生的植被变化图精度.此外将DEM和坡度作为额外波段结合两景影像得的8个主成分作为输入层,能够有效的提高人工智能神经网络进行山区植被变化探测精度.同时在选取训练样区的过程中,将各不同的变化和无变化的植被类型根据其不同的光谱特征分成不同的亚类型进行取样,对提高人工智能神经网络进行山区植被变化探测精度有着非常重要的促进作用,此处理可以降低山区影像的地形效应.     

台湾中部和北部山地植被垂直带表土花粉和植被重建

调查分析了台湾中部沙里仙山和北部乐培山各类山地植被下的表土花粉，并采用生物群区化方法进行植被转化。各个表土花粉样点上的植被类型根据各类花粉出现的相对数量、植物功能型的分配和植被组合三者关系进行矩阵运算和模糊归类选择。结果表明，表土花粉模拟的植被能够较好地反映海拔500m以上山地热带、亚热带的栲-青冈林、山地暖温带栎林、松-栎林、山地温带和寒温带铁杉-云杉林及云杉-冷杉林等植被，其地理位置与实际植被的海拔高度分布基本一致。该研究能够为我国大范围表土花粉调查和垂直植被型变化提供花粉资料，为低纬植物功能型和植被型组合提供一个设计方案，并进一步为利用土层花粉重建第四纪植被的现代类比应用。     

中国北方和蒙古南部植被退化对区域气候的影响

奇异值分解(SVD)分析归一化植被指数(NDVI)和降水给出的新证据, 揭示出中国北方过渡带及附近地区可能是植被覆盖变化对中国夏季降水影响的最敏感地区. 利用再分析资料和测站资料对土地利用变化影响温度的统计分析还表明, 年代际尺度上, 土地利用变化对中国温度的影响最明显地表现在使北方温度的升高. 基于观测上的一些新事实, 利用一个高分辨率的区域环境系统集成模式(RIEMS)通过多年积分, 研究了中国北方过渡带及附近地区(中国北方和蒙古南部)植被退化对区域气候的影响. 模拟结果表明, 植被退化可以造成中国北方和南方的降水减少和江淮流域的降水增加, 及植被变化区的温度的升高和华中地区温度的降低. 此外, 植被退化对大气环流也产生了重要影响. 模拟的表面气候和大气环流的变化与最近50年来观测的年代际气候异常都比较一致. 统计和模拟结果表明, 中国北方过渡带及其附近地区的植被退化, 可能是造成中国气候异常尤其是北方干旱化的重要原因之一.     

我国大陆植被变化的气象卫星遥感

地球表面的植被状况对地气系统内的辐射能量交换(主要改变地表反照率)、热量交换和水汽交换过程有重要的影响,因此,植被在气候系统中的作用日益受到重视。 卫星遥感技术提供了监测区域和全球植被变化的有效工具。对非洲叫、北美、南美和澳大利亚等地区,特别是对非洲地区植被的气象卫星遥感研究已取得了重要进展。在我国,气     

全球变化与气候-植被分类研究和展望

对全球变化与陆地生态系统关系研究的核心问题－－气候－植被关系的研究进展进行综述和讨论,指出气候－植被分类研究３个阶段的特点：（１）以现实自然植被类型与气候相关性为特征的气候－植被分类研究;（２）以对植物生理活动具有明显限制作用的气候因子为指标气候－植被分类研究;（３）综合反映植被的结构和功能变化的气候－植被分类研究。在此基础上,提出了全球变化背景下中国气候－植被分类研究的方向,并强调了气候－植被分     

洞穴滴水溶解有机碳三维荧光光谱特征及其对环境的响应: 以贵州4个洞穴系统为例

荧光光谱是洞穴次生沉积物古环境、古气候重建的重要指标之一, 充分理解产生洞穴次生沉积物的滴水的荧光变化对现代环境、气候的响应关系, 是较好利用该指标的关键. 利用三维荧光光谱分析4个岩溶洞穴系统溶解有机碳(DOC)荧光特征, 结果表明洞穴系统中土壤水及洞穴滴水中的DOC荧光类型主要以类富里酸荧光和类蛋白荧光为主; 类富里酸荧光强度与DOC浓度有很好的线性关系, 指示了洞穴滴水DOC来自洞穴上覆土壤层. 洞穴滴水类富里酸荧光在林地覆盖下的凉风洞激发发射波长变化较小, 激发波长相对于其他3个洞穴滴水的稍长, 而荧光强度变化较大; 灌草丛覆盖的将军洞激发发射波长及荧光强度变化最大, 激发波长较短, 揭示洞穴系统上覆植被的变化明显地影响到滴水的荧光光谱特征.     

一个土壤-植被-大气双向耦合模式的发展及应用

发展了一个土壤-植被-大气双向耦合模式,并将其应用于东亚气候-植被敏感区的变化研究.这一模式克服了传统模式由于单向耦合带来的模式不确定性和系统误差,能够更好地刻画气候与生态系统的双向反馈过程及其变化.本模式对东亚气候-植被在两倍CO2条件下的变化研究表明,华北和西北地区内陆的气候将变得温暖干燥,江淮和长江中、下游以南地区将更为温暖湿润.植被对气候变化的响应在北方地区最为剧烈,其对气候的反馈也最为明显,表明该地区是气候-植被变化的敏感区域.温室效应造成的气候变化使华北地区自然植被生态系统退化,其对气候的同步反馈进一步加剧了温室气体的增暖效应.自北向南植被-气候变化的敏感性逐渐降低,反映在植被和气候的相互反馈和影响随纬度降低而逐渐减弱.     

植被下垫面近地层大气动力状态与动力学粗糙度长度的相互作用及其参数化关系

通常人们将表面动力学粗糙度长度看作常数,但在植被下垫面由于表面粗糙元与近地层大气动力状态的耦合作用,动力学粗糙度长度具有显著的动态变化性.本文利用中国北方协同观测试验中森林、农田和草地等不同植被类型下垫面的观测资料,分析了动力学粗糙度长度随风速和摩擦速度的分布特征,给出了不同植被类型下垫面动力学粗糙度长度与风速u和动力学综合变量u2/u*的拟合关系式.研究发现:植被下垫面动力学粗糙度长度的动态变化与近地面层大气动力状态之间存在复杂的相互作用过程,动力学粗糙度长度与u和u2/u*的拟合关系不仅与植株高度等植被的粗糙特征有关,而且还受植株柔软性等动力响应特性影响.由于近地层大气动力状态能同时改变植被粗糙特征和气流运动特征,所以动力学粗糙度长度虽然随风速的增加而减小,但随摩擦速度的变化则比较复杂,明显依赖植被类型.在植株较高的森林和玉米农田下垫面动力学粗糙度长度与风速的相关性比较好,但在植株比较低矮的自然草地下垫面则相关性较差.不过,研究的3种植被类型下垫面动力学粗糙度长度与u2/u*的相关性均比较好,而且试验拟合系数基本反映了不同类型植被的植株高度和柔软性.     

基于纤维素吸收指数(CAI)的内蒙古荒漠草原非绿色生物量估算

植被非绿色生物量的准确估算对于陆地生态系统碳库存量的研究具有重要意义.利用2009~2010年生长季内蒙古荒漠草原地面高光谱观测及相应的非绿色生物量资料,分析研究了基于地面高光谱(ASD)、星载高光谱(Hyperion)、星载多光谱(MODIS)3种数据的纤维素吸收指数(cellulose absorption index,CAI)估算非绿色生物量的能力.结果表明,基于ASD和Hyperion数据的CAI可以较好地估算荒漠草原非绿色生物量,相对误差分别为26.4%与26.6%;归一化植被指数(MODIS2 MODIS5)/(MODIS2+MODIS5)与(MODIS6 MODIS7)/(MODIS6+MODIS7)和基于ASD数据的CAI之间的复相关系数高达0.884;该MODIS指数组合估算非绿色生物量的相对误差为28.9%,估算精度远高于基于TM数据的NDI(normalized difference index),SACRI(soil adjusted corn residue index)和MSACRI(modified soil adjusted crop residue)3个多光谱指数,其相对误差超过了42%.研究结果对于在区域尺度上利用遥感数据估算非绿色植被生物量提供了很好的思路.     

近550年来青藏高原中部植被演化与气候变化研究

利用普若岗日冰芯中的花粉和氧同位素记录, 高分辨率恢复了青藏高原中部过去500多年来的植被演变和气候变化历史. 通过分析冰芯中花粉记录与现代气象观测数据的相关关系, 指出草原和草甸成分的植物花粉的百分比之和可作为夏季温度变化的良好代用指标, 而花粉中莎草科/(禾本科+蒿属)[Cy/(G+A)]和草甸植物花粉/草原植物花粉(M/S)比值可作为湿度变化的代用指标. 在此基础上结合冰芯δ¹⁸O值及冰川积累量, 探讨了过去500多年来研究区植被对气候变化的响应过程. 指出1450~1640 AD主要发育荒漠植被, 气候表现为寒冷特征. 1640~1915 AD总体上以暖干气候为主, 荒漠面积减小, 草原植被范围扩张. 1915~1980 AD气候稍变冷变湿, 草原植被范围缩小, 而荒漠植被扩大. 1980~2002 AD气候暖干, 荒漠植被范围急剧减小, 主要发育草甸草原植被. 提供了藏北地区第一个长达500多年的高分辨率的冰芯花粉记录.     

青藏高原高寒灌丛草甸花粉组合的植被指示性

基于青藏高原泽库盆地31个样点表层苔藓样品孢粉组合分析和植被调查数据,揭示了高寒灌丛草甸花粉组合特征及其花粉来源范围,阐明了主要花粉类型对植被组成的指示意义.结果显示:研究区花粉组合以莎草科、紫菀属、毛茛科、蔷薇科和禾本科等为主,其主要由样点周围40 km范围内植被产生(花粉贡献率83%);花粉组合中出现的桦属、松属和云杉属等乔木类型花粉由风力远距离搬运而来. 0～100 m范围,研究区各样点间植被组成差异显著,与花粉组合的对应关系差; 0～3 km范围,各样点间植被组成差异性减小、整体趋于均质化,与花粉组合的对应关系逐渐提升;据此认为,考虑花粉组合贡献率和区域植被组成影响后的花粉-植被数量关系更能真实反映研究区花粉组合与区域植被组成的对应关系.此外,青藏高原灌丛草甸区湖泊表层花粉组合可能受区域外花粉或隐域性植被的影响较大,花粉组合中出现的大量蒿属和藜科花粉并不真实地代表区域植被组成,依据该区域湖泊沉积花粉组合变化推测区域植被演替及气候变化时应予以排除.     

恢复自然植被对东亚夏季气候和环境影响的一个虚拟试验

利用一个区域环境系统集成模式（RIEMS）来模拟恢复东亚地区自然植被后对区域气候和环境可能影响的程度,结果表明,大范围恢复自然植被对东亚夏季气候的影响是明显的,它不仅可以改变近地面气候状况,而且可以影响季风环流强度的变化,虽然这是一种虚拟的极端理想的状况,但这个试验表明,根据当地的气候,水文和土壤等自然条件来实行退耕还林（草）,恢复自然植被有可能产生显著的气候和环境效应。     

我国沙区人工植被系统生态-水文过程和互馈机理研究评述

土壤水分是沙区主要的生态限制因子,沙区植被组成、格局和过程取决于水文过程,植被的演替又改变着水文过程.本文评述了干旱沙区人工固沙植被生态-水文过程研究所取得的进展,并以腾格里沙漠东南缘沙坡头地区人工固沙植被的演变为例,分析了50余年来我国在该领域的主要研究成果,进而结合沙区植被建设存在的主要科学问题,提出了未来研究的重点.     

我国沙区人工植被系统生态-水文过程和互馈机理研究评述

土壤水分是沙区主要的生态限制因子, 沙区植被组成、格局和过程取决于水文过程, 植被的演替又改变着水文过程. 本文评述了干旱沙区人工固沙植被生态-水文过程研究所取得的进展, 并以腾格里沙漠东南缘沙坡头地区人工固沙植被的演变为例, 分析了50余年来我国在该领域的主要研究成果, 进而结合沙区植被建设存在的主要科学问题, 提出了未来研究的重点.     

青藏高原生态系统对气候变化的响应及其反馈

近几十年来,青藏高原正经历快速的气候变化,高原生态系统因此发生了深刻变化,并对周边地区产生了深远影响.本文围绕青藏高原生态系统结构和功能对气候变化的响应与反馈这一主线,系统总结了气候变化对物候、高山树线、生物多样性、植被生产力和生态系统碳汇功能的影响,阐述了青藏高原植被变化对区域气候的反馈及对亚洲季风的远程影响的研究进展.主要结论如下:气候变暖导致植被返青期总体提前,高原树线位置上升,高寒草原植物物种丰富度和多样性下降;气候变暖总体促进了高原植被生产力、增强了生态系统碳汇功能,但受限于土壤极大的空间异质性和对深层土壤碳动态理解的匮乏,目前对高原土壤碳库及土壤碳汇功能大小的估算仍具有较大不确定性.同时,青藏高原植被变化对近地表气温产生"负反馈"作用;植被活动增强还对东亚季风产生远程影响,导致我国东部夏季降水变化呈现"华南增加-长江黄河中间区域减少"的空间分异格局.未来的研究需要在完善观测体系基础上,加强对高寒生态系统对气候变暖的适应机理及生物地球物理反馈等过程的认知,为优化生态系统管理和保障青藏高原的生态安全提供理论基础.     

中国植被覆盖对夏季气候影响的新证据

利用1981~1994年NOAA/AVHRR的归一化植被指数(NDVI)资料和中国160个标准气象台站的气温、降水资料, 对我国不同区域植被对气候的影响做了滞后相关分析. 结果表明, 在多数地区前期NDVI与后期降水存在正的相关, 同时这种滞后相关存在明显的区域差异. 上年冬季NDVI与夏季降水以华中和青藏高原地区的相关最明显, 而春季NDVI与夏季降水则以东部干旱-半干旱区和青藏高原的相关更明显. 在这3个地区植被的变化对气候有更敏感的作用, NDVI与降水的滞后相关也表明植被覆盖在年际尺度上对后期降水有一定的影响. 前期NDVI与温度的相关比较复杂, 同时温度较之降水对植被的滞后响应更弱一些, 可能与温室气体造成的全球变暖部分地掩盖了这种相关有关.     

黄土高原地质、历史时期古植被研究状况

分析了目前对黄土高原古植被状况认识差异的可能因素, 对全新世不同地貌单元古植被记录做了初步分析, 认为黄土高原的古植被并没有严格按照植被地带性分布规律分布, 基岩山地、沟谷和塬面的植被类型有明显的差别, 全新世以来有厚层黄土分布的塬面上从来没有稳定的大面积的森林生长; 但在黄土高原南部沟谷和基岩山地全新世气候温暖期森林(疏林)可以得到较好的发育. 在黄土高原外围一些局地的植被群落, 更多的受到地形及地下水的控制.     

中国西部地区地表植被覆盖和积雪覆盖变化对沙尘天气的影响

自然正交(EOF)分解生成的80 km×80 km归一化植被指数(NDVI)显示, 自1982~1994年间中国西部区域地表植被覆盖率呈增加趋势, 1995年前后, 地表覆盖状况有下降趋势, 地表覆盖变化存在很大的空间差异. 其中第一、二特征向量时间系数可以很好地反映中国西部区域局地植被覆盖率的年变化. 通过NDVI与西部区域沙尘暴、扬沙、浮尘年发生频次相关分析得出, 地表植被的年变化是影响沙尘等灾害性天气发生的最主要地表特征因素. 同时, 相关分析显示, 在西部部分地区, 降雪量也是影响沙尘天气的重要地表特征因子. 采用遥感数据、气象观测数据, 通过数理分析方法, 直接证明了中国西部地区地表植被、积雪覆盖变化对沙尘天气发生频次的影响.     

中国地区陆地植被甲烷排放及其对对流层低层甲烷浓度的影响

甲烷(CH₄)既是重要的温室气体也是重要的化学活性气体. 有氧环境中陆地植被CH₄排放是CH₄源排放研究中的新发现, 对其进行研究有助于完善中国大气CH₄排放清单. 基于Keppler等的研究, 建立了适用于中国地区的陆地植被CH₄排放模式, 并且利用NOAA气象卫星AVHRR归一化差异植被指数(NDVI)计算得到的中国植被净第一性生产力(NPP), 对中国地区植被CH₄排放总量和空间分布进行了定量估计. 结果显示中国地区植被CH₄排放总量为11.83 Tg/a, 约占全部CH₄排放的24%; 其中森林是最主要的植被源, 约占总排放的43%. 进一步利用三维大气化学模式系统(MM5-CALGRID)探讨对中国地区对流层低层CH₄浓度的影响. 结果显示考虑陆地植被排放后, CH₄平均地面浓度增加了29.9%, 在云南南部变化高达69.68 μg/m³. 因此, 开展陆地植被CH₄排放研究对于正确估计中国CH₄排放对全球的贡献, 以及科学评估CH₄对全球及区域大气环境和气候变化的影响具有重要意义.     

森林间隙率的混合模型研究

植被冠层间隙率的研究至今已有30多年的历史,间隙率模型研究一直沿着辐射传输方向和几何光学方向发展,取得了重要结果.本研究的目的在于结合辐射传输和几何光学方法发展一个统一的间隙率模型.1 植被冠层的物理与几何间隙率在前人的研究中,对植被冠层间隙率的概念未作任何区分,实际上,从不同角度出发,间隙率有着不同的含义,有进一步进行区分的必要.植冠间隙率的传统概念是个统计上的定