数字表面模型（DSM）参数指示林窗特征的有效性研究

林窗的空间格局不仅对林下物种多样性有重要作用,而且也是量化不同林型结构特征的重要指标。近年来,灵活便捷的小型无人机航拍技术的快速发展为获取高分辨率的森林冠层三维结构信息提供了可低成本获取的途径。利用航拍影像提取林窗斑块来计算景观指数是描述林窗格局有效的传统方法,但提取细小林窗往往难度大,尤其是在需要处理大量航拍数据时会大大增加时间成本。基于无人机航拍的RGB影像,在三维建模获取的高精度数字表面模型（DSM）的基础上建立森林高差模型（DSMr）,进而提出基于高差模型的信息熵（H）、标准差（STD）、偏度系数（SK）、峰度系数（EK）、纹理参数（GLCM,GLDV）来快速反映林窗空间分布格局的方法,并以黄土高原中部恢复较好的天然林和北部人工刺槐林窗数据检验其有效性。研究结果显示：SK、EK、GLCM、GLDV与林窗格局指数有一定的相关性,两类样方DSMr的SK和EK均与边界密度（ED）显著负相关,SK与斑块密度指数（PD）呈现出显著负相关关系,纹理参数均与景观形状指数（LSI）显著正相关。因此,DSMr参数能有效指示林窗的结构和分布格局,为林窗的生态过程与效应研究提供了更加快捷的变量。     

渭河中下游及主要支流氮素沿程变化与来源

渭河作为黄河的第一大支流正面临日益严重的人类活动的影响。本研究以渭河中下游为研究区,探讨干流和主要支流水化学特征及硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N)污染状况、沿程变化和可能影响因子。研究结果表明:渭河中下游及其支流水质以铵态氮超标为主。人类活动的影响已经广泛波及流域内干流和支流,部分采样点结果已经接近饮用水标准临界值。对NH4+-N而言,中游和支流流域应以防止点源污染为主,而下游则需全面加强环境保护工作,特别是污水排放的管理。对NO3--N而言,宝鸡和渭南的下游方向将是重点防范区,而支流的水肥合理利用应全面推广。     

禹城市主要水体硝态氮监测及变化分析

地表水硝态氮(NO3--N)污染与人类健康以及水体生态环境密切相关。以潘庄灌区的禹城市主要水体为例,采集研究区内10个点进行长期监测,主要监测项目包括pH值及NO3--N等水质指标。结果表明,2004年-2009年,禹城市不同水体pH值变化在6.8～8.8之间,符合地下水环境质量标准(GB3838-2002)基本限值。地下水pH值有下降趋势。不同水体pH值最低值多在7月,高值多在10月或1月。2004年-2009年禹城市主要水体硝态氮变化总体呈逐年下降趋势,地下水中硝态氮各年份间变化不大。各采样点灌溉用地表水和地下水中硝态氮含量大多在7月及10月增高,主要原因是小麦或玉米播种前施基肥后随灌溉淋溶进入水体,而受降雨量的影响不大。本研究为该区域水质安全评价提供科学依据。     

基于VIIRS夜间灯光数据的山东半岛城市群发展特征研究

NPP-VIIRS夜间灯光数据是在中大尺度上开展城市发展变化研究的稳定数据源。基于2012~2018年NPP-VIIRS夜间灯光数据,以山东半岛城市群为研究对象,采用参考比较法提取城市建成区图斑,选取9个景观格局指数对山东半岛城市群的城市化发展特征进行定量分析。结果表明：①整体上,域内斑块总面积以4.5%的速度增长,边缘总长度和边缘密度年均增长3.15%,斑块数量和密度增长较快（分别为1.95%和1.98%）,表明山东半岛城市群整体城市面积增长迅速,城市范围持续扩张;②从不同指标变化趋势来看,各城市斑块总面积增长最快的是青岛市和东营市（分别为9.66%和6.01%）;青岛市的斑块数量和密度增速最快（分别为9.54%和8.55%）,日照市的斑块数量和密度均以3.65%的速率显著降低;景观形状指数整体增速缓慢;平均回旋半径在日照市具有较高的年均增长速度（5.99%）;③从各城市发展特征的差异性来看,青岛市的平均斑块面积和回旋半径分别以0.56%和1.53%的速度降低,其他各指标均显著增加,表明青岛市出现了较多的新兴城镇,城区面积不断扩大;济南、日照和东营市的城区面积增长较快,斑块数量、景观形状指数等指标增长缓慢,城市发展以旧城区的扩张为主;潍坊、淄博和烟台市在2015年和2016年前后经历了新兴城镇出现,城镇融合的阶段,城市发展较快。总体而言,山东半岛城市群城市化发展较快,但空间差异性明显。     

利用夜间灯光分析胡焕庸线两侧社会经济发展不均衡状况

利用遥感技术评估我国东西部社会经济发展情况及差异,对我国制定发展战略和具体实施具有重大意义。研究利用夜间灯光遥感数据表征社会经济发展状况,在县一级分析了胡焕庸线两侧的发展速率、重心转移情况;结合遥感植被指数引入“灯光/植被”比值指数,分析经济发展和绿色空间的动态权衡;将海岸带不同距离缓冲区灯光与西部灯光比重进行对比;利用基尼系数测度东西部发展的不均衡状况。结果表明：全国、东西部社会经济快速发展,灯光重心基本稳定,分别在开封市、淮北市、阿拉善南部地区小范围漂移; 我国海岸带聚集了高强度的社会经济活动,30 km缓冲区内灯光总量基本已经与西部灯光总量相当;东西部基尼系数逐年降低;比值指数的空间自相关分析探测到沿海灯光趋于饱和,相邻的内陆县域为潜在的高强度开发空间。研究结果说明了我国东西部内部经济发展差异仍然显著,但是均衡性趋好,东部发展应进入更加注重绿化维持的阶段,内陆地区也将逐渐进入快速发展阶段。研究结论对我国乡村振兴重点地区的精准识别、生态治理修复规划等都具有借鉴意义。     

基于SOA架构的碳通量数据在线处理系统开发与应用

涡度相关技术是目前CO₂通量观测使用较为广泛的方法,由于环境和气象条件等问题观测数据经常有异常或缺失,因此观测数据在使用之前需要进行一系列的校正等处理工作。中国陆地生态系统通量观测研究网络 (ChinaFLUX) 结合国内外相关研究,制定了一套30 min CO₂通量数据处理流程,主要步骤包括数据质量控制、缺失数据插补及分解和统计;并开发了ChinaFLUX桌面版通量数据处理系统,解决了传统通量观测数据处理工作中存在的处理过程繁琐、方法不统一、处理不及时等问题。但该系统自身也有一些局限性,例如用户需在本地安装客户端程序,若系统更新则需相应升级,且系统运行效率依赖于用户的软硬件平台等。为了尝试解决这些问题,本文基于面向服务的体系架构(SOA,Service-Oriented Architecture)和Web Service技术,设计并开发了便于共享、即时可用的通量数据在线处理系统,实现了不依赖于操作系统和软件平台的方便、快捷的在线通量处理,用户只需一个Web浏览器即可随时随地在线处理通量数据。本研究成功地将SOA架构应用到了ChinaFLUX通量数据处理业务上,解决了桌面版通量数据处理系统存在的问题。     

基于多源数据的禹城农田生态系统冬小麦生育期识别方法比较研究

多源数据与其技术方法逐渐被应用于植被物候的研究当中,但基于多源数据物候识别方法间的差异性比较及定量化评估工作还有待加强。以山东禹城农田生态系统为例,探讨了基于多源数据,NDVI、EVI、数字相机图片、碳通量数据(NEE)以及人工实测数据获取的冬小麦主要生育日期的结果进行差异比较及定量化评估。结果表明:①通过碳通量数据获取的主要生育日期的计算结果与人工实测结果最接近,各阶段差异均<3 d;通过数字相机图片获取的结果仅次于通过碳通量数据获取的结果,而通过遥感数据NDVI、EVI获取的结果与人工实测结果差距最大;②通过NDVI、EVI两种数据获取的冬小麦主要生育期结果具有极显著的相关性,最高达到R²=0.857(P<0.001);③基于多源数据获取的冬小麦主要生育期的计算结果,均显示出禹城站冬小麦返青期提前,蜡熟期推迟,生长季长度变长的年际变化特征。     

陆地生态系统水体中硝酸盐行为过程模拟原理、进展及存在问题

该文以SWAT、AnnAGNPS、HSPF、RZWQM、BASINS和GLEAMS六种主流模型为例,系统阐述了陆地生态系统模型中硝酸盐行为过程的模拟与应用发展情况,分析了目前主流模型中硝酸盐模拟的原理,探讨了存在的问题,指出了有微生物参与的氮素转化过程的计算方法、氮素与作物耦合过程机理及定量方法方面需要深入的实验研究,以探索其机理,提高模型模拟预测性能。同时指出目前绝大多数的一维田间尺度模型应借鉴区域生物地球化学循环模拟方法或与分布式水文模型耦合进行尺度扩展;流域尺度模型,应进一步加强多个环境耦合过程的模拟研究;详细指出了SWAT、AnnAGNPS流域模型存在的问题及发展方向。     

基于MODIS NDVI和多方法的青藏高原植被物候时空特征分析

基于遥感的植被物候分析具有连续观测、覆盖面广的优点,已经成为全球气候变化背景下植被生理物理变化研究的重要手段。基于青藏高原96个气象站点和对应的MODIS NDVI时序数据,探索分析了2000~2014年间站点、典型植被覆盖和高原整体区域上的植被物候变化趋势及地理环境影响。首先采用三次样条(Spline)函数法、双逻辑斯蒂(D-L)函数法和奇异谱分析法(SSA)进行NDVI时序数据重构,其次利用导数法(Derivative method,Der)及阈值法(Threshold method,Trs)提取植被物候关键参数(生长季长度LOS、生长季开始点SOS、生长季结束点EOS),进而对比分析6种方法提取结果的差异和适用条件;再利用M-K test趋势分析法计算了各站点和区域的物候发展趋势,并探索其与海拔、降水、温度间的相关性;最后将本文遥感LOS与气温阈值法得到的生长期长度指标(GSL)进行了对比验证。结果表明:(1)阈值法有较强的稳定性及适应性,导数法结果差异较大,整体来看阈值法优于导数法。草原及森林覆被类型中3种物候参数使用SSA、Spline、D-L与阈值法的组合提取结果较优;(2)多种方法提取的多种物候参数趋势空间差异性较大,小尺度上趋势比较一致。青藏高原东南部湿润半湿润的灌木草原区及西北荒漠草原区,呈现SOS和EOS推迟、但LOS仍然延长的趋势;青藏高原西南部湿润区呈现SOS延后、EOS提前、LOS缩短的趋势;青藏高原分布广泛的草原区,各物候参数并未呈现显著变化的趋势特征;(3)温度与物候参数发展趋势呈相关关系,温度升高的情况下呈现SOS提前、EOS延后的现象。由于高原地貌、气候的复杂性,多数站点的物候发展趋势与海拔、降水的相关性并不显著,GSL与LOS的相关性也呈现相似的特征。本文证实在植被物候参数遥感提取中,多种方法差异较大,很少有在全部区域均适用的方法;站点尺度上青藏高原在近15年来植被物候并未呈现明显春季提前或秋季延后趋势。     

黄河下游引黄灌区主要河系硝态氮及铵态氮安全评价

以德州引黄灌区为例,探讨灌区主要水系部分水化学特征及硝态氮(NO-3-N)与铵态氮(NH+4-N)污染状况。结果表明,pH、电导率(EC)、NO-3-N及NH+4-N含量存在明显的空间差异。NO-3-N受人类活动影响,灌区北部卫运河-漳卫新河以及德惠新河污染严重,呈带状分布;而马颊河及徒骇河受引黄水补给的影响范围较广,污染程度相对较低。NH+4-N污染除卫运河外,主要呈点源分布,各水系均有超标河段,而影响NH+4-N的可能因素更多,有待进一步深入研究。本研究为评价该区引黄灌渠对NO-3-N和NH+4-N的影响提供科学依据。