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野外地物光谱仪和水体光谱仪测量水体光谱差异研究

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光谱学与光谱分析 2025年第3期45卷 753-760页

作者：曹晓艺崔建勇董文许明明万剑华中国石油大学(华东)海洋与空间信息学院山东青岛266580 中国科学院空天信息创新研究院北京100094

现场实测水体光谱数据是遥感反演的基础,通常采用野外地物光谱仪采集水体光谱数据,但野外地物光谱仪对于水上测量的可用性难以评估。对使用野外地物光谱仪和水体光谱仪水上实验测量的数据,从抗噪能力、测量结果、影响两类仪器的外界环... 详细信息

现场实测水体光谱数据是遥感反演的基础,通常采用野外地物光谱仪采集水体光谱数据,但野外地物光谱仪对于水上测量的可用性难以评估。对使用野外地物光谱仪和水体光谱仪水上实验测量的数据,从抗噪能力、测量结果、影响两类仪器的外界环境、水质参数反演几个方面进行差异分析。在对比两类光谱仪用于水体光谱测量的差异前,对两种仪器抗噪声能力的对比发现,水体光谱仪的抗噪声能力较强,因此将水体光谱仪的数据作为参照标准进行分析。首先在太阳辐照度差异上,两类仪器测得太阳辐照度的关联系数在0.5~0.75范围内变化,两种仪器太阳辐照度存在关联;其次,在361、411、461、511和561 nm五个波长对比天空光辐亮度变化发现水体光谱仪获得的太阳辐亮度变化范围小,数据获取比野外地物光谱仪稳定,对比不同时间海面总辐亮度变化,发现水体光谱仪在不同时间所得到的辐亮度存在差异,两者变化曲线不同,野外地物光谱仪在太阳光照弱时信噪比降低,导致各波段观测值波动剧烈,计算所得反射率差值,上午10点前和下午4点后这种现象明显。最后,对比发现不同风速条件下外界环境对两种仪器处理过程中气-水界面反射率会有影响,需要按照风速对气-水界面反射率的值进行数据修正,这样得到的遥感反射率才更加准确。光谱仪获取水体反射光谱曲线后,通常用于水质参数定量反演,为了对比分析两种光谱仪观测结果对水质参数反演精度的影响,使用两个仪器观测的水体反射光谱曲线,对悬浮物浓度进行反演,分别与对应位置采集水样的实验检测结果对比,发现两个结果差异较大,水体光谱仪精度比野外地物光谱高。此外两种仪器不能混合使用,这样会使结果误差更大。通过对两种光谱仪获取数据的处理和分析以及水质参数的反演,对野外地物光谱仪进行水体测量提出建议,以便得到更加准确可靠的水体光谱曲线。

关键词：光谱仪水体光谱测量遥感反射率差异分析

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人工智能海洋学研究的计量分析

海洋与湖沼 2025年第1期 112-125页

作者：张灿影张斌冯志纲李晓峰中国科学院海洋研究所文献信息中心中国科学院海洋研究所海洋大数据中心中国科学院海洋环流与波动重点实验室海洋动力环境观测与预报重点实验室

海洋科学研究对于理解和保护我们的海洋环境、维持生物多样性、支持经济发展，并应对全球气候变化具有至关重要的作用。近年来，随着海洋监测范围的不断扩大，海洋数据的收集速度和量级呈指数级增长，这远远超出了传统科研方法的处理和... 详细信息

海洋科学研究对于理解和保护我们的海洋环境、维持生物多样性、支持经济发展，并应对全球气候变化具有至关重要的作用。近年来，随着海洋监测范围的不断扩大，海洋数据的收集速度和量级呈指数级增长，这远远超出了传统科研方法的处理和分析能力，给海洋动态变化的分析带来了挑战。同时，海洋数据的快速增长为人工智能(artificial intelligence,AI)提供了丰富的训练材料，为AI的应用提供了广阔的舞台，AI的引入可以有效地处理和分析这些海量数据，通过自动化的方式提高数据处理的效率和准确性，为海洋科学研究提供了全新的视角和方法。基于Web of Science数据库，采用文献计量方法与工具,分析了8 021篇(2024年4月20日为止)AI海洋学研究的整体态势,结果表明:(1) 2020年前后全球AI海洋学研究呈现出爆发式增长;(2) 2017年中国发文数量超过美国，成为AI海洋学研究领域发文最多的国家;(3)环境科学、地球科学和遥感是发表论文最多的3个学科领域;(4) AI技术在海洋生态环境监测、生物多样性评估、海洋和大气现象识别与预报等领域应用较多。尽管AI方法在海洋科学研究应用中表现良好，显示出巨大潜力，但仍存在局限性。未来建议制定统一的海洋数据标准和协议，鼓励跨学科的研究合作,以更有效地利用AI技术挖掘海洋数据的潜力，为海洋保护和管理提供更深入的洞察和解决方案。

关键词：人工智能海洋监测分类预报计量分析

基于Sentinel-1卫星遥感的长江中游饮用水源地水库水域范围及面积变化（2018-2021年）：突变检测与原因探讨

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湖泊科学 2025年

作者：廖一彪丁鑫项思语陈健曾繁轩宋春桥南京信息工程大学遥感与测绘工程学院中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与流域水安全全国重点实验室中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室中国科学院大学南京学院河海大学地理与遥感学院南京外国语学校中国科学院大学

武汉至湖口左岸流域，作为长江中游关键三级子流域之一，地跨武汉市、孝感市、黄冈市、随州市等多个地级市，覆盖了庞大的人口群体。确保流域内居民饮用水安全，是关乎民生福祉的重要任务。水域面积动态直接反映水量保障状况，水库水域... 详细信息

武汉至湖口左岸流域，作为长江中游关键三级子流域之一，地跨武汉市、孝感市、黄冈市、随州市等多个地级市，覆盖了庞大的人口群体。确保流域内居民饮用水安全，是关乎民生福祉的重要任务。水域面积动态直接反映水量保障状况，水库水域面积变化精细监测有助于准确掌握和有效分配水资源，也关系库区水生态环境保护和水灾害防患。本研究利用Sentinel-1A/B双星的时序雷达影像数据和Edge Otsu水域信息遥感提取算法，对武汉至湖口左岸流域内饮用水源地水库2018—2021年期间水域面积进行了时序精细提取。精度评价结果显示水库水域面积提取总体精度达0.95以上。在本研究中，我们使用了PELT(Pruned Exact Linear Time)突变检测算法，探测2018至2021年期间该流域内饮用水源地水库水域面积时序突变（短时间内剧烈变化，超出正常季节性波动和随机变化范围）特征。结果表明：水域面积在2018—2019年期间整体呈现萎缩状态，流域内饮用水源地水库水域总体面积萎缩约33%；在2019年10月至2020年6月期间，水域面积保持在较低的稳定水平；自2020年7月开始，水域面积迅速增加，并在接下来的数月内恢复到2018年水域面积高位状态，随后持续出现波动。本研究进一步探讨了水源地水库水域突变背后的驱动因素。利用标准化降水蒸散指数（（SPEI）的对比分析表明，流域在经历了从2018年至2019年的轻微至严重的干旱，以及2020年的湿润事件后，水域面积发生了先急剧萎缩后快速扩张的显著变化。该研究不仅表明了Sentinel-1双星组网观测对水源地水库水域变化的大范围监测能力，尤其是在快速精准捕捉其响应外部环境突变特征的有效性，同时也突出了在气候变化和极端事件影响下加强水源地水库的精细化监测和管理的重要性和紧迫性。研究结果为水资源管理和生态保护提供了科学依据，有助于优化水资源分配和水灾害防范，确保区域饮用水资源安全。

关键词： Sentinel-1 突变检测饮用水源地水域提取驱动力分析

1986-2021年黄河三角洲景观生态风险变化特征分析

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测绘与空间地理信息 2025年第1期48卷 49-52,56页

作者：牛馨卿张新朱长明郭浩然王雷中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室北京100094 中国科学院大学北京100049 江苏师范大学地理测绘与城乡规划学院江苏徐州221116 中国科学院空天信息研究院海南研究院海南三亚572029

基于黄河三角洲1986-2021年15个时期的土地利用数据,利用景观生态风险模型计算和评估了区域的景观生态风险指数,通过Sen+Mann-Kendall趋势分析方法,研究了景观生态风险的时空特征,为当地的生态环境保护、恢复和管理提供科学依据。结果表... 详细信息

基于黄河三角洲1986-2021年15个时期的土地利用数据,利用景观生态风险模型计算和评估了区域的景观生态风险指数,通过Sen+Mann-Kendall趋势分析方法,研究了景观生态风险的时空特征,为当地的生态环境保护、恢复和管理提供科学依据。结果表明,黄河三角洲景观生态风险年平均值呈波动上升趋势。低和较低生态风险区面积比重降低,中生态风险区、较高生态风险区和高生态风险区面积比重上升。生态风险指数稳定不变的区域主要分布在内陆地区,生态风险指数明显增加的区域和轻微增加的区域均集中分布在沿海地区。整体上,黄河三角洲景观的破碎化和脆弱度随时间推移而加剧,未来应科学规划土地利用结构,优化景观格局,加大沿海热点变化区域的保护力度,维护生态系统稳定。

关键词：黄河三角洲景观生态风险趋势分析时空变化

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中国东部沙地温带稀树草原的分布与制图

中国科学:地球科学 2025年第1期55卷 126-140页

作者：李晓雅王锋段涛杨凯捷杨斌王春梅田昕卢琦中国林业科学研究院生态保护与修复研究所北京100091 中国林业科学研究院荒漠化研究所北京100091 三北工程研究院巴彦淖尔015200 生态环境部卫星环境应用中心北京100094 中国科学院微电子研究所北京100029 中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

稀树草原广泛分布于全球各个区域,对调节陆地净初级生产力和陆地碳循环至关重要.由于稀树草原树草混合分布使其具有较高的空间异质性,当前的全球土地覆盖分类图多将其划分为森林或草原.中国温带稀树草原覆盖面积广泛,但缺乏对其空间格... 详细信息

稀树草原广泛分布于全球各个区域,对调节陆地净初级生产力和陆地碳循环至关重要.由于稀树草原树草混合分布使其具有较高的空间异质性,当前的全球土地覆盖分类图多将其划分为森林或草原.中国温带稀树草原覆盖面积广泛,但缺乏对其空间格局和面积的认识.本研究基于中国温带稀树草原植被结构特征,参考联合国粮食及农业组织对稀树草原的定义,发展了一套融合无人机和卫星两种数据源的温带稀树草原的遥感制图新方法.利用覆盖主要稀树草原类型总面积1818ha的无人机高分辨率图像构建训练和验证数据集,集成分类和回归树算法与随机森林算法,估算了稀树草原上木本和草本植物的覆盖度,绘制了最小识别面积为0.5ha的中国东部科尔沁和浑善达克沙地温带稀树草原分布图.结果表明,新方法对稀树草原上木本和草本植物覆盖度估算均方根误差分别为10.69%和11.67%,决定系数分别为0.66和0.63.中国东部沙地温带稀树草原分布图精度评估Kappa系数为0.70,总体精度为0.88,平均精度为0.85,表明分布图具有较高的识别精度.中国东部沙地温带稀树草原集中分布于科尔沁沙地北部、浑善达克沙地中东部和大兴安岭南麓山地向平原过渡的区域,总面积为3.27×10^(6)ha.区域稀树草原类型主要为榆树稀树草原、栎树/槭树稀树草原和灌丛稀树草原.榆树稀树草原广泛分布于浑善达克沙地、科尔沁沙地东部和北部,呈条带状与流动沙丘相间分布;槭树/栎树稀树草原主要分布于科尔沁沙地北部,生长于低山丘陵;面积最大的温带稀树草原类型为灌丛稀树草原,主要分布于浑善达克沙地西部、科尔沁沙地中部和西部.本研究绘制了中国东部科尔沁、浑善达克沙地温带稀树草原空间分布图,提供了两大沙地温带稀树草原地理分布和面积的精确信息.数据成果可支撑中国温带稀树草原生态系统保护和利用、东部沙地荒漠化防治和生态系统恢复等相关科学研究和保护政策制定.研究方法为全球尺度稀树草原精细分类制图及稀树草原动态变化分析提供了新思路.

关键词：温带稀树草原无人机高分卫星木本植物覆盖度草本植物覆盖度机器学习

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LandEM模式的改进及在青藏高原地区初步应用

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气象学报 2025年第1期83卷 61-79页

作者：刘勇洪翁富忠何文英唐飞李锐徐永明韩阳杨俊王艺丹中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境观测重点实验室北京100029 南京气象科技创新研究院中国气象局交通气象重点开放实验室南京210041 中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥244199 南京信息工程大学遥感与测绘工程学院南京210044

基于物理模型的微波发射率(MLSE)模拟一直面临着很大挑战,目前还缺乏利用物理模式模拟较高分辨率的全球或区域尺度MLSE的应用案例。针对先进辐射传输模拟系统(ARMS)中的陆面微波发射率(LandEM)模式,对土壤介电常数和粗糙地表反射率模型... 详细信息

基于物理模型的微波发射率(MLSE)模拟一直面临着很大挑战,目前还缺乏利用物理模式模拟较高分辨率的全球或区域尺度MLSE的应用案例。针对先进辐射传输模拟系统(ARMS)中的陆面微波发射率(LandEM)模式,对土壤介电常数和粗糙地表反射率模型进行了改进及相应MLSE模拟研究,并结合地面观测MLSE资料进行了模拟评估,同时开展了LandEM模式主要输入参数优化研究;在此基础上,以青藏高原地区为例,选择3种粗糙地表反射率半经验模型和1种发射率经验模型组合成9种MLSE模拟方案,利用3套卫星观测资料反演的MLSE产品,对9种不同模拟方案进行了评估,并选择出最优模拟方案对青藏高原地区MLSE进行了模拟分析。研究结果显示:LandEM模式中引入Mironov常温土壤介电常数模型后模拟的MLSE得到改善,引入Zhang冻土介电常数模型可弥补原有冻土介电常数估算的缺陷,引入Chen-Weng粗糙地表反射率模型后模拟的MLSE也得到有效改善;针对青藏高原地区MLSE模拟,Qp粗糙地表反射率模型更适合裸土粗糙地表,Chen-Weng模型更适合植被粗糙地表;改进后的LandEM模式及优化模拟方案能较好地模拟0.10°×0.10°空间分辨率青藏高原地区水平极化MLSE值及空间分布,也能较好地模拟垂直极化MLSE值,但还不能对垂直极化MLSE空间差异进行有效模拟。

关键词：微波地表发射率 LandEM模式土壤介电常数粗糙地表反射率青藏高原

基于聚类算法与多智能体的细碎化耕地空间优化研究

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农业资源与环境学报 2025年

作者：黄炳元黄秋昊杨力虹陈振杰南京大学地理与海洋科学学院自然资源部海岸带开发与保护重点实验室自然资源部国土卫星遥感应用重点实验室江苏省地理信息技术重点实验室江苏省地理信息资源开发与协同创新中心

通过微观地块调整实现耕地资源的规模利用，可以解决区域耕地细碎化治理难题，保障粮食安全和实现农业可持续发展。本探究运用景观格局指数和综合加权叠加法对常州市新北区耕地细碎化和土地资源宜耕性进行评价，使用聚类算法划分耕地细... 详细信息

通过微观地块调整实现耕地资源的规模利用，可以解决区域耕地细碎化治理难题，保障粮食安全和实现农业可持续发展。本探究运用景观格局指数和综合加权叠加法对常州市新北区耕地细碎化和土地资源宜耕性进行评价，使用聚类算法划分耕地细碎化类型，并构建多智能体耕地空间优化模型。结果表明：使用K-medoids聚类算法将现状耕地划分为连片规整类、形状复杂类和分散破碎类，其中非连片规整类耕地占比为53.68%，耕地细碎化较为严重；研究区土地资源宜耕性总体水平较高，高适宜性和较高适宜性地块占比为58.86%，空间分布呈北高南低、西高东低的特征；多智能体模型能够有效实现细碎化耕地的空间优化，优化后耕地宜耕性提高，空间布局更加连续和聚集且形状更加规整；区内平衡情景可取得更好的优化效果，但会造成更大规模的耕地调整和宜耕性较高的乡镇承担更多的耕地恢复任务。本研究构建的耕地空间优化模型具有良好的优化效果，可为区域耕地细碎化治理提供科学决策依据。

关键词：耕地细碎化聚类算法多智能体耕地空间优化新北区

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森林结构对鸟类物种多样性的影响研究进展

生态学报 2025年第4期45卷 1519-1538页

作者：李雪艳吴建平张超群闫文婷廖紫吟苏泳娴广东省科学院广州地理研究所广东省遥感与地理信息系统应用重点实验室//广东省地理空间信息技术与应用公共实验室广州510070 中山大学大气科学学院珠海519082 中国科学院大学广州地球化学研究所广州510640 中国科学院生态环境研究中心北京100083

森林生态系统作为最重要的鸟类栖息地,其内部结构不仅是决定鸟类多样性组成和分布的关键因素,还在维持和提升森林生态系统功能方面发挥着重要作用。随着近年来全球范围内不同程度的森林退化和恢复、毁林和造林事件的持续发生,森林结构... 详细信息

森林生态系统作为最重要的鸟类栖息地,其内部结构不仅是决定鸟类多样性组成和分布的关键因素,还在维持和提升森林生态系统功能方面发挥着重要作用。随着近年来全球范围内不同程度的森林退化和恢复、毁林和造林事件的持续发生,森林结构发生了显著而复杂的变化。鸟类多样性如何响应森林结构及其变化成为森林生态学和生物多样性保护领域研究的热点问题。梳理了常见森林水平和垂直结构特征,并对其含义和影响进行了总结。进而对不同尺度上森林结构影响鸟类多样性的现象、规律和内在机制进行了归纳。总体而言,森林结构能够通过改变食物资源、栖息地、微气候条件、种间关系等对鸟类多样性产生直接和间接影响,鸟类的生活史和生态特征在对森林结构的响应中起到了决定性作用。在不同的尺度上森林结构的影响机制也有所不同,并存在一定的不确定性。展望了新兴观测手段在推动森林结构与鸟类多样性关系研究方面的作用,并强调了开展多尺度比较研究的重要性。倡导生态学家、保护生物学家和政策制定者之间的跨学科合作以解决复杂的保护挑战,为森林管理和生物多样性保护提供科学参考。

关键词：森林生态系统森林结构鸟类多样性影响机制生物多样性保护

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两栖类衰退态势、成因的国内外研究进展及保护启示

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生态学报 2025年

作者：戴文昱吴朝宁余博洋刘耘志王结臣南京大学地理与海洋科学学院自然资源部国土卫星遥感应用重点实验室江苏省地理信息技术重点实验室江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心

近几十年来两栖动物在全球范围内面临严重威胁，是全球生物多样性保护、生物地理研究等领域的重要科学问题。回顾并总结了近几十年来国内外关于两栖类衰退问题的研究成果，从态势及成因两方面对两栖动物衰退研究进展进行了综述。全球两... 详细信息

近几十年来两栖动物在全球范围内面临严重威胁，是全球生物多样性保护、生物地理研究等领域的重要科学问题。回顾并总结了近几十年来国内外关于两栖类衰退问题的研究成果，从态势及成因两方面对两栖动物衰退研究进展进行了综述。全球两栖物种的衰退形势较为严峻，衰退成因复杂，对两栖动物衰退成因的认知也在不断发展，主要因素包括栖息地丧失和改变、气候变化、UV-B辐射、壶菌病、化学污染、外来物种的引入、过度利用及物种特征因素等。其中，栖息地丧失是最根本也是最主要的威胁，气候变化对两栖动物的威胁逐渐上升，加剧了它们的生存危机。这些因素往往会共同作用于两栖动物，驱动两栖动物的衰退。结合中国的两栖动物保护现状提出若干保护建议，包括：（1）加强中国两栖动物监测网络建设；（2）优化两栖动物保护的保护区；（3）加大执法监管力度，严厉打击危害两栖动物的非法行为。针对两栖类衰退研究存在的发展空间提出，未来可借助更多新技术，与地理学、数据科学、人工智能等多学科交叉互动，持续地开展两栖动物的监测及研究，以期更好地理解和应对这一全球性问题。

关键词：两栖动物衰退态势威胁因素生物多样性栖息地丧失气候变化