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协同随机森林方法和无人机LiDAR空谱数据的盐沼植被“精灵圈”识别

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光电工程 2024年第3期51卷 76-84页

作者：韩江涛谭凯张卫国周若彤刘帅华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241

“精灵圈”作为一种典型的空间自组织结构,对盐沼植被生态系统及其功能有重要影响。获取“精灵圈”的空间格局及时空变化,可为厘清其生态演化机理提供重要科学支撑。本文基于随机森林机器学习方法,结合无人机激光雷达(LiDAR)点云的空间... 详细信息

“精灵圈”作为一种典型的空间自组织结构,对盐沼植被生态系统及其功能有重要影响。获取“精灵圈”的空间格局及时空变化,可为厘清其生态演化机理提供重要科学支撑。本文基于随机森林机器学习方法,结合无人机激光雷达(LiDAR)点云的空间信息与光谱信息,对盐沼植被“精灵圈”进行智能识别与提取。首先,利用激光雷达方程和Phong模型,消除距离、入射角以及镜面反射效应对强度数据的影响,并且通过校正后强度数据滤波分离植被点云与地面点云。然后,构造系列空间特征及几何变量,利用随机森林算法,对植被点云中的正常植被和“精灵圈”进行分类。结果表明:该方法无需人工经验设置参数,能够精确地从无人机LiDAR三维点云数据中快速自动识别“精灵圈”,总体精度为83.9%。本文为“精灵圈”时空分布反演提供了一种高精度的方法,也为基于机器学习的三维点云数据处理提供了技术借鉴。

关键词：随机森林无人机激光雷达空间自组织点云分类

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上海淀山湖表层沉积物中卤代阻燃剂时空分布

中国环境科学 2024年第6期44卷 3376-3386页

作者：杨静邬言李月刘霞金芮合杨丁业王余意丁方方刘敏华东师范大学地理科学学院教育部地理信息科学重点实验室上海200241 华东师范大学河口海岸科学研究院河口海岸学国家重点实验室上海200241

通过方差分析、主成分分析和商值法探究了上海淀山湖28个表层沉积物中56种卤代阻燃剂(HFRs)的时空分布特征、污染源及潜在生态风险.结果表明,上海快速工业化和城市化进程导致典型水源地淀山湖表层沉积物中3种HFRs出现明显累积,其中替代... 详细信息

通过方差分析、主成分分析和商值法探究了上海淀山湖28个表层沉积物中56种卤代阻燃剂(HFRs)的时空分布特征、污染源及潜在生态风险.结果表明,上海快速工业化和城市化进程导致典型水源地淀山湖表层沉积物中3种HFRs出现明显累积,其中替代型溴代阻燃剂(Σ_(22)ABFRs,21.418ng/g)浓度已超出传统溴代阻燃剂(Σ_(23)PBDEs,10.344ng/g)约2倍.十溴联苯醚(BDE209,7.890ng/g),十溴二苯乙烷(DBDPE,17.990ng/g)和得克隆(Σ_(Syn+Anti)DP,1.176ng/g)是最主要的同系物.这些HFRs的高值点主要出现在环湖生活生产活动较密集的淀山湖西南区域,季节性差异不显著.主成分分析法揭示出商用十溴、五溴和八溴二苯醚及其替代品的使用,以及含新型阻燃剂的塑料制品的使用是主要来源.基于商值法的风险评估揭示出五溴联苯醚、BDE209、DBDPE、2,4,6-三溴苯氧基乙烷(BTBPE)和2-乙基己基-2,3,4,5-四溴苯甲酸酯(TBB)在绝大多数沉积物中对底栖生物均呈现中等风险,BDE209在个别采样点出现高风险,表明未来对这些卤代阻燃剂的环境监管仍需加强.

关键词：湖泊沉积物卤代阻燃剂分布源解析风险评估

长三角生态绿色一体化发展示范区鱼类物种多样性特征

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生态学杂志 2024年

作者：马程浩童春富华东师范大学河口海岸学国家重点实验室

鱼类是区域水生生态系统的重要组成部分，其多样性特征及其维持对示范区生态保护和可持续发展具有重要意义。2022年9月和11月在位于长三角生态绿色一体化发展示范区（以下简称“示范区”）内的元荡和大莲湖各设置10个固定站位对鱼类群... 详细信息

鱼类是区域水生生态系统的重要组成部分，其多样性特征及其维持对示范区生态保护和可持续发展具有重要意义。2022年9月和11月在位于长三角生态绿色一体化发展示范区（以下简称“示范区”）内的元荡和大莲湖各设置10个固定站位对鱼类群落进行调查。结果表明：元荡采集鱼类18种，分属6目6科，主要优势种为刀鲚（Coilia ectenes）和翘嘴鲌（Erythroculter alburnus）（IRI>20），子陵吻虾虎鱼（Rhinogobius giurinus）具有一定的优势特征（20>IRI>10）；大莲湖采集鱼类17种，分属6目6科，主要优势种为鲫（Carassius auratus）（IRI>20），斑条鱊（Acheilognathus taenianalis）和子陵吻虾虎鱼具有一定的优势特征（20>IRI>10）；元荡在多度和生物量上均以中上层、肉食性和江海洄游型鱼类为主；大莲湖在多度和生物量上均以中上层、淡水定居型鱼类为主，食性上杂食性鱼类多度占优，生物量上浮游生物食性鱼类占优；元荡与大莲湖Margalef物种丰富度指数（D）和Shannon多样性指数（H′）存在显著差异（P0.05）；元荡、大莲湖以及淀山湖群其他水系之间优势鱼种和鱼类生态类型组成存在明显差异；湖泊鱼类群落组成及其物种多样性特征受渔业捕捞、增殖放流、施工等人类活动和鱼类自身的生物学特征以及水位、水质、水文连通性、局部生境复杂程度等环境因素的综合影响；鱼类调查要考虑多种网具的优化组合和季节性连续监测，要有效协调增殖放流和渔业捕捞强度，以保障示范区内湖泊鱼类群落结构和水生生态系统的稳定。未来还需要加强示范区生态建设和人类活动的监管与引导，促进示范区生态条件的良性发展。

关键词：长三角生态绿色一体化发展示范区元荡大莲湖鱼类群落物种多样性

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特大洪水期间长江口浑浊带分粒级输沙特征

海洋通报 2024年第3期43卷 335-345页

作者：朱春燕董坚谢卫明郭磊城何青华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241

基于2020年7月特大洪水期间长江口浑浊带南槽、北槽和北港多站位同步实测水沙动力数据,研究了河口浑浊带分粒级输沙时空特征及其对泥沙来源响应的指示意义,结果表明:(1)北港和北槽是流域泥沙净向口外输移的主要输沙通道,南槽是海域泥沙... 详细信息

基于2020年7月特大洪水期间长江口浑浊带南槽、北槽和北港多站位同步实测水沙动力数据,研究了河口浑浊带分粒级输沙时空特征及其对泥沙来源响应的指示意义,结果表明:(1)北港和北槽是流域泥沙净向口外输移的主要输沙通道,南槽是海域泥沙净向口内输移的主要输沙通道,主槽内粉砂是主要输沙组分,占比63.2%,口外粉砂和黏土是主要输沙组分,分别占比43.2%、40.9%;(2)大潮粉砂输运占比高于小潮,黏土输运占比低于小潮,口外测站砂组分在大小潮期间于横沙浅滩和九段沙间沿岸输移,横沙浅滩附近大、小潮离岸输沙分别是北港口外的1.7倍和8倍,不利于横沙浅滩淤涨;(3)当前流域减沙高达70%,此次特大洪水期间黏土、粉砂和砂三组分近底净向口内输移为减沙背景下的口外供沙提供了有力的佐证。

关键词：长江口浑浊带特大洪水分粒级输沙泥沙来源流域减沙

结合SAM视觉分割模型与随机森林机器学习的无人机影像盐沼植被“精灵圈”提取

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海洋学报 2024年第5期46卷 116-126页

作者：周若彤谭凯杨建儒韩江涛张卫国华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241

“精灵圈”是海岸带盐沼植被生态系统中的一种“空间自组织”结构,对盐沼湿地的生产力、稳定性和恢复力有重要影响。无人机影像是实现“精灵圈”空间位置高精度识别及解译其时空演化趋势与规律的重要数据源,但“精灵圈”像素与背景像素... 详细信息

“精灵圈”是海岸带盐沼植被生态系统中的一种“空间自组织”结构,对盐沼湿地的生产力、稳定性和恢复力有重要影响。无人机影像是实现“精灵圈”空间位置高精度识别及解译其时空演化趋势与规律的重要数据源,但“精灵圈”像素与背景像素在色彩信息和外形特征上差异较小,如何从二维影像中智能精准地识别“精灵圈”像素并对识别的单个像素形成个体“精灵圈”是目前的技术难点。本文提出了一种结合分割万物模型(Segment Anything Model,SAM)视觉分割模型与随机森林机器学习的无人机影像“精灵圈”分割及分类方法,实现了单个“精灵圈”的识别和提取。首先,通过构建索伦森-骰子系数(S?rensen-Dice coefficient,Dice)和交并比(Intersection over Union,IOU)评价指标,从SAM中筛选预训练模型并对其参数进行优化,实现全自动影像分割,得到无属性信息的分割掩码/分割类;然后,利用红、绿、蓝(RGB)三通道信息及空间二维坐标将分割掩码与原图像进行信息匹配,构造分割掩码的特征指标,并根据袋外数据(Out of Bag,OOB)误差减小及特征分布规律对特征进行分析和筛选;最后,利用筛选的特征对随机森林模型进行训练,实现“精灵圈”植被、普通植被和光滩的自动识别与分类。实验结果表明:本文方法“精灵圈”平均正确提取率96.1%,平均错误提取率为9.5%,为精准刻画“精灵圈”时空格局及海岸带无人机遥感图像处理提供了方法和技术支撑。

关键词：盐沼植被精灵圈 segment anything model(SAM) 无人机影像机器学习

长江口M_(2)内潮生成、传播和耗散的机制研究及其季节性特征

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海洋与湖沼 2024年第4期55卷 853-863页

作者：蓝鑫张凡汪亚平华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241

河口海域,冲淡水可造成强烈的水体层化,而潮流在层化海水中经过复杂地形时可形成活跃的内潮;内潮引起的输运与混合可对河口海域的物质交换造成重要影响,然而过去对该海域内潮的形成演变机制鲜有研究。为了研究河口海域内潮的形成演变机... 详细信息

河口海域,冲淡水可造成强烈的水体层化,而潮流在层化海水中经过复杂地形时可形成活跃的内潮;内潮引起的输运与混合可对河口海域的物质交换造成重要影响,然而过去对该海域内潮的形成演变机制鲜有研究。为了研究河口海域内潮的形成演变机制,利用高分辨率数值模型深入探讨了长江口及其邻近海域M_(2)内潮的时空特征。结果表明,在20 m等深线、岛屿周边以及水下河谷等区域,正压潮强迫力尤为显著,正压至斜压的能量转换率高,斜压动能强。能量收支分析表明,M_(2)内潮动能主要从近岸区域向外传播,当能量传播至20 m等深线或岛屿周边地形陡峭区域时会发生显著的能量耗散。此外,M_(2)内潮呈现出显著的季节性变化,总体看来斜压动能在夏季最高,秋季在舟山群岛附近较强,而冬季则变得非常微弱,这种季节性变化与长江口海域的季节性层化紧密相关。长江口内潮的时空变化特征可对该海域物质的输运与混合有重要的影响,研究结果可为理解该海域的生态、沉积等过程提供理论依据。

关键词：长江口 M_(2)内潮季节性变化混合

《20世纪40年代以来中国大陆海岸线演变特征》书评

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海洋与湖沼 2024年第5期55卷 1335-1336页

作者：刘东艳华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241

海岸带是世界人口分布的密集区,社会经济发展的引擎区,其可持续发展关系到人类社会的生存质量。在地球系统中,海岸带是多圈层相互作用最为复杂的区域,具有鲜明的学科交叉属性,人文与自然科学的碰撞、融通,是海岸带研究者与管理者的共识... 详细信息

海岸带是世界人口分布的密集区,社会经济发展的引擎区,其可持续发展关系到人类社会的生存质量。在地球系统中,海岸带是多圈层相互作用最为复杂的区域,具有鲜明的学科交叉属性,人文与自然科学的碰撞、融通,是海岸带研究者与管理者的共识。海岸带资源的可持续性是世界各国面临的挑战。为促进自然科学在人文管理中的应用,提高民众与管理者协作共赢的海岸带发展与保护意识,国内外学者先后发起“陆海相互作用”(LOICZ)、“未来地球海岸”(FEC)、“融通科学、管理和社会参与:助力海岸带可持续发展(Coastal-SOS)”等国际大科学计划。

关键词：大陆海岸线海岸带资源社会经济发展人文管理书评陆海相互作用学科交叉演变特征

水体微塑料的垂向分布及采样方法比较研究——以九龙江河口为例

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华东师范大学学报（自然科学版） 2024年第1期 79-89页

作者：蒋春华易津旭朱礼鑫刘凯宗常兴李道季华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241

由于受到潮汐过程的影响,河口区微塑料的调查和研究存在着方法不统一、数据误差较大的问题.2019年夏季使用泵采法在九龙江河口开展原位全水层微塑料采样,对不同水层、不同站位间的微塑料丰度及其赋存特征进行分析,并与其他在该河口的相... 详细信息

由于受到潮汐过程的影响,河口区微塑料的调查和研究存在着方法不统一、数据误差较大的问题.2019年夏季使用泵采法在九龙江河口开展原位全水层微塑料采样,对不同水层、不同站位间的微塑料丰度及其赋存特征进行分析,并与其他在该河口的相关调查研究结果进行对比.结果表明:九龙江河口表、中、底层水体中的微塑料赋存量存在明显差异,河流入海口及靠近污染源处表层水中微塑料丰度明显高于中、底层中,在潮汐作用剧烈的河口区,中、底层中微塑料丰度高于表层水中,存在明显分层现象;使用不同采样方法获取的微塑料数量浓度值存在较大差异,泵采法相比拖网法能更有效地截留塑料纤维;使用泵采法过滤水样体积、滤经筛网孔径大小都对收集到的微塑料丰度、尺寸有显著影响.采样方法的不同将导致微塑料丰度结果的显著差异,在潮汐河口进行微塑料监测有必要将潮汐作用考虑在内.因此,建议建立潮汐河口的微塑料业务化监测和通量观测,并采用洪、枯季,大、小潮的全潮时段的观测采样方法.

关键词：微塑料采样方法垂向分布九龙江河口

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长江河口水体暗碳固定的温度适应性

华东师范大学学报（自然科学版） 2024年第1期 104-112页

作者：陈家明王世明杨荣荣陈子彦梁霞侯立军华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241

为了明确全球增温如何影响富营养化河口中基于碳氮耦合过程产生的暗碳固定,以长江河口作为典型研究区域,分别在河口近岸和近海不同盐度区域设置采样断面,利用14C(NaH14CO3)标记方法结合烯丙基硫脲(allylthiourea,ATU)抑制剂法,对不同温... 详细信息

为了明确全球增温如何影响富营养化河口中基于碳氮耦合过程产生的暗碳固定,以长江河口作为典型研究区域,分别在河口近岸和近海不同盐度区域设置采样断面,利用14C(NaH14CO3)标记方法结合烯丙基硫脲(allylthiourea,ATU)抑制剂法,对不同温度和氮营养盐添加条件下的水体总暗碳固定(dark carbon fixation,DCF)和由氨氧化微生物驱动的暗碳固定(DCFAOB)速率进行了研究.结果表明,长江河口水体中的DCF速率介于0.23~0.33µmolC·L^(-1)·d^(-1)之间,其中氨氧化微生物驱动的暗碳固定约占总暗碳固定的4.13%~43.61%.在最适温度范围内,水体中的DCF速率随着环境温度的增加而显著上升,但整体上低盐度条件下DCF速率受环境温度的影响更明显.此外,低盐度和高盐度水体的DCF速率最大值分别出现在30℃和25℃,在该温度条件下添加氨氮可明显促进水体DCF速率的增加.研究结果揭示了河口水体暗碳固定对环境温度变化的响应过程,能够为全面认识和科学评估河口生态系统碳固定与碳汇通量提供理论支持与数据参考.

关键词：暗碳固定长江河口氨氧化微生物盐度

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