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基于随机蛙跳波段选择算法的土壤铅含量高光谱估测

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光谱学与光谱分析 2023年第10期43卷 3302-3309页

作者：安柏耸王雪梅黄晓宇卡吾恰提·白山新疆师范大学地理科学与旅游学院新疆乌鲁木齐830054 新疆维吾尔自治区重点实验室“新疆干旱区湖泊环境与资源实验室” 新疆乌鲁木齐830054

高光谱数据中存在的大量冗余信息对高光谱估测精度产生较大影响。旨在寻求特征波段筛选的最佳算法,以实现土壤重金属铅含量的准确监测,为土壤污染防治提供参考。以新疆渭干河-库车河三角洲绿洲土壤重金属铅含量与光谱数据为数据源,利用... 详细信息

高光谱数据中存在的大量冗余信息对高光谱估测精度产生较大影响。旨在寻求特征波段筛选的最佳算法,以实现土壤重金属铅含量的准确监测,为土壤污染防治提供参考。以新疆渭干河-库车河三角洲绿洲土壤重金属铅含量与光谱数据为数据源,利用蒙特卡洛交叉验证(MCCV)算法确定92个有效土壤样品,通过相关分析选取倒数对数一阶微分变换处理的光谱数据,采用随机蛙跳(RF)算法,并结合竞争性自适应重加权(CARS)算法、迭代保留有效信息变量(IRIV)算法及连续投影算法(SPA),构建RF-CARS、RF-IRIV及RF-SPA三种算法对波段进行筛选。以倒数对数一阶微分变换处理下的特征波段反射率为自变量,土壤重金属铅含量为因变量,采用极端梯度提升(XGBoost)和地理加权回归(GWR)方法构建土壤重金属铅含量估测模型。结果表明:(1)光谱变换处理可有效增强光谱与土壤铅含量的敏感性,其中倒数对数一阶微分变换后的土壤光谱特征更为明显,相关系数可达到0.620(p<0.001)。(2)RF-CARS、RF-IRIV及RF-SPA算法分别从高光谱数据中筛选出6、9和7个特征波段,全部位于近红外光谱区域,3种算法具有较强的特征提取能力,极大减少光谱数据中的冗余信息。(3)基于RF-IRIV算法构建的土壤铅含量估测模型的精度和稳定性高于RF-CARS和RF-SPA算法构建的模型,说明RF-IRIV算法能更为准确的保留与土壤铅含量相关的波段。此外,GWR模型的性能优于XGBoost模型,构建的RF-IRIV-GWR模型具有较好的预测能力,可作为研究区土壤铅含量的最优估测模型,其验证集的决定系数(R^(2))为0.892,均方根误差(RMSE)为0.825 mg·kg^(-1),相对分析误差(RPD)为3.09。基于随机蛙跳(RF)与迭代保留有效信息变量(IRIV)算法,结合地理加权回归(GWR)建模方法在快速准确估测土壤铅含量方面具有一定优势,可进行土壤重金属污染的动态监测。

关键词：特征波段随机蛙跳算法竞争性自适应重加权算法迭代保留有效信息变量算法连续投影算法极端梯度提升地理加权回归土壤铅

新冠肺炎疫情防控下乌鲁木齐市NO_(2)污染影响研究

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光谱学与光谱分析 2023年第6期43卷 1981-1987页

作者：曹扬李艳红新疆师范大学地理科学与旅游学院新疆乌鲁木齐830054 新疆维吾尔自治区重点实验室 “新疆干旱区湖泊环境与资源实验室”新疆乌鲁木齐830054

为了探究新冠疫情防控措施对乌鲁木齐市NO_(2)污染的影响,更有效的推动大气污染治理,基于OMI(Ozone Monitoring Instrument)卫星遥感高光谱技术与地面监测资料相互结合,估算了NO_(2)干沉降通量,并利用聚类分析与PSCF(潜在源贡献因子)潜... 详细信息

为了探究新冠疫情防控措施对乌鲁木齐市NO_(2)污染的影响,更有效的推动大气污染治理,基于OMI(Ozone Monitoring Instrument)卫星遥感高光谱技术与地面监测资料相互结合,估算了NO_(2)干沉降通量,并利用聚类分析与PSCF(潜在源贡献因子)潜在源方法,对2019年—2021年疫情防控期间乌鲁木齐市NO_(2)扩散轨迹与潜在源进行研究。利用夜间灯光数据,百度地图热力图工具,高德地图POI(Point of Interface)功能区情况,进一步分析讨论了乌鲁木齐市NO_(2)污染来源。研究表明:(1)乌鲁木齐市NO_(2)浓度整体表现为:新市区>沙依巴克区>天山区>水磨沟区>米东区,2020年(疫情爆发期)与2019年(疫情爆发前期)同期对比发现,各城区NO_(2)浓度下降明显,其中沙依巴克区减少幅度最大,为47.63%,2021年(后疫情时代)与2020年(疫情爆发期)同期对比发现,各城区NO_(2)浓度逐渐回升,其中沙依巴克区增长幅度最大,为60.09%。城市热力情况表现为:天山区>沙依巴克区>水磨沟区>新市区>米东区。城市热力情况与NO_(2)浓度变化情况大致相同,米东区城市人口集聚度最低,故城市热力值与NO_(2)浓度均最低。(2)长支流为远距离西北方向输送,距离最远来自于哈萨克斯坦,气流占比最大,达80.32%。短支流主要来自于乌鲁木齐市周边,气流占比为19.69%,NO_(2)为短寿命气体,故气流短距离输送对乌鲁木齐NO_(2)影响较大。各类气流所经过的潜在源区的概率等在空间分布较为一致。PSCF分析法模拟的潜在源贡献具有较大的可信度。(3)将大气系统作为一个灰色系统进行分析,按灰色关联度大小划分为:标准煤消耗量>第二产业>工业总产值>工业用电量>人口密度>汽车拥有量>第三产业>第一产业。在静稳天气条件下基于OMI卫星遥感资料估算乌鲁木齐市各区干沉降通量结果,该方法可以弥补地面监测的不足,为干沉降通量的估算提供证据。

关键词：高光谱遥感干沉降通量乌鲁木齐 PSCF OMI

阿勒泰林区草地群落中不同植物种在物种多样性中作用大小的探究

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西北林学院学报 2024年

作者：李苗苗叶茂曾国燕陈维龙张西新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室新疆师范大学地理科学与旅游学院

为探明各植物种在群落整体物种多样性中的作用,以阿勒泰林区草地群落为研究对象,通过采用“二值出现次数”野外调查方法,获得样方中各个植物种的出现次数和个体数量,从而计算出群落整体的物种多样性指数,以及构成其群落的各个植物种不... 详细信息

为探明各植物种在群落整体物种多样性中的作用,以阿勒泰林区草地群落为研究对象,通过采用“二值出现次数”野外调查方法,获得样方中各个植物种的出现次数和个体数量,从而计算出群落整体的物种多样性指数,以及构成其群落的各个植物种不存在时的物种多样性指数,并利用这两个多样性指数的差值,来探讨群落中各个植物种对物种多样性的影响。结果表明:(1)4个草地样地中,对物种多样性作用最大的植物种并非是其群落中的第1优势种,而是优势地位处于2～6位的植物种;(2)组成这4个样地群落的所有植物种都对群落的多样性起到了增大的作用;(3)物种在群落多样性中的作用,从总体上来看,呈现出一种单峰的变化趋势,也就是随着物种优势地位的降低,对数式增加达到最大值,然后指数或线性下降,最终趋近于0。综合显示,不同草地群落中,对群落物种多样性作用最大的不是处于第1的优势种,其占据了绝对优势地位降低了该群落的物种多样性。

关键词：草地群落优势种植物种伴生种物种多样性指数

基于 PLUS与 InVEST模型的新疆碳储量变化及预测

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环境科学 2024年

作者：杨顺法昝梅袁瑞联陈治中孔晶晶薛聪周佳翟莉莉新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室新疆师范大学地理科学与旅游学院

土地利用变化是造成陆地生态系统碳储量变化的主要原因，研究干旱区不同土地利用类型碳储量变化的影响机制，模拟未来不同情景下土地利用和碳储量的变化，有助于为干旱区制定科学的土地利用政策从而推动该区域高质量可持续的发展.基于2... 详细信息

土地利用变化是造成陆地生态系统碳储量变化的主要原因，研究干旱区不同土地利用类型碳储量变化的影响机制，模拟未来不同情景下土地利用和碳储量的变化，有助于为干旱区制定科学的土地利用政策从而推动该区域高质量可持续的发展.基于2000～2020年新疆土地利用数据，耦合PLUS-InVEST模型分析了2000～2020年新疆土地利用和碳储量的时空变化特征，并预测了自然发展(Z1)、经济发展(Z2)、可持续发展(Z3)、耕地保护发展(Z4)和生态保护发展情景(Z5)下的2030年新疆土地利用和碳储量变化.结果表明：①2000～2020年间，新疆碳储量总值呈现出先减少后增加的总体减少趋势，共减少4.2682×108t，草地大量退化成未利用地是新疆碳储量减少的主要原因.②不同土地利用类型碳储量变化贡献率分析表明，耕地、林地、草地、水域和未利用地碳储量变化主要影响因素为自然因素，建设用地碳储量变化主要影响因素为人文经济因素.新疆碳储量变化的原因是自然和人文经济因素共同影响的结果.③与2020年相比，新疆2030年5种发展情景下碳储量都保持增加趋势，其中可持续发展情景(Z3)下碳储量增加值最多为66.7236×106t，该发展情景是未来提高新疆碳储量保证经济发展最优的模式.以上研究结果可以为新疆未来国土空间规划和实现“碳中和”目标提供理论依据.

关键词：土地利用碳储量 PLUS-InVEST模型新疆贡献率分析

2001–2020年天山新疆段草地植被覆盖度时空变化及驱动因素分析

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植物生态学报 2024年

作者：陈以恒玉素甫江·如素力阿卜杜热合曼·吾斯曼新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室新疆师范大学地理科学与旅游学院

草地在天山生态系统中起着重要作用,与区域畜牧业发展息息相关。为阐明天山新疆段草地植被时空演变格局及其影响因素,该研究基于2001–2020年MODIS NDVI遥感影像,采用Sen+MK趋势分析法、变异系数、土地利用动态,对天山新疆段草地植被覆... 详细信息

草地在天山生态系统中起着重要作用,与区域畜牧业发展息息相关。为阐明天山新疆段草地植被时空演变格局及其影响因素,该研究基于2001–2020年MODIS NDVI遥感影像,采用Sen+MK趋势分析法、变异系数、土地利用动态,对天山新疆段草地植被覆盖度(FVC)的时空动态特征进行分析,并通过地理探测器和相关性分析法探究草地FVC变化的驱动力因素,结果表明:(1)FVC整体变化较稳定,多年平均草地FVC在0.33–0.42之间波动,FVC面积显著增加的区域分布在天山东北部和西南部低海拔地区,占总面积的3.14%, FVC面积显著减少的区域主要分布在伊犁河谷,占总面积的15.81%。(2)草地FVC的变化主要受植被类型和畜牧业总产值的影响,其均影响力在29.85%以上。其中,年降水量和年平均气温与植被类型相互作用后,影响力均提升到48.70%以上。(3)研究时段内,草地FVC与年降水量、年平均气温均呈正相关关系,年降水量正相关区域面积占总面积的80.84%,主要分布在天山南北两侧的盆地周围;年平均气温正相关区域面积占总面积的71.69%,主要分布海拔较高的山区。本研究可为天山山区草地合理利用与生态安全保护决策提供参考依据。

关键词：植被覆盖度气候变化草地时空变化天山新疆段

博斯腾湖不同时空尺度下土地利用景观格局对水质的影响

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水生态学杂志 2023年

作者：胡丛巧迪丽努尔·阿吉李茹霞王晓兰玉素甫江·如素力新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室新疆师范大学地理科学与旅游学院

基于博斯腾湖平、丰、枯水期实测水质数据和Google Earth遥感数据，结合冗余分析(RDA)和Spearman相关分析，揭示不同时空尺度下土地利用景观格局对水质的影响。结果表明：(1)博湖水体中CODMn、TN浓度异常偏高，分别有21.7%、55.1%的采... 详细信息

基于博斯腾湖平、丰、枯水期实测水质数据和Google Earth遥感数据，结合冗余分析(RDA)和Spearman相关分析，揭示不同时空尺度下土地利用景观格局对水质的影响。结果表明：(1)博湖水体中CODMn、TN浓度异常偏高，分别有21.7%、55.1%的采样点超过地表水Ⅲ类水标准，表明TN和CODMn是其主要污染物；(2)5种不同缓冲区半径内土地利用与水质呈现显著相关性，丰、平、枯水期的1 000、3 000、500 m半径缓冲区对水质解释率最佳，分别为40.0%、35.6%和31.1%；(3)景观异质性特征与土地破碎化程度随空间尺度增大而增强；(4)土地利用类型中，耕地是水质恶化的主要污染输出源，其次为草地，尽管草地对净化水质起到积极作用，但其不恰当的管理方式使污染物进入水中，会导致水质恶化；(5)景观格局指数中，LSI(景观形状)与NH3-N、TN呈现正相关性，SHDI(香农多样性指数)与NH3-N呈显著正相关性，表示随着景观破碎化程度增大，水质恶化程度加剧，LSI与水质的关联存在着很大的不确定性，仍需进一步探讨。从不同角度分析影响博斯腾湖水质的因素，有利于合理制定水质保护措施，进一步增强资源的可持续利用。

关键词：博斯腾湖土地利用景观格局水质

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乌鲁木齐周边黄土沉积特征及其沉积环境分析

甘肃农业大学学报 2024年第2期59卷 206-214,223页

作者：张勇毛东雷徐佳瑞梁洪武钟晴赛亚热·赛都拉新疆师范大学地理科学与旅游学院新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室新疆乌鲁木齐830054

【目的】探讨乌鲁木齐周边黄土的沉积环境及海拔高度对黄土理化性质的影响。【方法】通过统计分析和Sahu沉积环境判别公式研究乌鲁木齐周边黄土的沉积特征。【结果】乌鲁木齐东侧黄土的粒级主要由极粗粉砂、粗粉砂、极细砂、中粉砂组成... 详细信息

【目的】探讨乌鲁木齐周边黄土的沉积环境及海拔高度对黄土理化性质的影响。【方法】通过统计分析和Sahu沉积环境判别公式研究乌鲁木齐周边黄土的沉积特征。【结果】乌鲁木齐东侧黄土的粒级主要由极粗粉砂、粗粉砂、极细砂、中粉砂组成,平均体积分数分别为33.89%、22.87%、14.83%、11.63%,其他组分不足7%。黄土的平均粒径介于12.47~26.78μm之间,分选系数介于2~4之间,偏度值介于-1~-0.5之间,峰度值介于0.87~1.46之间,表明分选性差,黄土粒度频率曲线均呈负偏态,且趋于常-较窄峰态分布,不同剖面及不同深度各项指标的波动幅度均较大,气候变化显著。乌鲁木齐周边气候整体趋势表现为越来越干旱,大致发生6次旋回。黄土的磁化率数值介于21.17×10^(-5)~77.5×10^(-5)SI之间,平均49.35×10^(-5)SI,波动范围较大,说明不同时期西风环流强弱变化明显,且不同时间段气候变化显著。黄土在0~80 cm处有机质量均值为1.396%,且随深度增加而降低,较适宜农作物种植。【结论】乌鲁木齐周边黄土的沉积环境为风力沉积环境,且随海拔高度上升,黄土的粒级粗组分含量相对升高,平均粒径均值增大,分选性更好,磁化率数值降低。

关键词：乌鲁木齐黄土粒度磁化率沉积环境有机质

新疆策勒戈壁沉积物粒度特征及其沉积环境分析

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甘肃农业大学学报 2024年第2期59卷 224-232页

作者：刘蕾毛东雷徐佳瑞张勇何强强新疆师范大学地理科学与旅游学院新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室新疆乌鲁木齐830054

【目的】揭示新疆策勒戈壁沉积物粒度特征及沉积环境,为戈壁沉积物沙尘释放、沉积环境演变及合理利用土地资源、减少沙尘灾害提供理论依据和科学支撑。【方法】以新疆策勒戈壁为研究区,通过野外实地调查与沉积物粒度以及磁化率的研究,... 详细信息

【目的】揭示新疆策勒戈壁沉积物粒度特征及沉积环境,为戈壁沉积物沙尘释放、沉积环境演变及合理利用土地资源、减少沙尘灾害提供理论依据和科学支撑。【方法】以新疆策勒戈壁为研究区,通过野外实地调查与沉积物粒度以及磁化率的研究,对新疆策勒戈壁沉积物的粒度分布特征及其沉积环境进行分析。【结果】戈壁表层0~2 cm沉积物受到风蚀与降尘的影响较大,表层沉积物较粗粒级含量随着海拔降低呈现出逐渐增大的趋势,2~40、40~80 cm深度沉积物总体上受洪水的作用较大,沉积物较粗粒级含量随着海拔降低呈现出先减少后增大的趋势;在戈壁各剖面各深度中,沉积物粒度分布频率曲线大部分为双峰曲线,说明沉积物来源是多源的,粒径组成中跃移组分占绝对优势,跃移的平均含量为49.43%;戈壁各剖面沉积物的平均粒径随海拔降低呈现出先变细后变粗的趋势,平均粒径介于56.08~139.71μm;除剖面2外,其余各剖面均属于差分选性,偏度为负偏与极负偏,峰态均为窄或极窄峰态;0~2 cm深度沉积物磁化率值受到风蚀与降尘的影响较大,明显大于下层沉积物磁化率值,2~40、40~80 cm深度的沉积物可能为同一时期沉积,且沉积环境与沉积动力相同;沉积物的沉积环境主要以水成沉积环境为主。【结论】新疆策勒戈壁表层0~2 cm沉积物以风蚀与降尘为主,沉积环境主要是以水成沉积环境为主。

关键词：戈壁粒度分析磁化率沉积环境策勒

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近60 a哈密市极端气温时空变化特征

干旱区地理 2023年第6期46卷 868-879页

作者：陈跃萍武胜利赵昕张艺加新疆师范大学地理科学与旅游学院新疆乌鲁木齐830054 新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室新疆乌鲁木齐830054

选取哈密国家气象基准站1961—2019年日最高与最低气温气象资料,采取一元线性回归法、10 a滑动平均、Mann-Kendall法、滑动t检验和主成分分析法等方法对哈密市极端气温时空变化特征进行分析,为预测未来气温变化趋势,增强对极端气温事件... 详细信息

选取哈密国家气象基准站1961—2019年日最高与最低气温气象资料,采取一元线性回归法、10 a滑动平均、Mann-Kendall法、滑动t检验和主成分分析法等方法对哈密市极端气温时空变化特征进行分析,为预测未来气温变化趋势,增强对极端气温事件的应对能力,减轻气象灾害对哈密市农业生产造成的危害提供一定依据。结果表明:(1)哈密市极端气温指数变化具有不对称性,冷暖指数变化相反,夜指数变暖幅度大于昼指数。季节上看,大部分极端气温指数在夏季、秋季变化幅度更大。(2)近60 a来哈密市极端低温事件频率显著降低,其中霜冻日数下降最为显著,下降幅度为-4.59 d·(10a)-1;极端高温事件频率增加、强度显著增强;生长季度长与热持续指数变化幅度趋于一致,冷持续指数变化相反。(3)极端气温冷指数对气候变化更为敏感,突变发生在20世纪80年代中和90年代末,暖指数和持续指数突变时间为20世纪90年代末。(4)2个主成分累计方差贡献率为76.453%,极端气温事件变化与气温变暖相关性较高,冷暖指数呈负相关,冷夜日数、冷昼日数、霜冻日数、暖夜日数、暖昼日数是哈密市气温升高的主要因素。

关键词：极端气温指数时空变化突变检验哈密市