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西南地区不同类型植被NPP时空演变及影响因素探究

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环境科学 2024年第1期45卷 262-274页

作者：徐勇郑志威孟禹弛盘钰春郭振东张炎桂林理工大学测绘地理信息学院桂林541006 多特蒙德工业大学空间规划学院多特蒙德44135

研究植被净初级生产力(NPP)时空变化规律并探明其驱动影响因素,对于深入了解植被时空变化,指导因地制宜的生态恢复与管理工程具有重要的现实意义.以MODIS NPP数据为基础,结合基于站点的气象数据、土地利用数据和植被类型数据,通过Theil-... 详细信息

研究植被净初级生产力(NPP)时空变化规律并探明其驱动影响因素,对于深入了解植被时空变化,指导因地制宜的生态恢复与管理工程具有重要的现实意义.以MODIS NPP数据为基础,结合基于站点的气象数据、土地利用数据和植被类型数据,通过Theil-Sen Median斜率估计和Mann-Kendall显著性检验探究西南地区不同类型植被NPP时空演变特征,并结合稳定性分析和地理探测器揭示不同类型植被NPP空间分异的影响因素及影响因素间的交互作用.结果表明:(1)时间上,2000~2021年西南地区植被NPP、NPP_(Pre)(仅气候变化影响下植被NPP)和NPP_(Res)(仅人类活动影响下植被NPP)均呈波动上升趋势.在不同类型植被中,除乔木类植被NPP_(Res)以-0.183 g·(m^(2)·a)^(-1)的速率呈微弱下降趋势外,其余类型植被NPP、NPP_(Pre)和NPP_(Res)均呈上升趋势,其中,经济类植被NPP、NPP_(Pre)和NPP_(Res)上升速率均最显著,分别为5.96、3.09和2.94 g·(m^(2)·a)^(-1);空间上,下降趋势最大的乔木类植被NPP主要分布在西藏和云南南部,上升趋势最高的经济类植被NPP主要分布在四川省东部.西南地区植被NPP稳定性呈“南低北高”的空间分布格局,波动系数平均值以乔木类(0.101)、灌木类(0.105)、草本类(0.110)和经济类(0.114)的顺序依次升高.地表温度和相对湿度的交互作用是西南地区植被NPP空间分异的主要影响因素,而日照时数∩温暖指数对西南地区植被影响提升最大,提升百分比为30.91%;不同类型植被对不同气候因子需求存在差异,但对地表温度和温暖指数的需求存在高度一致性,当地表温度为21.03~28.49℃,温暖指数为106.46~167.2时,不同类型植被NPP均会达到峰值.自然演替下,气候对植被的影响程度与植被群落稳定性成反比,稳定性高的乔木类植被群落受气候影响小,稳定性低的草本类植被群落受气候影响大,而经济类植被由于受人类活动的影响,导致气候对其影响程度与稳定性成正比.研究结果可为调查区域气候变化对不同类型植被生长影响,制定因地制宜的西南地区生态恢复治理方案提供理论依据.

关键词：中国西南地区不同植被类型植被净初级生产力时空演变地理探测器

基于空间尺度效应的山东省PM_(2.5)浓度时空变化及空间分异地理探测

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环境科学 2024年第5期45卷 2596-2612页

作者：徐勇韦梦新邹滨郭振东李沈鑫中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 桂林理工大学测绘地理信息学院桂林541006

基于PM_(2.5)遥感数据,采用Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall显著性检验,分析2000~2021年山东省PM_(2.5)浓度时空变化特征,结合地理探测器,在省-市-县三级空间尺度上探测影响山东省PM_(2.5)浓度空间分异的影响因子影响力.结果表... 详细信息

基于PM_(2.5)遥感数据,采用Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall显著性检验,分析2000~2021年山东省PM_(2.5)浓度时空变化特征,结合地理探测器,在省-市-县三级空间尺度上探测影响山东省PM_(2.5)浓度空间分异的影响因子影响力.结果表明:①时间上,2000~2021年山东省ρ(PM_(2.5))均值在38.15~88.63μg·m^(−3)之间,略微高于《环境空气质量标准》中可吸入颗粒物的二级标准限值(35μg·m^(−3)).在年际尺度上,2013年是ρ(PM_(2.5))变化的峰值年,其值为83.36μg·m^(−3),据此将山东省PM_(2.5)浓度变化趋势分为两个阶段:持续上升和快速下降阶段.在季节尺度上,PM_(2.5)浓度呈现“夏低冬高,春秋居中”分布特征和先降后升的“U”型变化规律.②空间上,山东省PM_(2.5)浓度呈现出“西高东低”的空间分布格局,PM_(2.5)浓度高值区分布山东省西部地区,低值区则分布在东部半岛地区.PM_(2.5)浓度空间变化趋势呈现显著的空间异质性,极显著下降的区域主要分布在东部半岛地区.③因子探测结果表明,气候因子是影响山东省PM_(2.5)浓度空间分异的重要影响因素,平均气温对山东省PM_(2.5)浓度空间分异的影响最高,q值为0.512.省-市-县多尺度探测结果显示,影响PM_(2.5)浓度空间分异的影响因子及其影响力在不同空间尺度上具有差异性.省级尺度上,平均气温、日照时数和坡度是影响PM_(2.5)浓度空间分异的主要影响因子;市级尺度上,降水、高程和相对湿度是影响PM_(2.5)空间分异的主要影响因子;县级尺度上,降水、平均气温和日照时数是影响PM_(2.5)浓度空间分异的主要影响因子.

关键词：山东省 PM_(2.5)浓度多尺度时空变化地理探测器影响因素

定量评估气候变化对长江中下游地区植被GPPGS变化的影响

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环境科学 2024年第3期45卷 1615-1628页

作者：徐勇盘钰春邹滨郑志威郭振东桂林理工大学测绘地理信息学院桂林541006 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083

在区域和植被类型尺度上定量厘定气候因子对长江中下游地区生长季植被GPP(GPP_(GS))的直接、间接和综合影响,可为全球气候变化背景下区域植被资源管理与恢复提供科学依据.利用MODIS GPP数据、气象数据和植被类型数据,结合Theil-Sen Med... 详细信息

在区域和植被类型尺度上定量厘定气候因子对长江中下游地区生长季植被GPP(GPP_(GS))的直接、间接和综合影响,可为全球气候变化背景下区域植被资源管理与恢复提供科学依据.利用MODIS GPP数据、气象数据和植被类型数据,结合Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall显著性检验探究长江中下游地区植被GPP_(GS)时空变化特征,并通过通径分析揭示气候因子对长江中下游地区整体和不同类型植被GPP_(GS)变化的直接影响、间接影响和综合影响.结果表明:(1)2000~2021年长江中下游地区植被GPP_(GS)呈波动上升趋势,上升速率(以C计,下同)为2.70 g·(m^(2)·a)^(-1)(P<0.01).不同类型植被GPP_(GS)均呈极显著上升趋势(P<0.01),其中,灌丛上升速率最高,为3.31 g·(m^(2)·a)^(-1),栽培植被上升速率最低,为2.54 g·(m^(2)·a)^(-1).(2)长江中下游地区GPP_(GS)呈上升趋势的面积占比为88.11%.不同类型植被GPP_(GS)呈上升趋势的面积占比均大于84%.(3)通径分析结果表明,降水和最高气温对植被GPP_(GS)的直接影响呈显著正向影响(P<0.05),而太阳辐射呈不显著正向影响(P≥0.05).最高气温、降水和太阳辐射对植被GPP_(GS)的间接影响均呈非显著负向影响(P≥0.05).在直接影响和间接影响的综合作用下,降水和最高气温对植被GPP_(GS)呈不显著正向影响(P≥0.05),而太阳辐射对植被GPP_(GS)呈不显著负向影响(P≥0.05);不同植被类型上,降水是影响栽培植被GPP_(GS)变化的主要气候因子,最高气温是影响针叶林、阔叶林、灌丛和草丛GPP_(GS)变化的主要气候因子.(4)长江中下游地区植被GPP_(GS)变化主要受最高气温、降水和太阳辐射的直接影响,降水的直接影响对植被GPP_(GS)变化的主导区域占56.72%.研究结果可为量化长江中下游地区植被固碳潜力和全球气候变化背景下制定因地制宜的生态恢复治理政策提供参考.

关键词：总初级生产力(GPP) 不同类型植被生长季通径分析气候因子直接影响间接影响

基于XGBoost融合多维度时空数据的干旱遥感建模及应用研究

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地球信息科学学报 2024年第6期26卷 1531-1546页

作者：晏红波梁雨豪卢献健王佳华吴思怡桂林理工大学测绘地理信息学院桂林541004 广西空间信息与测绘重点实验室桂林541004

西南地区是我国重要的生态环境保护区,复杂的气候与地理条件导致干旱事件频繁发生,准确掌握干旱的空间分布情况及变化趋势对保护西南地区生态环境具有重要意义。本研究基于极端梯度提升算法,利用表征多维度特征变量的遥感干旱指标,构建... 详细信息

西南地区是我国重要的生态环境保护区,复杂的气候与地理条件导致干旱事件频繁发生,准确掌握干旱的空间分布情况及变化趋势对保护西南地区生态环境具有重要意义。本研究基于极端梯度提升算法,利用表征多维度特征变量的遥感干旱指标,构建了一种考虑植被状态、地表状态、气候状态及环境因素的干旱遥感监测模型(eXtreme Gradient Boosting Drought Monitor,XGBDM)。利用该模型对西南地区2001—2020年干旱情况进行监测,选取典型干旱事件与土壤墒情数据对模型精度进行评价,并结合Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall显著性检验、Hurst指数、重心迁移模型,揭示了西南地区干旱时空演变特征、未来变化趋势及干旱重心迁移情况。结果表明:①在不同季节中,XGBDM模型均能准确监测西南地区干旱事件,模型精度指标R^(2)为0.816~0.897,MAE为0.200~0.283,RMSE为0.296~0.424,模型与土壤墒情相关性为-0.60~0.86。相比于站点SPEI-3监测方法,XGBDM模型监测结果与土壤墒情相关性更高,且更能准确反映旱情的空间分布细节特征;②时间上,2001—2020年西南地区XGBDM年均值整体呈波动下降趋势,表明干旱情况呈加重趋势,其中春季和夏季干旱呈加重趋势,秋季和冬季干旱呈减轻趋势。空间上,西南地区XGBDM值变化斜率在春季和夏季呈“北高南低”的空间分布格局,在秋季和冬季呈“南高北低”的空间分布格局,其中不同季节干旱呈加重趋势的面积占比分别为春季69.17%、夏季76.02%、秋季34.43%、冬季47.5%;③西南地区XGBDM值整体呈弱反持续性变化,春季、夏季以及冬季未来旱情以减轻为主,旱情由加重转为减轻的区域面积在不同季节占比为28.44%~63.82%。旱情持续加重面积在春季最高,占比为17.97%,持续减轻情况在冬季占比最高,为15.92%;④2001—2020年干旱重心主要分布于研究区中部,呈西北至东南的分布格局,未来干旱重心在西北至东南方向进行迁移的概率更高。研究结果可为西南地区干旱监测及治理提供理论依据。

关键词：西南地区 SPEI-3 干旱遥感监测 XGBoost 时空变化重心迁移模型土壤墒情

协同Sentinel-1/2多特征优选的甘蔗提取方法

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自然资源遥感 2024年第1期36卷 86-94页

作者：卢献健张焕铃晏红波黎振宝郭子扬桂林理工大学测绘地理信息学院桂林541006

协同多源遥感影像、融合多特征参数是目标地物精确识别的有效方法,但过多的特征参数会造成数据冗余,降低分类精度。该文以岩溶地貌甘蔗种植区为例,使用Sentinel-1,Sentinel-2影像数据以及SRTM数字高程数据提取研究区地物的光谱特征、指... 详细信息

协同多源遥感影像、融合多特征参数是目标地物精确识别的有效方法,但过多的特征参数会造成数据冗余,降低分类精度。该文以岩溶地貌甘蔗种植区为例,使用Sentinel-1,Sentinel-2影像数据以及SRTM数字高程数据提取研究区地物的光谱特征、指数特征、纹理特征、地形特征和极化特征,其中,指数特征考虑了众多遥感传感器少有的红边波段计算的红边指数,纹理特征加入了雷达影像纹理。在实验中设计了6种方案探讨不同影像特征以及基于随机森林优选的最佳特征组合对甘蔗提取的影响。结果表明:在光谱特征叠加不同特征类型对研究区地物进行分类的情况下,不同特征类型重要性排序为光谱特征>指数特征>纹理特征>地形特征>极化特征;6种方案中基于随机森林算法构建的优选特征方案融合了不同特征变量,其甘蔗提取效果最佳,用户精度和生产者精度都高于97%,总体精度为95.49%,Kappa系数为0.94。

关键词：多源遥感精准识别随机森林特征优选红边波段极化特征

联合多时相Sentinel-2和DeepLabV3+的县域柑橘信息提取

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航天返回与遥感 2024年第3期45卷 118-130页

作者：玉林海韦凯耀窦世卿丁柏瀚韩冰桂林理工大学测绘地理信息学院桂林541000

针对传统分类方法识别柑橘种植空间信息准确率不高的问题,文章提出一种联合多时相Sentinel-2与DeepLabV3+的县域柑橘种植空间信息提取方法。首先采用优化后的轻量化网络MobileNetV2作为DeepLabV3+的骨干网络,并嵌入CBAM(Convolutional B... 详细信息

针对传统分类方法识别柑橘种植空间信息准确率不高的问题,文章提出一种联合多时相Sentinel-2与DeepLabV3+的县域柑橘种植空间信息提取方法。首先采用优化后的轻量化网络MobileNetV2作为DeepLabV3+的骨干网络,并嵌入CBAM(Convolutional Block Attention Module)注意力机制模块构建改进DeepLabV3+模型;然后利用多时相Sentinel-2影像整合原始波段与光谱指数构建特征数据集,并通过实验对比分析确定模型分类的最佳特征组合与时相;最后将研究区影像分割为具有重叠度的待预测影像集,结合最优分类模型进行预测后拼接得到柑橘园地提取结果。结果表明:1)改进DeepLabV3+提取精度均高于DeepLabV3+、随机森林模型,在B2~B8A波段添加红边指数RESI的特征组合中总体精度值可达91.1%,最佳提取时相为11月;2)改进DeepLabV3+结合重叠预测方法提取效果优于直接预测方法,且全实验数据集区的提取面积与统计数据的相对误差均保持在±0.04%以内。文中所提出的方法可为南方地区县域范围的柑橘园地自动化监测与种植规划提供参考。

关键词：柑橘植被指数多时相Sentinel-2影像 DeepLabV3+ MobileNetV2 注意力机制

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结合马尔可夫随机场和混合模型的海岸线提取

遥感信息 2024年第1期39卷 167-174页

作者：李淑瑾石雪钟炜陆骏飞桂林理工大学测绘地理信息学院广西桂林541004

为了高效且准确地实现基于遥感影像的海岸线提取,提出一种结合马尔可夫随机场和混合模型的合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)影像海岸线提取算法。该算法以统计模型理论为研究基础,考虑SAR影像中同一地物像素反射强度的统计... 详细信息

为了高效且准确地实现基于遥感影像的海岸线提取,提出一种结合马尔可夫随机场和混合模型的合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)影像海岸线提取算法。该算法以统计模型理论为研究基础,考虑SAR影像中同一地物像素反射强度的统计分布具有非对称和重尾的统计特性,利用伽马混合模型建立SAR影像内像素强度的概率分布。为了建模像素的空间相关性,采用马尔可夫随机场构建伽马混合模型的组分权重概率分布以克服SAR影像相干斑噪声的影响。结合马尔可夫随机场和伽马混合模型构建出SAR影像海陆分割模型,通过最大期望方法估计模型参数以实现准确的海陆分割,进而实现海岸线提取。在Sentinel-1卫星SAR影像上进行海岸线提取实验,实验结果表明该算法可实现准确的海岸线提取。

关键词：海岸线提取 SAR影像分割马尔可夫随机场伽马混合模型最大期望算法

基于TVDI的不同类型岩溶区干旱时空演变及其影响因素分析

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遥感技术与应用 2024年第3期39卷 669-678页

作者：卢献健黎振宝晏红波张焕铃郭子扬桂林理工大学测绘地理信息学院广西桂林541006

干旱对岩溶区的农业生产和生态环境建设的影响不可忽视。研究岩溶区的干旱对科学防旱抗旱、石漠化治理与生态建设具有重要意义。以分布有典型岩溶地貌的都安县、巧家县和印江县为研究区,计算了该地区的温度植被干旱指数(TVDI),并结合研... 详细信息

干旱对岩溶区的农业生产和生态环境建设的影响不可忽视。研究岩溶区的干旱对科学防旱抗旱、石漠化治理与生态建设具有重要意义。以分布有典型岩溶地貌的都安县、巧家县和印江县为研究区,计算了该地区的温度植被干旱指数(TVDI),并结合研究区岩溶地貌特点对干旱的时空变化及其与气象、地形的关系进行了分析讨论。结果表明,研究区主要遭受轻旱影响,而相对干旱主要分布于岩溶发育较强烈的区域;近20 a来,3个县的干旱趋缓,较干旱年份主要集中在2001~2010年;通过相关分析发现,3个县的TVDI与年平均温度、年降水量仅表现为中度相关或弱相关,与非岩溶区相比,研究区的TVDI与气象因子的相关性偏低。3个县的TVDI和DEM均呈现出负相关关系,其R2分别为0.52、0.58和0.67。TVDI与地形地貌、DEM数据的相关分析表明岩溶发育强烈、岩石裂隙广泛分布的岩溶区较非岩溶区更容易出现干旱,说明岩溶发育带来了更多的干旱胁迫;此外,在不同类型岩溶区,岩溶结构影响干旱发生的程度为岩溶槽谷>岩溶峡谷>峰丛洼地。建议在分析岩溶区干旱时应充分考虑其特有的二元结构的影响。

关键词：干旱监测岩溶 TVDI 地形地貌

新工科背景下的工程测量学课程教学内容拓展——以放样和线路测量内容为例

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测绘通报 2024年第5期 178-181页

作者：李浩军黄良珂同济大学测绘与地理信息学院上海200092 桂林理工大学测绘地理信息学院广西桂林541004

本文在总结梳理新工科发展的基础上,结合测绘科学与技术专业中工程测量学课程内容,并针对该课程的综合应用及相应专业基础知识的储备,提出了新工科背景下工程测量学课程在传统内容基础上拓展新的应用思路的重要意义;以放样和线路测量内... 详细信息

本文在总结梳理新工科发展的基础上,结合测绘科学与技术专业中工程测量学课程内容,并针对该课程的综合应用及相应专业基础知识的储备,提出了新工科背景下工程测量学课程在传统内容基础上拓展新的应用思路的重要意义;以放样和线路测量内容为例,探讨了该课程在新工科背景下的教学内容拓展思想。

关键词：新工科工程测量测量学