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基于CNN-RNN网络的中国冬小麦估产 被引量:12
1
作者 赫晓慧 罗浩田 +2 位作者 乔梦佳 田智慧 周广胜 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第17期124-132,共9页
在大范围内快速、准确地预估作物产量,对作物管理、粮食安全、粮食贸易和决策有重要意义。遥感为大规模作物估产提供了便利,大多数研究者结合深度学习和遥感影像取得了较好的结果。然而,农作物生长状态随时间变化,其产量具有非线性时空... 在大范围内快速、准确地预估作物产量,对作物管理、粮食安全、粮食贸易和决策有重要意义。遥感为大规模作物估产提供了便利,大多数研究者结合深度学习和遥感影像取得了较好的结果。然而,农作物生长状态随时间变化,其产量具有非线性时空特征,单一的深度学习方法无法充分利用影像信息。因此,该研究提出了一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)和门控循环单元(Gated Recurrent Unit,GRU)混合神经网络估产模型(CNN-GRU),利用CNN从多光谱遥感影像中提取丰富的空间-光谱特征,在此基础上,结合GRU从多时相遥感影像中自适应学习冬小麦生育期各阶段之间的时间依赖,从多尺度融合冬小麦的生长特征并对其产量进行回归预测。该研究以全国冬小麦主产区为研究区,选取2001—2018年MODIS影像和冬小麦产量数据,构建了冬小麦估产数据集,并验证了CNN-GRU估产模型的性能。结果表明:1)以2016—2018年估产样本作为测试集,CNN-GRU估产模型的均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)年平均值为818.3 kg/hm^(2),相较于CNN、GRU、支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)、随机森林(Random Forest,RF)和决策树(Decision Tree,DT)模型分别降低了20.13%、18.81%、29.51%、34.84%和36.57%;2)将冬小麦整个生育期划分为6个时间窗,CNN-GRU估产模型在灌浆-成熟期时精度最高,RMSE为817 kg/hm^(2),而抽穗-开花期的RMSE为823 kg/hm^(2),相较于灌浆-成熟期低0.7%。因此,该估产模型有能力提前2个月预测全国冬小麦主产区产量。 展开更多
关键词 产量 模型 卷积神经网络 循环神经网络 冬小麦 预测 多时相遥感影像
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中国不同植被类型归一化植被指数对气候变化和人类活动的响应 被引量:54
2
作者 耿庆玲 陈晓青 +1 位作者 赫晓慧 田智慧 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第9期3557-3568,共12页
不同植被类型对外界干扰和环境变化的敏感性不同。为厘清中国不同类型植被的动态变化特征及其对外界环境变化的响应,综合利用趋势分析、残差分析和情景模拟方法,在明确2000—2015年间我国不同植被类型归一化植被指数(NDVI)时空变化基础... 不同植被类型对外界干扰和环境变化的敏感性不同。为厘清中国不同类型植被的动态变化特征及其对外界环境变化的响应,综合利用趋势分析、残差分析和情景模拟方法,在明确2000—2015年间我国不同植被类型归一化植被指数(NDVI)时空变化基础上,对气候变化和人类活动两大驱动要素在不同植被类型NDVI变化中的相对贡献进行了定量评估和归因。研究结果表明:(1)2000—2015年,我国植被NDVI整体呈增加趋势,且其空间占比高达84.1%。其中,森林植被的改善状况最佳,显著增加的面积占到了森林总面积的82.4%;而荒漠植被的改善状况相对较差,仅有22.3%的区域呈显著增加趋势。(2)人类活动在我国植被变化中占主导地位。植被改善区和植被退化区人类活动的相对贡献分别为76.4%和60.0%,且人类活动对植被的影响更多与管理方式而非土地利用类型转变有关。(3)不同类型植被对气候变化和人类活动的响应差异显著。对于植被改善区,除沼泽外,人类活动对各类型植被NDVI变化的贡献率均在70%以上,尤其是对农作物的贡献率最高,达到80.7%;对于植被退化区,人类活动影响较大的植被类型为沼泽和农作物,表明2000—2015年间我国沼泽受到了更强烈人类活动的负面影响。研究有助于增强对不同植被类型对全球变化响应机制的理解,并为促进生态建设和植被恢复工作的有效实施提供科学参考。 展开更多
关键词 植被变化 归一化植被指数(NDVI) 气候变化 人类活动 不同植被类型
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蒙古栎展叶盛期变化的光谱特征及其影响因素研究 被引量:4
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作者 张世雅 吕晓敏 +1 位作者 周广胜 任鸿瑞 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2924-2929,共6页
植物生长状况是反映环境变化的重要指标,在全球环境变化格局下,研究多环境因子及交互作用对植物的影响尤为重要。为探究植物光谱特征响应环境变化,从而探究环境变化对植物生长状况的影响,同时实现遥感对植物的监测,该研究以东北地区优... 植物生长状况是反映环境变化的重要指标,在全球环境变化格局下,研究多环境因子及交互作用对植物的影响尤为重要。为探究植物光谱特征响应环境变化,从而探究环境变化对植物生长状况的影响,同时实现遥感对植物的监测,该研究以东北地区优势树种蒙古栎为研究对象,分析研究了不同光周期、温度和氮沉降交互作用引起的蒙古栎展叶盛期冠层光谱反射特征变化。基于大型人工气候室模拟试验,设置3个温度,3个光周期和2个氮沉降交互处理,每个处理4个重复。当蒙古栎进入展叶盛期时,每个处理选择差异较小的三个重复,使用FieldSpec Pro FR 2500型背挂式野外高光谱辐射仪测量光谱反射率。对不同处理的蒙古栎冠层光谱反射率进行分析,选取NDVI(归一化植被指数)、Chl NDI(归一化叶绿素指数)和PRI(光化学反射指数)3个常用的光谱指数作为辅助分析,同时计算一阶导数光谱以得到红边斜率、红边位置、红边面积等参数。不同处理展叶盛期的蒙古栎光谱反射率趋势大体一致,均符合植物特有的光谱反射特征,在350~680 nm范围内有一个小的波峰,680~750 nm反射率显著上升,750 nm后进入反射平台。结果表明:(1)光周期对于蒙古栎冠层的光谱反射率没有明显的影响;(2)增温会减小蒙古栎冠层在350~750 nm波段处的光谱反射率;(3)施氮会导致蒙古栎展叶盛期350~750 nm波段和750~1100 nm波段处的光谱反射率降低;(4)增温和施氮的交互作用会显著减小蒙古栎的光谱反射率;(5)通过一阶导数光谱可清晰地指示植物的红边特征。研究结果可为物候变化的监测与影响因素分析提供理论依据。 展开更多
关键词 蒙古栎 温度变化 氮素 光周期 光谱反射率
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中国陆地生态系统增汇潜力研究展望 被引量:19
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作者 周广胜 周梦子 +1 位作者 周莉 汲玉河 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第31期3625-3632,共8页
碳达峰与碳中和已经成为全球气候治理和生态文明建设的重大需求.厘清陆地生态系统增汇潜力不仅对准确预估未来气候变化对陆地生态系统的影响至关重要,更是人类制定气候变化应对方案的基本前提.本文从陆地生态系统碳储量和碳汇视角,综述... 碳达峰与碳中和已经成为全球气候治理和生态文明建设的重大需求.厘清陆地生态系统增汇潜力不仅对准确预估未来气候变化对陆地生态系统的影响至关重要,更是人类制定气候变化应对方案的基本前提.本文从陆地生态系统碳储量和碳汇视角,综述了中国森林、灌丛、草原、农田和湿地等主要陆地生态系统碳储量、中国陆地生态系统碳汇及其对不同气候变化情景和人类活动的响应,发现中国陆地生态系统碳储量和碳汇的评价结果因不同的研究方法和资料差异较大,需要不断完善陆地生态系统碳储量和碳汇的评估方法并基于最新资料不断更新评估结果.文章进一步指出,现有研究对未来不同时期、不同排放情景下中国陆地生态系统的碳汇功能,尤其是同一区域不同国家重大生态工程增汇潜力的整合研究仍不足,对氮沉降及其与气候变化、大气CO_(2)浓度变化协同作用的影响,特别是对国家重大生态工程增汇潜力影响的研究仍不够,还没有开展中国陆地生态系统增汇的气候变化风险研究.据此,本文指出,未来中国陆地生态系统增汇研究需要重视国家重大生态工程增汇潜力及其风险评价,重点关注高度空间异质性的区域陆地生态系统碳收支模拟技术和不同气候变化情景下气象资料获取技术的发展,为中国陆地生态系统增汇的系统管理优化方案提供科学支撑,服务于国家碳中和战略. 展开更多
关键词 中国陆地生态系统 碳储量 碳汇 生态工程
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生态气象:起源、概念和展望 被引量:8
5
作者 周广胜 周莉 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期210-218,共9页
生态气象是应人类面临的生存环境危机而兴起的地球系统科学新兴学科,已经成为大气科学的二级学科.本文阐述了生态气象的学科起源、概念、主要研究内容与特征,指出生态气象是研究生态系统与气象条件之间相互关系的科学,是地球系统多圈层... 生态气象是应人类面临的生存环境危机而兴起的地球系统科学新兴学科,已经成为大气科学的二级学科.本文阐述了生态气象的学科起源、概念、主要研究内容与特征,指出生态气象是研究生态系统与气象条件之间相互关系的科学,是地球系统多圈层相互作用的核心,服务于人与自然和谐发展;探讨了生态气象观测的主要指标与可能的业务服务产品;阐释了生态气象研究与生态文明气象保障、气象防灾减灾和应对气候变化的关系;指出当前生态气象迫切需要开展的重点研究任务:(1)生态气象长期观测联网研究;(2)基于大数据与人工智能的生态气象信息提取与分析技术;(3)生态系统对气候变化的适应性及其变化归因;(4)生态系统主要气象灾变机制及其致灾临界气象条件;(5)陆地生态系统关键物候期对多环境要素响应的生理生态机制与模拟模型研究;(6)耦合生物-物理-化学-管理过程的生态气象数值模式研发;(7)陆地生态系统变化对气候系统的反馈作用与可持续发展对策研究. 展开更多
关键词 生态气象 起源 概念 展望 重点任务
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西藏高寒草地物种多样性和生产力的环境驱动机制 被引量:2
6
作者 匡苗苗 周广胜 周梦子 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第14期6254-6264,共11页
全球变暖影响物种多样性和生产力及其关系。关于全球和区域的物种多样性与生产力关系已有许多研究,但气候变暖背景下西藏高寒草地物种多样性与生产力的关系及其环境驱动机制研究仍然很少。基于西藏高寒草地实测的35个样点调查数据,利用... 全球变暖影响物种多样性和生产力及其关系。关于全球和区域的物种多样性与生产力关系已有许多研究,但气候变暖背景下西藏高寒草地物种多样性与生产力的关系及其环境驱动机制研究仍然很少。基于西藏高寒草地实测的35个样点调查数据,利用回归分析、Pearson相关性分析、方差分解和结构方程模型等方法,探究了物种多样性和生产力的关系及其影响机制。研究发现:(1)高寒草地的物种丰富度指数和香农-威纳指数与地上植被净初级生产力(ANPP)呈显著正相关关系,且ANPP对物种丰富度指数的变化更为敏感;(2)物种丰富度指数与经度、土壤有效氮、土壤有效磷、年降水量呈显著正相关;Shannon-Wiener指数与海拔和纬度呈显著负相关,与年均温度呈显著正相关;ANPP与经度、土壤有效氮、年降水量和年均温度呈显著正相关,与海拔、纬度和土壤有效钾呈显著负相关;(3)地理因子、土壤养分和气候因子的交互作用对物种丰富度指数和ANPP的贡献率最大,分别为10.99%和32.91%,地理因子和气候因子的交互作用对Shannon-Wiener指数的贡献率最大,为13.61%;(4)地理因子通过调控土壤养分和气候因子间接影响物种多样性和ANPP,土壤养分和气候因子均直接影响物种多样性和ANPP。研究结果揭示了环境因子对物种多样性和生产力的综合调控机制,为西藏高寒草地生态系统科学应对气候变化提供了依据。 展开更多
关键词 高寒草地 生产力 物种多样性 地理因子 土壤养分 气候因子
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升温、光周期和氮添加变化对兴安落叶松幼苗叶黄期的影响 被引量:1
7
作者 张宇钦 周广胜 +1 位作者 吕晓敏 武炳义 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期306-316,共11页
物候是气候变化敏感指标,是陆地生态系统模型的关键参数。目前关于气候变化对物候影响的研究较多,但关于多环境因子交互作用对秋季物候影响的研究尚不充分,制约着物候变化机制的认知与模型发展。以兴安落叶松幼苗叶黄期为研究对象,采用... 物候是气候变化敏感指标,是陆地生态系统模型的关键参数。目前关于气候变化对物候影响的研究较多,但关于多环境因子交互作用对秋季物候影响的研究尚不充分,制约着物候变化机制的认知与模型发展。以兴安落叶松幼苗叶黄期为研究对象,采用控制实验研究叶黄期对升温、光周期和氮添加变化及其交互作用的响应。结果表明:(1)升温对兴安落叶松幼苗叶黄期的影响较显著,升温使叶黄始期和叶黄普期显著提前,完全变色期不显著推迟;(2)光周期变化对叶黄期的影响极显著,光周期延长使叶黄始期和叶黄普期显著提前,完全变色期显著推迟;(3)叶黄期与氮添加量相关性不显著;(4)升温、光周期和氮添加变化双因子交互作用对叶黄始期和叶黄普期的影响均极显著且均存在极值,但对完全变色期的影响均不显著:升温与光周期延长交互作用使叶黄始期和叶黄普期提前,且在升温1.5℃、光周期14h时最显著;光周期延长与氮添加交互作用使叶黄始期和叶黄普期提前,且在施低氮(5g N m^(-2) a^(-1))、光周期10h时最显著;升温与氮添加交互作用使叶黄始期和叶黄普期提前,且在施高氮(20g N m^(-2) a^(-1))、升温1.5℃时最显著;(5)升温、光周期和氮添加变化交互作用对叶黄始期和叶黄普期影响极显著,对完全变色期的影响不显著。这表明,升温、光周期延长和氮添加将延长兴安落叶松幼苗叶黄期,从而增加兴安落叶松幼苗的固碳时间。研究结果可为物候模型发展以及森林生态系统碳估算提供依据。 展开更多
关键词 兴安落叶松幼苗 叶黄期 升温 光周期 氮添加
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融合多尺度特征的遥感影像道路提取方法 被引量:10
8
作者 赫晓慧 宋定君 +2 位作者 李盼乐 田智慧 周广胜 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第8期196-205,共10页
针对遥感影像中由于道路信息错综复杂,导致道路提取不完整、精确度低等问题,提出一种新型遥感影像道路提取方法。融合多尺度特征改善道路提取的整体效果,基于深度残差网络设计混合空洞卷积,并通过定义卷积核各值的间距增大特征提取感受... 针对遥感影像中由于道路信息错综复杂,导致道路提取不完整、精确度低等问题,提出一种新型遥感影像道路提取方法。融合多尺度特征改善道路提取的整体效果,基于深度残差网络设计混合空洞卷积,并通过定义卷积核各值的间距增大特征提取感受野,从而丰富多尺度特征融合模块中的浅层道路语义信息。在编码端提取特征后,利用权重分布的方法匹配感受野尺度,使用不同层级间的特征对全局先验信息进行表征,提高多尺度融合特征获取浅层道路语义信息的准确性,并将改进的多孔空间金字塔池化模块融入到深度残差网络中,挖掘并深度聚合道路浅层次和深层次的语义信息。在两种高分辨率遥感数据集Cheng_Data_Roads和Zimbabwe_Data_Roads上的实验结果表明,所提方法的F1值和MIoU值分别为91.16%和83.63%,准确率、召回率等评价指标均明显优于U-net、ResUnet、D-Linknet等语义分割方法。 展开更多
关键词 深度学习 空洞卷积 深度残差网络 多尺度特征融合 遥感影像道路
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基于EDRNet模型的高分辨率遥感影像道路提取 被引量:8
9
作者 赫晓慧 李代栋 +4 位作者 李盼乐 胡绍凯 陈明扬 田智慧 周广胜 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2021年第9期297-303,312,共8页
针对高分辨率遥感影像道路提取结果不完整、边界质量差的问题,提出基于EDRNet模型的遥感影像道路提取方法。利用残差网络构建道路提取模型EDR1,保留道路的细节信息并加速网络收敛。通过融合多尺度、多层次的道路特征信息,设计道路提取... 针对高分辨率遥感影像道路提取结果不完整、边界质量差的问题,提出基于EDRNet模型的遥感影像道路提取方法。利用残差网络构建道路提取模型EDR1,保留道路的细节信息并加速网络收敛。通过融合多尺度、多层次的道路特征信息,设计道路提取结果优化模型EDR2。在此基础上,利用混合损失函数,提高道路提取的完整度。实验结果表明,EDRNet道路提取方法在马萨诸塞州道路数据集上的召回率、精确率和F1-score指标分别达到了84.4%、81.7%及83.0%,其结果完整且准确。 展开更多
关键词 遥感影像 道路提取 U-Net模型 深度学习 EDRNet模型
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基于边缘特征融合的高分影像建筑物目标检测 被引量:4
10
作者 赫晓慧 邱芳冰 +2 位作者 程淅杰 田智慧 周广胜 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2021年第9期140-145,共6页
高分辨率遥感图像建筑物目标检测在国土规划、地理监测、智慧城市等领域有着广泛的应用价值,但是由于遥感图像背景复杂,建筑物目标的部分细节特征与背景区分度较低,在进行检测任务时,容易出现建筑物轮廓失真、缺失等问题。针对这一问题... 高分辨率遥感图像建筑物目标检测在国土规划、地理监测、智慧城市等领域有着广泛的应用价值,但是由于遥感图像背景复杂,建筑物目标的部分细节特征与背景区分度较低,在进行检测任务时,容易出现建筑物轮廓失真、缺失等问题。针对这一问题,设计了自适应加权边缘特征融合网络(VAF-Net)。该方法针对遥感图像建筑物检测任务,对经典编解码器网络U-Net进行拓展,通过融合RGB特征图和边缘特征图,弥补了基础网络学习中的细节特征缺失;同时,借助网络的学习自动更新融合权重,实现自适应加权融合,充分利用不同特征的互补信息。该方法在Massachusetts Buildings数据集上进行了实验,其准确率、召回率和F1-score分别达到了82.1%,82.5%和82.3%,综合指标F1-score相比于基础网络提升了约6%。VAF-Net有效提高了编解码器网络对于高分影像建筑物目标检测任务的表现性能,具有良好的实用价值。 展开更多
关键词 目标检测 特征融合 神经网络 边缘特征 U-Net
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气候变化驱动下黄土高原刺槐林气候适宜性和脆弱性 被引量:7
11
作者 汲玉河 周广胜 李宗善 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期3348-3358,共11页
刺槐是黄土高原乡土树种,具有优良的水土保持和固碳功能。黄土高原生态恢复实践中实施了大规模的植树造林,刺槐林面积占沟壑丘陵区人工植树造林面积90%以上。由于种植时没有考虑刺槐的气候适宜性,一些地区的刺槐林出现了退化现象。采用... 刺槐是黄土高原乡土树种,具有优良的水土保持和固碳功能。黄土高原生态恢复实践中实施了大规模的植树造林,刺槐林面积占沟壑丘陵区人工植树造林面积90%以上。由于种植时没有考虑刺槐的气候适宜性,一些地区的刺槐林出现了退化现象。采用最大熵模型,在0.5km×0.5km空间精度上分别模拟了1961—1990、1966—1995、1971—2000、1976—2005、1981—2010,以及2100年(典型浓度路径RCP4.5和RCP8.5气候情景下)黄土高原刺槐的气候适宜性和敏感性。模拟结果显示:黄土高原刺槐分布及其动态变化主要受到最冷月温度、极端低温、降水量、年辐射量等气候因子影响,低温(最冷月温度、极端低温)是影响刺槐的最关键因子。黄土高原西北和北部广大地区,自然环境条件不适合刺槐林生长;黄土高原东南部(关中平原和山西南部)比较适合刺槐生长。相对1961—1990年,1961—2010年期间刺槐林适宜区分布格局基本没有改变,RCP4.5和RCP8.5气候情景下刺槐林适宜区分布格局也没有显著改变。图层叠加分析发现,刺槐的气候适宜度(即存在概率)发生了明显改变。黄土高原西部和北部属于不适宜刺槐生长的非敏感区,东部和东南部是适宜刺槐生长的区域,尤其是山西中南部和陕西关中平原对气候变化非常敏感,展示了刺槐气候脆弱性的一面。研究结果对植树造林,优化人工林空间分布格局,应对气候变化风险和维持黄土高原森林生态系统可持续健康发展具有重要参考价值。 展开更多
关键词 黄土高原 气候变化 植树造林 刺槐林 气候适宜性 脆弱性
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黄河流域植被覆盖度变化及驱动因素 被引量:24
12
作者 王晓蕾 石守海 陈江朝霞 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期5358-5368,共11页
利用Google Earth Engine(GEE)遥感云计算平台通过像元二分模型反演出1999~2019年植被覆盖度,采用一元线性回归和变异系数法来研究FVC的变化趋势特征及其稳定性,通过地理探测器进行植被变化的驱动分析.结果表明:黄河流域FVC总体上西北... 利用Google Earth Engine(GEE)遥感云计算平台通过像元二分模型反演出1999~2019年植被覆盖度,采用一元线性回归和变异系数法来研究FVC的变化趋势特征及其稳定性,通过地理探测器进行植被变化的驱动分析.结果表明:黄河流域FVC总体上西北低东南高;中高和高被覆盖区分别占研究区总面积的21.74%和17.87%;近20a年黄河流域FVC已有较好改善,流域中部植被改善最明显,改善区域占流域总面积的48.52%;FVC的稳定性以较平稳为主.降水、日照时间及相对湿度三个驱动因子对黄河流域FVC影响力最强.各驱动因子对FVC影响存在交互作用,以双因子增强或者非线性增强为主,双因子交互作用增强了单因子的影响;本研究也揭示了促进植被生长的各因子最适宜范围,有助于更好地理解自然和社会因素对植被覆盖变化的影响及其驱动机制. 展开更多
关键词 植被覆盖度 时空变化 驱动分析 地理探测器 黄河流域
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基于代价敏感卷积神经网络的遥感影像分类 被引量:1
13
作者 赫晓慧 李志强 +2 位作者 李盼乐 田智慧 周广胜 《计算机应用与软件》 北大核心 2023年第5期253-261,共9页
遥感影像分类中,由于数据集不平衡问题,模型倾向于导致高错分损失的样本学习,而忽略稀有困难样本,使模型的性能降低。针对此问题,提出一种自适应样本分布特征的代价敏感(SCoSen)卷积神经网络算法。该算法为每个类别分别建立损失函数,并... 遥感影像分类中,由于数据集不平衡问题,模型倾向于导致高错分损失的样本学习,而忽略稀有困难样本,使模型的性能降低。针对此问题,提出一种自适应样本分布特征的代价敏感(SCoSen)卷积神经网络算法。该算法为每个类别分别建立损失函数,并且在训练的过程中,通过统计训练数据的样本特征,对样本添加平衡因子,赋予少数类更大的权重,解决训练样本比例不平衡问题。将代价敏感信息嵌入到深度学习框架中,使模型具有代价敏感性,更加关注稀有困难样本的学习。实验结果表明,该算法在不平衡遥感影像数据集上,能够有效提升深度学习模型的分类能力。 展开更多
关键词 卷积神经网络 代价敏感学习 分类 遥感影像 类不平衡 损失函数
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陆—气相互作用研究展望 被引量:1
14
作者 周广胜 周梦子 +1 位作者 周莉 汲玉河 《地球科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期661-670,共10页
综述了陆—气相互作用在观测、机制和模型方面的最新进展,指出现有陆—气相互作用观测研究没有同时考虑陆面生理生态与大气边界层变化对陆—气通量的影响,制约了陆面过程参数化或参数的卫星遥感反演以及陆面过程模式的业务应用。从全面... 综述了陆—气相互作用在观测、机制和模型方面的最新进展,指出现有陆—气相互作用观测研究没有同时考虑陆面生理生态与大气边界层变化对陆—气通量的影响,制约了陆面过程参数化或参数的卫星遥感反演以及陆面过程模式的业务应用。从全面认识陆—气相互作用与陆面过程模式发展出发,指出未来需进一步强化陆面生理生态与大气边界层变化对陆—气相互作用的影响研究以及陆面过程模式的业务应用研究,并提出了拟关注的重点任务:①陆—气相互作用的跨界面立体观测;②多源数据在跨界面陆—气相互作用中的应用;③陆面过程模式发展与业务应用。 展开更多
关键词 陆—气相互作用 陆面生理生态 大气边界层 陆面过程模式
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基于PROSAIL混合反演模型的MODIS LAI产品改进及评估
15
作者 赫晓慧 张乐涵 +2 位作者 乔梦佳 田智慧 周广胜 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第22期9328-9341,共14页
叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是定量陆地生态系统中光合作用、呼吸作用、蒸腾、碳和养分循环等过程中物质与能量交换的重要结构参数。目前大、中尺度的气候和生态水文建模使用的LAI产品主要来源于中分辨率成像光谱仪(MODIS),但由于... 叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是定量陆地生态系统中光合作用、呼吸作用、蒸腾、碳和养分循环等过程中物质与能量交换的重要结构参数。目前大、中尺度的气候和生态水文建模使用的LAI产品主要来源于中分辨率成像光谱仪(MODIS),但由于其反演过程中的不确定性因素导致MODIS LAI产品在部分地区存在质量问题。以青海省复杂植被地区为研究区域,基于实地考察与采样验证了区域内MODIS LAI所存在的质量问题分布,并揭示了不确定因素的影响。与此同时,提出了一种基于PROSAIL模型与深度神经网络(DNN)的混合建模技术,针对MODIS LAI生成机制中地表分类数据、地表反射率数据和反演算法的不确定性进行改进,并基于青海省大范围实测LAI数据评估了改进前后产品的准确度,实测数据的验证结果发现:改进模型的LAI准确度(RMSE=0.48,R^(2)=0.64)显著高于MODIS LAI(RMSE=0.71,R^(2)=0.56),预测结果与实测结果之间的偏差显著减少;区域尺度上,柴达木荒漠植被低覆盖典型区域、三江源高寒草甸中覆盖典型区域与青海湖牧场草地高覆盖典型区域的RMSE分别提高了0.19、0.10、0.54,改进方法有效解决了MODIS LAI产品中高覆盖植被饱和效应导致的高估以及低覆盖植被未检索导致低估的质量问题,改进结果分布连续,更符合真实植被状况。基于以上研究,充分证明了研究方法对MODIS LAI产品的改进具有可靠性,能够在缺少实测样本数据的情况下有效提高MODIS LAI的质量,为全球植被环境监测与生态建模提供重要的数据支持。 展开更多
关键词 MODIS LAI PROSAIL模型 叶面积指数 深度神经网络
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基于AOD数据和随机森林模型估算河南省ρ(PM_(2.5))
16
作者 田智慧 吴文秀 魏海涛 《兰州大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期172-178,共7页
基于融合的深蓝/暗目标气溶胶光学厚度数据集构建了随机森林(RF)、地理加权回归(GWR)和线性混合效应(LME)模型估算河南省的ρ(PM_(2.5)),通过十折交叉验证评价模型性能.结果表明,RF模型估算的河南省ρ(PM_(2.5))精度优于其他模型,其中R... 基于融合的深蓝/暗目标气溶胶光学厚度数据集构建了随机森林(RF)、地理加权回归(GWR)和线性混合效应(LME)模型估算河南省的ρ(PM_(2.5)),通过十折交叉验证评价模型性能.结果表明,RF模型估算的河南省ρ(PM_(2.5))精度优于其他模型,其中RF模型月数据的R^(2)比GWR和LME模型分别高0.26、0.27,R_(MSE)分别低6.56、5.32μg/m^(3);RF模型季节数据的R^(2)比GWR和LME模型均高0.24,R^(2)MSE分别低3.13、4.31μg/m^(3).利用RF模型估算河南省2017年的ρ(PM_(2.5)),冬季最高,R最高,R_(MSE)最大;春、秋季次之;夏季最低,R^(2)和R_(MSE)最小,空间分布特征为北高南低. 展开更多
关键词 气溶胶光学厚度 PM_(2.5)质量浓度 随机森林模型 河南省
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基于FY-3 MERSI遥感数据的水稻种植分布提取 被引量:4
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作者 任鸿瑞 张悦琦 +2 位作者 何奇瑾 李荣平 周广胜 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1606-1611,共6页
快速准确获取水稻种植分布对于制定区域农业生产政策、保护区域农业稳定具有科学意义。以风云系列为代表的卫星资料在农业遥感方面已得到了广泛使用,但目前鲜有基于国产风云遥感数据反演水稻种植空间分布的研究。为快速准确获取水稻种... 快速准确获取水稻种植分布对于制定区域农业生产政策、保护区域农业稳定具有科学意义。以风云系列为代表的卫星资料在农业遥感方面已得到了广泛使用,但目前鲜有基于国产风云遥感数据反演水稻种植空间分布的研究。为快速准确获取水稻种植分布,挖掘风云遥感资料在反演水稻种植信息领域的数据价值,以盘锦市作为实验区域,开展基于FY-3 MERSI卫星资料的水稻种植空间分布反演。利用5景2019年研究区域水稻生育期风云三号中分辨率MERSI(Medium Resolution Spectral Imager)光谱成像仪数据计算归一化植被指数(NDVI)、归一化水体指数(NDWI)、两者之间的差值(NDWI-NDVI)及比值植被指数(RVI),对盘锦市水稻以及其他地物类型(建筑用地、水体、自然植被、天然湿地和旱地)感兴趣区域进行植被指数时序分析,利用NDVI、 NDWI、 RVI和NDWI-NDVI时间序列曲线确定最佳识别模式及其阈值,发展水稻种植空间分布遥感反演算法。首先根据水稻移栽期NDWI-NDVI>-0.14和抽穗期NDWI-NDVI<-0.4对水稻种植分布进行粗提取,在此基础上依据水稻与其他地物类型NDVI、 NDWI和RVI曲线特征差异对其他地物类型进行掩膜,得到2019年研究区域水稻种植空间分布。基于实地调查数据对研究区域水稻种植空间分布反演结果开展验证评价,总体精度为75%。基于目视解译的水稻空间分布数据开展验证评价,总体精度、制图精度以及用户精度均达到了80%以上,Kappa值为0.61。研究区域2019年水稻面积为116 618.75 hm^(2),与2019年盘锦市统计年鉴公布数据基本一致。研究表明,基于风云三号卫星资料反演水稻种植空间分布能够满足区域农作物种植分布遥感监测的要求,FY-3 MERSI遥感数据在农作物种植空间分布提取中具有应用价值。该研究丰富了农作物种植分布监测的遥感数据源,对于深入风云卫星资料的实际应用具有重要科学意义。 展开更多
关键词 遥感 水稻 植被指数 风云气象卫星
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1981—2010年长江中下游地区单季稻生殖生长期对气候变化和技术进步的响应 被引量:4
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作者 刘二华 周广胜 +4 位作者 武炳义 宋艳玲 何奇瑾 吕晓敏 周梦子 《作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1305-1315,共11页
作物生殖生长期长度与作物产量和品质密切相关。为深入探究作物生殖生长期长度(reproductive growth period lengths,RGLs)对气候变化和技术进步的响应,基于1981—2010年长江中下游地区单季稻生殖生长期和气象数据,量化不同RGLs (孕穗... 作物生殖生长期长度与作物产量和品质密切相关。为深入探究作物生殖生长期长度(reproductive growth period lengths,RGLs)对气候变化和技术进步的响应,基于1981—2010年长江中下游地区单季稻生殖生长期和气象数据,量化不同RGLs (孕穗期—抽穗期(booting to heading,BDHD)、抽穗期—乳熟期(heading to milking,HDMS)、乳熟期—成熟期(milking to maturity,MSMD)和孕穗期—成熟期(booting to maturity,BDMD))对平均温度(mean temperature,TEM)、累积降水量(cumulative precipitation,PRE)和累积日照时数(cumulative sunshine duration,SSD)的敏感性,并分离气候变化和技术进步对不同RGLs的影响。结果表明,1981—2010年长江中下游地区单季稻BDMD呈延长趋势(0.24d a^(–1)),其中,HDMS延长趋势最明显(0.16 d a^(–1))。气候因子中高温和寡照不利于单季稻不同RGLs延长,其中,TEM对BDHD、HDMS和MSMD变化趋势的平均相对贡献分别为–50.0%、–50.7%和–21.9%,SSD对BDHD、HDMS和MSMD变化趋势的平均相对贡献分别为–47.2%、–48.7%和–67.6%。技术进步弥补了气候变化对不同RGLs变化趋势的不利影响。研究表明,技术进步可能是当前单季稻稳产高产和趋利避害的主要手段,未来可以采用较长生殖生长期和耐热性品种来适应持续的气候变化。 展开更多
关键词 单季稻 气候变化 生殖生长期 技术进步
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增温和光周期变化对东北地区兴安落叶松主要物候期的影响 被引量:3
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作者 苏伟峰 周广胜 +1 位作者 宋兴阳 吕晓敏 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期2546-2554,共9页
兴安落叶松在东北地区森林生态系统的结构与功能中起着重要作用,气候变化背景下东北地区气温增加且光照缩短必将影响兴安落叶松的变化,特别是物候这一气候变化的敏感指标。弄清其物候对气候变化的响应有助于揭示兴安落叶松的变化趋势。... 兴安落叶松在东北地区森林生态系统的结构与功能中起着重要作用,气候变化背景下东北地区气温增加且光照缩短必将影响兴安落叶松的变化,特别是物候这一气候变化的敏感指标。弄清其物候对气候变化的响应有助于揭示兴安落叶松的变化趋势。但是,当前关于兴安落叶松物候对温度、光周期及其协同作用的响应机制仍不清楚。针对东北地区温度剧增、日照时数减少的特点,2019年4月至11月开展了3年生兴安落叶松幼苗主要物候期响应温度和光周期变化的大型人工气候室模拟控制实验。结果表明:(1)不同程度的增温对兴安落叶松生长周期(展叶始期至完全变色期)无显著影响,但显著缩短生长盛期(展叶盛期至叶变色普期),且增温2.0℃较增温1.5℃对生长盛期影响更大。(2)长光照显著增加兴安落叶松的生长周期(9.25 d),短光照对兴安落叶松生长周期的影响不显著,且长光照和短光照均使兴安落叶松生长盛期缩短,二者对兴安落叶松生长盛期影响表现一致。(3)长光照、短光照分别与增温协同作用均使兴安落叶松生长盛期缩短,其中增温2.0℃与长光照协同作用对生长盛期缩短更显著(34.67 d)。(4)与生长始期(展叶始期)和末期(完全变色期)相比,兴安落叶松生长盛期对温度响应更敏感,除叶变色普期外,兴安落叶松物候温度敏感度均随温度升高而降低。不同增温条件下,光照减少降低叶变色始期的温度敏感度,但增温1.5℃时光照减少降低展叶盛期的温度敏感度,增加叶变色普期的温度敏感度;增温2.0℃则相反。东北地区气候变化不利于兴安落叶松生长,且增温2.0℃较增温1.5℃更为不利。研究结果可为理解东北地区生态系统结构与功能变化提供依据。 展开更多
关键词 东北地区 增温 光周期 兴安落叶松 物候
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黄河水生态承载力的流域整体性和时空连通性 被引量:19
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作者 周广胜 周莉 +2 位作者 汲玉河 吕晓敏 周梦子 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第22期2785-2792,共8页
黄河是中华民族的母亲河,黄河流域是中华文明的重要发育地.在中国5000多年的历史长河中,黄河流域作为全国政治、经济和文化中心占据了3000多年,孕育了河洛文化、河湟文化、关中文化等,分布有西安、郑州、洛阳、开封等古都,诞生了四大发... 黄河是中华民族的母亲河,黄河流域是中华文明的重要发育地.在中国5000多年的历史长河中,黄河流域作为全国政治、经济和文化中心占据了3000多年,孕育了河洛文化、河湟文化、关中文化等,分布有西安、郑州、洛阳、开封等古都,诞生了四大发明和《诗经》、《老子》、《史记》等经典著作.黄河流域是连接青藏高原、黄土高原和华北平原的生态廊道,是西北和华北地区的重要水源。 展开更多
关键词 河洛文化 关中文化 河湟文化 《诗经》 生态廊道 四大发明 连通性 黄河流域
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