基于NDVI时序数据的华北地区耕地物候参数时空变化特征

[目的]耕地物候作为农业生态系统的重要特征之一,是进行农作物长势监测与估产、田间管理、农作物合理布局等的重要依据。利用遥感方法提取大区域尺度耕地物候参数和种植制度的时空变化特征,有助于从整体上掌握农业资源的空间分布情况,为农业生产决策和区域粮食安全评价提供服务。[方法]文章基于1999年和2013年的SPOT/VGT NDVI逐旬时间序列数据,采用TIMESAT软件集成的非对称高斯函数拟合法对数据进行平滑重构,通过比例阈值法提取了华北地区耕地物候参数(生长季开始期和结束期),分析其时空分布特征,并依据年内NDVI变化曲线峰值数目来确定耕地的生长季个数,识别耕地种植制度。[结果]华北地区作物生长开始期和结束期都存在明显的空间差异,15年来河北北部、北京、天津等地区,第一季作物返青/出苗期变化不大。而河南南部和中部地区,2013年第二季作物出苗期明显提前,由1999年6月下旬7月上旬,提前至6月上旬。我国华北地区种植制度仍以一年两熟制为主,华北地区北部受热量资源制约,仍旧保持一年一熟制不变。与1999年相比,华北地区2013年两熟制种植面积下降了21.1%,而一熟制种植面积增加了38.7%。[结论]华北地区耕地物候的时空变化与种植制度密切相关,同时也受到自然资源和人类活动的共同影响。     

近20年我国县域耕地物候变化空间格局研究

[目的]耕地物候的时空格局研究可以为生态环境建设、农业生产管理等提供依据。[方法]文章基于2001—2017年全国范围内MODIS EVI时间序列数据,使用Savitzky-Golay滤波函数对EVI时间序列曲线进行重建,然后利用动态阈值法提取出了耕地的生长季始期、生长季末期和生长季长度,通过Sen氏斜率计算出了3项物候参数在2001—2017年的变化趋势。[结果](1)从像素单元来看,全国耕地物候生长季始期变化中有53.07%的像元表现为提前趋势;生长季末期物候变化中有76.78%的像元表现为推迟趋势;生长季长度变化中有70.03%的像元表现为延长趋势。(2)从县域单元来看,我国耕地物候的变化趋势以生长季长度延长为主,这类县域在全国县域单元中的占比为64.2%。(3)从空间格局来看,表现为生长季长度延长趋势的县域主要集中在我国东部三大平原、四川盆地以及东部平原向中部地区的过渡带中。[结论]近20年来我国县域耕地物候生长季长度的延长趋势明显且空间差异显著,这是自然地理要素与人类活动等因素综合作用的结果。     

时间序列植被指数重构方法比对研究

时间序列植被指数在植被遥感监测中发挥着重要的作用,但其往往存在大量噪声影响,在应用之前需要进行时序植被指数重构。耕地植被指数是进行农作物长势监测与估产以及农业生态系统对气候变化响应等研究的重要工具,本研究借助MODIS植被指数产品,以东北三省耕地为研究区域,针对非对称高斯函数拟合（AG）、双Logistic函数拟合（DL）和Savitzky-Golay滤波（SG）三种常见的时序植被指数重构方法,从原始数据质量对时间序列植被指数重构的影响、不同重构方法对原始数据的保真性和基于不同重构方法的耕地生长季长度空间格局等方面进行了对比分析。首先对NDVI及其质量控制数据进行分析,探讨原始数据质量对时序植被指数重构的影响;然后选择若干随机抽样点,从定性和定量两个角度来评价不同方法对时序植被指数的重构效果;最后借助研究区的耕地物候特征,间接对不同的时序植被指数重构方法进行对比。结果表明,在东北三省利用这三种方法进行耕地时序植被指数重构时需要引入质量控制数据,AG拟合和DL拟合在该地区耕地时序植被指数重构时表现相似且比SG滤波更加适宜。     

植被物候特征的遥感提取与农业应用综述

多时相遥感数据因其高时效、宽范围和低成本等优点正被广泛应用于对地观测活动中,为大区域尺度掌握植被/作物空间格局提供了新的科学技术手段.通过对相关研究进展的回顾,该文系统归纳了植被物候特征遥感提取的关键步骤.首先从数据获取与处理方面,整理了目前常用的NDVI数据集以及预处理方法等相关背景信息;其次从提取原理、假设条件以及适用性等角度,比较了目前用于时序遥感数据重构和特征提取的常用技术方法;在此基础上,归纳了基于时序遥感数据拟合曲线提取的植被物候特征及其农业内涵意义;最后,结合目前的农业应用,探讨了其在识别作物物候期、确定种植制度以及提高遥感估产精度等专业领域的应用方向,以期为区域尺度上生态管理与农业生产提供科学支持.     

基于MODIS NDVI时序数据的丹江口 库区物候格局研究

该文利用2002～2010年中分辨率成像光谱仪MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiome-ter)250m地表反射率8天合成产品计算出归一化植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)时间序列数据,采用Logistic模型拟合时序NDVI曲线提取了丹江口库区生长始期和生长末期两个关键物候参数,以此获取了丹江口库区的物候空间格局。研究表明丹江口库区大部分地区生长始期为3月上旬至4月上旬,生长末期为11月中旬至12月下旬。库区南部生长始期最早,约3月中上旬,生长末期最晚,约12月中下旬;东北部生长始期最晚,约3月下旬、4月上旬,生长末期最早,约11月中下旬;西部生长始期和末期均介于南部和东北部之间,分别为3月中下旬和12月中上旬。丹江库区物候资料缺乏,该研究估算的物候期对于丹江口库区的进一步科学研究以及农业生产具有一定的指导作用。     

基于MODIS时序数据分析的作物识别方法

通过对植被指数序列数据分析可以准确提取农作物的物候特征信息,从而对不同作物进行识别。该文利用MODIS2004年以旬为单位合成的NDVI数据,采用Coif4小波变换的方法重构作物生长曲线,运用快速傅里叶变换对NDVI时序曲线进行分析,选取曲线均值(0级谐波振幅)、1~3级谐波的初始相位及振幅比例作为作物识别的参数,实现华北地区5种主要作物的识别。经过验证,最终的使用者精度都达到85%以上。     

面向农业区划的作物种植结构遥感提取

[目的]尝试将作物种植结构提取结果由行政单元发展为基于相对均质的地理网格单元,解决当前农作物种植结构信息提取的空间局限性问题,文章在大尺度的土地利用/覆被分类与地块尺度的作物分类之间提出了作物种植结构单元概念,并构建了一种快速、低成本、准确的区域尺度作物种植结构提取方法。[方法]利用黑龙江省2014年250m分辨率的植被指数产品构建时间序列曲线提取物候信息,在耕地物候分区基础上对各物候区进行面向对象的多尺度分割,提取作物种植结构单元,利用光谱特征和NDVI指数构建特征空间,最终采用最邻近分类方法提取作物种植结构。[结果](1)利用MODIS时间序列数据提取物候特征进行多尺度分割的方法,能够有效的提取区域尺度农作物种植结构单元;(2)作物种植结构提取总体精度为95.70%;(3)黑龙江省2014年作物种植类型共有12种。其中,三江平原主要是水稻单一种植区、水稻混作区;松嫩平原以玉米单一种植区以及玉米-大豆混作区种植为主;西北部种植结构较复杂;东南部因地势等影响多种植玉米、大豆。[结论]利用物候数据进行种植结构提取可以有效划分农业区划,研究成果不仅为作物种植结构调整和农业发展布局提供科学依据,也是不同区域产量预测的基础,为合理布局农业生产、改进耕作制度以及引入和推广新产品等提供依据。     

基于快速设定决策阈值的大范围作物种植分布的遥感监测研究

[目的]作物分布是研究作物种植结构的基础,利用遥感进行大范围作物布局的监测识别,对推进农业种植结构研究、分析农业模式和制定农业政策都具有重要的意义。为了更好地适应作物生产的需求,解决大范围作物种植分布遥感监测方法复杂的问题,亟待构建一种快速实用的作物提取方法,实现作物种植信息的快速高效获取。[方法]以江苏省水稻、小麦和玉米为研究对象,利用作物关键生育期内的多时相中分辨率遥感影像,针对作物生长特点进行影像的特征转换,以行政区县为基础的作业单元进行区域划分及阈值设定,构建多时相阈值决策提取模型,并提出一种基于少量样本投射的阈值快速确定的方法,实现大范围作物分布的快速识别。[结果]该方法能够快速分单元确定模型的阈值,     

基于多时相遥感影像的花生种植面积提取——以彰武县北部为例

本文以彰武县北部4个乡镇(大冷乡、章古台镇、四合城乡和阿尔乡)种植花生的耕地为研究对象,基于不同农作物类型之间的物候特征差异,借助3个时期的遥感影像提取农作物的不同NDVI特征值和影像的特征信息,采用监督分类的方法提取花生的种植面积及空间分布情况。结果表明该方法对于区分不同物候特征下的作物分类精度高,较好的反映作物的分布状况,可为该地区主要作物种植分布情况提供科学依据。     

基于SAR遥感的北方旱地秋收作物识别研究

在我国北方旱地秋收作物生长关键期,云雨天气影响较大,无法及时、有效地获取光学遥感数据,因此利用雷达遥感进行旱地作物识别研究非常必要。文章以河北省衡水市为研究区,选择6期RADARAST-2全极化影像作为数据源,分类方法为随机森林法。首先通过对比不同时相间的组合结果,优选出了研究区典型秋收作物(玉米、棉花)的最佳识别时相及组合方式。其次,提取最优识别时相的后向散射信息、纹理信息、极化分解等3部分信息,依据信息间相互组合的结果及随机森林算法对变量的重要性评价,文中对上述3部分信息进行了重要性评估。结果表明:利用SAR识别旱地秋收作物时应着重关注作物生长前期的时相,其中玉米在6月27日单一时相下就可获得90%以上的高精度;棉花面积小、地块破碎,但通过6月3日与6月27日两个时相的结合也得到了70%以上的精度。在玉米识别中极化信息具有较大的贡献,极化变量的加入主要增加了玉米和建筑用地的可分离性,与单纯利用后向散射信息分类相比精度提高了近7%;同样,纹理信息和极化分解信息的加入也使棉花的精度提高了3%。最后,利用随机森林算法对变量的重要性评价机制,优选出对玉米识别最为重要的5个变量,依次为:VH、Alpha、Yamaguchi4-Odd、Freeman-Vol和Mean(HV)。该研究利用雷达数据进行旱地作物识别,验证了雷达影像对旱地秋收作物的识别能力,不仅保证了数据获取与天气状况的独立性,还凭借SAR独有的数据获取方式,为光学数据提供了补充。     

辽宁省植被NDVI对气候因子的滞后响应研究

目的 分析植被对气候因子的滞后响应,为区域应对气候变化、防灾减灾提供科学理论依据。方法 文章以辽宁省为研究区,利用1998—2013年SPOT/VEGETATION逐旬NDVI数据和气象数据,分析研究区植被NDVI生长变化特点,对植被NDVI与降水、NDVI与温度的滞后关系进行研究,并将另一自变量的影响作为常量,揭示植被生长季不同时间尺度NDVI对降水、温度的滞后天数及其空间分布规律,并与传统分析方法进行比较。结果 5月、6月、7月、8月、9月植被NDVI对降水的滞后天数分别为70d、10d、40d、70d、20d,其中6月和9月植被对降水的响应相较其他时段更为敏感;5月、6月、8月植被NDVI分别与同期、累积10d和同期温度的偏相关关系最大;5月、6月、7月降水对植被的影响均大于温度,8月和9月植被受降水和温度的共同影响;生长季植被对降水的滞后天数在辽宁省西部和东南部等地区较长,对温度的滞后天数在辽宁省北部地区较长。结论 偏相关分析比相关分析更能准确地表达NDVI与气候因子的关系。     

我国典型植被群落的NDVI动态变化

随着全球气候变暖,物候正在发生显著变化。植物物候变化是植物对气候与环境变化最敏感且易观测的指示计,气候变化对植物物候的影响及其响应研究成为全球变化研究的热点问题之一。传统的物候观测方法是野外观测为基础的目视观测法,遥感等新技术的发展,为物候监测、研究提供了新的手段,归一化差值植被指数(NDVI)正日益成为植被对气候响应研究的重要手段。本文基于MODIS16天合成NDVI产品,提取了全国34种典型植被群落的NDVI动态变化曲线,分析了其进行植物物候监测的能力。研究结果表明:1)自然植被群落的NDVI年内变化特征明显,大致可分为三种类型:第一种植被群落的年内NDVI波动较大,第二种植被群落的年内NDVI波动不大,但月内变化较为剧烈,第三种植被群落的年内NDVI变化曲线与第一种类型类似,但幅度较小;2)典型植被群落的NDVI动态变化曲线符合其实际生长情况。     

2001—2020年鄱阳湖平原耕地复种时空变化研究

目的 区域特点背景下,利用遥感手段实时获取局部区域耕地复种信息并分析其时空变化特征,可有效反映区域农业集约化变化趋势。方法 文章以鄱阳湖平原为研究区域,利用MODIS09Q1数据建立二波段增强型植被指数（Two-band Enhanced Vegetation Index,EVI2）;基于时序EVI2,利用二次差分法提取研究区2001—2020年耕地复种频率逐年结果;基于Mann-Kendall检验方法、最小二乘法、转移矩阵等方法分析20年复种时空变化特征。结果 基于EVI2提取复种频率的总体精度为90.70%,Kappa系数0.81,满足应用要求。研究区复种以一年二熟为主,耕地整体复种水平以2013年为突变年份呈波动上升趋势,2001—2013年研究区复种降低,2013—2020年则表现为上升趋势,其中2020年复种较2018年和2019年都有所上升,表明恢复早稻政策作用明显。空间上看,20年间研究区82.14%的耕地复种并未表现出明显的变化,保持稳定状态;复种显著降低区域主要分布在余江县、鹰潭市、抚州市、南昌市等县市区部分区域,显著上升区域则主要分布在新建县、余干县北部、鄱阳县北部等。从转移类型上来看,主要发生一年一熟和一年二熟间的相互转换。2001—2013年一年二熟转为一年一熟现象严重,2013—2020年则一年一熟转为一年二熟现象明显。结论 基于EVI2提取复种频率取得了良好的效果。长时序复种频率时空变化特征反映了研究区耕地集约化程度加强的趋势,可为区域“藏粮于地”战略布局提供数据支撑和理论依据。未来研究可进一步从种植制度的视角去理解多年的不同种植制度和休耕策略是如何结合的,从而丰富耕地集约化评价理论体系。     

遥感提取灌溉耕地的特征优选以中国北方为例

目的 区域尺度的灌溉耕地空间分布信息是相关研究和管理的重要基础数据。中国的灌溉农业面积居全球第二位,但目前灌溉空间分布制图相对缺乏,且多依赖人工调查,利用遥感技术进行区域灌溉耕地制图成为未来发展趋势。针对目前对我国灌溉耕地特征参量研究不足、难以描述灌溉耕地优势特征的空间差异性的缺陷,更好指导未来灌溉耕地制图。方法 文章以高精度遥感产品作为真值,在对已有研究选用的分类参量进行统计分析的基础上,选取年降水、高程、坡度、地表水分指数和归一化植被指数作为不同类型特征参量的代表,通过单变量特征选择算法Select K Best,对我国北方不同地区的灌溉/雨养耕地的优势参量进行了系统分析,并针对主要问题提出了解决思路。结果 研究结果显示,不同地区的优势特征类别呈现较大的地域差异,一些新特征被发现较常用的参量更有效;不同地区所呈现的特征优势原因各异。耕地基础禀赋、地理条件和灌溉结果三者互相关联,共同影响灌溉耕地空间信息提取的精度。结论 耕地基础禀赋和灌溉结果最终归因于地理条件,地理条件是未来灌溉耕地制图中需要优先重点考虑的特征参量。     

Economic reform and aggregate cropping patterns for Egypt

Beginning in the early 1980s, the government of Egypt embarked on an aggressive initiative to progressively change its centrally planned economy to a system more dependent on domestic and international markets. The agriculture and food sectors have taken the lead in the economic reforms. This paper investigates changes in Egyptian cropping patterns as an indicator of the 'success' of the transition toward a more market-oriented economy. First, trends in cultivated area and gross margins during the economic reforms are described. Responses of cropping patterns to changes in gross margins are then evaluated. A random effect distributed lag model with pooled cross-sectional time-series methods is used to examine the relationship for individual crops. Canonical correlation analysis provides a more general assessment of responsiveness of the overall cropping pattern.