(資料圖)
6月1日,南方科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授鄭一團(tuán)隊(duì)在《地球物理研究快報(bào)》發(fā)表最新研究成果。研究團(tuán)隊(duì)將深度學(xué)習(xí)方法創(chuàng)新性地用于草地演化預(yù)測(cè),并揭示全球變綠在內(nèi)陸干旱區(qū)的新機(jī)制。
研究示意圖 南科大供圖
自上世紀(jì)80年代以來(lái),全球陸地植被呈“變綠”趨勢(shì),二氧化碳施肥效應(yīng)、水熱條件變化以及大氣氮沉降等被認(rèn)為是主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制。近年來(lái),我國(guó)西北內(nèi)陸干旱區(qū)的草地植被也趨于恢復(fù),但其機(jī)制缺乏系統(tǒng)、定量的分析。
該研究中,研究團(tuán)隊(duì)以2001至2015年生長(zhǎng)季獲取的Landsat-7 ETM+圖像為數(shù)據(jù)源進(jìn)行草地覆蓋度遙感解譯。利用HEIFLOW生態(tài)水文模型和RIEMS區(qū)域氣候模式提供的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù),構(gòu)建卷積長(zhǎng)短時(shí)記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ConvLSTM)深度學(xué)習(xí)模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)我國(guó)第二大內(nèi)陸河流域——黑河流域下游戈壁地區(qū)草地蓋度的時(shí)空動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。
研究表明,在遙感大數(shù)據(jù)的支持下,ConvLSTM深度學(xué)習(xí)模型可以在1公里空間分辨率上準(zhǔn)確刻畫研究區(qū)草地覆蓋度的演變特征,還能有效預(yù)測(cè)裸地與草地相互轉(zhuǎn)化的極端演變情景。據(jù)介紹,現(xiàn)有的過(guò)程驅(qū)動(dòng)或數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型難以達(dá)到這一準(zhǔn)確程度。
2001至2015年間,研究區(qū)草地面積總面積從568平方公里變?yōu)?41平方公里,增長(zhǎng)了約30%。利用深度學(xué)習(xí)模型進(jìn)行歸因分析發(fā)現(xiàn),其中62%的植被變化歸因于該流域自2000年起實(shí)施的生態(tài)流量管理,32%來(lái)源于流域中上游自然水文變化產(chǎn)生的跨界影響,而研究區(qū)當(dāng)?shù)氐臍夂蜃兓蛩貎H占23%。生態(tài)流量管理和跨界影響均通過(guò)恢復(fù)研究區(qū)地下水而產(chǎn)生作用。
本研究定量揭示了生態(tài)流量管理和跨界水文影響的內(nèi)陸干旱區(qū)草地恢復(fù)機(jī)制,擴(kuò)展了對(duì)全球綠化的認(rèn)知,也展示了基于大數(shù)據(jù)的人工智能在生態(tài)水文學(xué)研究中的巨大潛力,成果對(duì)于干旱區(qū)植被恢復(fù)、水資源管理等具有重要意義。
南科大環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院2021級(jí)博士生李思齊為論文第一作者,鄭一為通訊作者,南科大是論文第一單位。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1029/2023GL103369
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