基于MODIS时间序列的松嫩平原盐碱地动态变化研究

摘要

土壤盐碱化是一种严重的土地退化现象。土壤盐碱化破坏了生态平衡，导致大面积荒漠形成和土地生产力衰退甚至丧失，且直接影响当地畜牧业发展，农业生产条件恶化，严重影响和制约了区域农业和经济的发展。而松嫩平原已经成为世界三大苏打盐碱化土壤分布区之一，盐碱土总面积占平原面积的19.4％。土壤盐碱化问题十分突出，也是农牧业发展的重要障碍因素。因此，对该区域土壤盐碱化状况的监测迫在眉睫。
　　本文以松嫩平原为研究对象，以2001、2008、2015年期间的MOD13Q1为数据源，提取归一化植被指数(NDVI)、蓝光波段(B)、红光波段(R）、近红外波段（NIR）、中红外波段(MIR)。利用TIMESAT软件对NDVI时间序列数据应用高斯函数拟合并获取十一个物候参数(Phenology，PH)，包括:植被生长季开始期(SOS)、生长季结束期(EOS)、生长季长度(LOS)、基值(BOS)、生长季中值(TOMS)、生长季NDVI峰值(POS)、NDVI时序曲线振幅(AOS)、NDVI时序曲线左导数(ROG)、NDVI时序曲线右导数(ROS)、NDVI时序曲线小积分(GSG)、NDVI时序曲线大积分(NSG)。利用ENVI软件有效综合多时相光谱信息，光谱统计特征包括年平均值(MEAN)、最大值(MAX)和最小值(MIN)。结合2015年左右的Landsat8OLI影像及2015年4月上旬盐碱土实地采样数据选取研究区七种主要土地覆盖类型（耕地1、耕地2、林地、草地、沼泽、水域、建筑用地）以及轻度、中度、重度盐碱土样本。以盐碱土表面光谱反射率及植被物候参数作为分类变量，应用分类回归树(Classification And Regression Tree，CART)方法确定像素归属类别，比较光谱、物候及两者相结合特征对盐碱地的分类效果，得到2015年盐碱地分布状况。并将此分类方法应用于2001、2008年盐碱地信息提取中，得到近15年来松嫩平原盐碱地分布状况，从而研究其实时动态变化过程。
　　研究结果表明:
　　(1)不同盐碱化程度土壤中植被物候特征存在差异，表明物候信息在一定程度上对盐碱化程度有指示作用。
　　(2)经过不同时间序列特征组合分类对比可知，盐碱地分类精度的关系为:光谱+物候＞光谱＞物候。单一光谱反射率对盐碱地的分类效果优于物候参数，物候特征的引入大大提高了单一光谱特征对盐碱地的分类精度，尤其是对于盐碱化程度较高的中度、重度盐碱土分类精度有明显提高。而轻度盐碱土分类精度不高，主要是由于其容易与部分低产田混分。
　　(3)根据分类统计结果，盐碱地主要分布于平原西南部。近15年间中度盐碱地迁移距离最远，轻度、重度盐碱地迁移距离较短;盐碱地重心整体朝着西南方向迁移。土壤盐碱化总体上呈现好转趋势，各类盐碱地面积显著减少，盐碱地减少总面积为15724.38km2，减少速度为1048.29km2/a。研究区内盐碱程度减轻，且2000～2008年间好转速度较快，是盐碱地恢复最主要、最关键的时段。由于盐碱化程度较重的区域改良较为困难，此区域盐碱地面积相对变化率小于全区域，盐碱地变化速度相对较慢。

目录

摘要

1．1 选题背景与研究意义

1．2 国内外土壤盐碱化遥感监测研究进展

1．2．1 盐碱地提取中常用数据源国内外研究进展

1．2．2 MODIS数据盐碱地分类国内外研究进展

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容与方法

1．3．2 技术路线

第2章 研究区概况与盐碱土现状

2．1 研究区概况

2．1．1 自然地理概况

2．1．2 社会经济概况

2．2 研究区盐碱土特点

第3章 研究区数据获取与预处理

3．1 MODIS影像数据集

3．2 数据预处理

3．3 时间序列光谱特征提取

3．4 物候参数提取

3．5 样本选取

3．5．1 野外实测

3．5．2 TM遥感影像目视解译

3．6 本章小结

第4章 松嫩平原盐碱地信息提取方法

4．1 物候参数可分性验证

4．2 决策树模型的建立

4．3 光谱、物候参数盐碱地分类结果对比

4．4 本章小结

第5章 2001～2015年松嫩平原盐碱地时空变化规律

5．1 近15年松嫩平原盐碱地空间变化特征

5．1．1 松嫩平原盐碱地空间分布特征

5．1．2 松嫩平原盐碱地重心迁移特征

5．2 松嫩平原各类盐碱地面积、速度变化规律

5．2．1 松嫩平原各类盐碱地面积变化特征

5．2．2 松嫩平原各类盐碱地变化速度

5．3 松嫩平原土壤盐碱化程度变化特征

5．4 松嫩平原盐碱地空间分异格局

5．4．1 松嫩平原盐碱地面积变化区域分异

5．4．2 松嫩平原盐碱地速度变化区域分异

5．5 松嫩平原盐碱地修复驱动力分析

5．6 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 本文结论

6．2 不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

声明

致谢