2000-2014年青藏高原湖泊动态遥感监测与分析

摘要

青藏高原作为独特的自然地域单元，其自然环境和生态关系在全球占有特殊地位，与全球环境变化紧密相关。此外，它受人类活动的影响较小，有助于获取自然条件下气候环境发生的事实和规律。因此青藏高原成是全球变化研究的关键地区和热点。青藏高原上分布着地球上数量最多、面积最大、海拔最高的高原湖泊群，且大部分湖泊是内流湖。湖泊是是大气圈、生物圈、土壤圈和陆地水圈相互作用的连接点，自然的综合体，它的形成与消失、扩张与收缩及其对生态环境演化过程的影响是全球的、区域的和局部的构造和气候事件共同作用的结果。因此，定量化分析湖泊分布、数量和面积变化，对理解全球的、区域的和局部的自然和生态环境具有重要意义。
　　本文以中国境内的青藏高原为研究区，以时间跨度为2000年第49天(2000049)到2014年第365天(2014365)的MOD09A1影像数据（全球500米地表反射率每8天合成数据）为数据源，提出了一种综合多种水体指数的水体提取方法，对青藏高原面积大于5km2的湖泊进行了自动化信息提取和动态变化分析，并针对500m空间分辨率对细小水体解析能力不足的缺点，探讨了基于逐日反射率数据(MOD09GA/MOD09GQ)，利用修正的自适应回归模型来降尺度以提高水体提取精度。本论文的研究得到环境保护部卫星环境应用中心“青藏高原生态环境遥感监测技术服务”项目的支撑。论文的主要结果如下:
　　(1)青藏高原湖泊大多为面积介于5～10km2和10～50km2的湖泊，约占总湖泊个数的70％。15年来湖泊数量逐年呈线性减少趋势，减少速率约为13个/10a，2002-2003年减幅最显著。除面积介于2.5～10km2的湖泊个数波动中整体存在下降的趋势，其余类型湖泊个数均增加。面积介于100～200km2的湖泊15年来增长最快。
　　(2)2000年青藏高原湖泊总面积为38015.89km2，15年整体持续扩张，到2014年，湖泊总面积增加到43606.31km2，增加了5590.42km2，变化比率为14.71％，增长速率约为435.10km2a-1。此外，除了面积介于5～10km2的湖泊面积减少外，其余类型湖泊的总面积整体上均呈现增长趋势。
　　(3)1-12月青藏高原湖泊数量的变化趋势与季节性变化一致，2月湖泊数量最少(481个)，此后数量缓慢增加，9月湖泊数量达到最大值(497个)，之后湖泊数量减少，到12月减少到488个。除8月外，其余月份湖泊总数量15年间呈现下降的趋势，且11～12月湖泊数量波动较大。
　　(4)青藏高原湖泊15年间湖泊面积在各个季节均存在扩张趋势，表明湖泊扩张与季节性无关，且扩张最快是一月，其增长率可达到470.66km2a-1，扩张最慢的为四月，其增长率仅为117.74km2a-1。除2～4月以外，其他月份的增加速率均在400km2a-1以上，线性拟合度(R2)大于0.8，表现为稳定且持续扩张趋势。2-4月份的扩张趋势较弱（R2小于0.48）。
　　(5)基于MOD09GA/MOD09GQ数据，利用修正的自适应回归方法降尺度来提高水体识别精度，一致性指标表明降尺度方法能有效减少水体提取误差。与原始MOD09GA水体提取结果相比，降尺度后提取的水体错分和漏分概率都大大地减少(50％)。本文在250m分辨率上研究了错愕和昂拉仁错两个典型湖泊面积的年内动态变化，为青藏高原其他区域高精度水体提取奠定了基础。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 遥感在湖泊提取研究中的应用

1．2．2 青藏高原湖泊变化研究

1．2．3 MODIS数据降尺度研究

1．3 研究内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线图

第二章 青藏高原概况

2．1 自然地理概况

2．2 社会经济概况

第三章 研究数据和方法

3．1 数据类型及来源

3．1．1 数据源选择依据

3．1．2 MODIS数据组织方式

3．1．3 数据来源

3．1．4 数据预处理

3．2 MODIS遥感影像上水体光谱特性

3．3 水体自动提取方法

3．3．1 地表反射率数据的逐月合成方法

3．3．2 综合多种水体指数的水体提取方法

3．3．3 基于地形数据和时间序列的去噪方法

3．4 水体扩张为湖泊

3．4．1 种子点湖泊数据来源

3．4．2 水体扩张算法

3．5 精度验证

第四章 青藏高原湖泊动态变化分析

4．1 研究区湖泊变化分析

4．1．1 研究区湖泊逐年变化

4．1．2 研究区湖泊逐月变化

第五章 MODIS数据降尺度提高水体提取精度研究

5．1 数据源选择

5．2 MODIS SR降尺度方法

5．3 降尺度精度验证

5．3．1 MODIS-Landsat-7 ETM+SR验证

5．3．2 水体精度验证

5．4 典型湖泊的动态变化

5．4．1 错愕动态变化

5．4．2 昂拉仁错动态变化

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 存在的不足与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文