基于MODIS植被丰度的沙漠化遥感界线提取方法研究

摘要

沙漠化遥感界线的识别是当前沙漠化研究的热点问题，利用遥感技术开展沙漠化界线的提取与动态监测是目前生态环境建设与评价的重要目标，在理论上有助于揭示干旱半干旱地区不同驱动因素对植被生长的影响，在实践上对于识别沙漠化的发生与逆转，以及人工防治沙漠化具有重要的指示意义。
　　本论文以陕甘宁地区为研究区，以时间序列为2001-2015年的MODIS遥感影像为数据源，采用混合像元分解法获取像元植被丰度，并取年植被丰度最大值作为该年植被覆盖度，从而生成不同植被丰度的像元累积频率年变化曲线（简称累积曲线），探讨并分析了曲线所反映的植被在沙漠和非沙漠地区的生长变化特点。由于沙漠和非沙漠地区水分分布存在差异，植被生长呈现显著差异，植被覆盖度有明显不同，反映在累积曲线上为从沙漠到非沙漠存在梯度突变点，通过分析具有统计特征的累积曲线的梯度变化，提取每一年的梯度变化点并用其年平均值作为指示沙漠化界线指标阈值，从而实现了以植被丰度为指标的沙漠化遥感界线的识别，并结合野外实地调查、卫星影像判读对沙漠化界线进行验证和分析。最后，划分并确定以沙漠化界线为中心的沙漠—非沙漠过渡带，分析其空间分布特征和规律，通过对沙漠化面积转移的统计分析，完成了对陕甘宁研究区过去15年沙漠化的时空变化规律的监测与评价，研究结果表明:
　　(1)基于Bernstein基函数的混合像元分解方法能够提取较高精度的像元植被丰度，相对植被指数提取方法其不受植被长势干扰，能够与植被覆盖度一一对应。将该方法应用于研究区15年来的MODIS遥感影像，实现了对陕甘宁地区植被覆盖度的准确估计，反映出陕甘宁地区植被覆盖度总体呈现从东南向西北递减的特点。
　　(2)基于植被丰度的像元累积频率年变化曲线，可以反映出植被在沙漠和非沙漠不同生态环境下的生长状态以及变化特征:沙漠地区的植被覆盖度低，且植被难以生长，非沙漠地区的植被覆盖度高且易于成活。通过提取累积曲线的梯度变化特征点，估计了每年陕甘宁地区的沙漠与非沙漠区的界线，建立了一套沙漠化遥感界线提取方法，通过叠加沙漠化界线与卫星影像、野外实地调查植被状况进一步验证，结果表明累积曲线梯度变化法对沙漠化评价结果具有可靠性。
　　(3)以植被丰度为指标的沙漠化遥感界线的年际变化可以指示沙漠化的变化特征，沙漠化界线所反映的陕甘宁地区的沙漠化在近15年来总体呈现在波动中不断改善的趋势，其中2001-2004年沙漠化面积显著减少，并在2004-2011年基本保持稳定，自2011年起受人类活动影响显著，处于波动变化状态。陕甘宁地区的沙漠—非沙漠过渡带边界有扩张有收缩，整体向西北沙漠方向推进，其中靠近沙漠的外边界变化更为剧烈，主要受自然因素影响，过渡带内边界则主要受人为因素的影响，总体来看变化较为频繁的地区集中在农牧交错演化频繁的地区，由于不同景观要素相互作用，加之人为活动引起的植被变化较大，使该地区具有高敏感性和生态脆弱性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 基于遥感的沙漠化监测与评价

1．2．2 植被在沙漠化遥感监测中的应用

1．3 研究内容、技术路线与研究特色

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

1．3．3 研究特色

1．4 论文组织结构

1．5 本章小结

2 研究区概况

2．1 自然概况

2．2 研究区的沙漠化治理概况

2．2．1 沙漠化治理工程和措施

2．2．2 陕甘宁地区沙漠化的相关研究

2．3 本章小结

3 数据与预处理

3．1 遥感数据的选择

3．1．1 MODIS数据

3．1．2 Landsat8数据

3．1．3 TRMM降水数据

3．2 遥感数据预处理

3．2．1 MODIS影像数据预处理

3．2．2 Landsat8影像数据预处理

3．3 本章小结

4 干旱半干旱区植被覆盖度提取

4．1 植被覆盖度的定义

4．2 植被覆盖度反演研究进展

4．3 基于Bernstein基函数模型的植被丰度提取

4．4 Bernstein基函数模型的混合像元指数与NDVI比较

4．5 本章小结

5 基于植被丰度的沙漠化界线研究

5．1 土地沙漠化过程与植被

5．2 像元累积频率年变化曲线

5．3 梯度变化分析

5．4 研究区沙漠化界线指标

5．5 沙漠化界线指标的验证

5．5．1 遥感影像验证

5．5．2 野外验证

5．6 本章小结

6 近15年来陕甘宁地区沙漠化动态变化研究

6．1 陕甘宁地区沙漠化的空间分布规律

6．2 陕甘宁地区沙漠化的时空变化特征

6．3 陕甘宁地区沙漠化演变影响因素分析

6．4 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

作者简历