基于全球土地覆盖产品的安徽省土地覆盖和景观格局动态变化研究

摘要

土地覆盖体现了密切的人地关系，在地球气候系统和生物地球化学循环中起着重要的作用，与景观格局密切相关并相互补充。随着对地观测卫星数据的发展和研究模型与方法的改进，全球土地覆盖(Global Land Cover, GLC)产品的类型也在不断丰富。然而，目前基于GLC产品的研究工作很少涉及到土地覆盖变化监测和景观格局演变分析。
　　本文以具有皖北、皖中和皖南三大区域性特点的安徽省作为研究区，首先基于30 m空间分辨率的中国GLC产品(GlobeLand30)对基于中分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution ImagingSpectroradiometer, MODIS)的全球土地覆盖产品(MCD12Q1)的国际地圈——生物圈计划（International Geosphere Biosphere Programme，IGBP）、马里兰大学（University of Maryland，UMD）、叶面积指数和植物吸收性光合有效辐射分量(Leaf Area Index and Fractional Photosynthetically Active Radiation, LAI/FPAR)、MODIS衍生净初级生产力(Net Primary Production，NPP)和植物功能型（PlantFunctional Type，PFT）这五种分类系统进行了一致性分析，得出IGBP分类方案最适宜于安徽省的土地覆盖研究;然后从时间和空间两个方面考虑，选取了其他GLC数据中的GlobCover产品，并结合MCD12Q1产品的IGBP分类系统，实现了研究区土地覆盖的时空变化特征研究;并在此基础上，通过选取合适的景观指数对研究区的景观格局进行了空间变化分析，为制定合理有效的土地规划政策和保持良好的生态环境提供了科学依据。
　　主要研究内容和结果如下:
　　(1)省域尺度MCD12Q1分类一致性评价。通过知识规则(Knowledge Rule，KR)和C4.5决策树(Decision Tree，DT)分类算法，统一MCD12Q1数据的五个分类体系和GlobeLand30数据的分类体系，将土地覆盖类型划分为“林地”、“草地”、“耕地”、“湿地”和“人工表面”五类，并从面积一致性、空间一致性、分类精度和景观多样性四个方面，评价了皖北、皖中和皖南三个区域的分类一致性。结果表明，通过相关系数R的分析，MCD12Q1数据中IGBP分类体系的一致性最好;由空间相似性O可知，由于“林地”和“其他”两种土地覆盖类型之间的错分，LAI/FPAR分类体系的“林地”一致性最差，为58.17％;三个子区域中NPP分类系统的一致性指数OA由1.61％变为56.23％，具有区域局限性;LAI/FPAR与GlobeLand30的多样性指数MSIDI和MSIEI差距最大，一致性最差。
　　(2)安徽省土地覆盖时空变化研究。利用2005年和2009年的GlobCover数据以及MCD12Q1数据的IGBP分类方案，分别从土地覆盖时空变化总体分析、土地覆盖类型间转移分析和土地覆盖空间变化动态度分析这三个方面研究了安徽省土地覆盖时空变化。结果表明，2005-2009年安徽省“林地”类型面积增加，“湿地”类型面积减少，同时土地利用程度变化量△I2009-2005＞0，说明安徽省处于土地利用结构发展阶段;MCD12Q1中“草地”类型动态度|K|=0.12，年变化率最大;MCD12Q1数据和GlobCover数据的综合土地利用动态度LC分别为3.06％和0.90％，说明研究区具有较小的土地覆盖年变化率。
　　(3)安徽省景观格局空间变化分析。从景观类型和景观两个水平研究了安徽省景观格局空间变化。结果表明，2005-2009年安徽省“耕地”景观类型的斑块数目NP和斑块密度PD减小，“湿地”的NP和PD值增加，“人工表面”的NP和PD值不变，“林地”和“草地”的景观破碎度较大;“耕地”的类型边缘减弱，聚集性变小，“湿地”的类型边缘增强，聚集性变大，“人工表面”的聚集性和形状复杂性不变;“耕地”的CLUMPY值由0.8995变为0.9050，聚集性较高，并且分布趋向于更加集聚;MCD12Q1和GlobCover数据中HT的值分别由0.9642、0.8867变为0.9053、0.8751，说明2005-2009年安徽省的景观异质性变小。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 研究现状

1．2．1 土地覆盖研究现状

1．2．2 景观格局研究现状

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 基于GlobeLand30数据的MCD12Q1产品一致性分析

1．3．2 基于GlobCover和MCD12Q1的安徽省土地覆盖变化分析

1．3．3 基于GlobCover和MCD12Q1的安徽省景观格局变化分析

1．4 论文的组织结构

第二章 数据获取与预处理

2．1 研究区概况

2．1．1 地理区位

2．1．2 自然生态环境

2．1．3 社会经济状况

2．2 数据获取

2．2．1 MCD12Q1和GlobeLand30产品

2．2．2 GlobCover产品

2．3 数据预处理

2．3．1 MCD12Q1数据预处理

2．3．2 GlobeLand30数据预处理

2．3．3 GlobCover数据预处理

第三章 基于GlobeLand30数据的安徽省MCD12Q1产品一致性分析

3．1 引言

3．2 分类系统统一方法

3．2．1 知识规则建立

3．2．2 决策树C4．5分类方法

3．2．3 GlobeLand30数据分类精度验证

3．3 一致性分析方法

3．3．1 面积一致性分析

3．3．2 空间一致性分析

3．3．3 分类精度比较

3．3．4 景观多样性评价

3．4 一致性分析结果

3．4．1 面积一致性分析结果

3．4．2 空间一致性分析结果

3．4．3 分类精度比较结果

3．4．4 景观多样性评价结果

3．5 本章小结

第四章 基于GlobCover和MCD12Q1的安徽省土地覆盖变化分析

4．1 土地覆盖分类方案统一

4．2 土地覆盖时空变化总体分析

4．2．1 土地覆盖面积变化总体分析

4．2．2 土地覆盖结构变化总体分析

4．3 土地覆盖类型间转移分析

4．3．1 林地转移分析

4．3．2 草地转移分析

4．3．3 耕地转移分析

4．3．4 其他土地覆盖类型转移分析

4．4 土地覆盖空间变化动态度分析

4．4．1 单一土地覆盖空间变化动态度分析

4．4．2 综合土地覆盖空间变化动态度分析

4．5 本章小结

第五章 基于GlobCover和MCD12Q1的安徽省景观格局变化分析

5．1 景观指数及选择

5．2 景观类型尺度的格局变化分析

5．2．1 斑块数目和斑块密度比较

5．2．2 边缘密度和形状指数比较

5．2．3 聚集散布比较

5．2．4 连通性比较

5．3 景观尺度的格局变化分析

5．4 景观格局变化驱动力分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间研究成果