基于光谱特征的高寒山区森林生态系统水源涵养分布反演研究

摘要

森林生态系统水源涵养具有调节气候,维持生态水平衡等生态功能。青藏高原作为高寒地区,由于其高海拔,环境恶劣的特征,无法实地人工观测水源涵养量。为更好地获取高寒地区的水源涵养量,通过遥感反演的方式得到特定地区的水源涵养价值量。以林芝巴宜区为研究区,研究区内林芝云杉、高山栎、高山松和雪层杜鹃四种植被为主要树种,遥感影像无法直接获得水源涵养信息,但可以通过构建植被叶片光谱信息与水源涵养量之间的定量关系来反演水源涵养价值量。研究不同植被与水源涵养量的定量关系,每种植被采集10个样点共1000个叶片样本和水源涵养数据,利用ASD光谱仪获取高光谱数据,通过相关性选取拟合参数,构建水源涵养回归模型。利用Sentinel-2遥感影像反演研究区内植被的水源涵养分布,并对反演结果进行验证。结果表明,四类植被叶片的反射光谱,均呈现出相似的规律性,在可见光波段差异不明显,近红外到中红外波段呈现出明显四个水吸收带,在红光到近红外波段(700~1400 nm)反射率最高。光谱反射率大小表现为高山栎>高山松>林芝云杉≈雪层杜鹃。通过实验获取植被冠层截流量、枯落物持水量和土壤含水量,三者之和代表植被的水源涵养量,分析植被的光谱特征与水源涵养量的关系,并通过Pearson系数评价波段参数与水源涵养的定量化关系,确定R_(540),R_(1950),NDWI和NDVI四个参数与水源涵养量显著相关。根据上述参数与四类植被的水源涵养量构建水源涵养回归模型,并通过模型反演研究区内植被水源涵养量,检验模拟精度,整体反演精度R^(2)大于0.7,RMSE基本小于10,说明预测模型反演效果较好,模型可有效估算森林生态系统的水源涵养量。