三江并流区高山林线的遥感识别及其空间格局分析方法

摘要

本发明公开了三江并流区高山林线的遥感识别及其空间格局分析方法，包括如下步骤：首先利用面向对象分类中的类相关特征，提取包围或与草地和未利用地相邻的林地；其次借助GIS的面转线工具将林地面要素转为线要素。通过利用GIS寻找与山顶点最近距离的林地边界点，本发明提供了三江并流区高山林线的遥感识别及其空间格局分析方法。该方法利用遥感手段识别林线，并对林线的地理分布变化进行了系统研究，具有一定的借鉴意义和可行性。但受遥感影像质量和解译精度的影响，林线提取精度有待进一步提高，同时应尽量减少人为因素的影响，加强林线遥感识别的定量化和模式化研究，以及遥感技术在林线研究中的应用和普及。

说明书

技术领域

本发明涉及林线识别技术领域，具体为三江并流区高山林线的遥感识别及其空间格局分析方法。

背景技术

高山林线存在于亚高山森林和高山草甸、灌丛或者高山冻原之间，是划分高山区景观类型的一条重要生态界限，也是长时间气候变化和多因素综合作用的结果。由于林线本身的复杂性，不同研究者对林线的定义不尽相同，目前主要有两种观点：广义来看，在自然状况下，所有类型的植被界限往往表现为一个过渡区，林线应该是从山地郁闭森林到高山树线之间的整个区域，又被称为高山树线群落交错带，狭义来看，林线是山体达到一定高度时出现的森林分布上限，归根结底，林线是一条低温界限，反映植被对气候的适应情况，而区域的高山林线是被当地环境胁迫因素(例如：强风、干旱、雪、冻寒等)干扰与调节后的结果。一般纬度越低，林线越高，一些研究发现从沿海到内陆林线高度逐渐升高的现象。戴君虎等将其认定为两种表现形式，即过渡性林线和郁闭型林线。我国林线研究关注的区域主要集中在青藏高原、东北长白山、华北五台山和秦岭太白山等地。

“三江并流区”位于青藏高原东南部、云南省西北部，作为中国境内迄今为止面积最大的世界遗产地，森林覆盖率达80％以上，植被垂直带谱完整，立体气候以及小区域气候特征明显，是研究林线地理分布规律较佳地区，目前对这一区域林线研究相对较少，主要集中在植被生态学研究及其气候变化关系研究，林线空间分布特征研究较少。传统的对于林线的确定采用地形图结合实地调查的方法，但由于地形及气候等其他限制因子的存在，导致某些地区的林线很难判断，因此我们提出三江并流区高山林线的遥感识别及其空间格局分析方法。

发明内容

本发明的目的在于提供三江并流区高山林线的遥感识别及其空间格局分析方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：三江并流区高山林线的遥感识别及其空间格局分析方法，包括如下步骤：

A提取林线：首先利用面向对象分类中的类相关特征，提取包围或与草地和未利用地相邻的林地；其次借助GIS的面转线工具将林地面要素转为线要素，进一步通过线转点工具将林地线要素转为点要素；通过利用GIS寻找与山顶点最近距离的林地边界点，找到山顶点周围不同方位最近的森林边界点的集合；最后，通过叠加DEM以及土地利用/土地覆被分类图，得到三江并流区的林线点分布数据；

B分析林线分布与坡度：林线主要分布在15～35°的急坡和陡坡上，平原至微倾平原以及垂直坡上林线分布最少，急坡是林线分布集中坡度，最高林线分布在急陡坡上，各坡度范围内林线分布平均最高和最低值分别位于斜坡和垂直坡上，说明坡度太低或太高都不适于林线的存在，坡度在15°以内，随着坡度升高，林线高度也越来越高，林线分布的平均值均高于3800m，说明该坡度范围内林线点高差较小，林线分布高程一致性较好；坡度超过15°以上，随着坡度的升高，林线分布总体呈下降趋势，林线分布的最大值均超过4600m，林线分布的平均值除陡坡为3928m，其他坡度均低于3900m，说明在高坡度范围内林线点的高差不断扩大，林线分布表现出明显的差异性，在15-35°坡度范围内，随着坡度的升高，林线分布不断增多，林线高度的最大值仍不断升高，但平均值不断下降，说明该坡度范围是林线分布的主要地区，且坡度越高，林线分布的高差越大，坡度超过35°时，林线分布不断减少，随着坡度的继续升高，林线分布的高度不断下降，林线分布的高差进一步扩大；

C分析林线分布与坡向：一般北坡植被优于南坡植被，在林线表现上为北坡林线高于南坡林线，分别对8个坡向上林线分布的最大值和平均值进行统计，最大值表示林线分布的最高位置可能出现的坡向，平均值表示林线分布的一般特征所对应的坡向，林线分布明显表现为西坡高于东坡，北坡高于南坡的特征，林线分布的最大值出现在西北方向，最小值出现在东南方向，说明林线分布呈现出明显的坡向趋向性，具体来看，4个正方向中，林线分布最大值和平均值最高均为正西，分别是4642m和3930m，最大值和平均值最低均为正南方向，分别为4564m和3881m；正西和正北方向上林线高度最大值中均超过4600m，平均值均超过3900m，林线高度分布排序均为正西>正北>正东>正南；4个偏方向中，除东南方向外，其他3个方向上林线高度最大值均大于4600m，平均值均大于3900m，东南方向最大值为4545m，平均值为3882m；林线分布最大值和平均值最高均为西北方向，分别是4650m和3954m，最大值和平均值最低均为东南方向，分别是4545m和3882m，林线高度排序为西北>西南>东北>东南；

D分析林线分布与经度：林线高度由西向东表现出先上升后下降再上升的波动性上升的特征，林线高度分布的最大值并不出现在经度最高的地区，100.10°-100.15°E为研究区内林线分布最高的经度带，林线高度分布的最小值也不出现在经度最低的地区，99.40°-99.45°E为研究区内林线分布最低的经度带，这种变化与该地区西低东高的地势差异以及东西部的干湿差异有关，但热量因素也同等重要；

E分析林线分布与纬度：林线高度表现出随纬度升高而不断上升的特征，与经度的关系比表明，三江并流区的林线分布主要取决于热量条件，林线高度随纬度升高表现出先上升后下降的波动性特征，呈现出缓慢的下降趋势，其中又以26.65°26.85°N波动性最大；27.40°N之后，随着纬度的升高，林线高度几乎呈线性上升趋势，变化速率为每增加1个纬度，林线高度上升422m。

优选的，所述步骤A中结合已有研究成果及先验知识和目视判读，进一步筛选林线要素，并对遥感提取结果进行分析检验，个别偏高的林线点可能具有重要的生态学意义，需通过逐一目视进行核实；而对于个别偏低于周围的林线点可按小概率事件予以删除。

优选的，所述步骤D中经度差异主要体现在由于水分条件变化所致的气候、水文、生物和土壤等自然要素以及自然带差异。

优选的，所述步骤E中纬度地带性是地域分异规律的重要方面，形成原因主要是地球球形体导致到达地面的太阳辐射在各纬度分布不均，进而使受其影响的自然地理现象也按纬度分布，纬度地带性是以热量变化为基础的，水分条件的差异也起了一定的作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了三江并流区高山林线的遥感识别及其空间格局分析方法，通过提取林线，达到提取三江并流区高山林线的效果，通过分析林线分布与坡度，可分析三江并流区高山林线与坡度的关系，通过分析林线分布与坡向，可分析三江并流区高山林线与坡向的关系，通过分析林线分布与经度，可分析三江并流区高山林线与经度的关系，通过分析林线分布与纬度，可分析三江并流区高山林线与纬度的关系，该方法利用遥感手段识别林线，并对林线的地理分布变化进行了系统研究，具有一定的借鉴意义和可行性，但受遥感影像质量和解译精度的影响，林线提取精度有待进一步提高，同时应尽量减少人为因素的影响，加强林线遥感识别的定量化和模式化研究，以及遥感技术在林线研究中的应用和普及。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：

三江并流区高山林线的遥感识别及其空间格局分析方法，包括如下步骤：

A提取林线：首先利用面向对象分类中的类相关特征，提取包围或与草地和未利用地相邻的林地；其次借助GIS的面转线工具将林地面要素转为线要素，进一步通过线转点工具将林地线要素转为点要素；通过利用GIS寻找与山顶点最近距离的林地边界点，找到山顶点周围不同方位最近的森林边界点的集合；最后，通过叠加DEM以及土地利用/土地覆被分类图，得到三江并流区的林线点分布数据；

B分析林线分布与坡度：林线主要分布在15～35°的急坡和陡坡上，平原至微倾平原以及垂直坡上林线分布最少，急坡是林线分布集中坡度，最高林线分布在急陡坡上，各坡度范围内林线分布平均最高和最低值分别位于斜坡和垂直坡上，说明坡度太低或太高都不适于林线的存在，坡度在15°以内，随着坡度升高，林线高度也越来越高，林线分布的平均值均高于3800m，说明该坡度范围内林线点高差较小，林线分布高程一致性较好；坡度超过15°以上，随着坡度的升高，林线分布总体呈下降趋势，林线分布的最大值均超过4600m，林线分布的平均值除陡坡为3928m，其他坡度均低于3900m，说明在高坡度范围内林线点的高差不断扩大，林线分布表现出明显的差异性，在15-35°坡度范围内，随着坡度的升高，林线分布不断增多，林线高度的最大值仍不断升高，但平均值不断下降，说明该坡度范围是林线分布的主要地区，且坡度越高，林线分布的高差越大，坡度超过35°时，林线分布不断减少，随着坡度的继续升高，林线分布的高度不断下降，林线分布的高差进一步扩大；

C分析林线分布与坡向：一般北坡植被优于南坡植被，在林线表现上为北坡林线高于南坡林线，分别对8个坡向上林线分布的最大值和平均值进行统计，最大值表示林线分布的最高位置可能出现的坡向，平均值表示林线分布的一般特征所对应的坡向，林线分布明显表现为西坡高于东坡，北坡高于南坡的特征，林线分布的最大值出现在西北方向，最小值出现在东南方向，说明林线分布呈现出明显的坡向趋向性，具体来看，4个正方向中，林线分布最大值和平均值最高均为正西，分别是4642m和3930m，最大值和平均值最低均为正南方向，分别为4564m和3881m；正西和正北方向上林线高度最大值中均超过4600m，平均值均超过3900m，林线高度分布排序均为正西>正北>正东>正南；4个偏方向中，除东南方向外，其他3个方向上林线高度最大值均大于4600m，平均值均大于3900m，东南方向最大值为4545m，平均值为3882m；林线分布最大值和平均值最高均为西北方向，分别是4650m和3954m，最大值和平均值最低均为东南方向，分别是4545m和3882m，林线高度排序为西北>西南>东北>东南；

D分析林线分布与经度：林线高度由西向东表现出先上升后下降再上升的波动性上升的特征，林线高度分布的最大值并不出现在经度最高的地区，100.10°-100.15°E为研究区内林线分布最高的经度带，林线高度分布的最小值也不出现在经度最低的地区，99.40°-99.45°E为研究区内林线分布最低的经度带，这种变化与该地区西低东高的地势差异以及东西部的干湿差异有关，但热量因素也同等重要；

E分析林线分布与纬度：林线高度表现出随纬度升高而不断上升的特征，与经度的关系比表明，三江并流区的林线分布主要取决于热量条件，林线高度随纬度升高表现出先上升后下降的波动性特征，呈现出缓慢的下降趋势，其中又以26.65°26.85°N波动性最大；27.40°N之后，随着纬度的升高，林线高度几乎呈线性上升趋势，变化速率为每增加1个纬度，林线高度上升422m。

具体的，步骤A中结合已有研究成果及先验知识和目视判读，进一步筛选林线要素，并对遥感提取结果进行分析检验，个别偏高的林线点可能具有重要的生态学意义，需通过逐一目视进行核实；而对于个别偏低于周围的林线点可按小概率事件予以删除。

具体的，步骤D中经度差异主要体现在由于水分条件变化所致的气候、水文、生物和土壤等自然要素以及自然带差异。

具体的，步骤E中纬度地带性是地域分异规律的重要方面，形成原因主要是地球球形体导致到达地面的太阳辐射在各纬度分布不均，进而使受其影响的自然地理现象也按纬度分布，纬度地带性是以热量变化为基础的，水分条件的差异也起了一定的作用。

本发明“三江并流区高山林线的遥感识别及其空间格局分析方法”，利用遥感和GIS手段进行林线识别与提取，并深入分析了林线分布与坡度、坡向、纬度、经度4个地理因子的关系：(1)借助遥感手段提取林线，相较传统的实地调查抽样方式，具有范围广、受地面限制少、易获取、低成本、高效率等优势，林线提取利用面向对象分类方法中的类相关特征，提高了林线识别的精度和速度，有助于加强对人类活动受限地区林线的研究，借助山顶点提取进一步提高了林线的提取精度；(2)三江并流区的高山林线提取的高度范围是3521-4650m，接近以往该地区研究成果的3700-4400m，林线主要分布在15°-35°的急坡和陡坡上，很少分布在<2°的平原至微倾平原或>55°的垂直坡上，急坡是林线分布集中坡度，最高林线分布在急陡坡上，各坡度范围内林线分布平均最高和最低值分别位于斜坡和垂直坡上，说明坡度太低或太高可能都不适于林线的存在，林线分布明显表现为西坡高于东坡，北坡高于南坡的特征，林线分布的最大值出现在西北方向，最小值出现在东南方向，说明林线分布呈现出明显的坡向趋向性；(3)林线分布与经度之间不存在相关关系，但与纬度之间存在高度的相关关系，林线高度表现出随纬度升高而不断上升的特征，林线高度受地势差异、东西部的干湿程度、热量变化的影响；林线分布与海拔、坡度、坡向、经度和纬度等地理因子的关系，具有一定的解释性和规律性，但不排除因三江并流区复杂的地形因子所带来的结果偏差，林线分布与经度的关系分析，是从栅格尺度出发，仅考虑大地形对林线分布的影响，对于具有复杂地貌形态的三江并流区而言，未来有必要考虑微地貌对林线分布的影响，同时要将大地形和微地貌分级别讨论，可先利用“四山”的山脊线、“三江”的主泓线，将研究区分成多个大的迎风坡和背风坡，进而讨论不同迎风坡与背风坡上林线分布的差异，从而得出林线分布与经度分布的相关关系。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。