基于长时间序列Modis数据的三江源地表温度时空格局研究毕业设计(论文)开题报告

杭州师范大学本科生毕业设计（论文）开题报告杭 州 师 范 大 学本科生毕业设计（论文）开题报告题 目基于长时间序列Modis数据的三江源地表温度时空格局研究 学 院 理学院 专业班级 地理信息科学 学生姓名 黄欣 学 号 2013212318 指导教师 徐俊锋 职 称 副教授 一、 选题背景与意义1.1选题背景在全球变暖背景下，全球温度发生了很大变化，三江源区位于青藏高原的东北边缘，以高寒草甸为主，冰川、湖泊密集，这种独特而典型的生态环境决定了其对气候变暖极为敏感，使得三江源地区成为增温幅度最显著的地区之一1。温度是气候的基本要素之一，对生态环境的变迁响应最为突出且迅速2。地表温度（LST）是地气界面热状况的指示器，其与上覆空气温度之间的差异直接影响地表的感热和潜热通量，能影响地表的能水平衡，因而在气候、农业、生态、 水文等领域有广泛的应用3。三江源地区年、四季平均气温出现多次冷暖波动过程，总体上呈显著增温趋势，但三江源地区的温度变化不均衡，不同区域受到的影响不同，有的区域甚至出现气候湿润化趋势4-6。因此，对三江源进行大尺度的温度时空格局研究显得尤为必要。近年来，三江源地区生态环境与气候变化相互影响，导致三江源地区生态系统遭到破坏。三江源地区下垫面出现草地退化、土地荒漠化和“黑土滩”化、水土流失等一系列问题，水域方面出现湿地、湖泊萎缩，河流量减少等问题7-8。下垫面的变化是导致三江源地区温度变暖的一个重要因素9-11。气温的升高是导致湿地减少、冰川萎缩的原因之一12。1.2选题意义三江源是我国海拔最高、面积最大的高原湿地，相当于一个天然的蓄水池，其为长江、黄河和澜沧江源头供水补给下游区域，因此对“中华水塔”三江源进行保护具有重要意义。三江源地区面积宽广且地形复杂，水热在空间上分布不均，现有的气象台站仅18个，由于其分布的稀疏和不均匀性，各种空间插值算法的结果往往误差很大，难以获取空间上连续并且精度可靠地表温度数据。用传统的研究方法难已为大尺度温度时空格局研究提供数据支撑。现有的MODIS数据在时间和空间分辨率之间有很好的折衷，光谱分辨率也较高，可以获取宏观、动态、快速的观测数据，能满足从局地到全球的研究需要13。1.3国内外研究进展近年许多学者开展了来对地表温度的研究。研究表明，地表温度变化会影响地面与大气之间物质与能量的平衡，导致气温、降水和植被等发生变化，从而对区域生态环境的演变产生重要影响14。管延龙等运用MODIS数据和NDVI植被指数研究天山地表温度时空特征，得出地表温度能有效反映区域气候变化结论15。张金云利用地表温度研究珠三角地区城市热岛效应得出热岛效应的规律和结论16。邹德富等的研究得出MODIS地表温度产品非常适用于研究冻土区域地表热状况的结论17。Vancutsem等利用MODIS数据估算非洲地区最低气温、最高气温，分析了不同季节、生态系统等因素对最高气温估算的影响18。Wan Z等在大尺度空间下研究MODIS地表温度数据与地面测得的地表温度数据有很好的相关性19。王宾宾等运用分裂窗算法得到的地表温度结果与MODIS数据产品具有较好的一致性,并且地表温度结果与去除可疑点后的地面观测数据的平均误差仅为1.435K20。目前国内外有很多学者用 MODIS 数据研究地表温度变化，但大多数的研究观测都是与农业、NDVI、环境等问题研究相结合，温度变化作为一个评价指标而非主要研究目标。大多数研究集中于使用 MODIS 遥感数据反演地表温度，或用于验证气象台站气温与 MODIS 地表温度的精度对比，鲜有从动态时空角度分析地表温度时空格局的研究，三江源作为一个重要的地理区域，对其地表温度时空格局的研究目前尚不多见。二、研究的基本内容和拟解决的主要问题本文采用MODIS地表温度产品数据，每幅产品周期为8天，空间分辨率1000m，通过精度验证选择可用的数据，把长时间序列的温度数据合成月温度数据，便于研究。其次，使用最大似然法监督分类得出土地利用类型图。然后，由于三江源区地形复杂、面积宽广，不同的地区受到温度变化的影响不均衡，因此需要对三江源地区用聚类分析进行分区研究。聚类分析因素选取地形、植被覆盖度、纬度、降雨量等因子运用聚类分析。最后按照分出的区域进行温度研究，找到地表温度变化规律，解释地表温度时空格局变化。通过地表温度时空格局变化的特征，探讨不同地区温度的变化趋势，分析导致三江源温度变化的原因，为保护三江源地区生态环境提供建议，以便相关部门采取有针对性的措施保护三江源生态环境，为三江源地区生态规划提供指导作用和制定相应的政策提供科学依据。三、研究方法及措施1.数据预处理对地表温度数据进行精度验证，选择满足精度的地表温度数据。2.合成数据运用Arcgis软件把8天的地表温度数据合成月数据，得到MODIS长时间序列的月地表温度数据。3.聚类分析运用地形、植被覆盖度、纬度、降雨量等因子建立聚类分析模型。首先运用最大似然分类监督法对下垫面进行分类，得到下垫面的土地利用类型图。然后结合经纬度数据、DEM高程数据、降雨量数据、土地利用图进行聚类分析，通过聚类分析得出分区规律，把三江源地区划分成不同的研究区域。4.分区研究根据聚类分析划分的研究区域选择合适的样本进行温度分析，把地表温度数据划分为为不同的。5.解释地表温度时空格局根据分区结果对地表温度进行分区研究，选出每个区域的温度数据进行分析，运用数据拟合的方法得出地表温度变化规律，解释地表温度时空格局变化。四、研究工作的步骤与进度研究工作进度表序号工作内容预期成果时间安排1下载数据长时间序列MODIS温度数据，DEM高程数据，纬度数据，降水量数据，三江源遥感地图2017.1.1-2017.1.32处理数据获得月平均温度数据，下垫面分类图，经纬度数据，降雨量数据，DEM高程数据2017.1.4-2017.2.213聚类分析把研究区域按照地表温度变化分成不同的区域2017.2.22-2017.3.114分区处理获得地表温度分区图2017.3.12-2017.3.205解释时空变化获得分区区域地表温度时空变化2017.3.21-2017.4.156撰写论文一万字以上的研究论文2017.4.15-2017.5.15五、主要参考文献1近43年来三江源地区气候变化趋势及其突变研究J. 自然资源学报, 2006, 21(1):79-85. 2赵新全. 高寒草甸生态系统与全球变化J. 2009. 3易湘生, 尹衍雨, 李国胜,等. 青海三江源地区近50年来的气温变化J. 地理学报, 2011, 66(11):1451-1465. 4徐维新, 古松, 苏文将,等. 1971-2010年三江源地区干湿状况变化的空间特征J. 干旱区地理(汉文版), 2012, 35(1):46-55. 5徐维新, 古松, 苏文将,等. 1971-2010年三江源地区干湿状况变化的空间特征J. 干旱区地理(汉文版), 2012, 35(1):46-55. 6李红梅, 李林, 张金旭,等. 21世纪前中期三江源地区极端气候事件变化趋势分析J. 冰川冻土, 2012, 34(6):1403-1408.7纪玲玲, 申双和, 郭安红,等. 三江源气候变化及其对湿地影响的研究综述J. 吉林气象, 2009(1):14-17.8 任又成. 新时期我国三江源生态恶化现状调查及分析D. 西北农林科技大学, 2012.9廉丽姝. 三江源地区土地覆被变化的区域气候响应D. 华东师范大学, 2007.10王雪璐. 青藏高原三江源高寒草地生态系统土壤侵蚀研究D. 兰州大学, 2016.11廉丽姝, 束炯, 李朝颐. 三江源地区草地退化对中国区域气候影响的数值模拟研究J. 气象学报, 2009, 67(4):580-590.12冯蜀青, 苏文将, 肖建设,等. 2000年以来三江源地区水资源变化遥感调查研究J. 青海科技, 2008, 15(5):20-26.13 Justice C, Vermote E, Townshend J. The Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS): land remote sensing for J. IEEE Transactions on Geoscience & Remote Sensing, 1998, 36(4):1228-1249.14Wilson J S, Clay M, Martin E, et al. Evaluating environmental influences of zoning in urban ecosystems with remote sensingJ. Remote Sensing of Environment, 2003, 86(3):303-321.15管延龙, 王让会, 李成,等. 基于MODIS数据的天山区域地表温度时空特征J. 应用生态学报, 2015, 26(3):681-688.16 张金区. 珠江三角洲地区地表热环境的遥感探测及时空演化研究D. 中国科学院广州地球化学研究所, 2006.17邹德富, 赵林, 吴通华,等. MODIS地表温度产品在青藏高原连续多年冻土区的适用性分析J. 冰川冻土, 2015, 37(2):308-317.18Vancutsem C, Ceccato P, Dinku T, et al. Evaluation of MODIS land surface temperature data to estimate air temperature in different ecosystems over AfricaJ. Remote Sensing of Environment, 2010, 114(2):449-465.19Wan Z, Zhang Y, Zhang Q, et al. Validation of the land-surface temperature products retrieved from Terra Moderate Reso