【毕业学位论文】（Word原稿）基于多源遥感数据的草原植被状况变化研究——以内蒙古草原为例作物信息科学博士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 基于多源遥感数据的草原植被状况变化研究 以内蒙古草原为例 A A I 摘 要 草原是陆地上最大的生态系统，在能 量流动和物质循环的过程中，对人类的生存和发展有 着举足轻重的作用。 国内外学者早在 20 世纪初就开始了对 草原 的研究。由于技术手段的限制， 从20 世纪初到 20 世纪中叶， 对草原的研究都是侧重于草原 植被 的各个方面展开 的， 所采用的研究资料 也主要以人工野外调查数据为主， 随着研究的深入和新的技术手段的诞生， 特别是遥感技术的出现， 使得 对 草原 植被状况的 研究 取得了突飞猛进的发展，短时间内监测大 范围内的 （国家尺度、全球尺度）草原植被状况成为可能。特别是近 10 多年来对草原的研究开始更多地借助于遥感技术，研究内容主要集中在利用遥感植被指数 来 监测草原植被状况的变化上 ， 逐渐形成了草原遥感这一新 学科。 温带草原 地处欧亚大陆的腹地， 是我国北方草原生态系统的核心组成部分，由于其绝大部分分布于内蒙古自治区境内，因此内蒙古草原成为关乎我国北方生态环境安危的关键所在，是屹立于我国北方的一道天然绿色 屏障， 对 三北地区乃至全国 的生态环境的保护和改善 发挥着不可替 代的 作用。 但自改革开放以来，内蒙古草原的生态 环境 遭到日益严重的破坏， 随之而来产生的诸多环境问题（ 草原退化、 沙尘暴等）已经严重的影响了 国民经济的健康发展， 直接 加重 了京津地区所面临 环境恶化 的压力 ， 因此对 内蒙古草 原 植被状况变化的研究在 改善我国生态环境，促进国民经济可持续发展 等方面具有重要的现实意义。 本论文 基于多源遥感数据，对 如何选取 草原植被 遥感监测指数、监测模型， 间 的数据同化，以及 利用 遥感数据分析人为因素对草原 植被变化 的影响程度和影响趋势等三方面的内容进行了深入的分析和研究， 并将在 这些 研究方法上得到的一些改进 之处 应用于整个内蒙古草原 及其 两个典型代表区域 之 中，对内蒙古草原 植被状况 1982 2006 年 间 25 年来的 变化 过程 进行了全面、综合的 分析 研究 。 具体内容及实施过程如下： 1） 在不同研究区域内，针对多种遥感数据源的植被指数和不同采样尺度的地面数据（生物量和覆盖度） 选择 草原植被 状况 的最佳 监测指数及监测模型，使得该监测指数和监测模型在植被状况监测研究中具有一定的推广价值。 2） 分别对 据进行数据同化研究，使得三种遥感数据之间的分析比较具有科学性、有效性。 此外在实现数据同化研究的同时，还对利用 短期时间范围 内 的高空间分辨率数据改进低空间分辨率 数据的监测精度展开研究，并确定两 种分辨率的数据 之间是否存在稳定的精度校正关系，使该关系能够被用于时间尺度外推。 3） 基于气候因素（气温、降雨）和遥感植被指数之间的关系模型，初步分析得出草原植被状况变化驱动力因素中人为因素对草原植被状况变化的影响程度和影响趋势。 4） 基于 以上研究 得到的最佳监测指数、监测模型和数据同化模型，利用 据完成 了 对 19822006 年 25 年来的内蒙古草原植被状况变化研究，在宏观尺度上对内蒙古草原植被变化的过程和趋势进行 了 分析。 5） 除了利用 据在宏观尺度上对 19822006 年 25 年间的内蒙古草原植被状况进行了整体监测以外， 本论文 还选择了具有代表性的中尺度典 型研究样区（典型草原和草甸草原），利用高分辨率的 据对其进行了重点监测，在不同尺度上反映内蒙古草原的 植 变化 过程和 变化 趋势，使得监测结果更为科学、全面、综合。 本论文 的主要结论如下 ： 1）在内蒙古草原 区 ，对地面植被状况和遥感植被指数进行回归模拟的线性模型、多项式模型、对数模型、幂函数模型、指数模型一般具有较高的决定系数， 但在经过地面样方数据的的检验后，多项式模型的 精度会有大的下降。 2）在 典型草原样区 ， 被指数与地面植被状况进行回归模拟的回归方程中具有较高的决定系数；在整个内 蒙古草原的研究区域上 被指数与地面植被状况进行回归模拟的回归方程中具有较高的决定系数，但在经过地面样方数据的的检验后， 地面植被状况的回归 模型 模拟 精度会有大的下降。 3） 相关关系 在年度之间呈规律性变化，且变化规律 稳定。 4） 基于 M 数据同化模型，不仅实 现了数据同化的目的，还分别提高了 5） 基于气候因素（气温、降雨）和遥感植被指数之间的关系模型，能够初步分析得出草原植被状况变化驱动力因素中人为因素对草原植被状况变化的影响程度和影响趋势。 6） 1982 2006 年内蒙古草原退化严重。与 1982 年相比， 1983 2006 年的 24 年间草原植被状况优于 1982 年的 年份只有 5 年 ， 当前（ 2006 年）内蒙古草原的平均 被指数值仍然比1982 年低 7） 1998 年以后内蒙古草 原植被状况恶化状态稳定（与 1982 年相比）。 19992006 年 8 年间内蒙古草原各类型的草原植被状况均劣于 1982 年（平均 于 1982 年），没有出现显著改善的年份。 8） 人为因素是导致草原退化的最重要因素之一 。 关键词 ： 草原退化 ， 遥感数据同化 ， 驱动力 he is an in in of A of at on in 0th As a of on on of to 0th of of a it to at as or a of in in in of in of a in of is a s it in of is to to an in of by up to so of of on of is in of of M/ of on on to of a of of 982as 1） of at at in so as to of 2） on M/ so as to of IV to at of be so as to 3） on on of on on 4） on to of of 982 - 2006, to of at 5) 4), as at by M/so as to of at of is as 1) In R2 of of a of 2) In of R2 of of of VI a of 3) M/on 4) M of 5) On of of on be of 6) 982982, in t 983006 982. 7) 982, of to be V 998. of 999to 982 (982), in 8)is of to of 录 第一章 研究目的及意义 . 1 第二章 国内外研究进展 . 3 外研究进展 . 3 原植被生态群落演替研究 . 3 原第一性生产力研究 . 3 原植被覆盖度 . 4 原退化驱动力研究 . 6 原 综合研究 . 6 内研究进展 . 7 原生态群落演替研究 . 7 原第一性生产力研究 . 8 原植被覆盖度研究 . 9 原退化驱动力研究 . 10 原 综合研究 . 11 第三章 研究内容及技术方案 . 13 究内容 . 13 究区域概况 . 14 蒙古自治区概况 . 14 伦贝尔市 . 17 林郭勒盟 . 18 据源 . 18 据 . 19 据 . 19 据 . 20 施方案 . 21 测植被指数和监测回归模型的确定 . 21 同遥感数据源的数据同化 . 22 原退化驱动力分析 . 22 术路线 . 24 第四章 草原植被状况监测指数及监测模型研究 . 25 被指数选取 . 25 据源 . 26 据预处理 . 26 M 数据 . 26 据预处理 . 28 据预处理 . 29 型草原样区最优监测植被指数、监测模型研究 . 29 M 数据植被指数与草原数据覆盖度、生物量的相关分析 . 30 被指数与草原数据覆盖度、生物量的相关分析 . 31 被指数与草原数据覆盖度、生 物量的相关分析 . 33 型精度验证 . 33 蒙古草原区最优监测植被指数、监测模型研究 . 36 被指数与草原生物量数据的相关分析 . 36 被指数与草原生物量数据的相关分析 . 36 型精度验证 . 37 章小结 . 40 第五章 基于多源遥感数据源的数据同化 . 41 型研究样区 据和 据关系分析 . 41 M/据和 据比较 . 41 M/ 据相关关系分析 . 41 草原类型的 据的 模型建立及分析 . 43 蒙古草原 据和 据关系分析 . 46 据和 据比较 . 46 据相关关系分析 . 47 草原类型 4 10 月的 分析 . 52 究区域内各草原类型的 据相关性分析 . 54 章小结 . 57 第六章 内蒙古草原植被状况变化研究 . 58 982 2006 年内蒙古草原各 植被指数等级面积变化 . 60 982 2006 年内蒙古草原平均 x 值变化 . 76 982 2006 年内蒙古草原植被状况空间变化趋势 . 87 章小结 . 89 第七章 典型样区草原植被状况变化研究 . 90 甸草原植被状况变化研究 . 90 据预处理 . 90 被指数计算 . 92 甸草原样区植被状况监测结果分析 . 93 论与讨论 . 95 型草原植被状况变化研究 . 96 据预处理 . 96 被生物量计算 . 98 型草原样区植被生物量监测分析 . 99 论与讨论 . 100 章小结 . 102 第八章 草