黑河源区湿地动态变化分析及驱动力分析胡冰殊毕业论文

分类号密级公开UDC学号20081013004青海师范大学硕士学位论文黑河源区湿地动态变化分析及驱动力分析研究生姓名胡冰殊导师姓名（职称）曹广超，教授申请学位类别硕士申请学位名称理学学科专业名称地图学与地理信息系统研究方向名称遥感与地理信息系统应用论文提交日期2011年4月论文答辩日期2011年5月学位授予单位青海师范大学学位授予日期2011年6月答辩委员会主席董全民1评阅人殷青军，李玲琴青海师范大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得青海师范大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。研究生签名日期青海师范大学学位论文使用授权声明青海师范大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权由青海师范大学研究生部办理。研究生签名导师签名日期黑河源区湿地动态变化监测及驱动力研究中文摘要湿地生态系统有着非常重要的生态效益和经济效益。本文以黑河源区湿地为研究对象，探讨了湿地的重要性以及近20年来研究区湿地动态变化情况。利用1987年、1999年和2006年三个时相的LANDSAT5TM数据，结合1/25万数字地形图、1/100万土地利用现状图等数据，获取了该地区10类地物类型。利用ENVI软件提取湿地类型转移矩阵，分析了近20年间湿地动态变化过程及其驱动力，结果显示该区湿地总面积1987年为9879295KM2、1999年为9832871KM2、2006年为9630655KM2，分别占研究区总面积的117870、117345和114932。呈明显下降趋势。通过驱动力的定性分析表明，气温升高和降水量减少使湿地面积趋于减少。但是，人口增长的压力与经济发展的需要，是导致该区湿地减少的根本驱动力。通过主成分分析，将选取的9个初始变量提取为3个主成分。这三个主成分分别为经济因素、农业发展因素以及人口因素。其中经济因素为第一主成分，对湿地及土地的动态变化影响最大，经济活动是导致该区湿地退化的最主要驱动力。关键字黑河，湿地，面积转移矩阵，主成分分析，驱动力分析IRESEARCHONMONITORINGDYNAMICTRANSFORMATIONANDDRIVINGFORCEINTHESOURCEOFHEIHEABSTRACTWETLANDHASAVERYIMPORTANTECOLOGICAL,ECONOMICBENEFITSTHISPAPERDISCUSSESTHEIMPORTANCEOFWETLANDTAKINGTHEWETLANDINTHESOURCEOFHEIHEASSUBJECESANDGENERALSITUATIONOFWETLANDTRANSFORMATIONINRECENTLY20YEARSITOBTAIN10CATEGORIESOFLANDSCAPETYPESINTHEAREABYCOMBINING1987,1999AND2006LANDSAT5TMDATA,1/25MILLIONDIGITALTOPOGRAPHICMAP,AND1/100MILLIONLANDUSEMAPS,ETCITANALYSETHEDYNAMICPROCESSANDDRIVINGFORCEOFWETLANDINHEIHESINCE1987BYUSINGTRANSFERMATRIXMADETHROUGHTHEUSEOFENVISOFTWAREITSHOWSTHATTHEAREAOFWETLANDSHOWSOBVIOUSOFREDUCINGTRENDIN1987ITWAS9879295KM2WHICHOCCAPIED17787INTHEWHOLERESEARCHREGIONANDIN1999ITTURNEDINTO9832871KM2WHICHTOOKUP117345ASTO2006,ITWAS9630655KM2THATITSPERCENTAGEREDUCEDTO114932THROUGHTHEANALYSIS,WECANSEETHATTHEINCREASINGTEMPERATUREANDTHEDECREASINGPRECIPITATIONMAKETHEWETLANDAREATENDTOREDUCEINTHENATURALDRIVINGFORCEAND,INTHESOCIETYDRIVINGFORCE,THEPRESSUREOFPOPULATIONGROWTHANDECONOMICDEVELOPMENTWASTHEMAINDRIVINGFORCEWHICHLEADSTOTHEAREAOFWETLANDSTOREDUCEBYPRINCIPALCOMPONENTANALYSIS,THESELECTED9INITIALVARIABLESEXTRACTINTOTHREECOMPONENTSTHETHREEPRINCIPALCOMPONENTSAREECONOMICFACTORS,AGRICULTUREFACTORSANDPOPULATIONFACTORSWHERETHEFIRSTPRINCIPALCOMPONENTOFECONOMICFACTORS,WETLANDSONTHEDYNAMICCHANGESOFTHEGREATESTIMPACTTHEREFOREWECANSAYTHATECONOMICFACTORSISTHECAUSEOFWETLANDDEGRADATIONMAJORDRIVINGFORCEKEYWORDHEIHEWETLANDSAREAOFTHETRANSFERMATRIXPRINCIPALCOMPONENTANALYSISDRIVINGFORCEII目录中文摘要IABSTRACTII第一章引言111研究背景及选题意义112湿地概述2121湿地定义2122湿地分类213国内外研究进展4131遥感湿地研究进展4132驱动力研究进展514本文研究主要内容及技术路线7141本文主要内容7142本文技术路线8第二章研究区概况921研究区自然地理环境概况9211地理位置9212地质地貌10213气温概况11214降水与蒸发1122社会经济现状12221人口现状12222经济现状1223研究区湿地现状13231河流湿地13232冰川湿地13第三章遥感数据的采集与处理1431数据源选取14311基础资料14312遥感数据1432图像预处理16321图像增强16322几何校正17323彩色合成19324图像裁剪与拼接19第四章遥感影像湿地信息提取及其分类2041湿地分类的原则20III42湿地分类体系的建立2143遥感解译标志的建立2244影像数据的分类与提取2445分类精度评价2546分类结果26第五章湿地动态变化分析2951湿地总体情况变化分析29511湿地总面积变化29512湿地变化速度33513湿地变化幅度3352湿地面积转移矩阵分析34521研究方法34522湿地向非湿地转移38523非湿地向湿地转移38第六章驱动力分析4061自然及社会驱动因子定性分析40611自然驱动因子分析40612社会驱动因子分析4162经济社会因素定量分析41621研究方法41621主成分分析变量的选择42622主成分分析结果讨论43第七章总结与展望4871结论4872展望49721存在的主要问题49722展望49参考文献51致谢54IV黑河源区湿地动态变化监测及驱动力分析第一章引言11研究背景及选题意义湿地是自然界中人类赖以生存的重要环境和生物多样性最为丰富的生态景观之一，它的生态效益及经济效益不容忽视。生态效益主要体现在调节径流、改善气候和维持生态平衡等方面；经济效益主要体现在提供丰富的动植物产品、提供水资源能源和水运1。2000年联合国环境署的权威研究数据表明，湿地是全球可利用价值最高的生态系统。研究表明每公顷湿地生态系统每年能够创造的价值高达14000美元，是热带雨林的7倍，是农田生态系统的160倍。因此湿地的作用是其他生态系统不能够替代的，被誉为“地球之肾”、“物种的基因库”2。在世界自然保护大纲中，湿地与森林、海洋一起被列为全球最重要的三大生态系统3。但是，人类对湿地的重要性认识远远不足，忽略了对湿地的保护，再加上人类过度的开发，出现了湿地面积大幅度缩小，生物多样性不断减少等现象。湿地与人类的生存、繁衍和发展密切相关，湿地的严重破坏及其退化带来的各种社会问题已严重威胁到了人类和社会的可持续发展，例如环境调节功能的减退和生态的严重破坏问题。黑河流域中下游地区气候干旱，区域内的水资源难以满足当地经济发展和生态平衡的需要，造成了上游和下游的水事矛盾。20世纪70年代以来，经济迅速的发展以及人口大量的增长，加重了对上游湿地资源的盲目利用和对湿地资源的过度开发，从而导致进入下游的水量逐渐减少，林木数量减少，草场退化，沙尘暴肆虐等的生态环境问题进一步的加剧。为了协调黑河流域的用水矛盾，更加合理利用水资源和对湿地环境的保护，1997年国务院批复了黑河干流水量分配方案4。由于黑河流域的水资源来源单一，占流域面积90的中下游地区基本不产流，90的水量主要来源于上游青海省境内的祁连山地。目前国家批准的黑河中下游水量分配依据是黑河干流上游控制站莺落峡水文站的来水量，而莺落峡站的来水量则全部来自于上游，可以说黑河中下游水量的分配，实质上就是对上游来水量的分配。祁连山水源地是黑河水量的主要来源区和径流形成区，形成的地表径流是承载整个黑河流域经济和社会发展的基础，对流域生态环境也有着决定性影响。因此，黑河上游生态环境保护，已成为流域水资源持续利用中最重要的问题。本文对该区湿地资源进行遥感动态监测，及时掌握湿地资源的分布、变化情况，在此基础上进行湿地资源合理利用和有效保护，对研究区湿地资源的管理和可持续发展具有重要的现实意义。1青海师范大学硕士学位论文12湿地概述121湿地定义湿地是介于水陆之间的过渡地带，其地域分布广泛，种类繁多，相互之间差异性比较显著，并兼有这两种系统的某些特征，正是由于这种缺乏明确界线的过渡性，因而很难给湿地下一个确切的定义5。不同的国家不同的学科和不同的专家学者都从不同的角度来定义湿地，目前为止大约有50余种定义，其大体分为广义和狭义两种。狭义的湿地认为湿地是陆地与水域中间的过渡地带，而广义的定义则把地球上除了海洋以外的所有水体都当作为湿地。最有代表性的是1971年2月2日在伊朗的拉姆萨尔（RAMSAR）签署的关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约（简称湿地公约）（CONVENTIONONWETLANDSOFINTERNATIONALIMPORTANTESPECIALLYASWATERFOWLHABITAT），其中关于湿地的定义为“湿地系指不问其为天然或人工，长久或暂时之沼泽地、泥炭地或水域地带、带有或静止或流动或为淡水、半咸水或咸水体者，包括低潮时水深不超过6M的水域。”此外还包括邻接湿地的河湖沿岸、沿海区域以及湿地范围的岛屿或低潮时水深不超过6M的沿岸带水区。同时又规定“可包括邻接湿地的河湖沿岸、沿海区域以及湿地范围的岛屿或低潮时水深超过6M的区域。”目前我国尚未对湿地下定义，多数学者倾向采用湿地公约的定义6，本文对湿地的定义也采用湿地公约中对湿地的定义。122湿地分类湿地的分类是湿地的研究的基础，湿地分类不仅可以帮助人们界定湿地的边界，而且影响湿地的面积、湿地的信息提取及湿地的动态监测。本文从国际公认的湿地分类及国内学者对我国湿地的分类两个部分来探讨。1221国际湿地分类湿地分类方法多种多样，大致可归纳为两种类型成因分类法以及特征分类法。但是世界上不同地方的湿地有着其独特的特点，这些特点各不相同。在湿地公约中，它把湿地分为三级，一级分类为天然湿地和人工湿地，二级分类中，海洋和海岸湿地包括12类3级分类；内陆湿地分为20类三级分类；人工湿地分为10类3级分类，共42小类7。2黑河源区湿地动态变化监测及驱动力分析表11湿地公约湿地分类标准一级分类二级分类三级分类海洋和海岸湿地浅海水区域、海床、珊瑚礁、岩石性海洋、沙或鹅卵石海岸、河口水域、潮间带海涂、咸水沼泽、红树林/潮间带森林、海岸性咸水、海岸性淡水湖、三角洲天然湿地内陆湿地长期的河流/溪流/小河、间断性的河流溪流/小河、长期的淡水湖、季节性的或间歇性的淡水湖、长期的咸水湖或沼泽、季节性的或阶段性的咸水湖、长期的淡水沼泽/池塘、淡水沼泽/池塘、泥潭沼泽、湖苔原/高山湿地、灌木为主的湿地、树木为主的湿地、淡水泉人工湿地人工湿地鱼/虾池塘、农场里的池塘/小蓄水池、灌溉地、季节性泛红的农业用地、盐滩/盐碱滩、水库/拦河坝/坝区、砾石场/烧砖场/取土场、污水处理厂、运河1222我国湿地分类我国幅员辽阔，湿地有多种多样的类型。虽然湿地公约对各种各样的湿地做了非常详细的分类，中国国家林业局根据我国不同种类湿地的实际情况制定了全国湿地资源调查与监测技术规程，此规程将湿地共分为了5个种类28种类型8。表129我国湿地分类标准湿地系统湿地类湿地型说明浅海水湿地海床珊瑚礁岩石性海岸沙或鹅卵石海岸河口水域潮间带海涂咸水沼泽红树林/潮间带森林天然湿地近海及海岸湿地海岸性咸水湖近海及海岸湿地3青海师范大学硕士学位论文海岸性淡水湖三角洲湿地河流、溪流长期的河流、溪流间断的河流湿地淡水湖长期淡水湖季节咸水湖沼泽长期咸水湖季节湖泊湿地淡水沼泽/池塘长期淡水沼泽/池塘季节泥炭藓沼泽苔原高山湿地灌木为主的湿地树木为主的湿地淡水泉（包括绿洲）内陆湿地地热湿地沼泽及沼泽化草甸湿地人工湿地包括池塘、灌溉地、盐田、水库、运河、污水处理厂库塘湿地13国内外研究进展131遥感湿地研究进展湿地的遥感动态监测是当前湿地研究的热点，3S（遥感RS、地理信息系统GIS、全球定位系统GPS）技术应用于湿地研究最早起源于20世纪80年代的发达国家，这些国家不但湿地资源丰富，而且计算机技术及遥感技术发展较早，例如美国、荷兰。早在1975年，美国鱼类和野生动物保护协会就利用了高分辨率的航空像片对湿地资源进行调查。1986年，PARIHAR等通过在高分辨率航空影像提取植被覆盖信息来研究野生动物栖息地。1987年，加拿大ALBERTA省利用LANDSATMSS影像对该省的泥炭型沼泽湿地进行了监测研究。1993年，JENSENJR使用TM数据分析南卡罗莱纳海岸湿地水位变化情况，并使用GIS的方法给出海水水位的预测。2002年，JESSIKATOYRA等通过SPOT和RADARSATSAR影像二者相结合的研究方法，设计了相应的模型来监测评估内陆湿地水域的水质状况，综合分析了该湿地水域的概况，并评价了将SPOT影像与RADARSATSAR影像相结合4黑河源区湿地动态变化监测及驱动力分析的方法应用于内陆湿地的淡水水体范围制图的潜力与优越性，结果表明此方法潜力大，优越性明显。并且综合评估了不同角度得到的的RADARSATSAR影像对于该湿地水体范围做影像图的的优势。植物光谱分析研究应用于湿地植被的模型分析也有较多应用，很多评估湿地的数据参量在光学遥感影响上，也有大量研究。2002年，CHOPRAR使用印度的IRS1BLISSII数据裤的数据对印度PUNJAB地区区域的HARIKE湿地生态系统进行了评估监测和影像制图，监测的内容包括对水体范围的大小和季节变化的频率、土地利用/土地覆盖、湖泊水体的浑浊程度和水质情况、水生植被状态、生长情况等方面，并对该区域的湿地生态环境应该如何保护提出了方法和对策。我国对湿地的研究起步较晚，起步于50年代，主要研究一些典型地区沼泽的类型、成因及发展。发展于70、80年代，中科院组织对全国的沼泽湿地的考察。至90年代才完成了我国湿地资源的初步调查。随着我国湿地资源资料的不断完善，逐渐加深了对湿地的进一步认识，人们开始形成了比较系统的湿地理论，并出版了很多有关湿地科考成果的专著，如若尔盖高原沼泽等。虽然我国在湿地的形成原因、组成结构、相关功能等方面取得了不少的成果，但对不同湿地类型的系统研究还有待进一步研究探讨。对我国不同湿地类型的系统和深入的研究还有待进一步研究探讨。目前，国内湿地遥感技术主要是围绕湿地分类、湿地类型识别、湿地的动态变化监测以及湿地信息系统研究来展开的。例如1998年，陈水森等人利用MOS1MESSR卫星遥感影像，对鄱阳湖湿地环境进行了解译特征分析，通过实地调查，揭示了MESSR影像色调与湿地非地带性植被之间的关系，为鄱阳湖及其它地区湿地调查提供了范例；1999年，张树清等人应用TM影像对三江平原湿地进行了湿地遥感分类模式的研究。通过分析三江平原湿地植被的光谱、景观季相及其生境等特点，找出了不同湿地的遥感影像特征，确立了一套湿地遥感分类模式。1999年中国科学院测量与地球物理研究所的黄进良等人利用RS与GIS对多时像的遥感卫星影像进行处理，研究1949年以后的洞庭湖湿地面积的季节变化与年际变化等。2002年，汪爱华等人利用1996年和2000年的TM影像及1980年三江平原沼泽图，采用RS与GIS相结合的方法，探讨了三江平原沼泽湿地二十年来的动态变化特征；2003年蒋卫国利用RS与GIS对辽河三角洲进行了湿地生态系统环境质量评价；2004年梁国付利用遥感与GIS对近20年豫境沿黄湿地景观格局进行了变化研究10。132驱动力研究进展湿地变化的驱动力包括自然驱动力和社会驱动力。自然驱动力包括气温、降水、水文等方面；社会驱动力包括以下几个方面人口数量的变化、经济增长的5青海师范大学硕士学位论文快慢、政经政策等等。它们直接作用于湿地的开发利用，被看成直接因素；对湿地开发的需求、城市化程度、湿地利用的政策以及当地政府对湿地保护的态度等，这些因素间接作用于湿地的变化，因此称为间接因素。找出对影响湿地变化的因素，并对其进行分析，才能知道哪些因素对湿地变化有着不同的影响，也是对湿地保护的必要措施。国内外对湿地影响因素的研究大都以定性分析为主，定量分析为辅的原则。这些研究者通过研究调查发现，在湿地生态系统周围的农业生态系统从事的各种农业活动是影响湿地系统的主要原因。1996年，EOIAEETTO研究了农业生态系统的活动影响湿地生态系统水文特征的因素，研究发现耕种、放牧、灌溉等人类活动对水文的环境特征影响非常大。1998年，GERAKIS等通过实际的科学研究对比发现，湿地生态系统周围的农业生态系统上进行的10项基本劳动，综合分析发现对湿地各个指标的变化影响，结果表明这些农业生产活动对湿地生态系统的影响最大的因素依次为农业灌溉、农田盲目开垦、过度放牧。2000年，EHRENFELD研究了农村向城市化转变过程中对湿地生态系统水文、地形和生态的影响。2004年，NIEHOLLS研究了21世纪不同条件对海岸湿地的影响，文章列举了气候和社会经济两个条件，结果表明在气候和人类经济活动影响下海岸湿地的潜在损失情况，结果表明，随着气候变暖而导致的海平面上升会淹没大量海岸湿地，从而使海岸湿地的损失。但是这些损失和人类的恶意破坏相比要小。我国对湿地变化的驱动力分析起步较晚，大都侧重于定性方面的分析，主要是从人文因素和自然因素两个方面进行研究分析。人文因素主要侧重于社会经济的发展对湿地变化的影响，主要从农业开垦和水利灌溉工程等对湿地变化的影响进行分析。目前影响湿地变化的自然因素，主要是从气温的变化、降水量多少及水文因素的变化情况来展开研究分析。例如2003年，李颖等人研究了嫩江下游沼泽湿地变化的驱动力，结果表明，沼泽湿地减少的面积距主要公路、铁路、河流的最短距离成幂指数关系，距离越近被开垦的越多。2007年，孟庆伟等人利用内蒙古西部地区为研究对象，利用两期的遥感数据，通过分析湿地相关动态变化指标，揭示了内蒙古西部地区湿地动态变化趋势，分析了影响内蒙古西部地区湿地动态变化的驱动因子，结果表明，研究区湿地动态变化是自然因素和人为因素交互作用的结果，不同类型的因子对湿地资源变化的作用方式、范围和强度也不相同，湿地类型不同，影响其动态变化的主因差异很大。2008年，李华等人利用6期TM及ETM遥感影像资料，综合分析了近30年来影响武汉市河流与湖泊湿地生态系统动态变化的驱动力。结果表明，武汉市湿地景观变化的驱动力主要是社会因素，对武汉市湿地面积与GDP值和人口数量进行线性模拟，结果呈极显著水平。另外，有研究结果表明，针对不同湿地类型，不同的作用因子带来的6黑河源区湿地动态变化监测及驱动力分析影响也不尽相同。例如，影响湿地的自然和社会因子，他们对不同的湿地类型，影响的差异性也有着明显的区别。2005年，侯伟等人认为如沼泽湿地面积的变化主要与人类农业开垦活动有关，如果人们盲目的开垦占用，用湿地面积来换耕地的话，必然带来湿地面积的大量减少。2004年，郭跃东等人认为导致滨海河口湿地变化的根本因素是自然因素，例如大量的降水将会导致其面积或者生态严重的变化。因此，湿地变化的驱动力分析应针对不同地区不同的湿地类型分别进行，所以应该对湿地的研究向更细致的方向发展。从以上研究结果可以看出，目前我国对湿地本身景观格局的变化研究较多，但对湿地与其他土地类型之间的转化研究及不同影响因素下对不同类型的土地影响的大小研究较少，而且影响湿地的驱动力研究大都为定性分析，定量分析较少。因此，要想全面的了解湿地变化的原因，还需要科技的发展及更多科研工作者的努力，把我国湿地研究事业不断推向前进11。14本文研究主要内容及技术路线141本文主要内容第一部分引言主要包括研究背景及选题意义、国内外研究进展以及本文研究的主要内容。第二部分研究区概况介绍研究区的自然环境概况和研究区的湿地现状，研究区面积约为8379KM2，位于青海省祁连县内，包含6个乡镇。研究区主要由黑河源头的东西两岔构成，东岔八宝河，自东向西流程为106KM，西岔野牛沟河自西向东流程约208KM，东西两岔呈“丫”字型汇于黄藏寺后折向北流，然后出山，进入中游河西走廊，经甘肃流向内蒙。第三部分黑河源湿地信息的提取主要分为两个问题，分类体系的建立、数据的分类与提取以及分类精度的评价。对湿地的分类要遵循全面的原则，即要包含研究区的基本地物类型，又要满足研究工作者对研究湿地的需要，还要便于研究的实际应用。然后在分类体系建立的基础上，对湿地1987年、1999年和2006年三个时期湿地光谱特征进行分析，采取人机交互式的分类方法提取黑河源区湿地数据，并得到该区湿地分布图。最后进行分类精度评价。第四部分湿地动态变化分析利用转移矩阵统计不同时期研究区湿地类型的数量，本文从湿地与非湿地之间的转移方面，分析了湿地分布特征以及变化规律。7青海师范大学硕士学位论文第五部分驱动力分析研究湿地变化的驱动力，是探讨湿地利用与保护的基础和关键。由于区域尺度及特征不同，驱动力也不同，但归纳起来主要包含自然、社会两个方面的因素。本文主要采用定性和定量结合的方法进行分析，其中运用了定性分析对自然和社会两个方面进行了概述，进而对影响湿地变化的社会驱动力采用定量分析，利用主成分分析，提取因子，说明了湿地变化的原因。第六部分结论与展望总结了本文得出的主要成果，并对本文的研究不足及今后需深入研究的方面进行讨论和展望。142本文技术路线本文研究的主要技术路线包括研究区湿地资料的收集、处理，遥感影像处理，湿地分类解译标志的建立，湿地动态变化分析、驱动力因子分析以及结论与展望。87年TM影像99年TM影像06年TM影像图像预处理人机交互式解译湿地分布图湿地动态变化监测分类体系解译标志各湿地类型变化湿地面积变化驱动力因子分析结论与展望人文因素自然因素湿地信息提取动态变化分析驱动力分析图11论文技术线路图8黑河源区湿地动态变化监测及驱动力分析第二章研究区概况21研究区自然地理环境概况211地理位置黑河是我国西北典型的内陆河流，它流经青海、甘肃、内蒙三省。黑河流域位于东经960410204E，37454240N，流域总面积为1286万KM2。黑河干流全长821KM，分别以莺落峡和正义峡为上、中、下游分界线，祁连山出山口至莺落峡为上游，海拔介于25005000M之间，4000M以上发育有现代冰川，最高峰团结峰海拔58268M，山峰终年积雪，这里是黑河流域的产流区和水源来源区12。黑河上游分为东西两岔，均起源于青海省祁连山。东岔八宝河，源于俄博滩东的锦阳岭，自东向西流程约106KM；西岔野牛沟河黑河，源于铁里干山，自西向东流程约208KM。东、西两岔呈“丫”字型汇于黄藏寺后折向北流，流程长约95KM后出山，进入中游河西走廊平原地带，经甘肃省流入内蒙地区13。本文研究区位于青海省祁连县内，县境沿祁连山成不规则长条状，南北宽约185KM，东西长约280KM，总面积1478118KM2，占青海省总面积的205。地理坐标为东经9805351010206，北纬372516390518。县境内总人口495万人，辖4乡3镇44个行政村，聚居着汉、藏、蒙古、回、土等15个民族14。这里处高寒山区，属大陆性气候，寒冷期长，四季难分，春季升温慢，秋季降温快，冷空气维持时间长，造成冬季漫长、寒冷，夏季短促、凉爽的局面。9青海师范大学硕士学位论文图21研究区示意图212地质地貌祁连县位于我国祁连山山脉，地形复杂。地质类型属于北祁连加里东地槽褶皱带的中偏西部位15。祁连山境内的地层类型很多，组织结构、构造类型非常复杂，岩浆活动频率也很频繁。祁连山经过长年累月的变化和地质岁月，地质地貌变化很大。祁连山经历多次构造运动，其境内地质类型构造复杂。地质构造方向为北西西向，加里东构造发生于古生代，经过长年累月的较大范围的地质构造运动和变化，地层不断发生地壳的沉降、扭曲、断裂、海水涨潮退潮等复杂的地质运动，地面经过这些地质运动的综合作用，发生褶皱后隆起成山状，因地势升高，海水全部退出，进而形成了一个巨大的北祁连加里东地槽褶皱带。同时，褶皱地带经常发生大量的不规则的地壳活动，导致大范围的地壳断裂活动及岩浆的喷发活动，从而形成了各种各样的矿产资源，在这些多种多样的地质运动作用下，祁连山地区形成了其特有的地址特征。祁连山北部地区从此结束了加里东优地槽的历史。后来随着地质地貌的运动，到了中生代时期，燕山构造运动对祁连山地质地貌的影响也很大，燕山运动主要分为三个时期，最早的时期发生在侏罗纪的中早时期，随着岩浆的侵入和一些内陆湖泊的地质含有很多含煤结构，这些含煤结构会发生沉积，这样就形成了含有煤矿和其他各种矿产的地质地貌。形成祁连10黑河源区湿地动态变化监测及驱动力分析山当今主要形态的原因是发生在第三纪的喜山构造运动，直至今日，祁连山仍以升降为主，但总的趋势是上升。祁连山是由一些南东走向的谷地和平行山岭形成的，这些山岭和谷地构成了青藏高原东北部的一系列庞大的山脉16。祁连县坐落在这个庞大的山脉中，其周围既有海拔较高的高山峻岭，也有地势低洼的山间盆地。县西北部就是有走廊南山之称的祁连山，托勒山贯穿整个县的中部，县的南部是托勒南山和大通山，就这样四条巨大的山脉构成了祁连县的基本地质风貌，北有走廊南山，中有托勒山，南有大通山17。祁连县的海拔地势最高，其海拔最高点是西部的西岔主峰最高海拔为5287M，中部和东部山势虽然较低，山峰的海拔也在4200M以上，山脉的地形地貌多为经过冰雪形成的流水强烈侵蚀作用强烈和现代形成的冰雪冰川发育的寒冻风化及风蚀构造的高山。由于其四周均为高大的山地山脉，在各个山脉之间包夹形成了很多山间凹陷而成的盆地和一些断断续续的褶皱盆地，形成了“四围高山包夹四面山盆地”的独特地形地势。祁连山与托勒南山之间，冰川雪水形成的河流流经于此，形成了黑河、八宝河断陷盆地，并经过长年累月的冲刷风蚀，高山盆地地形地貌更加显著。黑河的流向是自西向东，八宝河自东向西流淌其中，两条河流交相呼应，犹如二龙戏珠。213气温概况祁连县境内的气候受其地形影响非常显著，因为其位置处于高纬度和高海拔地区，其气候明显具有高海拔高纬度的山地地区的气候特色，西部地势低于东部地区。经过研究发现，地势与年均温度是反比关系，地势每升高100M，西部地区温度平均年递减率为03；东部地区为05。每年的5、6月份气温变化显著，昼夜温差也比较大，所以每年在这两个月份，气温与地势的关系是气温随着地势的不断升高，气温逐渐递减，为053065/100M。造成这种现象的原因是中部地区海拔较低，一般都在海拔3000M以下，在这个海拔地域内，大部分的农业用地气温条件较好，年平均温度都比较高，农作物在此海拔区域内非常适合生长。气温随着海拔高度的变化，西部地区明显小于东部地区。气温受到高山的影响，呈现非常明显的垂直分带；随着海拔高度的增加，气温明显逐渐递减。冬季年平均气温均较低，所以冬季气温的变化也最小。214降水与蒸发祁连县境内全年降水量较少，其总体趋势是降雨量南部多于北部，东部多于西部。全研究区内降雨量最少的地区是托勒河和野牛沟河下游，年降雨量只有11青海师范大学硕士学位论文270300MM。默勒滩、克什查滩和峨堡滩以及多隆等地区，年降雨量稍微多于黑河下游地区，为300400MM。其余中部高山地区因为地势海拔较高，全年降雪较多，所以年降雨量都超过400MM，海拔在4000M以上的高山地区，降雨量比较充沛，可达到600MM以上。经过长期研究发现降水量具垂直分带的特征，海拔越高，降水量越高。降雨量亦明显地受海拔高度控制影响，而且海拔高，降水的蒸发量也很少，流失量少，降水的保持率高。并且海拔高度每增加100M，降雨量增加1020MM。八宝河流域地区有很多地表河流，这些地表径流的主要来源是大气降水，还有少量的高山积雪融化汇入。八宝河流域独特的地形特点，其降水跟地形特点有着明显的规律。特点是西边降水少，东边多；北部降水少，南部降水多；高山地区的降水明显多于盆地。托勒河、阿柔和黑河八宝河下游降水量最少，约270300MM；峨堡、沙龙、克什查、默勒4滩及多隆等地，约300400MM，一般高山区皆大于400MM。22社会经济现状221人口现状祁连县位于青海省东北部，因地处祁连山中段而得名。祁连古匈奴语意为“天之山”，境内景色如画、物产丰富，早在元朝就以“八宝”名闻天下，可谓人杰地灵，素有“高原明珠”、“牧区江南”之称，经历代文人墨客润笔渲染，今有“天境祁连”之盛誉。幅员138万KM2，辖4乡3镇44个行政村，聚居着汉、藏、蒙古、回、土等15个民族，总人口46万18。222经济现状祁连山是该地区经济发展潜力较大的地区，总体发展呈现欣欣向荣的景象。祁连县作为环青海湖周边地区，在青海湖的带动下，祁连县的发展还是取得了一定的成果。而且祁连县的发展一直都得到了上级政府的重视和扶持。在省州党委、政府的关心支持下，通过全县各级党政组织及各族干部群众的艰苦奋斗，祁连的经济实现了跨越式的发展。2006年，全年完成地区生产总值55914万元，较同期增长293，人均GDP10538元；完成全社会固定资产投资55401万元，较同期增长1128；实现社会消费品零售总额10025万元，增长13；农牧民人均纯收入达到2533元，增长83。其中，农民人均纯收入13193元，增长10，牧民人均纯收入3757元，增长102；城镇居民可支配收入达到8675元，增长313。社会各项事业蒸蒸日上，教育事业蓬勃发展，“两基”目标已顺利通过省12黑河源区湿地动态变化监测及驱动力分析级验收；卫生县乡村一体化建设已覆盖全县，农村牧区新型合作医疗参与率达100；精神文明创建活动日趋活跃，各民族团结进步，党的建设不断加强19。23研究区湿地现状231河流湿地黑河源区地表水比较丰富，分布不均匀。祁连山脉南坡河流密布，水量丰富；北坡河流稀疏，水量小。多年平均自产径流量总计232亿立方米，其中八宝河417亿立方米，野牛沟河753亿立方米（两河汇流后的甘州河黄藏寺站测为1219M3）20。大气降水自产径流分布不均匀，径流因海拔高度、植被状况和垫层土质不同而异。黑河西岔（野牛沟河）发源于野牛沟乡洪水坝的八一冰川，径流野牛沟乡沙龙滩、大泉、野马嘴、油葫芦及高大坂峡和扎麻什乡，于狼舌头与八宝河汇合，全长129KM，集水面积50894KM2，河水补给来源为冰川降水消融和大气降水。黑河东岔（八宝河）发源于景阳岭，自东向西流经俄堡、阿柔、八宝3乡，至狼舌头与黑河汇合，流程1085KM，集水面积2508KM2。补给来源为冰川消融和大气降水，有大小支沟50余条，多源于南山。上述两河汇流后的黄藏寺水文站11年资料，集水面积7643KM2，平均流量3924平方米/秒，年径流量12374亿立方米。狼舌头到黄藏寺水文站落差70M，有效落差40M；至夹道口总落差390M，有效落差170M。232冰川湿地研究区冰川遍布，是各水系主要补给来源。祁连山冰川是青海省主要冰川之一，分布于祁连山、托勒山、拖勒南山，以黑河垴和拖勒河垴为中心向四周逐渐减少。境内冰川面积达37171KM2，冰川储量13044亿M3。冰川是河水和农牧业生产用水主要补给来源。1956年，祁连山系共有冰川面积13347KM2，冰川储量61549亿M3，境内冰川面积占整个祁连山系冰川面积27，冰川储量占2120。由于冰川的影响，对高山水分的调节，河流的补给，气候、气温、地温、冻土都产生极大的影响。研究区冰川下限高度祁连山东段北坡为3870M，西段北坡4000M；拖勒山北坡为4100M，拖勒南山北坡为4170M，相应地区的雪线为4300M、4350M、4560M。由于云量少而辐射强，冰川夏季消融较强烈，对河流补给量较大，融冰时间一般在59月，约150天。13青海师范大学硕士学位论文第三章遥感数据的采集与处理31数据源选取311基础资料基础资料主要包括1/25万数字地形图、1/100万土地利用现状图、研究区各县、乡的社会统计年鉴数据。1/25万数字地形图主要用于研究区边界的确定，以及在遥感影像解译过程中的辅助解译。1/100万土地利用现状图，主要用它来进行综合分析。研究区各乡镇的社会统计年鉴数据，主要用于湿地变化的驱动力分析时社会因子的选择，及用于了解研究区基本情况。312遥感数据本文采用的遥感数据来源于由美国陆地卫星LANDSAT5TM。1967年，在美国内政部的推动下，美国国家航空航天局（NATIONALAERONAUTICSANDSPACEADMINISTRATION,NASA）启动了地球资源卫星技术（EARTHRESOURCETECHNOLOGYSATELLITE,ERTS）计划。先后发射了7颗卫星，目前仍在轨运行的有LANDSAT51984年发射和LANDSAT71999年4月发射21。LANDSAT的轨道为太阳同步近极地圆形轨道。当卫星先后穿过同一纬度、不同经度的若干个地面点上空时，各地面点的地方太阳时大致相同，每16至18天覆盖地球一次22。表31为LANDSAT5卫星传感器简表卫星名称传感器通道光谱分辨率（M）星下点空间分辨率（M）104505220520603063069407609051551753030610401250120120LANDSAT5TM7208235303014黑河源区湿地动态变化监测及驱动力分析高空间分辨率、多波段的TM影像各波段的主要特点表32所示23表32TM各光谱波段的特征第1波段045052M（蓝光）。这个波段增强了对水体的穿透能力，同时可以支持土地利用、土壤和植被特征的分析。该波段的下界正好在清洁水体峰值透射率以下，波段上界是健康绿色植被在蓝光处的叶绿素吸收和界限。当波长045M时受到大气散射和吸收的影响显著。第2波段052060M（绿光）。这个波段跨蓝光和红光这两个叶绿素吸收波段之间的区域，对健康植物的绿光反射有响应。第3波段063069M（红光）。这是健康绿色植被叶绿素吸收波段，可以用于区分植被，也可以用于提取土壤边界和地质界限信息。由于该波段的大气衰减效应降低，因此这一波段与1、2波段相比，表现出更强的反差。该波段的高端值069M很重要，因为它代表光谱区068075M的开始，而在这个光谱区，植被反射有交叉效应，这种效应会降低植被的调查精度。第4波段076090M（近红外）。这个波段的低端正好在075M以上，该波段对植被的生物量有很好的反映。它对于识别农作物以及突出土壤/农作物、陆地/水体的对比度很有用。第5波段155175M（中红外）。这个波段对植物中水分的含量很敏感，这些信息在农作物干旱研究和植物生长状况调查中很有作用。该波段是少数能区分云、雪和冰的波段之一。第6波段10401250M（热红外）。这个波段测度来自表明发散红外辐射能。表观温度是表面发射率及其真实温度的函数，它对于确定地热活动、地质调查中的热惯量制图、植被分类、植被胁迫分析和土壤水分研究都很有用。该波段常常能捕获到独特的山区坡向的差异信息。第7波段208235M（中红外）。这个波段是区分地质岩层的重要波段，对鉴别岩石中的水热蚀变带也很有效。鉴于研究区的地理环境及湿地工作调查的需要，本次工作基本信息源主要采用视野宽广、覆盖范围大、分辨率高、几何精度高、利用计算机处理分类能力好的TM数据。考虑到研究的可行性、实用性及数据的可得到性，选取覆盖研究区的三景卫星影像作为数据源24，它们分别为1987年8月15日的LANDSATTM影像、1999年7月7日的LANDSATTM影像以及2006年8月3日LANDSATTM影像。轨道号分别为13333、13334、13433。这两景影像由美国马里兰大学服务器下载，影像质量好。云量较少，影像色调丰富，可以满足研究需求。15青海师范大学硕士学位论文32图像预处理321图像增强通过研究得出的图像效果不尽相同，为了提高图像的视觉效果，我们可以采用增强图像的方法，图像增强后，既可以得到清晰的图像效果，又能方便人工目视解译。还有一些遥感图像整体的视觉效果比较好，有时候我们为了让标注部分更加显著，会着重突出我们的相关信息，以此来达到提高遥感图像的效果的目的。通过研究发现如果我们对遥感图像进行适当的增强处理，就能让我们更加清晰的分析研究图像内容，避免图像模糊导致的误差。遥感图像经过适当的增强，不仅图像的质量能够提高，而且图像的视觉效果也能加强，使我们的研究对象能够得到突出，这样能节省我们更多的时间，避免分析处理非研究对象占用过多的时间。例如在分析研究区湿地图像的时候，为了能够突出研究对象的信息和特点，我们用3S技术进行了相关的图像处理。主要手段有利用3S技术把图像的灰度等级调节改变，将我们需要的图像部分的灰度调节到最佳；还可以将图像的色彩调节到最佳效果；为了突出研究图像的信息，将图像的数据进行压缩，并且将图像数据量进行分类，将重要数据和次要数据进行分类管理25。3211辐射增强为了改善图像的视觉效果和图像质量，让图像质量达到最佳的效果，图像中的亮度值经常需要做出一些改变，而改变图像的亮度值经常采用辐射增强的方法。辐射增强可以使遥感图像能够充分利用成像设备，因为人类的眼睛分辨率很低，尤其在分析图像的时候只能够分辨灰度级在20级左右的图像，这样就造成了很多图像在数据处理时受到了很大的限制。很多电脑显示器能够分辨的灰度级比人类要高的多，是人类的10倍多。通过辐射增强我们可以提高灰度范围，将灰度范围提高到电脑显示器的数值范围内，这样人类对图像的视觉效果会大大提高，图像的对比度和图像的质量也会有很大的改善和提高。因此，辐射增强能够使一幅图像充分利用成像设备，达到最佳动态范围，大大改善目视效果。一般来说，原始遥感数据的灰度值范围都比较窄，增强处理可将其灰度范围拉伸到0255的灰度级之间来显示，从而使图像对比度提高，质量改善26。对比度增强有两种表达方法，一种是线性对比度增强；一种是非线性对比度增强27。线性对比度增强采用的是最大最小对比度拉伸法，方法的数学公式式为28公式（31）16黑河源区湿地动态变化监测及驱动力分析其中DN代表将原图像中的每个亮度值；DN代表化成显示图像中的亮度值；MIN代表一幅图像中的最小亮度值；MAX代表一幅图像中最大亮度值。非线性对比度增强最有用的增强方法是直方图均衡29。该算法针对数据集中的每个波段，将大约相等数量的像元分配到每一个用户定义的输出灰度级。直方图均衡对影像中亮度值最密集的区域施以最大程度的对比度增强，自动降低了与正态分布的直方图尾部相应的、影像中非常亮或暗的部分的对比度。3312空间增强辐射增强与空间增强的区别在于，辐射增强改善图像质量的原理是通过单一的像元的运算模式，空间增强的原理是直接作用于图像的特征，通过作用于图像的特征，直接改变这些特征，比如作用于灰度级别，可以提高也可以降低图像的灰度；也可以筛选图像的数据量，我们可以将我们需要的数据进行加强处理，并且将我们不需要的数据进行去除和忽略。空间增强的目的性很强，处理后的图像从整体上看可能与原图像差异很大，但却突出了需要的信息或削弱了不需要的信息，从而达到了增强的目的30。空间增强在处理的方法上着重突出了像元与其附近相邻像元的关系，采用空间域中邻域处理的方法，在被处理像元周围的像元参与下进行运算处理，这种方法也叫做“空间滤波”31。常用的方法有，邻域处理、卷积运算以及平滑。邻域处理是对于图像中任何一个像元，在它周围的像元的集合叫做该像元的邻域。对于某一像元处理后的值由处理前该像元的小邻域中的像元值确定，这种处理也叫做局部处理；卷积运算是空间域上对图像进行邻域监测计算。选定一个卷积函数，称为模板，实际上是个MN的小图像，从图像的左上角开始，在图像上开一个模板同样大小的活动窗口，使图像窗口与模板像元的灰度值对应相乘再相加。计算结果作为窗口中心像元的新的灰度值。然后沿同一列模板向右移动一列，图像上的窗口也对应移动，再进行计算并把结果作为新窗口像元的新灰度值。依次类推，逐行逐列的将图像扫描一遍，直至产生新的图像；平滑是在图像的获取和传输过程中，由于传感器的误差及大气的影像，会在图像上产生一些噪点，为了抑制噪声改善图像质量或减少变化幅度，使亮度变化平缓所作的处理称为图像平滑。通常采用均值平滑和中值滤波，这两种方法都是为了去除图像上的尖锐的噪声，平滑处理图像，但两者之间也有区别，依具体情况选择。322几何校正几何校正GEOMETRICCORRECTION在前期遥感图像的处理工作中，起着至关重要的作用32。它可以使两幅遥感图像通过某种数学方法，达到小于05个像元的17青海师范大学硕士学位论文误差，从而使两幅影像相互匹配。如遥感影像数据都在合适的几何位置（X,Y），那就可以将每景影像当做地图来使用了。但是遗憾的是，实际情况并非如此，遥感数据通常受到地球自转引起的影像偏斜、扫描系统引起的地面分辨率变化、传感器的高度变化、姿态变化等多种原因的影响，不能如实的表达地物信息，因此需要对遥感数据进行预处理，消除几何畸变，使图像单元位于合适的（X,Y）平面地图位置。这样处理后，就可以建立遥感提取的信息与地理信息系统或空间决策支持系统中其他专题信息之间的联系。本文采用多项式回归的方法，完成从影像到地图的几何校正。使遥感数据与基础数据具有相同的坐标，并使能够他们相互叠加，从而完成数据的提取。其具体步骤如下确定输入像元坐标（