【摘要】：土壤濕度在全球陸地表面能量、水分和物質(zhì)交換中起重要作用,是水文、生態(tài)等多學(xué)科領(lǐng)域的重點(diǎn)研究對(duì)象。青藏高原地區(qū)土壤濕度監(jiān)測(cè)站點(diǎn)較少,且空間分布不均、覆蓋范圍有限、監(jiān)測(cè)時(shí)間不統(tǒng)一等問(wèn)題,研究區(qū)復(fù)雜的地形條件又給觀測(cè)結(jié)果帶來(lái)很大的不確定性。近年來(lái),基于衛(wèi)星的微波遙感以其敏感、全天候、重復(fù)周期短的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)土壤濕度大面積的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),為開展大尺度長(zhǎng)時(shí)間序列的土壤濕度研究提供了便利。但是,由于衛(wèi)星遙感土壤濕度數(shù)據(jù)容易受到無(wú)線電信號(hào)、植被信號(hào)、反演算法等因素的影響,導(dǎo)致遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的缺失和空間不連續(xù),從而限制了衛(wèi)星遙感土壤濕度數(shù)據(jù)在大尺度、長(zhǎng)時(shí)間序列分析中的應(yīng)用。因此,遙感數(shù)據(jù)的重建及對(duì)重建數(shù)據(jù)的時(shí)序分析逐漸成為遙感應(yīng)用領(lǐng)域一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。本研究以全球氣候變化的敏感區(qū)青藏高原為研究區(qū)域,選擇目前時(shí)間序列最長(zhǎng)的歐洲宇航局(ESA)的CCI衛(wèi)星土壤濕度數(shù)據(jù)產(chǎn)品(ESA-CCI-SM),基于土壤濕度與相關(guān)的地表環(huán)境變量因子的非線性關(guān)系,利用常用的4種機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)土壤濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空序列重建,并對(duì)不同機(jī)器學(xué)習(xí)算法的重建結(jié)果進(jìn)行定量驗(yàn)證和對(duì)比分析,探討不同機(jī)器學(xué)習(xí)算法的適用性。進(jìn)而在重建數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,分析青藏高原土壤濕度的空間分布特征和變化趨勢(shì)。論文的主要研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)論如下:(1)2005-2014年重建前的青藏高原土壤濕度數(shù)據(jù)(ESA-CCI-SM)產(chǎn)品受掃描條帶和反演算法的影響,獲取的數(shù)據(jù)存在大量的缺失值。在生長(zhǎng)季(5-10月)內(nèi),數(shù)據(jù)缺失主要發(fā)生在生長(zhǎng)季初期和末期,即5月和10月。缺失的區(qū)域主要集中在青藏高原的西部即干旱、半干旱地區(qū),數(shù)據(jù)的可用性較差。為提高青藏高原土壤濕度遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的完備性,重建ESA-CCI-SM的時(shí)空序列數(shù)據(jù)是恢復(fù)數(shù)據(jù)質(zhì)量的可用方法。(2)利用基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的數(shù)據(jù)重建原理,選取歸一化植被指數(shù)NDVI、地表溫度LST(day/night)、地表反照率Albedo(WSA/BSA)、地形DEM、土地覆被類型LUCC和經(jīng)度、.緯度(lon/lat)等與土壤濕度有緊密的非線性關(guān)系的地表環(huán)境因子作為輔助變量,利用常用的隨機(jī)森林(RF)、K最近鄰(KNN)、貝葉斯(Bayes)和支持向量機(jī)(SVM)四種機(jī)器學(xué)習(xí)算法,建立數(shù)據(jù)樣本集并進(jìn)行訓(xùn)練,在構(gòu)建好的訓(xùn)練模型的基礎(chǔ)上對(duì)土壤濕度進(jìn)行預(yù)測(cè),結(jié)果表明機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以有效模擬土壤濕度與相關(guān)輔助變量之間的關(guān)系并以此來(lái)預(yù)測(cè)土壤濕度。(3)在RF、KNN、Bayes和SVM4種算法對(duì)青藏高原2005-2014年土壤濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空序列重建的基礎(chǔ)上,從原始數(shù)據(jù)、地面站點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、ERA和ITPLDAS-SM三個(gè)不同角度對(duì)比分析各類算法的擬合優(yōu)度。結(jié)果表明:因算法原理的不同,各類算法的重建結(jié)果存在較大的差異,總體上RF算法長(zhǎng)時(shí)序數(shù)據(jù)重建的精度優(yōu)于其他算法,并具有較好的空間可拓展性和穩(wěn)定性,重建的結(jié)果能在填充缺失值的基礎(chǔ)上較好的保留原始數(shù)據(jù)的真實(shí)值,并能反映土壤濕度的變化趨勢(shì)。(4)選取重建精度較高的RF算法的預(yù)測(cè)結(jié)果作為土壤濕度分析的數(shù)據(jù)源,對(duì)青藏高原地區(qū)2005-2014年土壤濕度分布規(guī)律進(jìn)行分析。結(jié)果表明:生長(zhǎng)季土壤濕度多年平均值為0.21 m3 ·m-3,8月份達(dá)到生長(zhǎng)季中的最大值(0.225m3 ·m-3),空間上整體呈現(xiàn)自西北向東南逐漸增加的趨勢(shì),北部的塔里木盆地,土壤濕度最低。2005-2014年間,土壤濕度整體呈現(xiàn)不顯著的增加趨勢(shì)(0.001 m3·m-3(10a)-1),其中5月份增加趨勢(shì)最大,為0.027 m3·m-3(10a)-1。不同生態(tài)地理分區(qū)土壤濕度差異顯著,土壤濕度最高的區(qū)域?yàn)閂A6,土壤濕度的低值區(qū)位于HⅡD1、HⅡD2。由于植被覆蓋度、土壤特性、地形等因素,不同生態(tài)地理分區(qū)土壤濕度對(duì)降水的響應(yīng)也有所差異,其中土壤濕度與降水相關(guān)性最高的是HIBI區(qū),也說(shuō)明了高寒草甸具有良好的水源涵養(yǎng)功能,對(duì)于區(qū)域的水文循環(huán)具有重要的意義。
【圖文】：

第七章：結(jié)論與展望�？偨Y(jié)論文的主要成果和結(jié)論，提出論文的創(chuàng)新點(diǎn)以及逡逑研究中存在的不足，并針對(duì)不足之處提出下一步研究工作的方向。逡逑本文的技術(shù)路線如圖１－１所示：逡逑６逡逑

川省西北部、甘肅省南部以及新疆、云南的部分地區(qū)。其平均海拔４０００ｍ以上，逡逑地勢(shì)西北聞、東南低，是中國(guó)最大、世界海拔最局的局原，被稱為“世界屋脊”逡逑和“地球第三極”（圖２－１）。逡逑十邐Ｒｖ，，邋邐邐邐邋Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ（ｍ）逡逑Qi�。哄义希颍笓菩校幔筮姡澹垮义蠄D２－１青藏高原地區(qū)位置圖逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｔｈｅ邋ｌｏｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｔｉｂｅｔａｎ邋Ｐｌａｔｅａｕ逡逑２．１．２自然地理概況逡逑青藏高原地區(qū)自然環(huán)境獨(dú)特，在巨大的高原動(dòng)力和熱力作用下，氣候具有輻逡逑射強(qiáng)、日照多、氣候最冷、濕度最小、風(fēng)速最大的特點(diǎn)。年平均氣溫在零下２．８°Ｃ逡逑到１１．９°Ｃ之間，空間上由東南向西北逐漸遞減，多數(shù)地區(qū)的最暖月均溫低于１５°Ｃ，逡逑氣溫日溫差較大，年際變化小。與氣溫的空間分布相似，由于南部海洋暖濕氣流逡逑受多重高山阻留，青藏高原降水量少，自東南向西北逐漸遞減，降水主要集中在逡逑５－９月，季節(jié)性分配不均勻且空間差異較大。青藏高原由于海拔高且云量偏低，成逡逑９逡逑
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S152.71

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2699983