【摘要】：森林生物量既可以反映生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力,也可以評(píng)估森林碳收支的平衡性,是制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的必要前提。遙感技術(shù)具有快速、準(zhǔn)確地獲取全球或區(qū)域尺度的森林生態(tài)參量的能力,光學(xué)遙感影像和雷達(dá)數(shù)據(jù)都廣泛應(yīng)用于森林喬木層地上生物量的反演。但是,合成孔徑雷達(dá)(Synthetic aperture radar,SAR)數(shù)據(jù)受地形影響嚴(yán)重且后向散射強(qiáng)度存在飽和點(diǎn);激光雷達(dá)(Light Detection and Ranging,Li DAR)數(shù)據(jù)不連續(xù)且量大,不適合大范圍長(zhǎng)時(shí)間序列生態(tài)問題研究的應(yīng)用。因此當(dāng)前大范圍的森林喬木層地上生物量遙感估算與變化規(guī)律研究還應(yīng)該重點(diǎn)考慮光學(xué)衛(wèi)星影像。在地表起伏大、坡度陡、切割強(qiáng)烈以及土地覆被類型復(fù)雜多樣的亞熱帶復(fù)雜地形區(qū),使用光學(xué)遙感圖像進(jìn)行生態(tài)參量估算,面臨的問題包括影像獲取難度大、地物反射率受地形影響嚴(yán)重以及高植被覆蓋度導(dǎo)致的光學(xué)信息飽和三方面的問題。針對(duì)這三方面問題,論文從系統(tǒng)分析不同光照條件下地形校正方法的效果入手,通過地形校正、去云填充和光譜擬合等處理,嘗試在光學(xué)影像難獲取地區(qū)構(gòu)建Landsat時(shí)間序列數(shù)據(jù)集。根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間序列存檔數(shù)據(jù)推算森林年齡,以林齡與森林結(jié)構(gòu)的相關(guān)關(guān)系為理論基礎(chǔ),構(gòu)建林齡+森林冠層光譜信息的生物量估算模型,從森林垂直結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)狀態(tài)兩方面解釋其喬木層地上生物量,從而彌補(bǔ)高植被覆蓋度導(dǎo)致的地物光譜信號(hào)飽和的問題。主要結(jié)論如下:(1)根據(jù)多光照條件下地形校正效果的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)得出:圖像拍攝時(shí)太陽高度大于46°時(shí),Statistical-Empirical(SE)方法表現(xiàn)出很好的地形校正效果;低于46°時(shí),SCS+C方法的校正效果相對(duì)較好。在地形和地理?xiàng)l件與本研究區(qū)類似的區(qū)域內(nèi),地形校正效果可按圖像獲取時(shí)對(duì)應(yīng)的太陽高度分為60°、60°-45°和45°3個(gè)層次。太陽高度角低于45°條件下獲取的圖像不適宜在定量研究中使用。(2)通過一致性分析、去云填充和光譜擬合,利用Landsat-5TM和Landsat-8OLI兩個(gè)傳感器獲取的圖像,可以在亞熱帶復(fù)雜地形區(qū)構(gòu)建1987-2018年Landsat時(shí)序數(shù)據(jù)集。利用時(shí)間序列數(shù)據(jù)集提取DRI指數(shù)為擾動(dòng)信息識(shí)別指標(biāo),運(yùn)用Mann-kandell趨勢(shì)分析方法可以識(shí)別完全擾動(dòng)后恢復(fù)、完全擾動(dòng)后不恢復(fù)、部分?jǐn)_動(dòng)后恢復(fù)、持續(xù)恢復(fù)和未擾動(dòng)5種森林?jǐn)_動(dòng)類型。(3)在擾動(dòng)類型識(shí)別的基礎(chǔ)上,結(jié)合1974年Landsat MSS數(shù)據(jù)和1960年代地形圖,根據(jù)擾動(dòng)前后植被覆蓋度平均值、擾動(dòng)結(jié)束時(shí)植被覆蓋度和擾動(dòng)結(jié)束后植被恢復(fù)速率制定森林年齡計(jì)算規(guī)則。估算的森林年齡總體精度R2=0.72,RMSE=7.8年。各森林類型都表現(xiàn)出中齡林和近熟林的森林年齡估算精度較高,幼齡林和成熟林估算精度較低。(4)將歸一化植被指數(shù)(NDVI)、歸一化濕度指數(shù)(NDMI)、差值比值指數(shù)(DRI)、穗帽變換濕度分量(TCW)、穗帽變換角(TCA)、歸一化燃燒指數(shù)(NBR)、增強(qiáng)型植被指數(shù)(EVI)、林齡與生物量進(jìn)行相關(guān)及逐步多元回歸分析,選擇DRI和林齡兩個(gè)指標(biāo)構(gòu)建的多森林類型喬木層地上生物量估算模型。模型的決定系數(shù)R2=0.814,RMSE=24.34t/ha。按森林類型構(gòu)建,針葉林模型的決定系數(shù)R2=0.773,RMSE=17.767t/ha,闊葉林模型的決定系數(shù)為0.765,RMSE=30.2t/ha;針闊混交林生物量估算模型的精度最高,決定系數(shù)為0.885,RMSE=26.168t/ha。(5)論文提出的光譜信息+林齡的森林喬木層地上生物量估算模型的精度高于僅使用光譜信息指標(biāo)構(gòu)建的模型,略小于激光雷達(dá)與多光譜數(shù)據(jù)協(xié)同構(gòu)建的模型。但綜合考慮數(shù)據(jù)的可獲取性、處理過程及購(gòu)買費(fèi)用等問題,利用Landsat系列存檔數(shù)據(jù)進(jìn)行生物量遙感估算的方法在亞熱帶復(fù)雜地形區(qū)具有一定的實(shí)用性和推廣性。(6)研究區(qū)森林喬木層地上生物量的水平空間分布特征呈現(xiàn)為以梵凈山保護(hù)區(qū)為中心向四周遞減;梵凈山自然保護(hù)區(qū)內(nèi),生物量隨地形梯度增加而增加,當(dāng)海拔高于1800m或坡度大于35°時(shí),生物量隨海拔升高和坡度增大而減小。地質(zhì)巖性上的分布差異體現(xiàn)為非碳酸鹽巖基底上的生物量大于碳酸鹽巖。生物量在垂直空間和巖性基底上的分布特征與土地利用和植被類型的空間分布特征相耦合。
【學(xué)位授予單位】：貴州師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S771.8;S718.5
【圖文】：

1987 年被確定為國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，以亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)、黔金絲猴和珙桐等珍稀動(dòng)植物為主要保護(hù)對(duì)象；2018 年 7 月 2 日被列入世界自然遺產(chǎn)名錄本研究以梵凈山自然保護(hù)區(qū)邊界外擴(kuò) 10－30km 的矩形范圍為研究區(qū)。2.1.1 自然環(huán)境研究區(qū)位于貴州省東北部的江口、松桃、印江三縣交界處，108°25′53″－109°0′8″E，27°27′54″－28°41′7″N，研究區(qū)總面積 4198.92km2，見圖 2－1。研究區(qū)屬于東亞季風(fēng)氣候區(qū)，具有明顯的山地濕潤(rùn)氣候特征。年均溫 5.0－17.0℃，年降水量 1100－2600mm。巖性以非碳酸鹽巖為主，占研究區(qū)總面積的 56%。研究區(qū)地勢(shì)崎嶇陡峭，海拔在 241-2565m 之間，最高點(diǎn)位于梵凈山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的鳳凰山；地貌類型以中山、低山和丘陵等為主。研究區(qū)平均坡度為 18.7°其中坡度在 5°以上的面積占研究區(qū)總面積的 91.7%，圖 2－1。

第二章 研究區(qū)概況和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)獲取與處理2.1.2 研究區(qū)的土地利用特征研究區(qū)主要的土地利用類型包括有林地、疏林地、灌木林地、草地、河流、水庫(kù)坑塘、水田、旱地以及裸地 9 種類型，圖 2－2。表 2－1 顯示，2016 年研究區(qū)有林地面積為 1427.59km2，占研究區(qū)總面積的 34%，比 1960 年增加 87.1km2。1960－2016 年有林地未發(fā)生轉(zhuǎn)變的面積占 2016 年總面積的 65.5%，有林地轉(zhuǎn)為其他用地類型的面積為405.9km2，其他用地類型轉(zhuǎn)為有林地的面積為 493.03km2。2016年研究區(qū)疏林地面積占研究區(qū)總面積的18.5%，比1960年增加75.3 km2，從 1960－2016 年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣看，疏林地未發(fā)生轉(zhuǎn)變的面積占其 2016 年總面積的 49.2%，疏林地轉(zhuǎn)為其他用地類型的面積為 319.7km2，其他用地類型轉(zhuǎn)為疏林地的面積為 395km2。

2.2 野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)方法2.2.1 野外樣地設(shè)置及調(diào)查方法在貴州省山地資源與環(huán)境遙感應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)項(xiàng)目的支持下，項(xiàng)目組于2017 年 8 月和 10 月共開展了兩次野外樣地調(diào)查，歷時(shí) 15 天。調(diào)查過程中獲得江口縣林業(yè)局的大力支持，提供了江口縣 2016 年森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查的 11個(gè)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，其中包括針葉林 57 個(gè)、闊葉林 44 個(gè)和針闊混交林 15 個(gè)。根據(jù)研究需要，項(xiàng)目組在其中選取 30 個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地核查，目的一是對(duì)江口縣森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行精度驗(yàn)證，二是對(duì)森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查中沒有涉及的指標(biāo)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。選取的 30 個(gè)樣點(diǎn)包括闊葉林 9 個(gè)、針葉林 1個(gè)、針闊混交林 10 個(gè)。樣地調(diào)查內(nèi)容主要包括 GPS 經(jīng)緯度，海拔，群落類型坡度，坡向，干擾狀況，樹種，胸徑，樹高，林齡等。野外實(shí)測(cè)及森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查樣點(diǎn)的空間分布如圖 2－3 所示，詳細(xì)測(cè)量方法如下：

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2785903