【摘要】：天然橡膠是世界上一種影響著國家發(fā)展的重要的可再生利用的戰(zhàn)略資源。橡膠樹(Hevea Brasiliensis)是天然橡膠生產(chǎn)原料的唯一來源。在社會工業(yè)和經(jīng)濟利益的驅(qū)動下,天然橡膠需求在全球范圍內(nèi)的快速增長,橡膠種植在全球范圍內(nèi)不斷擴張,也帶動了中國橡膠種植業(yè)的空前繁榮。云南省西雙版納傣族自治州(西雙版納)已經(jīng)成為中國第二大天然橡膠生產(chǎn)基地,是熱帶北緣地區(qū)橡膠林種植的典型代表,以橡膠林為代表的人工林?jǐn)U張成為影響西雙版納地區(qū)土地利用／土地覆蓋變化的主導(dǎo)因素。西雙版納橡膠林的擴張是以天然林的消耗為代價的,由此引起了一系列關(guān)系到區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重問題,如環(huán)境破壞、生態(tài)惡化、區(qū)域干旱和生物多樣性減少等。橡膠林動態(tài)監(jiān)測已經(jīng)成為當(dāng)前國際上研究的一個熱點問題,掌握及時準(zhǔn)確的橡膠林時空動態(tài)變化規(guī)律對于區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護和土地利用／覆被變化的研究具有重大意義。地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)的廣泛應(yīng)用,為橡膠林的時空動態(tài)監(jiān)測提供了一種有效工具,結(jié)合橡膠林物候特征的唯一性和穩(wěn)定性的特點,為快速可重復(fù)地獲取準(zhǔn)確橡膠林分布范圍提供了一種新途徑。為此,本研究基于多源遙感和地理信息技術(shù),結(jié)合橡膠林的物候特征,構(gòu)建了橡膠林時空動態(tài)監(jiān)測模型,并應(yīng)用于西雙版納橡膠林的時空動態(tài)變化監(jiān)測。研究集成地理信息系統(tǒng)和多源遙感技術(shù),結(jié)合橡膠林穩(wěn)定的物候特征,發(fā)展了一種橡膠種植分布和面積的精確識別方法、提出了一種橡膠林齡快速重構(gòu)算法,并且構(gòu)建了橡膠林時空擴張動態(tài)監(jiān)測模型。通過研究掌握了西雙版納橡膠林的準(zhǔn)確分布范圍和林齡組成,揭示了橡膠林的時空動態(tài)變化規(guī)律,并探討了引起該變化的關(guān)鍵驅(qū)動因素。研究不僅為認(rèn)識和掌握橡膠林面積變化特征、林齡組成結(jié)構(gòu)、時空擴張規(guī)律提供了基礎(chǔ)理論、方法和知識,而且為理解區(qū)域土地利用／覆被變化及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)提供了基礎(chǔ)科學(xué)依據(jù)。論文的主要發(fā)現(xiàn)和研究成果包括以下幾點：(1)研究集成多源遙感技術(shù)協(xié)同物候特征發(fā)展了一種橡膠種植面積快速可重復(fù)提取新方法。首先,基于30m Landsat時間序列分析發(fā)現(xiàn)落葉期(1月上旬至2月中旬)和快速生長期(2月下旬至3月上旬)是西雙版納橡膠林與天然林區(qū)分的兩個關(guān)鍵物候時期。其次,基于微波遙感數(shù)據(jù)(PALSAR)在熱帶地區(qū)不受頻繁云雨干擾的特征,精確獲取熱帶森林分布范圍,確定了橡膠林的提取空間分布范圍,降低了橡膠林與其它土地類型(如茶園和灌叢)的誤分機率。同時,基于橡膠樹生長過程受到嚴(yán)格溫度控制的生長特性,創(chuàng)新性地采用MODIS熱紅外地表溫度數(shù)據(jù)生成橡膠林種植適宜區(qū)以優(yōu)化山區(qū)復(fù)雜地形環(huán)境中橡膠林的提取結(jié)果。該方法有效集成了不同傳感器遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的優(yōu)勢,互為補充,既充分利用了現(xiàn)有存檔遙感數(shù)據(jù),又改善了橡膠林監(jiān)測結(jié)果的精度,為多源遙感數(shù)據(jù)集成的研究和應(yīng)用提供了一種新策略。最后,研究應(yīng)用該方法獲取了2010年西雙版納橡膠林的分布范圍,橡膠林提取的總精度達到91%,用戶和產(chǎn)品精度分別為91%和94%。研究證明集成多源遙感技術(shù)協(xié)同橡膠樹穩(wěn)定的物候特征,基于森林底圖實現(xiàn)橡膠林分布和面積識別的方法非常有效。研究為西雙版納橡膠林面積的動態(tài)監(jiān)測提供了一種科學(xué)性、穩(wěn)定性和可操作性強的有效方法,在橡膠樹非傳統(tǒng)種植區(qū)的熱帶北緣地區(qū)具有廣泛的應(yīng)用前景。(2)研究提出了一種基于多時相Landsat年際時間序列遙感數(shù)據(jù)的橡膠林齡重構(gòu)模型。首先,基于大量實地調(diào)查樣點,采用時間序列分析方法,分析了不同林齡的橡膠林在歸一化植被指數(shù)(Nomalized Difference Vegetation Index,NDVI).增強型植被指數(shù)(Enhanced Vegetation Index,EVI)和陸表水分指數(shù)(Land Surface Water Index, LSWI)上的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了LSWI 落葉期0是橡膠林齡重構(gòu)的有效指標(biāo)和閾值。其次,研究構(gòu)建了一種基于LSWI 蔣葉期0的多時相Landsat年際時間序列的橡膠林齡重構(gòu)模型。最后,研究應(yīng)用該模型重構(gòu)了西雙版納地區(qū)2010年的橡膠林齡,并結(jié)合數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)分析了林齡在地形上的分布特征。研究表明：(1)基于多時相Landsat年際時間序列,以LSWI落葉期0為指標(biāo)和閾值,能夠有效重構(gòu)橡膠林齡信息。根據(jù)混淆矩陣驗證結(jié)果,西雙版納的橡膠林齡分類圖的總精度達到85%,≤5、6-10和≥11年的橡膠林的用戶精度依次為88%、87%和80%；產(chǎn)品精度依次為87%、81%和90%。 (2)2010年西雙版納的橡膠林齡空間分布具有輻射特征,從低海拔的山谷平坦壩區(qū)不斷向高海拔的山地擴張�！�11年的橡膠林主要分布于海拔較低的壩區(qū)(600m-900m),其次為6-10年的橡膠林(600m-1000m),而≤5年的橡膠林主要分布于海拔較高的山地地區(qū)(900m-1200m)。該林齡重構(gòu)模型簡單且可操作性強,為快速獲取橡膠林齡結(jié)構(gòu)參數(shù)提供了一種有效新模型,有利于為橡膠林監(jiān)測和區(qū)域土地利用變化研究積累準(zhǔn)確及時的基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)。(3)橡膠林時空動態(tài)演變模型。首先,研究通過集成森林底圖和物候特征方法獲取了西雙版納1990、2000和2010年的三個基準(zhǔn)年的橡膠林空間分布信息,結(jié)合數(shù)字高程模型(DEM)和社會經(jīng)濟發(fā)展數(shù)據(jù)(人口、橡膠價格和土地利用政策)建立了橡膠林監(jiān)測時空數(shù)據(jù)庫,結(jié)合土地利用變化分析理論構(gòu)建了橡膠林時空動態(tài)監(jiān)測模型�；谠撃Ｐ捅O(jiān)測了1990至2010年期間西雙版納橡膠林的面積和分布范圍變化、時空擴張動態(tài)特征、時空變化與地形的關(guān)系以及引起該變化的關(guān)鍵驅(qū)動力因素。監(jiān)測結(jié)果表明：西雙版納橡膠林在1990至2010年期間擴展了3.5×105hm2,增長了3.94倍。1990至2000年面積變化較小,以國營林場形式種植,主要受區(qū)域土地利用政策驅(qū)動；2000至2010年橡膠林面積增速較快,以民營和農(nóng)戶個體經(jīng)營的橡膠林面積增加為主,增長主要受橡膠價格主導(dǎo)。橡膠種植呈不斷向高海拔、陡坡度和山北坡等不適宜區(qū)域發(fā)展的趨勢,主要是由國家嚴(yán)格的森林和耕地保護政策與強烈的橡膠種植需求之間的矛盾日益尖銳引起的。綜上所述,集成地理信息技術(shù)、多源遙感技術(shù)和物候特征是實現(xiàn)橡膠林動態(tài)監(jiān)測的有效策略和方法；以LSWI落葉期0為閾值,采用多時相Landsat年際時間序列在像元級別上能夠快速獲取準(zhǔn)確的橡膠林齡�；跁r空過程和土地利用理論兩個視角的橡膠林監(jiān)測模型,能夠簡單有效地掌握橡膠林的時空變化動態(tài),為橡膠種植的科學(xué)規(guī)劃管理和區(qū)域土地利用政策的制定提供可靠的決策依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S794.1;P237

【參考文獻】

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1 李亞飛;劉高煥;黃

本文編號：2774829