基于遥感技术的居延泽地区次地表特征探测及环境演化研究

发布时间：2017-07-07 04:14

  本文关键词：基于遥感技术的居延泽地区次地表特征探测及环境演化研究

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【摘要】：干旱-半干旱区蕴藏了宝贵的自然资源,对全球变化的响应较为敏感。深居欧亚大陆腹地的居延泽,曾与嘎顺淖尔、苏古淖尔连为一体,是西北地区蓄水量颇为丰富的内陆湖之一。自明代干涸后,研究区饱受风沙侵蚀,遂成为极干燥的中温带大陆性荒漠气候,生态环境极其脆弱。其环境变迁及湖盆演变反映了干旱区湖泊演化的一般规律,对全球气候变化与古湖盆生态重建研究意义重大。本文以居延泽古湖盆区自湖岸至湖心方向的水盐变化规律为切入点,通过区域地表粗糙度量化及地表温度的反演,基于实测数据,建立了含水含盐土壤介电模型,并对研究区采样点水分、盐分和粒径分布等指标进行综合分析,完成了对居延泽古湖盆区介质介电特性的揭示;结合光学遥感技术与雷达遥感技术,基于雷达电磁波传播机理及后向散射系数的分析,以介质介电常数对研究区雷达穿透深度进行了估算,定量刻画了研究区的雷达穿透现象;利用ArcGIS空间分析工具,根据SRTM DEM数据以及光释光测年(Optical Stimulated Luminescence Dating,OSL)数据,完成了对居延泽古湖盆区的定量化重建。研究过程中,得到的主要结论和认识如下:(1)居延泽古湖盆区地表及次地表含水量及含盐量自湖岸至湖心方向在水平层面上呈现递增趋势,且具有明显的阶跃性,垂直方向上前者变化不甚明显,但后者变化较为显著,这与研究区降雨量少而蒸散量强烈的气候特点有直接关系;粗糙度计算结果表明,研究区地表属较粗糙地表,均方根高度变化范围为0.1913cm~3.8101cm,相关长度变化范围为2.7708cm~29.6745cm;粒度分析(介质机械组成)表明该区域沉积环境较为复杂,且受风沙剥蚀较为严重,故地表粗糙度不宜作为探讨其环境成因的根本性指标。(2)为较准确地获取研究区地表及次地表介质介电常数,本论文将Dobson半经验模型和Stogryn模型相结合建立了适用于研究区的介质介电模型,从理论、模拟数据及实测数据等角度对含水含盐介质介电特性的主要影响因素进行了分析,发现含盐量对介电常数实部影响较小,且与含水量变化趋势一致;含水量与含盐量对介电常数虚部均有影响,且含盐量更为敏感。(3)从信号能量传播基础理论出发,基于实际样点参数值监测,结合研究区实际情况,对区域展开了普适性定量穿透深度模型的拓展应用。结果表明,C波段的Radarsat-2雷达信号可以穿透地表到达次地表界面,最大垂直穿透深度55.1cm。通过与后向散射系数及含水量的对比,发现穿透深度与HV极化方式的后向散射系数及含水量的关系均呈弱负相关性,由此说明合成孔径雷达后向散射能量中有源于次地表介质的贡献。(4)综合对比各湖岸堤的高程测定数据与OSL测年数据,基于90米分辨率的SRTM DEM数据,并利用GIS空间分析手段,将居延泽古湖盆区环境演变的过程分为以下几个阶段:中更新世(~400ka)曾有高湖面(940m)形成,仅居延泽水域面积就有3933km2;晚更新世(~35ka BP)有覆盖居延泽、苏古淖尔与嘎顺淖尔的统一大湖形成(~926m),面积可达6475.4789km2;早全新世时,湖泊干旱,未发现该时期湖岸堤;中全新世(4.59~2.73ka BP)居延泽、苏古淖尔与嘎顺淖尔相互独立,湖泊水量减少,湖面降低至917m左右;至晚全新世(2.71~1.50ka),统一大湖再次形成,面积为6689.1204 km2,可见当时气候湿润,湖泊环境良好。(5)明代时期,居延泽已趋于干涸,且湖心处有盐碱析出,荒漠化较为严重,至现代(1961年秋),噶顺淖尔已完全干涸,研究区内较大湖泊仅留有苏古淖尔和天鹅湖,自然环境不容乐观。笔者认为这是地形沉积、构造抬升、气候变化及人类活动等综合作用的结果,并根据当地气候特点及实地科学调查,预测未来的居延泽或被流动沙丘逐渐覆盖。
【关键词】：居延泽 介电常数 雷达遥感 穿透深度 OSL测年 DEM 空间分析
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P237
【目录】：

• 中文摘要4-6
• abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究意义与选题依据11-13
• 1.1.1 研究背景与研究意义11-12
• 1.1.2 选题依据12-13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.2.1 干旱区湖泊古环境的研究现状13-14
• 1.2.2 研究区湖泊古环境研究现状14-15
• 1.2.3 研究模型的发展与建立15-17
• 1.2.4 全极化测量技术17
• 1.3 研究内容与章节安排17-20
• 第二章 研究区概况与科学调查20-47
• 2.1 研究区概况20-24
• 2.1.1 区域气候20-21
• 2.1.2 水资源21
• 2.1.3 研究区的地质地貌21-23
• 2.1.4 区域土壤23-24
• 2.2 研究区科学调查24-41
• 2.2.1 野外科学调查24-31
• 2.2.2 实验室测量项目31-33
• 2.2.3 基本物理参数分析33-41
• 2.3 特征参数提取41-47
• 2.3.1 地表反射率提取41-44
• 2.3.2 后向散射系数提取44-47
• 第三章 介质介电模型的建立47-58
• 3.1 基础知识与模型发展47-53
• 3.1.1 基础知识47
• 3.1.2 模型发展47-53
• 3.2 模型的选择与建立53-55
• 3.2.1 模型对比53-54
• 3.2.2 模型的修正与建立54-55
• 3.3 研究区介电性质分析55-58
• 3.3.1 与含水量的关系55-56
• 3.3.2 与含盐量的关系56-58
• 第四章 定量穿透深度模型的建立58-66
• 4.1 基础理论知识58-59
• 4.2 模型的建立59-62
• 4.3 研究区雷达穿透深度分析62-66
• 第五章 居延泽古湖盆重建66-80
• 5.1 历史文化的演变66-67
• 5.2 古湖岸堤及其剖面的解译与调研67-72
• 5.2.1 研究依据67
• 5.2.2 居延泽区域的湖岸堤与剖面67-72
• 5.3 DEM数据处理72-76
• 5.3.1 湖域面积的计算72
• 5.3.2 DEM填洼72-76
• 5.3.3 湖水体积的计算76
• 5.4 居延泽地区湖泊古环境重建与环境演变研究76-80
• 5.4.1 中更新世时期77-78
• 5.4.2 晚更新世时期78
• 5.4.3 早全新世时期78
• 5.4.4 中全新世时期78
• 5.4.5 晚全新世时期78-80
• 第六章 结论与展望80-83
• 6.1 主要结论与创新点80-81
• 6.1.1 主要结论80-81
• 6.1.2 创新点81
• 6.2 不足与研究展望81-83
• 参考文献83-87
• 攻读学位期间参与的科研项目87-88
• 致谢88

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4 雷长巍;《额济纳汉简》注释[D];西南大学;2008年

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