基于机器学习近30a艾比湖湖面变化及自然驱动因素分析

发布时间：2020-05-20 22:44

【摘要】：干旱区内陆湖泊作为在全球变化中扮演这重要角色,由于观测资料稀缺,相关水文研究仍不够充分。然而,干旱区内陆湖泊对本地生态环境、经济发展起着决定性作用。正是这种不对称的关系,使得生态安全问题频发。艾比湖作为天山北坡经济带的生态屏障,其湖面面积波动剧烈,已成为全疆第二大生态问题。因此,精准监测艾比湖动态变化具有重要意义。机器学习的兴起,使得高精度识别成为可能。只有精准把握艾比湖湖面面积,才有利于确定相关驱动要素引起湖面变化的机制。基于此,本文通过近30年的Landsat数据集,利用集成学习算法分别获取不同季节的湖面面积以及确定不同驱动因素的重要性。分析气候水文要素与湖面面积的延迟响应关系,并尝试探讨艾比湖湖面面积的潜在生态阈值,为区域可持续发展提供依据。本研究主要得到以下结论:(1)随机森林识别体系表现优异,kappa系数最高为0.99。DEM在各传感器下的影像数据中均保持最高的重要性得分。艾比湖在近30年中出现两个峰值,即2003年和2017年,以2003年艾比湖湖面面积最为之大(湖面面积最大为965.22km~2)。年内排序为春季夏季秋季,夏-秋湖面损失比春-夏损失更多。(2)全流域表现出明显增温增湿,径流量明显增加,而总入湖量仅仅是缓增,潜在蒸散量表现出递减的趋势。艾比湖流域气温、径流量和潜在蒸散量存在两个完整周期。平均降水和总入湖量有三个完整周期震荡。(3)GBRT算法对气候水文要素影响湖面面积变化进行重要性排序,博河入湖量重要性最高。流域内气温优先湖面面积变化;平均降水和入湖量在2004年后基本保持近似同步正相关周期;径流量和湖面面积存在同步正相关关系;潜在蒸散量与湖面面积呈现近似负相关关系,且强度逐渐减弱。探讨艾比湖湖面面积的生态阈值在生态-环境-经济尽可能平衡的原则上。2012年艾比湖湖面面积606.5km~2,基于气候水文要素估算2012年湖面面积为615.21 km~2。
【图文】：

相同时相的遥感影像对艾比湖识别提取，从艾比湖湿地的气候与水文过程变化的多尺度揭示与湖面变化的相关关系和重要性，为空间格局演化、驱动机制等研究奠定坚实数据基础。为干旱区湖泊生态系统的可持续发展的实现提供技术支持与理论基础，为艾比湖生态输水等工作奠定基础，，实现内陆干旱区的湖泊生态保育、生态恢复科技示范。1.2 国内外研究进展遥感技术提供了观测地表水体的有效方法[37,38]。与传统的原位测量相比，遥感更有优势，因为它能够多种尺度连续监测地球表面。遥感数据集提供地表参量多种属性信息，具有尺度和连续的时间序列特征，可以利用这些数据来绘制区域甚至全球尺度的水体范围，并定期监测水体动态。作为水体动态变化的一个例子[40]，图 1-1 显示了使用 Landsat 影像生成的 1985-2015 年期间全球地表水和土地变化的热图。蓝色区域显示了土地转化为水的地方，而绿色区域则显示了在此期间水转化为土地的位置，颜色的强度表明变化的空间大小。

技术流程图
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P333

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 张飞;王娟;塔西甫拉提·特依拜;周梅;王东芳;李瑞;李晓航;;1998—2013年新疆艾比湖湖面时空动态变化及其驱动机制[J];生态学报;2015年09期

2 包安明;穆桂金;章毅;冯先伟;常存;尹小君;;控制艾比湖干涸湖底风蚀的合理水面估算与效果监测[J];科学通报;2006年S1期

本文编号：2673314