科尔沁地区非生长季地表残留物反射光谱特征分析与沙尘源区识别

发布时间：2020-09-29 15:02

　　科尔沁地区地处内蒙古自治区东部,与辽宁省、吉林省西部交接区,是我国北方半干旱、半湿润和畜牧业与农业的交错区域。由于气候干旱以及人类活动的影响,该区域在非生长季节地表裸露,在大风的带动下极易形成沙尘天气,从而成为中国北方的主要沙尘源区之一。在晚秋至翌年春季非生长季期间,地表残留的植被枯落物在沙地、草原、农田等陆表生态系统中扮演着重要的防止沙尘角色,其分布情况是衡量非生长季地表覆盖状况的重要参数,也是用来指示区域自然生态环境变化情况的重要指标。过去对沙尘源区的识别多停留在沙漠和其它裸土区域,忽视了覆盖较少干枯残留物的草原、农田地区。本文以地面实测反射高光谱数据和2000~2017年11月的MODIS遥感数据为基础,以科尔沁地区为研究区域,利用空间分析、景观指数法、数理统计等方法对数据进行处理、分析计算,获取研究区域非生长季不同土地利用类型地表残留物的反射光谱变化特征和各年地表残留物的覆盖状况,然后依据地表残留物覆盖度定义了不同级别的沙尘源强度,进而对整个研究区做了沙尘源区划分和空间格局分析。本项研究在已有的研究基础上,从区域尺度细化了对沙尘源区的研究。为定量的掌握科尔沁地区干枯残留物覆盖状况,快速准确了解干旱半干旱区生态系统特征和对沙尘源区科学有效的管理和保护利用具有重要的现实意义。主要研究结论如下:(1)科尔沁地区草原、农田、沙地三种景观类型区地表残留物的CAI指数和DFI指数之间均存在很好的线性函数关系,成正相关,拟合度值分别为0.9064,0.9511,0.9565。(2)科尔沁地区草原区、农田区、沙地区的干枯地表残留物覆盖度和CAI指数之间均有着很强的相关性,拟合回归模型分别为:y=0.1328x-1.4943、y=0.1211x-2.7299、y=0.0807x-1.2721,均符合线性函数关系,成正相关。因此草原区、农田区和沙地区地表残留物盖度与DFI指数间具有较好的函数关系,可以建立模型进行干枯地表残留物覆盖度的估算。(3)科尔沁地区2000-2017年整体上地表残留物的平均覆盖度农田最高,沙地次之,草原的地表残留物覆盖度在三种景观类型中最低。草原区和沙地区的地表残留物分布较广,农田区覆盖主要是残留物盖度在18.69%-20.57%的较强沙尘源和覆盖度小于18.69%的强沙尘源,分布较为分散。草原区干枯地表残留物的覆盖度分布格局整体上看起伏不大,主要分布着覆盖度为10.04%-11.39%的较强沙尘源和覆盖度为11.39%-12.74%的中等沙尘源,中等沙尘源主要集中于西北部地区,保持相对稳定的覆盖情况。沙地区以覆盖度在13.50%-16.56%之间的中等沙尘源为主,主要分布在东部和南部地区,其他地区分布较为零散,沙地区的残留物覆盖度在不同年份有一定的波动,覆盖度大多在13.5%以上。(4)基于景观格局指数的景观格局分析:草原区地表残留物盖度分布主要是在11.39%-12.74的中等沙尘源和10.04%-11.39%之间的较强沙尘源,12.74%-14.09%的较弱沙尘源有少量分布,覆盖度大于14.09%的弱沙尘源和小于10.04%的强沙尘源极少。从整体上看,草原较强沙尘源区面积整体从4913175hm~2减少到3685126hm~2,斑块数量波动中从8560个增加到11314个,较强源区的破碎化程度有可能进一步加剧,集聚程度比较强。草原中等沙尘源占有相当大的比重,其整体面积从1043650hm~2增加到2452860 hm~2,斑块数量从5762个增加到15245个,都有上升的趋势,说明草原中等沙尘源区的面积在扩大,其在整体布局上的破碎化程度也在进一步加大。沙地区地表残留物覆盖主要集中在16.56%-19.61%的较弱沙尘源和13.50%-16.56%的中等沙尘源,大于19.61%的弱沙尘源、小于10.45%的强沙尘源和10.45%-13.50%的较强沙尘源分布很少。中等沙尘源面积从6658825 hm~2减少到6661521 hm~2,斑块数量没有显著变化,说明沙地中等沙尘源的破碎化程度变化不大。沙地沙尘源的较弱源区,面积从1725 hm~2减少到70 hm~2,斑块数量从21个减少到2个,景观破碎化程度降低。农田区残留物分布主要是覆盖度在18.69%-20.57%之间的较强沙尘源和小于18.69%的强沙尘源,22.45%-24.32%的较弱沙尘源和大于24.32%的弱沙尘源有少量分布。农田中的较强源区面积占整个留有残留物农田的比例很高,整体来看农田区较强沙尘源的面积呈现降低的趋势,从519125 hm~2减少到489541 hm~2,斑块数量从2545个增加到3694个,其景观破碎化程度有所增强。强沙尘源面积从7100hm~2增加到35210 hm~2,斑块数量125个增加到734个,破碎化程度明显增大。
【学位单位】：鲁东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P425.55
【部分图文】：

位置图,巴林,翁牛特旗

科尔沁地区非生长季地表残留物反射光谱特征分析与沙尘源区识别第 2 章研究区概况理位置尔沁地区位于我国东北地区的西南部，内蒙古自治区的东南部，是我化最严重的地区之一，地理坐标为：42°15′-45°47′N，118°15′-123°45′E古高原与东北平原的过渡地带，西起翁牛特旗的巴林桥，东至吉林省南北方向上介于大兴安岭东麓丘陵和燕山北部黄土丘陵之间。在行政到 22 个旗（县），包括的主要旗县有彰武县、阜新市、双辽市、奈曼、翁牛特旗、科尔沁左翼后旗、科尔沁左翼中旗、巴林右旗、巴林左勒市、科尔沁右翼中旗、突泉县、敖汉旗、通榆县、开鲁县等。

草原区,残留物

条件下光谱曲线不同。通过研究可以发现非生长季土壤背景与地表残留物的反射光谱曲线波长0.4-1.1μm 时，即可见光-近红外波段，相似性较高，无法用于两者之间的区而在波长为 1.1-2.4μm 短波红外波段具有各自不同的光谱特性，因此可以利用在短波红外波段的特征光谱，选取相应的指数对干枯地表残留物的盖度信息进提取。4.2 不同景观类型区 CAI 与 DFI 之间的关系4.2.1 草原区 CAI 与 DFI 之间的关系据以往研究，CAI 指数可以有效估算非生长季地表干枯残留物的覆盖度，在数据源的选择上需要高光谱遥感数据作为基础，但高光谱遥感数据成本高且难获取。而 DFI 指数可以以多光谱遥感数据为基础数据源对地表干枯残留物进盖度的估算，且多光谱数据为免费共享数据，易获取，因此想利用多光谱数据行干枯残留物的监测就需要探究 CAI 指数和 DFI 指数是否存在一定的关系。

散点图,线性函数关系,草原区,拟合度

鲁东大学硕士学位论文看出在所选样地中 DFI 的值在 0-30 之间，CAI 与 DFI 成正相关，随着 DFI的增加，CAI 指数也有不断增加的趋势。通过模拟拟合，草原区不同样方中AI 与 DFI 两个指数之间符合线性函数关系，其中参数 a 为 0.2123，参数 b 0.3746，拟合方程为一元一次线性方程 y=0.21237x-0.3746，拟合度 R2的值.9064，拟合度高，拟合模拟的显著性检验 P 值小于 0.01，说明草原区不同盖地表残留物的 DFI 值与 CAI 值之间存在极显著的线性函数关系。.2.2 农田区 CAI 与 DFI 之间的关系农田区的地表残留物以玉米留茬为主，计算农田区所测样方的 DFI 与 C，建立两者之间关系散点图，如图 4.3。

【参考文献】