中国北方荒漠化遥感动态监测与定量评估研究

发布时间：2020-05-04 21:18

【摘要】：荒漠化是全球陆地生态环境系统所面临的最为严峻的问题之一,它严重制约着干旱-半干旱区经济社会的可持续发展。中国作为受荒漠化影响最严重的国家之一,国土面积的三分之一受到荒漠化影响。为了更好地对我国北方荒漠化动态过程进行空间监测,深入了解荒漠化发展的驱动机制,本研究基于多时相遥感数据建立荒漠化遥感监测评估模型,从区域尺度到全国尺度对中国北方荒漠化进行了动态监测与定量评估。论文的研究形成了一套从荒漠化时空动态变化监测到驱动力定量评估的方法,可以为荒漠化防治的决策提供重要的科学数据和强有力的技术支撑。主要内容和结论如下:(1)基于Thornthwaite公式法计算湿润指数进行的荒漠化气候区划依赖于于我国地面气象站点数据,没有考虑到具体的植被覆盖以及地形地貌等特征。本文采用长时间序列归一化植被指数Normalized Difference Vegetation Index(NDVI)以及高程数据反演新的湿润指数。根据计算的湿润指数进行荒漠化气候区划,改进了现有气候区划的一些缺陷。结果表明,中国北方荒漠化潜在发生区域面积为364.3万km~2,约占我国陆地国土面积的37.8%。(2)参考前人荒漠化监测指标的研究,从荒漠化表象以及本质两方面考虑,选取修改型土壤调整植被指数Modified Soil-Adjusted Vegetation Index(MSAVI)、地表反照率Albedo和裸土指数Bare Soil Index(BSI)三个遥感监测指标,利用Landsat和Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS)数据分别从区域尺度和全国尺度计算荒漠化监测指标,并对计算的荒漠化遥感监测指标进行了分析。(3)以鄂尔多斯高原为典型区,建立了基于Logistic回归模型、决策树模型和随机森林模型的荒漠化遥感监测模型。通过对比验证,得出决策树模型精度最高。基于Landsat计算的监测指标,用决策树模型对鄂尔多斯高原2000、2006、2010、2015年的荒漠化现状进行监测分析。结果显示,在2000-2015年期间鄂尔多斯高原的荒漠化呈现恢复的趋势。(4)利用Carnegie-Ames-Stanford Approach(CASA)模型计算鄂尔多斯高原长时间序列的Net Primary Productivity(NPP),在此基础上利用Potential NPP(PNPP)、Human Appropriation NPP(HANPP)分别代表气候变化和人类活动在生态环境变化中的定量作用,建立了荒漠化影响因素定量评估模型。对鄂尔多斯高原的研究表明,人类活动,尤其是中国北方实施的生态恢复工程是2000-2015年荒漠化恢复的主要原因。气候变化,主要是降水和气温的波动在2006-2010年期间主导了荒漠化退化。在2000-2006年以及2010-2015年期间,气候变化和人类活动在荒漠化退化过程中都扮演了重要的角色。(5)利用中分辨率的MODIS数据和决策树模型,从全国尺度对2001-2015年中国北方荒漠化现状和动态变化进行了遥感监测,并对荒漠化影响因素进行了定量的评估。研究结果表明,在2001-2015年的时段内,中国北方荒漠化发展呈现明显恢复的趋势,荒漠化区域总面积从180.32万km~2减少到166.81万km~2,荒漠化强度指数从0.2107下降到0.1888。对荒漠化驱动因素的定量评估结果表明,在2001-2005年的期间内,气候变化和人类活动在荒漠化发展过程中都扮演了重要的角色。在2005-2015年期间,气候变化是导致中国北方荒漠化总体呈现恢复趋势的主要因素。(6)从全国尺度上来讲,降水和气温的波动是荒漠化发展的主要控制因素,主导着一定时段内的恢复和退化。然而,在区域尺度上,人工造林、飞播造林、封山(沙)育林以及退耕还林、退牧还草等人类活动可以有效地促进当地生态环境恢复和改善。为了控制我国北方荒漠化发展趋势,促进生态环境和社会经济的可持续发展,各级政府应该发挥在政策方面的引领作用,持续推进和落实我国北方实施的退牧还草、退耕还林、三北防护林以及天然林保护工程等一系列生态修复和建设措施,实现生态环境和社会经济的可持续发展。
【图文】：

全球,生态环境,直接经济损失

随着全球经济社会的不断发展，人类对于能源和资源的需求与日俱增。伴随而来的是人类对自然资源的大规模不合理开发与利用。这些忽略自然规律无休止的掠夺在给人类社会带来物质财富的同时深刻地改变着全球的生态环境。生态环境的急剧恶化及其带来的一系列问题，例如全球森林和湿地退化、生物多样性降低、荒漠化的蔓延等，严重影响了人们的生产生活以及人类社会的可持续发展（Gretchen et al, 1995; William et al, 1994）。据估计，全球陆地表面 1/4 和将近 10亿人口受到荒漠化的影响。荒漠化土地的面积以每年 5-7 万 km2的速度扩展，由此带来的直接经济损失估计每年为 423 亿美元，其间接经济损失是直接经济损失的 2-3 倍（UNEP-United Nations Environment Programme, 1992）。荒漠化及荒漠化土地的扩展造成生态环境的恶化，降低全球粮食产量，加深全球人道主义危机，甚至与全球政治稳定以及恐怖主义的泛滥有关。正是由于荒漠化的巨大危害性，其作为一个重要的生态环境问题引起全球性的重视。

气候区划,亚湿润干旱区,湿润指数,半干旱区

气候类型湿润指数极干旱区 MI<0.05干旱区 0.05<MI<0.20半干旱区 0.20<MI<0.50亚湿润干旱区 0.50<MI<0.65湿润区 MI>0.65《联合国防止荒漠化公约（UNCCD-United Nations Convention to CombatDesertification 1994）》将荒漠化定义为在干旱、半干旱以及亚湿润干旱区，由于气候变化和人类活动等在内的各种因素的作用下土地的退化。上述定义中的气候类型区划采用 Thornthwaite（1948）湿润指数（moistindex，MI）来确定（表 1.1）。荒漠化发生的范围为 MI 介于 0.05 到 0.65 的地区，即干旱区、半干旱区和亚湿润干旱区。在全球范围和中国区域，荒漠化气候分布分别如图 1.1 和图 1.2 所示。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X87;X171

【参考文献】