川西北林草交错区生态环境遥感监测与生态脆弱性时空变化驱动机制研究

发布时间：2020-10-31 18:51

　　 1992年联合国环境和发展大会首次将可持续发展理论作为全球共同发展战略。20多年来,可持续发展理念深入人心,实现联合国“千年发展目标”取得重大进展。然而当前在全球气候变化和人类活动双重驱动下,环境退化和生态破坏及其所引发的环境灾害和生态灾难仍未缓解,给可持续发展带来重大挑战。川西北林草交错区地处青藏高原东缘,横断山区强烈侵蚀切割的高山峡谷向高原地貌过渡地带,属于长江、黄河水系上游源区,为国家级生态功能区和长江上游重要生态屏障。但该区地形起伏强烈、地质结构复杂,水热条件垂直变化明显,生态环境先天脆弱;同时受自然和人为活动影响强烈,区域生态退化明显,是我国典型的林草交错生态脆弱区、同时又是连片特困扶贫区和少数民族聚居区。科学认知川西北林草交错区生态环境动态变化过程与生态脆弱性时空变化驱动机制对山原林草交错生态屏障带保护和建设具有重要意义。目前关于川西北林草交错生态脆弱区生态屏障保护与建设的理论和方法已有一定研究和探索,但过程监测和机制研究仍比较欠缺。论文依托国家自然科学基金项目“草原牧区资源环境承载力时空过程分析和预警-以川西北江河源区为例(41401659)”和国家重点研发计划(2017YFC0505000)专项课题“高山亚高山采伐迹地植被恢复技术”,开展川西北林草交错区生态环境遥感监测与生态脆弱性时空变化驱动机制研究。本研究综合运用遥感、地理信息系统和野外调查获取数据并挖掘信息,定量监测与分析川西北林草交错区生态环境时空变化过程,构建生态脆弱性评价模型开展研究区生态脆弱性时空变化评价,掌握研究区生态脆弱性时空变化特征,定量探究生态脆弱性空间格局成因机制与动态变化驱动机制,为川西北林草交错生态脆弱区及其它生态交错脆弱区生态保护和建设提供技术支持和决策依据。论文取得的主要研究成果:(1)针对川西北林草交错区复杂地质地理条件,实现了应用多类型多时相遥感图像进行山原林草交错区NDVI(植被覆盖度)、土地利用、地质灾害、土壤侵蚀敏感度等生态环境要素信息提取的关键技术和方法。针对MODIS NDVI数据只能获取到2000年以后数据且与其它卫星NDVI数据空间分辨率不匹配难以进行2000年前后NDVI动态变化监测的问题,实现了基于ESTARFM算法的林草交错复杂山区GIMMS与MODIS NDVI时空融合高分辨率数据的有效提取,获得了与MODIS NDVI数据空间分辨率相匹配的GIMMS NDVI时空融合数据。针对研究区地形复杂、土地利用类型遥感信息提取难度大且精度不高的问题,本研究构建了面向对象技术-混合像元分解(草地)-目视解译相结合的研究区土地利用类型遥感提取的思路和模式,实现了基于Landsat影像的林草交错复杂山区土地利用类型高精度遥感信息提取。同时基于高分辨率遥感数据获取了较长时间序列的地质灾害动态变化遥感信息;基于USLE方程得到了研究区土壤侵蚀敏感性动态变化信息。在此基础上较为系统分析了川西北林草交错区1990-2015年气温和降水、土壤类型与质地、植被类型与覆盖度(NDVI)、土地利用与景观格局、地质灾害及土壤侵蚀敏感性等生态环境要素时空变化特征。(2)针对区域生态脆弱性评价指标体系高维非线性特征使得指标权重难以客观有效确定的问题,引入并集成投影寻踪模型-遗传算法构建了区域生态脆弱性评价模型,该模型较好刻画了生态脆弱性评价指标体系的高维非线性特征,克服了生态脆弱性评价指标权重确定的人为主观性、提高了客观性,集成的遗传算法较好解决了投影寻踪模型投影方向向量难以优化的问题。该模型较好实现了高山高原林草交错区生态脆弱性时空变化的客观有效评价。(3)较为系统地分析了川西北林草交错区1990-2015年生态脆弱性时空变化特征。探讨了研究区生态脆弱性随高程、坡度和坡向变化的时空分布特征,分析了生态脆弱性时空分布与土地利用类型的关系;探讨了县域尺度下红原(以草地为主)、若尔盖(草地、湿地为主、林地占一定比重)、松潘和九寨沟(林草并重)生态脆弱性区域分异特征及随时间变化规律。研究区生态脆弱性类型中中度脆弱面积最大(37.89%),其次为潜在脆弱和重度脆弱(22.59%、21.46%),再次为微度脆弱(16.12%),极重度脆弱面积最小,仅占1.93%。研究区1990-2000年生态脆弱性脆弱程度不断增加,2000年后生态脆弱性程度持续降低。(4)针对目前川西北林草交错区生态脆弱性时空变化驱动机制认识不足的科学问题,基于地理探测器算法、投影寻踪-遗传算法较为系统分析了地质要素、地形要素、土壤要素、植被要素、气候要素、土地利用、人口和GDP等要素以及要素之间相互作用对生态脆弱性空间分布格局影响的成因机制。其中土地利用类型和坡度对研究区生态脆弱性空间格局分布影响最大,NDVI、土壤可蚀性、降水和气温影响较大,高程、人口和GDP影响最小;就地质要素而言,岩性对研究区生态脆弱性空间分布格局影响最大,水文地质和构造影响较小;地层岩性和土壤类型的交互作用对研究区四个县生态脆弱性的贡献值最大。基于灰色理论较为系统分析了NDVI、气温、降水、地质灾害、土地利用、人口、GDP等要素对研究区生态脆弱性时空变化过程驱动机制。与生态脆弱性综合指数变化之间绝对关联度最大的是灾害点密度,其次为NDVI和土地利用,气温和降水与生态脆弱性的绝对关联度相对较小,人口和GDP最小。在此基础上,对研究区生态脆弱性进行了分区,提出了不同生态脆弱区生态保护建议。(5)针对高山高原林草交错生态脆弱区,形成了一套从生态环境遥感监测-生态环境时空变化分析-生态脆弱性评价模型构建-生态脆弱性时空变化驱动机制分析较为系统的生态环境遥感监测与生态脆弱性时空过程机制研究技术方法体系,为本区以及类似生态交错脆弱区生态环境遥感监测与生态脆弱性评价提供了技术方法支撑。
【学位单位】：成都理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X87;X171
【部分图文】：

12图 1-1 论文技术路线（4）川西北林草交错区生态脆弱性时空变化驱动机制研究基于地理探测器算法、投影寻踪-遗传算法分析地质要素（构造岩性、水文地质）、地形要素（高程、坡度）、土壤要素（类型、可蚀性）、植被要素（类型及覆盖度）、气候要素（气温和降水）、土地利用、人口和GDP等要素以及要素之间相互作用对生态脆弱性空间分布格局影响的成因机制。基于灰色理论分析

研究区地层岩性与地质构造（来源于全国1:50万地质图）

2.1.4 灾害地质与水文地质由于岩石物性差异大，且风化破碎普遍，风化破碎堆积物为滑坡、泥石流的形成提供了物质来源，使川西北林草交错区成为滑坡、泥石流等地质灾害频发的地区。另一方面，研究区地质条件复杂，构造活动频繁，属地震多发区。例如，近年来在研究区及其周围发生了汶川、九寨沟两次 7.0 级以上强震。从水文地质情况来看（图 2-3），研究区主要分布有富水程度中等的碎屑岩夹碳酸盐岩、富水程度中等的松散岩以及富水程度强的碳酸盐岩，其中研究区西部红原和若尔盖地区分布着大量富水程度中等的松散岩，其余区域以及与松潘和九寨沟交界区则主要分布着富水程度中等的碎屑岩，九寨沟大部分区域及松潘北部则主要分布着富水程度强的碳酸盐岩。此外，红原南部和松潘南部地区分布有富水程度弱的碎屑岩。图 2-4 川西北林草交错区坡度空间分布特征（来源于 SRTM30mDEM 数据）图 2-3 川西北林草交错区水文地质概况（来源于全国 1:20 万水文地质图）

本文编号：2864361