密級： 論文編號： 中國農業(yè)科學院 學位論文 基于多源遙感數據的草原植被狀況變化研究 以內蒙古草原為例 A A I 摘 要 草原是陸地上最大的生態(tài)系統(tǒng)，在能 量流動和物質循環(huán)的過程中，對人類的生存和發(fā)展有 著舉足輕重的作用。 國內外學者早在 20 世紀初就開始了對 草原 的研究。由于技術手段的限制， 從20 世紀初到 20 世紀中葉， 對草原的研究都是側重于草原 植被 的各個方面展開 的， 所采用的研究資料 也主要以人工野外調查數據為主， 隨著研究的深入和新的技術手段的誕生， 特別是遙感技術的出現， 使得 對 草原 植被狀況的 研究 取得了突飛猛進的發(fā)展，短時間內監(jiān)測大 范圍內的 （國家尺度、全球尺度）草原植被狀況成為可能。特別是近 10 多年來對草原的研究開始更多地借助于遙感技術，研究內容主要集中在利用遙感植被指數 來 監(jiān)測草原植被狀況的變化上 ， 逐漸形成了草原遙感這一新 學科。 溫帶草原 地處歐亞大陸的腹地， 是我國北方草原生態(tài)系統(tǒng)的核心組成部分，由于其絕大部分分布于內蒙古自治區(qū)境內，因此內蒙古草原成為關乎我國北方生態(tài)環(huán)境安危的關鍵所在，是屹立于我國北方的一道天然綠色 屏障， 對 三北地區(qū)乃至全國 的生態(tài)環(huán)境的保護和改善 發(fā)揮著不可替 代的 作用。 但自改革開放以來，內蒙古草原的生態(tài) 環(huán)境 遭到日益嚴重的破壞， 隨之而來產生的諸多環(huán)境問題（ 草原退化、 沙塵暴等）已經嚴重的影響了 國民經濟的健康發(fā)展， 直接 加重 了京津地區(qū)所面臨 環(huán)境惡化 的壓力 ， 因此對 內蒙古草 原 植被狀況變化的研究在 改善我國生態(tài)環(huán)境，促進國民經濟可持續(xù)發(fā)展 等方面具有重要的現實意義。 本論文 基于多源遙感數據，對 如何選取 草原植被 遙感監(jiān)測指數、監(jiān)測模型， 間 的數據同化，以及 利用 遙感數據分析人為因素對草原 植被變化 的影響程度和影響趨勢等三方面的內容進行了深入的分析和研究， 并將在 這些 研究方法上得到的一些改進 之處 應用于整個內蒙古草原 及其 兩個典型代表區(qū)域 之 中，對內蒙古草原 植被狀況 1982 2006 年 間 25 年來的 變化 過程 進行了全面、綜合的 分析 研究 。 具體內容及實施過程如下： 1） 在不同研究區(qū)域內，針對多種遙感數據源的植被指數和不同采樣尺度的地面數據（生物量和覆蓋度） 選擇 草原植被 狀況 的最佳 監(jiān)測指數及監(jiān)測模型，使得該監(jiān)測指數和監(jiān)測模型在植被狀況監(jiān)測研究中具有一定的推廣價值。 2） 分別對 據進行數據同化研究，使得三種遙感數據之間的分析比較具有科學性、有效性。 此外在實現數據同化研究的同時，還對利用 短期時間范圍 內 的高空間分辨率數據改進低空間分辨率 數據的監(jiān)測精度展開研究，并確定兩 種分辨率的數據 之間是否存在穩(wěn)定的精度校正關系，使該關系能夠被用于時間尺度外推。 3） 基于氣候因素（氣溫、降雨）和遙感植被指數之間的關系模型，初步分析得出草原植被狀況變化驅動力因素中人為因素對草原植被狀況變化的影響程度和影響趨勢。 4） 基于 以上研究 得到的最佳監(jiān)測指數、監(jiān)測模型和數據同化模型，利用 據完成 了 對 19822006 年 25 年來的內蒙古草原植被狀況變化研究，在宏觀尺度上對內蒙古草原植被變化的過程和趨勢進行 了 分析。 5） 除了利用 據在宏觀尺度上對 19822006 年 25 年間的內蒙古草原植被狀況進行了整體監(jiān)測以外， 本論文 還選擇了具有代表性的中尺度典 型研究樣區(qū)（典型草原和草甸草原），利用高分辨率的 據對其進行了重點監(jiān)測，在不同尺度上反映內蒙古草原的 植 變化 過程和 變化 趨勢，使得監(jiān)測結果更為科學、全面、綜合。 本論文 的主要結論如下 ： 1）在內蒙古草原 區(qū) ，對地面植被狀況和遙感植被指數進行回歸模擬的線性模型、多項式模型、對數模型、冪函數模型、指數模型一般具有較高的決定系數， 但在經過地面樣方數據的的檢驗后，多項式模型的 精度會有大的下降。 2）在 典型草原樣區(qū) ， 被指數與地面植被狀況進行回歸模擬的回歸方程中具有較高的決定系數；在整個內 蒙古草原的研究區(qū)域上 被指數與地面植被狀況進行回歸模擬的回歸方程中具有較高的決定系數，但在經過地面樣方數據的的檢驗后， 地面植被狀況的回歸 模型 模擬 精度會有大的下降。 3） 相關關系 在年度之間呈規(guī)律性變化，且變化規(guī)律 穩(wěn)定。 4） 基于 M 數據同化模型，不僅實 現了數據同化的目的，還分別提高了 5） 基于氣候因素（氣溫、降雨）和遙感植被指數之間的關系模型，能夠初步分析得出草原植被狀況變化驅動力因素中人為因素對草原植被狀況變化的影響程度和影響趨勢。 6） 1982 2006 年內蒙古草原退化嚴重。與 1982 年相比， 1983 2006 年的 24 年間草原植被狀況優(yōu)于 1982 年的 年份只有 5 年 ， 當前（ 2006 年）內蒙古草原的平均 被指數值仍然比1982 年低 7） 1998 年以后內蒙古草 原植被狀況惡化狀態(tài)穩(wěn)定（與 1982 年相比）。 19992006 年 8 年間內蒙古草原各類型的草原植被狀況均劣于 1982 年（平均 于 1982 年），沒有出現顯著改善的年份。 8） 人為因素是導致草原退化的最重要因素之一 。 關鍵詞 ： 草原退化 ， 遙感數據同化 ， 驅動力 he is an in in of A of at on in 0th As a of on on of to 0th of of a it to at as or a of in in in of in of a in of is a s it in of is to to an in of by up to so of of on of is in of of M/ of on on to of a of of 982as 1） of at at in so as to of 2） on M/ so as to of IV to at of be so as to 3） on on of on on 4） on to of of 982 - 2006, to of at 5) 4), as at by M/so as to of at of is as 1) In R2 of of a of 2) In of R2 of of of VI a of 3) M/on 4) M of 5) On of of on be of 6) 982982, in t 983006 982. 7) 982, of to be V 998. of 999to 982 (982), in 8)is of to of 錄 第一章 研究目的及意義 . 1 第二章 國內外研究進展 . 3 外研究進展 . 3 原植被生態(tài)群落演替研究 . 3 原第一性生產力研究 . 3 原植被覆蓋度 . 4 原退化驅動力研究 . 6 原 綜合研究 . 6 內研究進展 . 7 原生態(tài)群落演替研究 . 7 原第一性生產力研究 . 8 原植被覆蓋度研究 . 9 原退化驅動力研究 . 10 原 綜合研究 . 11 第三章 研究內容及技術方案 . 13 究內容 . 13 究區(qū)域概況 . 14 蒙古自治區(qū)概況 . 14 倫貝爾市 . 17 林郭勒盟 . 18 據源 . 18 據 . 19 據 . 19 據 . 20 施方案 . 21 測植被指數和監(jiān)測回歸模型的確定 . 21 同遙感數據源的數據同化 . 22 原退化驅動力分析 . 22 術路線 . 24 第四章 草原植被狀況監(jiān)測指數及監(jiān)測模型研究 . 25 被指數選取 . 25 據源 . 26 據預處理 . 26 M 數據 . 26 據預處理 . 28 據預處理 . 29 型草原樣區(qū)最優(yōu)監(jiān)測植被指數、監(jiān)測模型研究 . 29 M 數據植被指數與草原數據覆蓋度、生物量的相關分析 . 30 被指數與草原數據覆蓋度、生物量的相關分析 . 31 被指數與草原數據覆蓋度、生 物量的相關分析 . 33 型精度驗證 . 33 蒙古草原區(qū)最優(yōu)監(jiān)測植被指數、監(jiān)測模型研究 . 36 被指數與草原生物量數據的相關分析 . 36 被指數與草原生物量數據的相關分析 . 36 型精度驗證 . 37 章小結 . 40 第五章 基于多源遙感數據源的數據同化 . 41 型研究樣區(qū) 據和 據關系分析 . 41 M/據和 據比較 . 41 M/ 據相關關系分析 . 41 草原類型的 據的 模型建立及分析 . 43 蒙古草原 據和 據關系分析 . 46 據和 據比較 . 46 據相關關系分析 . 47 草原類型 4 10 月的 分析 . 52 究區(qū)域內各草原類型的 據相關性分析 . 54 章小結 . 57 第六章 內蒙古草原植被狀況變化研究 . 58 982 2006 年內蒙古草原各 植被指數等級面積變化 . 60 982 2006 年內蒙古草原平均 x 值變化 . 76 982 2006 年內蒙古草原植被狀況空間變化趨勢 . 87 章小結 . 89 第七章 典型樣區(qū)草原植被狀況變化研究 . 90 甸草原植被狀況變化研究 . 90 據預處理 . 90 被指數計算 . 92 甸草原樣區(qū)植被狀況監(jiān)測結果分析 . 93 論與討論 . 95 型草原植被狀況變化研究 . 96 據預處理 . 96 被生物量計算 . 98 型草原樣區(qū)植被生物量監(jiān)測分析 . 99 論與討論 . 100 章小結 . 102 第八章 草