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基于多源遥感数据估测林火参数的研究

王强  
【摘要】:林火是森林生态系统主要的因子,在大气的化学循环和碳循环中起着重要作用。森林火灾尤其是特大森林火灾的频繁发生不但破坏森林生态系统,而且造成了碳温室气体的大量释放。森林火灾释放的碳主要是以CO2或CO的形式排放,其余的以CH4、多碳烃等有机氧化物形式排放到大气中,对全球气候环境影响巨大。开展林火强度、森林可燃物载量消耗及林火气体释放量等参数的研究是开展林火对大气环境所产生的影响研究的基础,对于了解林火对全球碳循环的影响和改进林火管理策略也有着重要意义。 本文将以森林火灾基本信息为研究问题,基于MODIS、TM遥感数据、历史火灾数据和森林调查数据,针对森林火灾森林可燃物载量的消耗及污染气体的释放、构建林木可燃物载量估测、消耗模型及林火排放气体计算模型等问题展开研究,初步完成特大森林火灾的释放污染物量化估算。基于这些问题本文开展了如下研究: 完成了遥感数据及其他资料的搜集工作,对遥感数据进行了包括几何校正和辐射校正等预处理,对多时相的遥感数据的进行了平滑处理,完成了正确获取遥感信息的基础工作。 完成了基于MODIS多时相遥感数据进行森林可燃物分类的工作,证明选定合适的分类方法和必要的他源数据参与分类,可以获得较为理想的分类精度。研究结果说明利用决策树方法对MODIS植被指数数据分类,可以获得83.2%的精度,要高于利用TM数据进行监督分类的精度,这样的精度基本满足生产需要;使用决策树方法的关键在于获取地物判别阈值并制定好分类规则,TM、MODIS图像在各关键期的可获取性及数量在一定程度上也决定了可燃物的分类精度。 完成了基于MODIS数据利用混合像元分解技术进行森林火灾面积估算的方法研究,像元分解后像元精度可以达到92%、总量精度可以达到90%左右,基本上杜绝了以前估测过火面积时对非植被区和火场边缘像元提取精度不高的问题。与传统的飞机航拍圈划面积的方法相比在大空间尺度上操作上更方便、且时效性更强,相比利用高分辨率数据而言又具有较高的时效性,且精度也满足生产的需要。完成了对2006年松岭798高地森林火灾过火面积进行估测,估测过火面积为242030公顷,其中重度火烧面积为23781公顷、中度火烧145408公顷、轻度火烧72964公顷,其中重度火烧、中度火烧、轻度火烧所占比例分别为9.82%、60.05%、30.13%。 建立了基于TM图像估测森林可燃物载量的模型,并且利用模型反演大兴安岭地区森林可燃物载量,反演的精度基本符合要求,但还需要进一步提高。在估测可燃物载量的过程中,本文对比应用偏最小二乘估计模型和二阶最小二乘估计模型,通过对模型精度、决定系数及均方根差的误差评估比较,选择二阶最小二乘估计模型反演的可燃物载量,取得了比较准确的反演结果。但由于样地设置不多以及大兴安岭地区的特殊性,估测模型还需要进一步的修正,局部反演精度还需提高。得到的乔灌层、地表可燃物估测模型分别为:Y=4.542-3.226×B2+2.126×B3-1.524B5+0.432×Prin2+0.469×ent2+39.706×sec2+70.628×corr4+0.179×DBH、Y=8.975+0.043×B3-0.008×B4-0.256×homo1+0.144×cont6+0.692×DBH。 完成了大兴安岭松岭798高地火灾可燃物消耗的估算,火灾中各类型森林火灾乔灌层损失可燃物载量为2946805.78t,其中落叶松林乔灌层损失1503946.10t,占总损失可燃物载量的51.04%左右;针阔混交林乔灌层损失872662.73t,占总损失可燃物载量的29.73%左右;阔叶混交林中乔灌层损失566631.95t,占总损失可燃物载量的19.23%左右。结果显示不同类型的森林火灾造成的可燃物载量损失的差别比较显著的,如重度森林火灾造成的可燃物载量损失为667515.03t,占总损失可燃物载量的22.65%,而中度火烧和轻度火烧造成的可燃物载量损失分别为1962732.38t、316557.36t,分别占总损失可燃物载量的66.61%、10.74%。 完成了大兴安岭松岭798高地森林火灾地表可燃物载量消耗量的估测,火灾消耗地表可燃物载量2083668.65t,其中重度火烧、中度火烧、轻度火烧消耗地表可燃物载量分别为226286.75t、1427932.29t、429450.04t。 本文采用排放因子法估算了森林火灾气体释放总量,得到较好的效果。经过计算大兴安岭松岭798高地森林火灾中森林可燃物释放共释放CO2气体量约为149187.66t,其中乔灌层可燃物释放CO2气体量约为88110.43t,地表可燃物释放CO2气体量约为61077.23t;共释放CO气体量约为21187.70t,其中乔灌层可燃物释放CO气体量约为12010.07t,地表可燃物释放CO气体量约为9177.63t;共释放CH气体量约为1925.41t,其中乔灌层可燃物释放CH-气体量约为1512.15t,地表可燃物释放CH气体量约为413.26t;共释放NO气体量约为470.76t,其中乔灌层可燃物释放NO气体量约为272.19t,地表可燃物释放NO气体量约为198.57t;共释放SO2气体量约为658.77t,其中乔灌层可燃物释放SO2气体量约为301.07t,地表可燃物释放SO2气体量约为357.70t。


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