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基于遥感的地表温度对土地利用变化及咸水入侵的响应

宁吉才  
【摘要】: 随着全球变化的发展与影响,许多沿海地区面临着一系列环境问题以及有限土地资源和过度人口增长的矛盾。莱州湾南岸地区是典型的咸水入侵区,在社会经济发展和咸水入侵灾害的影响下,土地利用和土地覆被变化敏感且频繁,滨海盐碱地、潮滩地和湿地被开垦为农耕地,农田、城市周围地区的土地被重新利用为城乡建设用地等一些现象应运而生。这些人类活动和自然的过程都导致了区域土地利用和土地覆被方式的变化。地表温度是控制大多数物理过程和生物化学过程的关键因素之一。区域温度分布的研究在全球气候变化、环境监测和城市热岛效应等领域有着重要的应用价值。许多有关环境和地球资源的研究都要以地球表面温度作为基础数据,因此准确反演地表温度变得越来越重要。土地覆被是遥感分析的本质属性之一,直接利用来进行土地利用分类是遥感影像的典型实例。实验表明,采用遥感手段获得大范围地表温度分布状况可以满足科学研究的需要。咸水入侵是沿海地区典型的自然灾害之一,咸水入侵导致了人类活动和地表覆被的显著变化,地表温度也呈现一定的变化。作为人类活动和自然过程相互作用的结果,特殊地区的土地利用和土地覆被变化对于全球变化的其他方面具有重大影响。随着经济的发展,沿海地区的土地利用变化越来越明显。本文选择山东省北部莱州湾沿海平原地区作为研究区域具有非常重要的现实意义。为此,本文试图探究基于遥感的地表温度和地表覆被变化、咸水入侵之间的对应关系。 本文利用美国陆地卫星(Landsat)系列的TM和ETM+遥感影像作为主要数据源,通过目视解译获取研究区不同年份的土地利用图。在此基础之上分析土地利用变化规律和趋势。对于只有一个热红外波段的遥感影像,地表温度的反演的方法有很多。通过实验对比发现,覃志豪的单窗算法对于反演地表温度具有较高的准确性和实用性,尤其是对于只有一个热红外波段的TM和ETM+遥感影像。以覃志豪单窗算法所反演的地表温度视为真实地表温度,分析不同土地利用类型及其变化与地表温度及其变化之间的关系是本文的重点内容之一。针对咸水入侵现象的复杂性,本文简单地比较了咸水入侵区和未入侵区的同种土地利用类型的平均温度,借此解释咸水入侵作为重要驱动因子对地表覆被变化和地表温度的影响。 本文综合利用遥感和地理信息系统手段来确定土地利用变化、咸水入侵对地表温度的影响。通过分析不同年份土地利用变化和地表温度变化状况发现研究区养殖水域和盐池的面积有的显著的增加,相应地盐碱地和草地的面积大幅度的减小,农村和城市居住用地面积也有了一定程度的增加。本文首先利用覃志豪的单窗算法反演地表温度,然后通过分析不同土地利用类型的平均温度研究土地利用类型和地表温度之间的关系。结果发现不同的土地利用类型对于温度变化有不同的响应。该时段研究区最主要的变化类型是农田、盐池、养殖水域、和盐碱地。利用程度的较高的土地利用类型(如城市和农村居住用地)变化的可能性很小,而利用程度较低的土地利用类型(如盐碱地和滩地)变化较大。湿度较大、植被覆盖率较高的土地利用类型地表温度较低。沿海地区未利用土地的复垦引起了土壤组成和土地覆被的变化,由此带来的地表温度变化也比较明显。整体来看,海水入侵区温度要低于未入侵区。通过分析发现,人类活动在咸水入侵和地表温度变化过程中起到了非常重要的作用。总的来说,地表覆被变化和地表温度之间有着非常密切的联系,咸水入侵对于地表温度的影响是间接的,影响相对较弱。


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