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鄱阳湖湿地生态环境遥感变化监测研究

谭衢霖  
【摘要】: 近年来,有着“地球之肾”之称的“湿地”,其对于生态环境的特殊性和重要性受到全世界的极大关注,湿地研究已成为当前国际上的热门研究领域。3S作为对地观测的重要高新技术手段,可为湿地研究提供新的方法和技术支持,与之相应,湿地遥感也成为资源环境遥感中的学科前沿研究课题和重要的应用方向。 “江西省鄱阳湖国际重要湿地”是中国七大国际重要湿地之一,鄱阳湖是我国的第一大淡水湖,唯能用遥感方法才能及时准确地掌握其水域和湖滩草洲湿地的分布和动态变化规律。本研究使用多源遥感影像数据(Landsat TM/ETM、Radarsat SAR和Terra Modis数据等),结合野外实地调查与采样,辅以收集的研究区相关资料和历年统计数据,开展了鄱阳湖湿地生态环境遥感应用研究。这对于研究鄱阳湖的发展演变、湖区湿地生态环境治理和保护,对国家经济建设和社会发展都具有十分重要的意义。 论文主要的研究内容(含创新点)如下: 综述了国内外利用RS和GIS进行湿地研究的现状及进行湿地动态变化遥感监测的常用方法,指出动态变化监测正朝向景观格局变化的定量化方向发展;对景观尘态遥感测度因子进行了系统性的分析和评价,指出Sqp和PPU测度因子优于传统的景观测度因子聚集度和分形维数。此外,深入研究了最新的大地形变测量遥感动态变化监测方法----雷达差分干涉测量的原理及具体实现,并分析了差分干涉测量的误差,最后给出了具体的应用实例。 针对湿地边界的复杂性,掘分形理论,提出了一种结合边界分形自相似特征和灰度梯度变化进行边界探测的新算法。利用该算法,对试验图像进行了边缘探测试验,结果表明该算法能有效提取图像边缘,且在含有噪声的遥感图像中,仍能提取较丰富的边缘细节,具有一定的抗噪声性能。 针对SAR图像应用中斑噪对边界提取的影响,基于单视数SAR图像的Speckle统计特性和已发展的空间滤波算法分析,发展了一种改进的全方向动态窗口自适应SAR噪声滤波算法。该算法对单视数SAR图像具有较强的Speckle抑制能力,且可较好地保持图像的纹理边界细节信息。 Landsat TM数据含有丰富的信息,通过对TM影像地物灰度波谱特征曲线的分析,提出在鄱阳湖区湿地监测中的最佳波段组合方式为TM4、TM3、TM2三个波段分别配以红、绿、蓝三原色,这样的组合方式能够比较全面地反映和识别湖区各种湿地类型,可以清楚解译草洲、沙滩、泥滩、不同浑浊程度水体,最适合于目视解译分类。在此基础上,建立了鄱阳湖国家自然保护区的湿地分类系统,并对1994年和2000年的TM/ETM遥感影像,采用后分类遥感动态变化监测方法,对比分析了98年大洪水前后鄱阳湖保护区的湿地变化情况。 利用2000年10月的Landsat ETM影像,首次采用全数字化方法对对鄱阳湖国家级自然保护区的湿生植被的生物量及其分布进行遥感定量研究。首先,用该时相卫星数据制作假彩色合成图像,以该图像为主要依据之一,设计了实地生物量采样路线与样点,并在地形图和GPS的帮助下,开展了湿生植被生物量的野外实地采样。然后,在室内将采样点坐标和Landsat ETM图像坐标进行几何纠正和匹配。通过统计回归分析比较采样数据与ETM4波段数据和NDVI、DVI、GVI、II、RI之间的线性 摘要 相关关系。结果表明,采样数据与DVI有最好的正相关,其相关系数达到0.8546。 基于实测生物量数据与DVI数据线性回归模型,逐像元计算了整个保护区湿生植 被生物量,得到总生物量约为10.98 xl叭,并分析了98年特大洪水前后1 994年与 2000年的湿生植物单位面积生物量的变化情况。 利用都阳湖历年的水位高程与面积统计数据,首次建立了高精度(RZ0 .99) 的都阳湖主体水域水位一面积分布数学模型。通过在Radarsat SAR和ModiS遥感影 像上提取水体,测量计算了遥感影像上的水域面积,并与建立的模型进行验证,误 差绝对值小J几0.70%,为利用遥感影像估测水位提供了可行的技术方法。 湿地丧失和功能退化的主要原因是人类活动的干扰,通过对都阳湖不同时期的 形态参数和近50年来洪水位演变趋势的分析,得出都阳湖洪水调蓄功能下降的主 要原因在于都阳湖几一十年来的围垦。分析了都阳湖围垦的简要历史和现状,利用典 型‘f交叉调洪演算方法,将围垦对洪水位的影响进行了分析计算,得出了各典型年 洪水在不同[h1哄背景下的围垦效应值。


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