基于TM影像與DEM的廣州市植被生物量反演研究.pdf

1、生物量是植被生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行的能量基礎(chǔ)和物質(zhì)來(lái)源，是量度植被結(jié)構(gòu)和功能變化的重要指標(biāo)。準(zhǔn)確估算局部一區(qū)域一全球尺度下的植被生物量分布可顯著提高碳源、碳匯的估算精度，進(jìn)而了解植被生物量對(duì)土壤肥力、土地退化或保護(hù)等方面的影響，以此深入了解生態(tài)環(huán)境變化過(guò)程和可持續(xù)發(fā)展。Landsat系列衛(wèi)星影像具有價(jià)格較低、成像質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，在一定的經(jīng)濟(jì)條件下選用L,andsat TM影像已經(jīng)成為局部和區(qū)域尺度下生物量反演的最主要數(shù)據(jù)源。廣州市地處華南區(qū)域大氣狀

2、況復(fù)雜，TM影像受氣溶膠影響較大，大部分大氣校正模型難以準(zhǔn)確獲取該區(qū)域的植被反射率，降低了植被生物量遙感反演精度；已有的地形校正模型主要是對(duì)大氣校正中因地形對(duì)地表反射率造成的影響進(jìn)行校正，未考慮因地形影響產(chǎn)生的像元面積與像元地表面積的差異，造成反演的生物量偏低；大氣與地形影響是廣州市植被生物量反演的研究難點(diǎn)。本研究對(duì)上述大氣與地形影響進(jìn)行校正，反演廣州市植被生物量，對(duì)珠江三角洲及華南其他相似區(qū)域的生態(tài)安全和生態(tài)基礎(chǔ)建設(shè)具有重要意義。

3、 本研究基于2005年7月18日攝錄的軌道號(hào)為122／044的Landsat TM影像與廣州市1：50000數(shù)字高程模型(iDigital Elevation Model，DEM)，利用大氣輻射傳輸模型反演當(dāng)日廣州市氣溶膠光學(xué)厚度(Aerosol Optical Depth，AOD)空間分布，并進(jìn)行大氣校正以獲取較準(zhǔn)確的地表反射率；對(duì)大氣校正后的影像進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)，獲取廣州市不同植被類(lèi)型的空間分布；提取各種植被指數(shù)，結(jié)合野外樣方的植被

4、生物量調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)不同的植被類(lèi)型建立生物量逐步回歸反演模型，獲取地形校正前廣州市植被生物量空間分布；利用Matlab編程實(shí)現(xiàn)相關(guān)地形校正模型，獲取廣州市像元地表面積空間分布，結(jié)合相關(guān)算法對(duì)植被生物量空間分布進(jìn)行地形校正。主要結(jié)論如下： (1)通過(guò)廣州市真彩影像顯示效果與地物光譜反射率在大氣校正前后的對(duì)比分析，表明本研究中利用TM影像反演當(dāng)日廣州市30m空間分辨率的AOD具有較好的合理性；反演的AOD和廣州市地面監(jiān)測(cè)的PM10質(zhì)量

5、濃度相關(guān)系數(shù)為0.717，在多種不利因素影響下仍獲取大于0.70的相關(guān)系數(shù)，表明基于TM影像反演的廣州市AOD精度較高。通過(guò)與1km和10km空間分辨率的AOD空間分布進(jìn)行對(duì)比，利用TM影像獲取的當(dāng)日廣州市30m空間分辨率的AOD分布適合于城市尺度下的定量研究，為高分辨率的AOD反演提供了研究思路，為本研究的大氣校正提供了基礎(chǔ)。 (2)在AOD反演的基礎(chǔ)上進(jìn)行大氣校正，并消除了地形對(duì)地表反射率的影響獲得較為準(zhǔn)確的地表反射率。本

6、研究的大氣校正模型與常用的DOS模型相比更加適合于大氣狀況復(fù)雜的廣州市，獲得DOS模型無(wú)法獲得的大氣校正效果，為植被生物量的定量反演提供較為準(zhǔn)確的地表反射率，防止不準(zhǔn)確地表反射率計(jì)算的生物量遙感指示因子與野外樣方植被生物量產(chǎn)生錯(cuò)誤相關(guān)關(guān)系。 (3)經(jīng)正射校正后的TM影像具有較高定位精度，本研究利用Google Earth已有的廣州市高空間分辨影像結(jié)合實(shí)地調(diào)查獲取TM影像的地物分類(lèi)標(biāo)志樣本，進(jìn)行最大似然法監(jiān)督分類(lèi)，經(jīng)分類(lèi)后的人機(jī)交

7、互解譯獲得較高的分類(lèi)精度，分類(lèi)總體精度為86.64％，Kappa系數(shù)為0.83，滿足研究的精度要求。 (4)由于地形起伏帶來(lái)像元面積與其對(duì)應(yīng)地表面積不同的像元占全市面積的33.34％，地形校正后針葉林和闊葉林面積的水平投影面積與地表面積相差比率最高，分別達(dá)到了6.18％和3.70％，其次為草地、灌木林和園地。地形起伏對(duì)植被生物量反演的影響不可忽略。 (5)選擇研究區(qū)域不同的遙感指示因子建立不同植被類(lèi)型生物量的逐步回歸反演

8、模型。地形校正后廣州市闊葉林生物量增加7.74％，針葉林生物量增加4.76％，園地生物量增加1.58％，灌木林生物量增加2.50％，草地生物量增加3.44％。闊葉林生物量增加幅度最高，其次為針葉林、草地、灌木林和園地，地形校正后闊葉林、針葉林、園地、灌木林和草地總生物量變化量占總植被生物量變化量的65.02％、30.71％、2.98％、0.71％和0.58％。廣州市有40％以上的植被生物量低于50t·hm-2，80％以上植被生物量低于1