沙化土地遙感定量提取與評價方法研究.pdf

1、根據(jù)第四次全國荒漠化和沙化土地監(jiān)測結(jié)果顯示，我國土地荒漠化和沙化現(xiàn)象整體上得到了初步遏制，但局部地區(qū)仍有擴(kuò)展和惡化，另外，防沙治沙的科技含量較低、科技支撐不夠等也是目前防沙治沙工作中亟待解決的問題。遙感技術(shù)在全國沙化土地監(jiān)測中已經(jīng)發(fā)揮了積極有效的作用，但是以往基于遙感手段開展的沙化土地監(jiān)測與評價工作，主要是基于傳統(tǒng)的目視解譯分類方法，對于大區(qū)域的地物識別及分類而言，該方法需要投入大量的人力、物力，效率低下。另外，沙化土地過渡類型較多，在

2、提取過程中受植被遮掩而使沙化土地邊界難以準(zhǔn)確界定，通過常規(guī)的分類方法較難識別，因此進(jìn)一步探索沙化土地定量遙感提取、評價及監(jiān)測的方法，將更加有利于我國防沙治沙工程的順利實施。
　　針對沙化土地過渡類型較多、沙化土地邊界難以準(zhǔn)確界定、定性分類效率低下、沙化土地評價指標(biāo)不一等問題，本研究將以內(nèi)蒙古錫林郭勒盟正藍(lán)旗為研究區(qū)，以GF-1多光譜數(shù)據(jù)和Landsat TM數(shù)據(jù)為遙感數(shù)據(jù)源，結(jié)合地面樣地調(diào)查數(shù)據(jù)，采用混合像元分解和土壤粒徑組成閾值

3、的方法定量提取沙化土地信息，分析植被覆蓋度在生長季內(nèi)的變化，確定最佳植被覆蓋度時段完成沙化土地定量評價，并對研究區(qū)十年間的沙化土地動態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測。本研究得出以下結(jié)論:
　　(1)基于純凈像元指數(shù)(PPI)的端元選取方法比最大角凸錐(SMACC)和散點圖幾何頂點法更優(yōu)。當(dāng)端元個數(shù)大于6時，容易產(chǎn)生噪聲誤差;端元個數(shù)少于5時，像元又不能得到有效地分解，本研究認(rèn)為在沙化土地信息提取的過程中端元個數(shù)為5-6時，分解的結(jié)果更為精準(zhǔn)。在去除

4、植被端元信息的情況下，當(dāng)裸沙端元豐度在剩余端元豐度中占50％以上時，或當(dāng)裸沙端元豐度比例小于50％但裸沙端元豐度值最大時，則確定該像元為沙化土地類型。經(jīng)驗證，該方法的提取精度較高，總精度為86.42％，并且能夠把土壤已經(jīng)沙化但受植被覆蓋遮掩的過渡沙化土地類型精準(zhǔn)地提取出來，即能有效解決植被影響，精準(zhǔn)界定沙化土地邊界。
　　(2)土壤粒徑組成的組分含量都較好地服從正態(tài)分布，經(jīng)T檢驗，粉砂含量在沙化土地和非沙化土地中的差異最為顯著，非

5、沙化土地中的粉砂含量是沙化土地的4-5倍，粉砂是指示沙化土地的最佳指示因子，黏粒次之。基于偏最小二乘的分析和建模中，粉砂的模型效應(yīng)權(quán)重最大，與自變量的相關(guān)性最高，VIP值大于1的自變量Rb3和Rb4確定為建模自變量。經(jīng)留一交叉驗證，自變量個數(shù)為2時模型誤差PRESS值最小。研究表明粉砂含量閾值為3.5％時較為合理，即粉砂含量小于3.5％時劃為沙化土地，大于3.5％則劃分為非沙化土地?；谠摲椒ǖ纳郴恋匦畔⑻崛】偩葹?0.86％，結(jié)果

6、較為準(zhǔn)確，但次于混合像元分解。與基于混合像元分解相比，該方法在解決植被影響方面則略顯不足。
　　(3)在植被覆蓋度信息提取的過程中，多端元混合像元分解方法優(yōu)于像元二分法和土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)。進(jìn)入生長季后，隨著時間的推移植被覆蓋度逐漸增長，并在7月底-8月初出現(xiàn)最大程度的覆蓋，之后呈現(xiàn)出不同程度的下降趨勢。沙化土地上的植被在5月底到7月中旬一直處于平緩的增長狀態(tài)，但是受降水的影響沙化土地一年生短命植物在7月下旬迅速增長，直到8月上中旬

7、又趨于平緩的降低。降水條件的差異導(dǎo)致沙化土地上的一年生植被覆蓋度發(fā)生較大的變化，對不同年份的沙化土地進(jìn)行評價與動態(tài)變化監(jiān)測時需去除短命植物的不穩(wěn)定影響。本研究認(rèn)為以八月上中旬時段的植被覆蓋度進(jìn)行沙化土地評價更為合理。
　　(4)經(jīng)統(tǒng)計，正藍(lán)旗2005年和2014年的沙化土地面積總量分別為5524 km2和4109km2，減少了原有沙化土地的25.6％，占全旗總面積的13.9％。兩個時期內(nèi)的沙化土地類型均以固定沙地為主，半固定沙地次

8、之，流動沙地面積最小。經(jīng)過十年的治理和防治，固定沙地、半固定沙地和流動沙地分別減少了原有沙化土地面積的22.1％、4.7％和31.1％，流動沙地減少的幅度最大。在沙化土地治理效果整體好轉(zhuǎn)的情況下，部分區(qū)域沙化程度仍在加重。在日后的防沙治沙工作中，需對重點區(qū)域加大防護(hù)和保護(hù)力度，進(jìn)一步完善和強(qiáng)化防沙治沙的生態(tài)工程效益和社會效益。
　　在以往基于混合像元分解開展的沙化土地研究中，大多研究都是通過像元分解得到沙化土地豐度為止，沒有對沙化

9、土地豐度做更深入的研究。本研究的創(chuàng)新點在于在得到沙化土地豐度的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了沙化土地豐度與其他端元豐度的關(guān)系，并在解決植被影響的前提下，確定出了合理的沙化土地豐度閾值定量地提取了沙化土地信息，有效地解決了沙化土地被植被遮掩而不易識別的問題，并精確地區(qū)分了過渡沙化土地類型，準(zhǔn)確地界定了沙化土地的邊界。另外，通過分析土壤粒徑組成組分在沙化土地和非沙化土地中差異，提出了有效指示沙化土地的指標(biāo)因子，并確定了合理的粉砂含量閾值定量地提取了沙