基于GF--1-WFV時(shí)間序列的荒漠草原豬毛蒿群落提取及時(shí)空特征研究.pdf

1、草地生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中分布面積最為廣泛的生態(tài)系統(tǒng)類型之一，在自然和人為因素影響下，其植被類型不斷發(fā)生著演替。蒿屬植物作為荒漠化恢復(fù)植被演替過(guò)程中廣泛分布的優(yōu)勢(shì)物種，大量學(xué)者圍繞其生態(tài)學(xué)特性開(kāi)展了研究，具有重要的生態(tài)學(xué)指示意義，而利用遙感方法提取蒿屬典型植被豬毛蒿(Artemisia scoparia)能夠在時(shí)空分布特征方面進(jìn)一步驗(yàn)證其生態(tài)學(xué)意義。近年來(lái)，遙感時(shí)序數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確反映植被生長(zhǎng)季相變化的規(guī)律，為草地植被信息識(shí)別和監(jiān)測(cè)提供

2、了有力的支撐。以我國(guó)高分一號(hào)衛(wèi)星WFV影像(GF-1 WFV)為數(shù)據(jù)源，輔之以地面觀測(cè)和調(diào)查資料，在對(duì)研究區(qū)開(kāi)展不同植被類型群落結(jié)構(gòu)調(diào)查的基礎(chǔ)上，選取典型樣地開(kāi)展植物生長(zhǎng)時(shí)序特征監(jiān)測(cè)，同步觀測(cè)冠層光譜，分析了典型植被豬毛蒿生長(zhǎng)的時(shí)序譜特征，建立了基于時(shí)間序列譜的豬毛蒿識(shí)別模型，提取了研究區(qū)豬毛蒿群落空間分布，遙感估算了其生物量和蓋高積，進(jìn)而分析豬毛蒿生長(zhǎng)的變化規(guī)律。以期為較大范圍的草地群落監(jiān)測(cè)提取提供一種新的思路。研究成果如下:

3、　　(1)通過(guò)對(duì)研究區(qū)典型植被豬毛蒿樣方進(jìn)行長(zhǎng)期固定監(jiān)測(cè)，從而研究其生態(tài)特征，通過(guò)重要值統(tǒng)計(jì)及分析，得出豬毛蒿重要值在研究區(qū)占有絕對(duì)比重，且豬毛蒿與短花針茅存在明顯競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，而與苦豆子存在伴生關(guān)系。通過(guò)統(tǒng)計(jì)研究區(qū)1950-2016年降水資料，劃分降水年型，結(jié)合連續(xù)監(jiān)測(cè)2012年至2016年豬毛蒿群落生長(zhǎng)與降雨的關(guān)系得出，豬毛蒿生長(zhǎng)在該區(qū)域具有連續(xù)性，且春夏季降水與春夏秋季豬毛蒿高度及蓋度的相關(guān)關(guān)系較顯著，尤其4至8月的降水量與豬毛蒿生長(zhǎng)

4、狀況關(guān)系非常密切，同時(shí)研究區(qū)不同降水事件對(duì)豬毛蒿萌發(fā)生長(zhǎng)存在一定的影響，但降雨并未打破豬毛蒿年內(nèi)的生長(zhǎng)特征變化規(guī)律，其年內(nèi)的生長(zhǎng)曲線在不同年份均表現(xiàn)出了較高的一致性，為時(shí)間序列遙感提取奠定了較好的基礎(chǔ)條件。
　　(2)通過(guò)對(duì)研究區(qū)不同草地類型進(jìn)行其生長(zhǎng)期內(nèi)的冠層光譜測(cè)量，分析了典型植被豬毛蒿、短花針茅及苦豆子的冠層光譜特征，并按GF-1 WFV光譜響應(yīng)函數(shù)對(duì)地面測(cè)量光譜進(jìn)行重采樣處理。結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查采集的樣方與植被生長(zhǎng)狀態(tài)，分析

5、各類植被在時(shí)間序列上的曲線差異特征。結(jié)果顯示，地面實(shí)測(cè)光譜曲線能夠較好的表達(dá)不同類型植被在不同生長(zhǎng)時(shí)段、不同生長(zhǎng)狀況的生物特征。以豬毛蒿生長(zhǎng)期不同時(shí)段作為參考，短花針茅、苦豆子光譜曲線與豬毛蒿有較大差異，不同蓋度豬毛蒿在不同時(shí)期其光譜曲線特征差異較為明顯。在豬毛蒿生長(zhǎng)期不同階段，隨著蓋度增加，其光譜重采樣結(jié)果在紅光和近紅外波段反射率差異較大，其中旺盛期對(duì)光譜反射更為敏感。NDVI的時(shí)間序列曲線能夠準(zhǔn)確的表征苦豆子、短花針茅和豬毛蒿的生長(zhǎng)

6、曲線，且不同類型植被時(shí)間序列曲線間的差異性顯著。因此，三種植物在時(shí)間序列遙感影像上具有可分性。
　　(3)在分析地面測(cè)量NDVI時(shí)間序列曲線的基礎(chǔ)上，結(jié)合固定監(jiān)測(cè)樣地對(duì)應(yīng)GF-1 WFV NDVI時(shí)序曲線特征，確定了豬毛蒿NDVI時(shí)序標(biāo)準(zhǔn)特征曲線，基于綜合時(shí)序譜值的遙感信息提取方法，對(duì)豬毛蒿分布信息進(jìn)行提取，結(jié)果表明:研究區(qū)豬毛蒿分布范圍較廣，且同一區(qū)域不同蓋度比豬毛蒿均有分布。由于研究區(qū)北部鹽堿化較為嚴(yán)重，因此該區(qū)域豬毛蒿長(zhǎng)勢(shì)較

7、差，分布更為密集，而豬毛蒿在研究區(qū)中南部地區(qū)，不同蓋度分布較為均勻。利用綜合時(shí)序譜提取豬毛蒿總體精度可達(dá)到89.05％，表明該方法是一種有效的草地信息提取方法。同時(shí)由于光譜相似尺度可同時(shí)度量光譜間的大小和形狀，因此有利于減少異物同譜現(xiàn)象的影響，進(jìn)一步提高了遙感信息提取的精度。
　　(4)運(yùn)用回歸分析方法，建立了基于地面實(shí)測(cè)NDVI與草地樣方地上生物量和蓋高積之間一元線性回歸模型(相關(guān)系數(shù)R2分別為0.575、0.645)，并應(yīng)用模