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北京地区森林植被生物量遥感反演及时空动态格局分析

作　者: 张慧芳
导　师: 张晓丽
学　校: 北京林业大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 森林生物量反演时空分布动态三维仿真马尔科夫模型
分类号: S718.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

森林生物量是整个森林生态系统运行的能量基础和营养物质来源,是研究生产力、净生产力、碳循环的基础,对于全球气候变化影响、实现区域或全球可持续发展具有重要意义。本研究以北京地区的森林生物量为研究对象,根据研究区具体情况,收集地面调查资料,应用标准地调查数据及1999年、2002年TM遥感数据,建立了生物量遥感估测模型,利用该模型反演北京地区1999、2002年生物量,分析了北京地区森林生物量的时空动态。在此基础上,建立Markov预测模型,结合一阶、二阶变化矩阵,预测了北京地区2005、2008森林生物量的分布,并结合DEM数据对北京地区的森林生物量进行三维仿真。主要研究内容及结果包括:(1)通过生物量与TM的不同波段、波段组合以及植被指数等估测因子之间的相关性分析,选取相关性较好的NDVI、RVI、DVI、SAVI、MSAVI进行生物量建模并进行精度检验,结果表明以NDVI为变量的生物量估测模型Biomass =13.007×(NDVI)~2+203.74×(NDVI)+10.859能很好反映生物量的分布情况,模型相关系数为0.92。(2)应用建立的生物量估测模型计算1999、2002年生物量,并分析其时空动态特征,发现北京地区森林生物量时间动态特征:由于实行退耕还林、封山育林等保护措施,2002年的森林生物量高于1999年的生物量。空间动态特征:1999年生物量沿海拔梯度的分布规律与2002年基本相似,生物量随着海拔的升高而增大,到达某个峰值后开始逐渐下降;1999年森林生物量沿坡度梯度空间分布曲线与2002年相比,其变化规律基本相同,但在各个坡度梯度上,生物量均有不同程度的变化;两期的森林生物量随坡向的变化基本相同;2002生物量沿坡位梯度空间分布曲线形态与1999年有大幅度的变化,坡谷部的生物量急剧减少,由39.59t减少到10.66t,其原因是由于人类生产、生活对木材的需要量大增,交通较为便利的坡谷森林植被遭到了一定程度的破坏。(3)利用1999年、2002年北京的遥感图像求一阶、二阶变化矩阵,用一阶、二阶变化矩阵结合Markov模型预测2005年、2008年的生物量,结果表明:北京地区总生物量从1999年到2008年是呈现增加的趋势的。其中,五级生物量的面积呈现增加的趋势,而三级生物量面积下降明显。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
引言  10-11
1 绪论  11-21
  1.1 研究目的和研究意义  11
    1.1.1 研究目的  11
    1.1.2 研究意义  11
    1.1.3 项目来源及经费支持  11
  1.2 森林生物量的研究现状  11-19
    1.2.1 传统生物量研究  12-13
    1.2.2 遥感技术下的生物量研究  13-19
  1.3 研究内容与技术路线  19-21
    1.3.1 研究内容  19-20
    1.3.2 技术路线  20-21
2 植被指数模型的研究  21-26
  2.1 植被遥感原理  21
  2.2 植被指数模型  21-26
    2.2.1 归一化植被指数（NDVI）  22
    2.2.2 比值植被指数（RVI-ratio vegetation index）  22-23
    2.2.3 差值植被指数（DVI—Difference Vegetation Index）  23
    2.2.4 调整土壤亮度的植被指数（SAVI、TSAVI、MSAVI）  23-24
    2.2.5 小结  24-26
3 数据采集与预处理  26-40
  3.1 研究区概况  26-28
    3.1.1 地理位置  26
    3.1.2 气候  26-27
    3.1.3 降水量  27
    3.1.4 森林资源概况  27-28
  3.2 地面数据采集与处理  28-36
    3.2.1 标准地的选取与建立  28-31
    3.2.2 地上生物量调查  31-36
  3.3 遥感数据获取与处理  36-37
    3.3.1 遥感影像选择  36
    3.3.2 遥感影像处理  36-37
  3.4 其他辅助数据获取与处理  37-39
    3.4.1 地形图  37-38
    3.4.2 林相图  38
    3.4.3 DEM 数据  38-39
  3.5 数据处理平台  39-40
4 生物量模型的建立  40-57
  4.1 估测指标的选择  40-41
  4.2 生物量与各估测指标的相关性分析  41-43
  4.3 生物量模型拟合及检验  43-56
    4.3.1 以NDVI 为变量对生物量的一元回归  44-46
    4.3.2 以DVI 为变量对生物量的一元回归  46-48
    4.3.3 以RVI 为变量对生物量的一元回归  48-51
    4.3.4 以SAVI 为变量对生物量的一元回归  51-53
    4.3.5 以MSAVI 为变量对生物量的一元回归  53-56
  4.4 生物量模型的比较  56
  4.5 小结  56-57
5 生物量时空变化规律  57-69
  5.1 生物量时间变化规律  57-58
  5.2 生物量空间变化规律  58-67
    5.2.1 沿坡度梯度的变化  61-63
    5.2.2 沿坡向梯度的变化  63-64
    5.2.3 沿坡位梯度的变化  64-65
    5.2.4 沿海拔梯度的变化  65-67
  5.3 小结  67-69
6 生物量预测及三维仿真  69-77
  6.1 生物量预测  69-72
    6.1.1 Markov 模型的建立  70-71
    6.1.2 Markov 模型预测  71-72
  6.2 森林生物量三维模拟  72-76
  6.3 小结  76-77
7 总结与讨论  77-79
  7.1 总结  77
  7.2 讨论  77-79
参考文献  79-83
个人简介  83-84
导师简介  84-85
致谢  85

北京地区森林植被生物量遥感反演及时空动态格局分析

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