农田防护林是三北防护林体系中重要的组成部分,为三北地区生态环境保护与粮食生产做出了重要贡献。农田防护林空间分布和防风固沙量的动态估测是三北防护林生态工程监测的重要内容。传统的人工调查方式获取农田防护林和估测防风固沙量的方式费时耗力,效率较低,遥感技术可以弥补传统人工调查的不足。现有农田防护林空间分布研究中,基于单期高分辨率遥感影像可以较好提取植被信息,但是不能很好地解决影像中一些地类存在的“同谱异物”和“同物异谱”现象。因此,快速准确地获取农田防护林以及植被覆盖度的空间分布可以为防风固沙效益估测提供数据支撑,进而为农、林业的现代化管理和服务提供及时有效的信息支持,具有重要的意义。论文以张掖市甘州区为研究区,利用分层随机抽样得到462个大小为30m×30m 的样地。以 2000、2005、2010、2015 和 2018 年 Landsat5 和 Landsat8时间序列影像为数据源开展农田防护林动态变化及防风固沙效益研究。首先,利用时间序列数据提取研究区物候参数,结合多时序、多特征分层分类方法提取农田防护林和土地利用类型动态数据。其次,提取遥感影像与植被指数因子,采用Pearson相关系数、方差膨胀因子及重要性分析方法进行遥感变量与植被覆盖度的相关性分析,开展变量间的共线性诊断,运用线性逐步回归方法进行变量筛选。从2000-2018年遥感影像中没有发生土地利用变化的像元中进行地类端元选取和提纯,利用混合像元分解与随机森林模型对研究区的植被覆盖度进行反演,监测甘州区2000-2018年植被盖度变化情况和植被生长状况。最终,在获取植被覆盖度和土地利用类型动态数据的基础上,选用修正风蚀方程(Revised Wind Erosion Equation,RWEQ)对甘州区2000-2018年的防风固沙量进行动态评估与分析。研究得到以下结论:(1)NDVI时间序列数据能有效提取地物物候参数。利用生长季长度、生长幅度等物候参数能将林地与耕地信息进行分离达到提取农田防护林的目的,这种基于植被物候信息的地物区分方法在对农作物进行细分的时候应用比较广泛。本研究借鉴林地与农作物之间的物候差异性对甘州区农田防护林进行提取,地物之间的区分条件不如农作物之间进行细分的条件苛刻,并且分类精度较传统的依靠光谱特征差异的分类方法高。(2)多时序、多特征分层分类方法能有效提取农田防护林信息。结合野外调查的33个农田防护林样点,其中29个被正确提取,分类精度为87.8%。现有研究多注重利用光谱信息、形状指数等进行决策树分类,很少有研究将多时序与多特征方法相结合来提高地物的分类精度。(3)2000-2018年间甘州区生态系统类型之间变化显著。对甘州区的生态系统类型进行动态变化分析发现,农田和其他生态系统类型的区面积显著增加,分别增加了 149.35 km2和76.13 km2。草地与荒漠生态系统类型的面积显著减少,分别减少 156.48 km2和 83.9 km2。(4)随机森林植被覆盖度反演效果优于限制性最小二乘混合像元分解方法。在2018年的植被覆盖度估测中,随机森林方法所得的估测结果的决定系数R2为0.753,均方根误差RMSE为0.151均优于限制性最小二乘混合像元分解方法所得结果(R2为0.689,RMSE为0.173)。残差分析结果中,随机森林的残差分布均匀,大致呈随机分布。(5)从2000-2018年间没有发生土地利用变化的像元中选取端元,开展植被覆盖度反演的方法是可行的。在仅有2018年植被覆盖度实测值的情况下,研究采用端元选取并提纯的方法同时确定多期影像的实测值,运用随机森林模型预测甘州区2000-2018年植被覆盖度。甘州区2000-2018年植被覆盖度分布图显示,从2000年到2018年,甘州区的植被覆盖情况明显好转,主要体现在中部地区。甘州区多年来的植被覆盖分布状态大致一样,中部高,南北部低,且界限明显。(6)甘州区2000-2018年的整体防风固沙量呈增加趋势。以植被覆盖度为依托,结合相关自然环境数据,利用RWEQ模型定量估算甘州区2000-2018年的防风固沙量。结果表明2000-2018年,甘州区年防风固沙物质总量在2.55-3.62万吨之间,整体防风固沙量呈增加趋势,其中林地与草地两种地类的增长量最大。