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人类活动引起的土地覆被变化被认为是全球变化的重要原因之一。土地覆被在很大程度上取决于地表植被的覆被状况。对植被覆被变化的格局和过程的研究是土地利用/覆被变化研究的重要方面。近年来,地球植被变化与气候变化的关系研究也是全球变化的研究焦点之一,引起了人们的广泛关注。
西双版纳良好的热带气候条件为植物和作物的生长提供良好的基础,同时也是人工橡胶林,茶园在该地种植的重要基础条件。近几十年来,西双版纳人工橡胶林大量种植的同时,包括热带雨林在内的原始森林面积大量减少。西双版纳是热带森林植被变化的典型区域,也是在人类活动影响下土地利用/覆被发生巨大变化的区域。另一方面,西双版纳的近年来极端天气频发,气候问题突出。
本文基于“3S”技术,应用多平台、多时相的遥感影像,结合DEM、野外采样光谱数据、野外样点调查数据等数据源,监测西双版纳近21年自然林和人工植被变化的格局和过程,揭示了数量、空间分布和人工种植林的地形等的变化特点。另外,本文利用景洪市近31年的气象数据分析了该区域近年来的气候变化情况。并利用提取的植被数量数据与气候因子数据分析了二者的相关性。研究西双版纳近年来的植被变化特点、热带气候的局域变化特征,以及植被变化与气候变化的关系,该研究对于加强对热带自然林的保护和管理具有重要意义,同时对于人们认识和研究局域尺度上的LUCC气候效应也具有重要作用。本论文的主要内容和取得的创新成果有如下几个方面:
(1)构建基于地物多特征的决策树分类方法,以及基于差值影像和地物多特征的决策树变化检测方法,用于监测时间序列的自然林和人工林的植被分布信息。
针对本文研究目标,综合利用地物的光谱、纹理、地形和物候等多特征,构建基于地物多特征的决策树分类模型,将其用于土地利用/覆被信息的提取工作,建立了2005年西双版纳土地利用/覆被数据库和植被空间数据库,为西双版纳的植被分布的长期监测提供了基础数据。通过与其他分类方法对比和精度验证表明,该分类方法能综合考虑地物的光谱特征、纹理特征、地学特征和物候特征,能大大提高土地利用信息提取的精度。
针对传统遥感影像变化检测方法的缺点,同时考虑到多特征的决策树方法有效性,本文将多特征的决策树方法引入遥感影像的变化检测中,提出了一种基于差值影像和地物多特征的决策树变化检测方法,为遥感影像的变化检测提供了新思路和新方法。对多特征影像各波段的重要性分析表明,纹理特征信息和面向对象影像分割信息在模型建立中起到了重要作用。本文利用该方法检测出1988-1999年,1999-2005年,2005-2010年共三组影像间的变化信息,建立1988-1999年,1999-2005年,2005-2010年的植被空间变化信息数据库。结合提取的2005年植被空间布数据进行空间分析,得到1988年,1999年,2005年和2010年的植被空间数据库。通过精度验证并与其他变化检测方法的结果对比,证明了该变化检测方法能有效检测出植被变化信息并降低漏检率。
利用获取的1988-1999年、1999-2005年、2005-2010年以及1988-2010年几个不同阶段的植被变化空间数据,并结合土地利用模型从数量特征、空间特征以及土地利用变化速度等方面揭示近年来西双版纳自然林和人工林的变化的时空过程和格局。利用人工林的空间分布数据与DEM数据进行叠加分析,探讨了人工林的空间分布模式和地形变化特征。结果表明,近年来西双版纳的自然林面积呈持续减少,而人工林面积呈逐渐增长趋势,人工林面积增长的部分主要是由自然林转入的;另外,人工林的种植海拔和坡度有增高的趋势。
(2)利用景洪市的1980-2010年的气象数据,分析了31年间其气候变化特征。结果表明,近年来景洪市的气候发生了明显的变化,年平均温度和平均高温呈波动上涨趋势,云量减少,同时无降水天数越来越多,年平均风速明显增大,干旱天气发生的越来越频繁。近年来西双版纳与云南省的气候变化情况有部分相似之处,但是西双版纳的气候变化具有非常明显的区域特点。
(3)利用获取的1988年、1999年、2005年及2010年共四期植被数据库,以及1980-2010年共31年间的气象数据做相关性分析,探讨植被变化对气候的反馈作用。研究表明,橡胶林的面积和年平均温度、年均高温、无降水天数、平均风速、云量、最大蒸发量等气象要素具有很强的相关性,并且气象数据的变化趋势和与同时间段的橡胶林种植情况的变化能够很好的吻合。这说明了西双版纳人工林的大量种植和自然林的大量砍伐对当地气候产生了巨大影响。
笔者在此呼吁保护天然森林植被,遏制天然林面积快速减少的恶劣现状和趋势,限制人工林的种植,特别是高海拔陡坡人工林。政府及相关部门能制定相应的森林资源保护策略和科学规划,妥善保护天然森林等各类宝贵资源。