基于深度学习的三江源区草地地上生物量估算研究

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:squllwu20090907
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草地生态系统是全球陆地生态系统的重要组成部分,在改善改气候条件及全球碳循环的过程中有着至关重要的作用。三江源区草地生态系统是中国生态系统最为敏感和脆弱的地区,为了了解该区域草地生长状况和生产潜力,有效的管理、保护和恢复该区域的草地资源,需要对该区域的草地地上生物量的动态变化展开研究。本研究为探究2001-2015年三江源草地地上生物量的时空分布和变化趋势,结合2005-2007年三江源区148个野外实测草地地上生物量(AGB)数据和同期的增强型植被指数、气象数据、海拔数据,构建了基于深度置信网络(DBN)的草地地上生物量估算模型并与多元线性回归模型(MLR)、支持向量机模型(SVM)、人工神经网络模型(ANN)和随机森林模型(RF)的拟合效果进行对比,旨在提出了一种有效的、可操作的草地地上生物量估算模型,对研究区草地AGB进行高精度的估算,为该区草地资源的可持续利用和科学管理提供依据。得到的主要结果如下:(1)将气象数据(光合有效辐射、温度、降水量和相对湿度)、遥感数据(EVI、NDVI)、海拔数据和土壤数据(土壤PH、土壤容重、土壤含水量、土壤有机碳含量)作为模型备选驱动因子,与生物量实测数据进行相关性分析。结果表明光合有效辐射、海拔数据、2005-2007年三年的年均光合有效辐射、年均温和年均降水量与实测生物量有显著的相关性关系,因此将这五个变量作为模型的驱动因子。(2)深度置信网络模型训练和测试的R2和RMSE分别为0.83、50.17g/m2和0.81、43.75g/m2,模拟结果优于机器学习模型,说明该模型可以用于三江源区草地地上生物量的估算。(3)三江源区草地地上生物量2001-2015年均值为172.55g/m2,呈缓慢上升趋势,平均升幅为0.29g/m2 y-。年际变化较大,其中2006年草地地上生物量均值最高,为185.56g/m2,2010年最低为161.03 g/m2。在高寒草原、高寒草甸和稀疏草地三种草地类型中,高寒草甸AGB均值最高,为221.36g/m2,稀疏草地最低,为125.21 g/m2。空间分布上存在明显的异质性,自东南向西北下降。其中位于北部的曲麻莱草地地上生物量最低,为106.6g/m2,东部的河南县最高,为345.71g/m2。(4)三江源区草地在2001-2015年间草地地上生物量的变化趋势主要是以稳定和恢复为主。其中61.57%的草地地上生物量变化保持稳定,31.44%的草地地上生物量表现出恢复趋势,6.99%的草地地上生物量表现出恶化的趋势。
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