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石漠化是一种以基岩裸露逐渐增加、植被覆盖逐渐减少以及剧烈的水土流失为主要标志的土地退化过程。石漠化导致生态环境恶化、生物多样性锐减、居民生活贫困、经济文化落后,人地矛盾日益突出。依据多时相遥感数据实现石漠化的动态信息特征监测,不仅符合石漠化概念的本质特征,而且可以为石漠化的治理产生实质性的指导作用,具有重要的学术研究价值和突出的现实指导意义。本文以中国为研究区,选择2000-2010年间隔10年的时间段,通过建立一套全国范围的石漠化指标体系,实现10年间中国石漠化的遥感监测。论文的主要成果和创新点包括:
1.提出利用昼夜温差(DTs)代替温度(Ts)生成石漠化指数(DTVI)的新方法,其函数表达式为。由于DTVA不仅引入昼夜温差因子,使其反映的基岩覆盖信息更显著、更丰富,而且对原8天MODIS温度产品继续进行三个月合成,使局部地区受天气影响的数据缺失问题有了很大改善,从而能更准确的反映石漠化信息。
2.形成基于(?)RDF模型的石漠化综合指标体系,为石漠化监测提供了综合量化标准。以季相石漠化率、石漠化变化率、植被覆盖度、植被覆盖度变化率、地形坡度、土地利用方式、土壤类型为指标因子,按照确定的[0,1]阈值区间划分无石漠化[0]、潜在石漠化[0,0.2]、轻度石漠化[0.2,0.4]、中度石漠化[0.4,0.6]、强度石漠化[0.6,0.8]和极强度石漠化[0.8,1]。该指标体系不仅综合多个石漠化成因指标,能更真实反映石漠化特征,而且按照RDF模型对石漠化量化定级,可以使不同等级类型的石漠化信息提取更为科学易行。
3.首次将石漠化的遥感监测扩展到非喀斯特区,形成喀斯特与非喀斯特石漠化的时空特征对比。以整个中国为研究区,实现了中国石漠化时空分布的区域对比,为石漠化发育机理探索与石漠化区域差异分析提供支持。2010年中国石漠化空间格局的总体特征表现为南方大于北方,西部大于东部,其中以云南、广西、贵州为主的中国南方地区石漠化最为典型。石漠化在中国各省(自治区、直辖市)的时空分布差异明显,中国各省份中石漠化面积最大的是云南,石漠化总面积达64196km2,其次是广西、西藏、新疆、贵州、广东、四川、甘肃、青海等省份。中国非喀斯特石漠化面积较大,但喀斯特石漠化发生率约为非喀斯特石漠化发生率的三倍,前者为4.34%,后者只有1.56%。2000年到2010年期间,石漠化加剧的面积远远大于石漠化改善的面积。喀斯特石漠化动态集中分布在中国南方,北方的喀斯特石漠化趋于改善,南方趋于加剧。而非喀斯特石漠化动态在中国的分布范围更广,东、西部的非喀斯特石漠化趋于改善,南方趋于加剧。
4.依据中国石漠化遥感监测综合指标体系,充分利用ENVI决策树模块综合多元数据参与分类的能力,形成多元指标综合判别中国石漠化的分类规则,并据此实现了中国石漠化信息的提取与分类。2010年中国石漠化土地面积约178715km2,其中,喀斯特石漠化面积48195km2,非喀斯特石漠化面积为130520km2,各石漠化类型面积从大到小依次为轻度石漠化、中度石漠化、强度石漠化与极强度石漠化。轻度石漠化分布最多,面积为90394km2,占所有石漠化土地的50.58%,其次为中度石漠化、强度石漠化、极强度石漠化,分布面积分别为49933km2、28148km2、10240km2,占石漠化土地的百分比分别为27.94%、15.75%、5.73%;另外,潜在石漠化面积为1134844km2,无石漠化面积为8172042km2。
5.开发设计的石漠化数据库采用了目前最先进的空间数据库建设理念和模型,实现在ArcSDE引擎下进行空间数据与属性数据的集成,并基于ArcEngine组件模型库下的算法录入与运行,从图形查询、空间分析、显示、制表、石漠化评价等方面实现分析应用;从分形地物标度不变性的特征角度引入分形的概念。分别求算植被覆盖度、土地利用、坡度的各自类型图斑的分维值与稳定性系数,实现石漠化形态特征的定量描述。