气候变化背景下三江源典型湿地动态变化分析

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三江源区域高寒湿地分布密集,是长江、黄河及澜沧江的发源地,对我国甚至亚洲的水安全有重要的意义。近几十年来,在全球气候变暖的大背景以及人为社会因素的影响下,源区内湿地不断退化。因此,有必要对三江源区的湿地退化状况及原因进行科学、系统的研究,从而为更好的保护源区湿地和生态环境提供科学依据。  本研究以三江源区域的索加-曲麻河自然保护区为例,基于不同分辨率遥感影像,利用遥感影像的光谱、纹理特征,变换后的指数及其他辅助数据,探讨高寒湿地信息提取方法。根据多期影像分类结果,分析所选高寒湿地典型区域从1977年至2007年间的动态变化规律。搜集研究区1970年至今近40年的气象因子数据,分析气候变化趋势;同时搜集研究区人为社会因子数据,综合分析自然及人为因子影响下高寒湿地的响应情况。  本研究主要结果包括:  (i)基于指数的决策树分类方法是高寒区域湿地遥感分类的有效手段。利用TM影像缨帽变换后的亮度、绿度、湿度分量,以及归一化水体指数(NDWI)等复合指标,构建决策树模型对研究区不同地类进行区分。分类精度可达89.29%,kappa系数为0.8795。  (ii)基于纹理特征及其他辅助数据的数据挖掘决策树分类方法,是进行高寒湿地植被覆盖类型遥感分类的有效手段。利用SPOT5影像进行植被覆盖类型分类时,选择主成分分析后的第一主分量作为纹理特征计算的数据源,利用其做数据源计算所得到的纹理特征信息含量较全色波段所得的纹理特征高3.83%;通过标准差和相关性等指标确定灰度共生矩阵计算纹理特征的最优窗口。基于数据挖掘思想,选用QUEST算法对包含遥感影像光谱、纹理、主成分分析后第一主分量和地形等特征量在内的数据集进行数据挖掘,构建决策树模型对影像进行分类。分类结果表明,9*9窗口下的纹理特征均值、方差和熵是进行高寒湿地植被覆盖类型分类的有效特征量,该方法总体分类精度为84.19%,kappa系数为0.8261。  (iii)低盖度草地、中盖度草地、高盖度草地和沼泽是研究区最主要的地物类型。1977年至1990年,研究区地类发生剧烈变化,主要转化类型为不同覆盖度草地之间的转化,沼泽与草地,草地、裸岩石砾地和沙地间的转化;研究区沼泽面积大幅减少,草地质量下降,裸岩石砾地和沙地面积增加较多。1990年至1997年和1997年至2007年,研究区地类变化比较缓和,两时间段内发生转化的类型基本相同,主要包括:河流、湖泊和低盖度草地之间的转化;不同类型草地之间的转化;沼泽与高、中覆盖度草地之间的转化;滩地、裸岩石砾地和沙地与低盖度草地之间的转化。  (iiii)研究区景观总体的多样性和异质性变化不大;景观中各优势地类所占的比重呈现先减小后增大的趋势;景观类型的团聚程度增大,分散程度降低。研究区地类斑块在1977年至1990年和1990年至1997年两个时期总体上呈现斑块趋于破碎化和小型化的趋势,在1997年至2007年之间,则表现为斑块趋于聚合的趋势。斑块密度变化总体呈现先增大后减小的趋势,斑块的破碎化程度在1997年达到最高,到2007年时又有很大程度的好转,景观趋于完整;虽受到一定人为干扰,但各地类斑块的总体格局仍处于相对简单的类型,仍保持一定的斑块规整性。  (v)通过偏相关分析和多元线性回归分析,科学的说明自然因子是研究区湿地变化的主因;不同类型湿地对影响因子的响应程度有差异。从1977年至2007年,研究区气候变化呈现温度明显升高,降水量、日照时数微弱增加,蒸发量、年平均相对湿度变大的趋势。年平均相对湿度、年蒸发量和年平均温度对河流的动态变化影响非常显著。年平均相对湿度对湖泊变化有极显著影响,年蒸发量对湖泊变化存在显著影响;年降水量对湖泊的变化也存在一定影响。对于沼泽,年平均温度对其变化存在显著影响;年降水量对沼泽的动态变化也起一定作用。年平均相对湿度、年蒸发量和年平均温度对河滩地的动态变化存在极显著影响。
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