湿地被誉为“自然之肾”,是人类重要的生存环境和自然界最富生物多样性的生态景观之一。尽管全球湿地面积仅占地球表面积的6.2-7.6%,但湿地生态系统却为人类提供丰富食物、原料和淡水等资源,并具有维持生态平衡、保持生物多样性等重要的生态功能。近年来在气候变化和人类活动的影响下,湿地生态系统面临着巨大的威胁和严重的破坏,由此导致了全球湿地面积的快速缩减,湿地退化呈现十分严重的状态。湿地面积缩减和功能退化,不仅对全球和区域生态环境造成了影响,同时也对人类社会的经济发展造成了极大危害。湿地生态系统保护迫在眉睫,湿地变化研究是湿地生态系统保护的基础。湿地生态系统具有分布面积广、位置偏远、周期性水文变化等特点,采用传统的方法对湿地进行变化监测有很大局限性。遥感技术具有大尺度、重复观测、数据易获取、可获取历史数据等优势,使得湿地变化遥感监测成为可能。国内外针对湿地变化遥感监测的研究多集中于算法层面对湿地已发生的变化进行监测和分析。考虑到已发生的湿地变化会对湿地生态系统现状和未来变化趋势产生影响,仅从变化监测角度对湿地变化进行研究是不足的。而环境健康遥感诊断理论的提出,使采用遥感技术对湿地变化进行全面把控和诊断有了理论基础。本研究在环境健康遥感诊断的理论框架下,提出了湿地变化遥感诊断方法,该方法将从湿地变化监测、湿地生态系统评价和湿地变化预测三个方面入手,对湿地生态系统的变化、现状评估和未来变化趋势进行研究。本研究以内蒙古鄂尔多斯遗鸥国家级自然保护区湿地为例,应用湿地变化遥感诊断方法,完成湿地变化遥感诊断,并根据高分辨率影像等数据对诊断结果进行评估和验证,对变化原因进行分析。本研究的主要内容有以下方面:1.湿地变化遥感诊断方法研究:在环境健康遥感诊断理论框架下,从湿地变化过程、湿地生态系统的现状和湿地变化的趋势三方面入手,研发了湿地变化遥感诊断方法。针对湿地变化过程监测、生态系统评估和变化趋势预测三方面的研究,分别研发了基于要素的湿地变化监测遥感诊断模型、湿地生态系统遥感诊断方法和基于要素的湿地变化预测遥感诊断模型。2.基于要素的湿地变化监测遥感诊断研究:基于国内外湿地变化遥感监测研究的调研,目前针对湿地变化的研究主要有基于分类结果的变化监测和基于趋势分析的变化监测两种。但这两种方法均有一定的局限性,如:基于分类结果的变化监测需要大量先验知识,湿地分类过程耗时费力,且变化监测结果忽略同类地物间的变化信息;基于趋势分析的变化监测则要求输入遥感数据需严格辐射归一化、需要重新解译变化结果等。基于要素的湿地变化监测模型,融合了光谱解混算法(spectralmixtureanalysis,sma)和变化矢量分析模型(changevectoranalysis,cva)的优势,对多时相多源的遥感影像数据进行光谱解混,获取湿地生态系统基本要素(水、土壤和植被)的分量结果;利用不同时期三要素的分量结果,作为变化矢量分析模型的输入参数,计算湿地变化强度和变化方向等变化信息;利用实测数据和高分辨率遥感卫星影像数据对结果进行了验证。相比于传统的变化监测方法,基于要素的湿地变化监测遥感诊断方法可以获取更丰富、更详细的湿地变化信息,也避免了复杂的湿地分类过程。3.湿地生态系统遥感诊断方法研究:通过调研国内外湿地生态系统评价的研究发现,目前湿地生态系统评价研究主要采用构建指标体系,结合层次分析法(analytichierarchyprocess,ahp)等方法对生态系统进行评价。通过调研相关评价文献、咨询该领域专家和保护区管理人员、实地勘察等方式,集湿地生态系统健康、功能和价值三个方面构建了湿地生态系统评价指标体系。采用了改进的模糊层次分析法(fuzzyanalytichierarchyprocess,fahp)计算指标权重。通过计算指标分值和权重,完成对湿地生态系统健康、功能和价值的评价。4.基于要素的湿地变化预测遥感诊断研究:基于要素的湿地变化预测模型,结合了光谱解混算法(sma)和基于元胞自动机-马尔科夫模型(ca-markov),对多时相多源的遥感影像数据进行光谱解混,计算湿地生态系统基本要素(水、土壤和植被)的分量结果;通过比较三要素分量的大小计算湿地土地覆盖类型分类;利用不同时期三要素的土地覆盖类性分类结果,基于元胞自动机-马尔科夫模型(ca-markov),对湿地未来的变化进行了预测;利用实测数据和2014年landsat遥感卫星影像数据对结果进行了验证。5.应用研究:以内蒙古鄂尔多斯遗鸥国家级自然保护区为例,完成了湿地变化遥感诊断。以内蒙古鄂尔多斯遗鸥国家级自然保护区湿地为例,基于多时相的遥感卫星影像数据、气象数据、地形数据、实测数据以及社会经济数据,提出的湿地变化遥感诊断方法完成了:该保护区1977-2014年的湿地变化监测;该湿地2014年的湿地生态系统健康、功能和价值的定量诊断;基于1977-2014年的湿地变化监测结果的未来近100年的变化预测模拟。根据文献调研和实地勘察,对该湿地变化原因进行了分析,并为保护区管理局为该湿地的保护和恢复工作提供了建议。本研究主要创新点:(1)构建了湿地变化遥感诊断的指标、方法与框架;(2)提出了基于要素的湿地变化监测遥感诊断算法,通过光谱解混,挖掘和利用了象元内部信息,得到了更加精确的湿地变化信息;(3)提出了基于模糊层次分析法的湿地生态系统遥感诊断方法;(4)构建了基于要素的湿地变化预测遥感诊断模型。