多角度MISR数据用于区域生态环境定量遥感研究

论文摘要

我国西北地区生态环境脆弱，加上人类不合理的活动，使得生态环境更遭受破坏，本论文根据国家重点基础研究发展规划项目(G2000077907)“定量遥感在西部生态环境建设中的应用示范研究”及国家自然科学基金项目(40271082)“多角度MISR数据用于区域生态环境定量分析模型研究”的需求，采用多角度MISR数据，辅以多波段MODIS数据，通过方向反射信息和结构信息的提取，反演地表生态环境参数，建立区域生物量遥感模型、区域生态系统动态模型，研究遥感在内蒙半干旱草原生态环境监测中的作用。研究工作主要包括以下方面： 在理解多角度MISR卫星数据产品的基础上，计算地表宽波段反照率，并把反照率分为理论反照率和实际反照率，建立这两种反照率和大气条件之间的相关关系。 结合辐射传输(RT)模型和几何光学(GO)模型的建模思想，提出了一种适用于半干旱草原的反射率模型。该模型以二向反射为基础，对像元进行了植土二分，并考虑到了冠层的多次散射，考虑了植株在空间分布上的随机性和相关性；经MISR和MODIS卫星数据验证，结果表明模型可靠；借此，定量反演了区域植被结构参数，如叶面积指数(LAI)、植株平均密度、平均半径、平均高度等，为建立区域草场生态遥感应用模型奠定基础。 对反演策略进行研究，提出了基于小波变换的多阶段目标决策反演，实现了多阶段目标决策方法在区域尺度卫星遥感反演的应用。基于地理事物的空间自相关性，在遥感影像中引入小波变换的多尺度分析，初始反演在粗尺度上进行，细尺度反演以粗尺度反演的结果为先验知识，反演逐步细化，直到最初的观测尺度。 地上生物量AGB与LAI存在相对增长的关系，引入草原生长阶段和退化程度来表示相对生长率，建立了生物量遥感模型，并计算区域地上生物量。 为了研究草原退化原因，建立了内蒙半干旱草原种群动态模型，实现了气候和人为作用下的内蒙半干旱草原生态系统变化模拟。模型选取一些退化指示性植物为主要研究对象，模拟气候和人为放牧条件下群落种群的繁殖、竞争、生长和死亡过程，进而获得草原生物量和种群组成的动态变化，为理解和分析内蒙半干

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 研究目标和意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.2.1 多角度遥感数据源
• 1.2.2 二向性反射遥感建模与反演
• 1.2.3 卫星遥感技术支持下的植被生物量研究
• 1.2.4 内蒙古草原生态系统研究
• 1.3 研究内容和研究方法
• 1.4 研究区概况
• 1.4.1 自然环境特征
• 1.4.2 社会经济特征
• 1.4.3 生态环境现状
• 第二章 MISR多角度数据分析
• 2.1 MISR数据特点
• 2.2 MISR数据读取
• 2.2.1 数据格式
• 2.2.2 读取工具
• 2.2.3 数据产品
• 2.2.4 研究区组成图
• 2.3 MISR数据预处理
• 2.3.1 几何纠正
• 2.3.2 大气纠正
• 2.4 MISR宽波段反照率计算及其与大气条件的关系
• 2.4.1 宽波段反照率的计算
• 2.4.2 反照率与大气条件的关系
• 2.5 小结
• 第三章 半干旱草原的多角度多波段反射率遥感模型
• 3.1 模型介绍
• 3.1.1 组分面积比例
• 3.1.2 冠层反射率
• 3.1.3 土壤反射率
• 3.2 遥感应用试验
• 3.2.1 数据源
• 3.2.2 模型输入参数
• 3.2.3 模拟分析
• 3.3 小结
• 第四章 多角度卫星遥感多阶段目标决策反演研究
• 4.1 方法介绍
• 4.1.1 小波变换及其应用
• 4.1.2 地面数据处理与先验知识获取
• 4.1.3 基于小波变换的多阶段目标决策反演
• 4.2 反演结果验证
• 4.3 小结
• 第五章 内蒙半干旱草原生物量遥感模型
• 5.1 CAR模型
• 5.2 生物量遥感模型
• 5.3 与植被指数法的比较
• 5.4 小结
• 第六章 内蒙半干旱草原生态系统种群动态模拟
• 6.1 模型建立
• 6.1.1 种群繁殖
• 6.1.2 种群生长
• 6.1.3 种群死亡
• 6.1.4 模型的输入参数
• 6.2 应用试验
• 6.2.1 样地模拟和分析
• 6.2.2 研究区退化研究
• 6.3 小结
• 附:内蒙半干早草原生态系统种群动态模型参数
• 第七章 总结与结论
• 7.1 主要工作与创新点
• 7.2 有待于进一步完善的问题
• 参考文献
• 攻读博士期间论文情况
• 致谢