安吉县毛竹林碳储量时空变异遥感研究

论文摘要

竹林是中国亚热带地区特殊的森林类型,在区域生态系统中具有重要地位和作用。竹林资源巨大的生物量、碳储量在维护区域生态环境和全球碳平衡中的作用已得到广泛证实。国内外对竹林资源的研究也逐渐深入,结合遥感资源对竹林信息提取的方法研究已取得较多成果,国内对竹类生物量及单株生物量的空间分配规律也进行了较为细致的研究。但就大尺度、时间序列毛竹林地上生物量/碳储量的空间自相关与异质性等研究还不足,不足以从空间上对毛竹林生物量/碳储量进行分析和评价,难以确切地反映毛竹林在时间序列中的变化过程和特征。因此,这方面的研究具有重要意义。本研究以浙江省安吉县为试验区,采用近30年（1986到2008）5期（1986、1991、1998、2004、2008）Landsat TM卫星遥感影像,在GIS和GS+等相关软件的支持下,对全县毛竹林动态变化及其碳储量时空演变等进行了研究,主要包括以下几个方面:1.在对5期遥感影像进行空间配准、大气校正和地形校正的基础上,采用最大似然法对安吉县土地利用类型进行分类,并从中提取研究区的毛竹林遥感信息。2.采用动态度等指标,分析了安吉县各乡镇毛竹林动态变化程度;构建了5个时期土地利用转移矩阵,分析安吉县近30年土地利用覆盖变化对毛竹林面积扩张的贡献。3、利用2008年遥感影像与对应的样地调查数据,构建毛竹林地上碳储量估算模型,并以该模型为基础对其他4个时期的毛竹林地上碳储量进行估测。4.结合地统计学相关原理,计算得到5个时期碳储量的半方差图,并用不同模型对半方差图进行理论模拟,最后,通过最佳变异模型对各时期毛竹林碳储量的空间异质性进行分析和比较,从而获得碳储量时空演变特性。通过研究,本文主要得到以下结论:1.各个时期影像分类总体精度和毛竹林信息提取的精度比较好,其中总体分类精度都在85%以上,而毛竹林Kappa系数为0.800.95。满足竹林遥感信息提取的需要。2.在近30年时间里,除昆铜乡毛竹林面积呈负增长外（变化幅度为-8.49%）,其他各乡镇的毛竹林面积呈上升趋势,变化幅度为14%86%,以孝丰镇增长幅度最大,天荒坪镇增长幅度最小。3.安吉县毛竹林总面积由1986年占全县总面积的28.89%增加到2008年的38.48%,呈逐年增加的趋势,其中针叶林、阔叶林以及农业用地的减少对毛竹林总面积增加的贡献最大。4.毛竹林碳储量/碳密度遥感估算结果表明,从1986年到2008年的近30年的时间里,安吉县毛竹林碳储量/碳密度基本呈逐渐增大趋势,5个时期的碳密度分别是11.50Mg/ha,15.09 Mg/ha,18.35 Mg/ha,23.41 Mg/ha,22.46 Mg/ha。在空间分布上,除1986年碳储量/碳密度空间分布较为均匀外,其余4个时期毛竹林碳储量/碳密度分布格局有较多相似之处,基本呈西南、东南向东北、西北减少的趋势。另外,相对于2008年,各个乡镇碳密度增长速度都超过50%,部分乡镇如杭垓、章村增长速度超过100%。5.安吉县毛竹林碳储量半方差函数计算和模拟表明,除1991年的理论最优模型为球状模型外,其余4个时期均可采用指数模型进行模拟。6、对理论模型结构分析表明,安吉县毛竹林碳储量空间自相关范围以1986年最大为9870m,1991以后空间自相关范围明显减小,在20003000m之间; 5个时期的碳储量/碳密度具有中等空间自相关性特征,其空间结构比C C0 +C分别是50.1%、72.4%、66.8%、67.3%和65.6%,说明地形、土壤、气候等结构性因素对安吉县毛竹林碳储量空间异质性起主要作用。在不考虑1986年的前提下,从1991年到2008年,随机因素所占的比例呈增加趋势,即随机方差C0所占的比例在增加,这一点与安吉县近年毛竹林人为经营干扰情况是一致的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 森林资源遥感动态监测
• 1.2 森林资源碳储量遥感估算
• 1.2.1 国外森林碳储量遥感估算综述
• 1.2.2 国内森林碳储量遥感估算
• 1.3 森林碳储量空间变异研究
• 1.3.1 地统计
• 1.3.2 空间异质性
• 1.3.3 地统计的应用
• 1.4 竹林资源及其对全球变化的贡献
• 1.4.1 竹资源监测研究
• 1.4.2 竹林生物量研究
• 1.4.3 竹林资源碳汇贡献
• 1.5 研究的主要内容、方法与技术路线
• 1.5.1 研究内容和方法
• 1.5.2 技术路线
• 2 数据搜集与预处理
• 2.1 研究区域介绍
• 2.1.1 地理位置与行政区划
• 2.1.2 地质地貌
• 2.1.3 气候
• 2.1.4 植被
• 2.1.5 竹产业
• 2.2 研究数据获取
• 2.2.1 样地数据
• 2.2.2 遥感数据
• 2.2.3 辅助数据
• 2.3 数据处理
• 2.3.1 样地调查数据处理
• 2.3.2 遥感影像预处理
• 2.3.2.1 几何精校正
• 2.3.2.2 大气校正
• 2.3.2.3 地形校正
• 2.4 小结
• 3 毛竹林信息提取与精度评价
• 3.1 分类系统
• 3.2 毛竹林信息提取
• 3.3 分类精度评价
• 3.3.1 基于混淆矩阵的精度评价
• 3.3.2 基于统计资料的精度评价
• 3.4 小结
• 4 毛竹林时空演变研究
• 4.1 安吉毛竹林空间分布特征
• 4.2 毛竹林面积动态变化评价方法
• 4.3 毛竹林面积动态变化
• 4.4 土地利用类型变化对毛竹林时空演变的贡献
• 4.4.1 毛竹林演变的空间特征
• 4.4.2 毛竹林演变的数量特征
• 4.5 小结
• 5 毛竹林地上碳储量时空动态研究
• 5.1 碳储量遥感估算
• 5.1.1 自变量设置与筛选
• 5.1.2 自变量遥感信息提取
• 5.1.3 BP 网络估算生物量碳储量过程
• 5.2 毛竹林地上碳储量的时空变化
• 5.2.1 毛竹林地上碳储量遥感估算
• 5.2.2 乡镇单位上碳密度的时空变化
• 5.3 小结
• 6 毛竹林碳储量时空变异性研究
• 6.1 空间异质性研究方法
• 6.1.1 变异函数理论
• 6.1.1.1 半方差函数定义及计算公式
• 6.1.1.2 半方差函数结构分析
• 6.1.2 半方差函数拟合模型
• 6.2 毛竹林地上碳储量变异函数计算及模拟
• 6.2.1 数据准备
• 6.2.2 各时期碳储量统计特征及正态性检验
• 6.2.2.1 毛竹林地上碳储量统计特征分析
• 6.2.2.2 正态分布检验
• 6.2.3 各时期毛竹林地上碳储量/碳密度半方差计算及模拟
• 6.2.3.1 半方差计算
• 6.2.3.2 半方差理论模型
• 6.2.3.3 半方差理论模型的选择
• 6.3 毛竹林碳储量空间异质性分析
• 6.3.1 空间异质性尺度
• 6.3.2 空间异质性组成
• 6.3.3 分形维数
• 6.4 小结
• 7 结论与讨论
• 7.1 结论
• 7.2 讨论
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 致谢