基于3S的盐池县景观格局及荒漠化动态研究

论文摘要

宁夏盐池县地处干旱和半干旱过渡地带,属典型的农牧交错区。在自然和人为的共同作用下,该区以土地沙化为特征的荒漠化问题严重威胁着当地经济的发展和生态安全。为了更好地对该区荒漠化发展进行实时动态监测,了解荒漠化态势,明确荒漠化发生发展的内在机制,服务于区域荒漠化的综合、科学防治,本文以“3S”技术与景观生态学原理为支撑,采用数理统计与数学建模的方法,对盐池县近20年景观格局、土地利用/覆被动态变化进行了分析与评价,建立了区域荒漠化程度量化估测模型,提出了区域“荒漠化程度综合指数”的概念及计算方法,探讨了盐池县土地荒漠化驱动力,主要研究结果如下:（1）采用国际上通用的景观生态学方法,研究了盐池县1986年以来土地利用/覆被景观动态变化。结果表明,从面积变化来看,耕地在上世纪90年代中期以前逐年增加,之后逐年减少,林地及居民建设用地面积保持持续增长;从斑块的离散程度来看,表现出初期增大后期减小的趋势;景观多样性、均匀度、聚集度及散布与并列指数的变化分为两个时期,即1986～1995年和1995～2006年,后一时期的多样性、均匀度、散布与并列指数高于第一阶段,聚集度低于第一阶段,表明这一时期不同类型之间的分配更加均匀,景观的异质性增加。（2）以盐池县遥感影像解译数据为基础数据库,分析评价了该区20年来的土地利用/覆被动态变化,并利用Markov过程模型对未来土地利用/覆被进行了预测。预测结果表明,盐池县在未来发展中,建设用地比重将持续稳定增长,与其他类型相比,增长速度较快;耕地在未来的变化中所占比重将逐渐减小,但减速较缓;林地、草地和未利用地比重在未来的时间里变化较小,在当前的政策与经济发展下能保持比较稳定的状态;水域在未来的时间里逐年减少。（3）采用遥感和地面调查相结合的方法,运用岭迹分析法、因子分析法及线性回归法建立了区域荒漠化程度量化估测模型,对不同等级荒漠化程度进行了动态分析与评价。盐池县荒漠化程度数学估测模型可以表示为: Ydesert=4.186-0.0437Yc-0.00046Yb式中:Ydesert为荒漠化程度等级;Yc为植被覆盖度与所选因子的数学估测模型;Yb为生物量与所选因子的数学估测模型。（4）提出了区域“荒漠化程度综合指数（IIODD）”的概念,根据荒漠化等级顺序赋值,通过层次分析法,确定了不同荒漠化程度等级在区域荒漠化面积中所占的权重。轻度荒漠化、中度荒漠化、重度荒漠化、极重度荒漠化的权重值分别为:0.0553、0.1775、0.2622和0.5650。（5）按盐池县不同乡镇边界将盐池县划分为不同空间地域单元,提取并分析了不同乡镇荒漠化程度综合指数,揭示了该区荒漠化发展程度的地域分布规律。结果表明,盐池县从北向南荒漠化程度总体上呈现逐渐减弱的趋势。（6）荒漠化驱动因素。造成荒漠化最直接、最主要的驱动力为人口因素,其次为经济因素、技术因素、政策因素和文化因素等。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引论
• 1.1 立项背景与研究意义
• 1.2 荒漠化的概念与内涵
• 1.2.1 荒漠化的概念
• 1.2.2 荒漠化的内涵
• 1.3 国内外荒漠化研究进展
• 1.3.1 荒漠化形成机制研究
• 1.3.2 荒漠化态势研究
• 1.3.3 荒漠化监测与评价
• 1.4 土地利用/覆被变化（LUCC）研究进展
• 1.4.1 LUCC 信息数据的获取
• 1.4.2 LUCC 过程及驱动机制
• 1.4.3 LUCC 模型研究
• 1.5 国内外景观生态学研究进展
• 1.5.1 景观及景观生态学的定义
• 1.5.2 景观生态学的发展
• 1.5.3 景观生态学的基本原理
• 1.5.4 景观动态研究
• 1.6 景观生态学在荒漠化研究中的应用
• 2 研究区概况及技术路线
• 2.1 研究区自然概况
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 气候
• 2.1.3 地形地貌
• 2.1.4 水文地质
• 2.1.5 土壤
• 2.1.6 植被
• 2.2 社会经济状况
• 2.2.1 人口经济状况
• 2.2.2 土地资源利用状况
• 2.3 研究内容及技术路线
• 2.3.1 研究内容
• 2.3.2 技术路线
• 3 研究区空间数据库的构建
• 3.1 软件环境
• 3.2 资料来源及预处理
• 3.2.1 遥感影像资料及预处理
• 3.2.2 地面调查斑块图矢量化及拼接
• 3.2.3 DEM 影像的制作
• 3.2.4 土壤沙化及侵蚀图空间配准
• 3.3 植被覆盖度空间数据库的建立
• 3.3.1 植被覆盖度遥感定量模型
• 3.3.2 植被覆盖等级划分
• 3.4 基于遥感的LUCC 空间数据库的建立
• 3.4.1 LUCC 分类体系的建立
• 3.4.2 解译标志的确定
• 3.4.3 遥感图像分类
• 3.4.4 土地利用/覆被分类精度评估
• 4 盐池县景观动态研究
• 4.1 概述
• 4.2 景观特征指数的选取
• 4.2.1 景观结构单元特征指数及生态学意义
• 4.2.2 景观异质性指数及生态学意义
• 4.3 盐池县景观格局变化分析
• 4.3.1 景观类型水平动态特征
• 4.3.2 景观水平动态变化特征
• 4.4 小结
• 5 盐池县LUCC 动态分析及其变化预测
• 5.1 概述
• 5.2 研究方法
• 5.2.1 数据获取
• 5.2.2 马尔柯夫模型的构建
• 5.3 盐池县土地利用/覆被动态变化分析
• 5.4 盐池县土地利用/覆被动态模拟与预测
• 5.4.1 马尔柯夫模型的应用条件
• 5.4.2 状态的划分及初始状态矩阵的确定
• 5.4.3 转移概率矩阵的确定
• 5.4.4 模型的检验
• 5.4.5 未来土地利用/覆被的预测结果与分析
• 5.5 小结
• 6 研究区荒漠化程度逐像元量化研究
• 6.1 概述
• 6.2 研究方法
• 6.2.1 植被覆盖度和生物量估测因子初选
• 6.2.2 获取数据
• 6.2.3 主要数学分析方法简介
• 6.3 基于岭迹分析的植被覆盖度及生物量估测因子选优
• 6.4 利用因子分析法建立植被覆盖度与生物量估测模型
• 6.4.1 植被覆盖度估测模型的建立
• 6.4.2 生物量估测模型的建立
• 6.5 盐池县荒漠化程度逐像元量化估测模型
• 6.5.1 荒漠化程度等级划分
• 6.5.2 基于地面调查的荒漠化程度评价指标体系构建
• 6.5.3 荒漠化程度量化估测
• 6.5.4 盐池县荒漠化程度量化估测模型算法实现
• 6.6 小结
• 7 盐池县近20 年荒漠化动态变化规律研究
• 7.1 盐池县荒漠化面积变化分析
• 7.2 盐池县荒漠化土地演化规律分析
• 7.2.1 模型构建
• 7.2.2 荒漠化土地演化规律分析
• 7.3 荒漠化程度分级转移矩阵分析
• 7.3.1 盐池县1986～1995 年荒漠化动态变化分析
• 7.3.2 盐池县1995～2006 年荒漠化动态变化分析
• 7.4 盐池县荒漠化程度综合指数（IIODD）分析
• 7.4.1 利用层次分析法确定荒漠化程度等级权重
• 7.4.2 基于IIODD 的盐池县荒漠化评价
• 7.5 盐池县荒漠化程度时空变化规律分析
• 7.5.1 不同地域单元荒漠化程度综合指数的提取
• 7.5.2 基于IIODD 的盐池县荒漠化时空变化规律分析
• 7.6 小结
• 8 盐池县土地荒漠化发展的驱动因素分析
• 8.1 荒漠化发展的驱动因素
• 8.1.1 气候因素
• 8.1.2 人为因素
• 8.2 小结
• 9 结论与讨论
• 9.1 研究结论
• 9.2 问题讨论
• 9.3 本研究的特色及创新
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录清单
• 致谢