生态水遥感定量研究 ——以岷江上游典型地区为例

论文摘要

“生态水(层)”是近年本课题组提出的新概念，它是大气降水转化后的一个层次，由植被、植被腐殖层、根系土壤层所储存，形成以植被为中心的“生态水层”。有如“地下水含水层”，它能对降水进行截流，并向地表河流、地下水储层补给输水，是水文循环研究的重点和难点。本文综合应用遥感等新技术新方法，选择岷江上游为实验区，根据生态学、植物学、水文地质学、森林水文学及地物遥感信息成因机理，研究“生态水(层)”的性质、功能、空间分布特征及变化规律，建立“生态水”信息指标体系并探索计算“生态水”资源量的模型与方法。利用遥感等高科技手段从多维空间研究“生态水”性质及其功能和动态转化过程，探索“生态水”资源遥感定量研究新技术新方法，在国内外还无先例。 “生态水”信息指标体系主要包括生态水涵养模数、生态水迳流模数、植被水分含量指数、土壤水饱和系数与土壤含水率等五项指标。建立完善的“生态水(层)”信息指标体系是一个复杂的系统工程，限于时间和经费，本文仅把土壤含水率、土壤水饱和系数以及植被含水率等三个指标的遥感信息提取、模型建立和定量测算作为重点研究内容。本论文主要成果和创新有以下方面： (1)针对不同季节对“生态水(层)”的影响因素不同，本文采用多时相多类型遥感图像数据对“生态水(层)”的相关指标系数进行了反演。结果表明，不同时相和不同类型的遥感数据对各“生态水”指标系数的反演结果均能真实反映实验区“生态水”的分布特征。 (2)实验区属中山地貌，地形起伏对遥感反射波谱信息影响较大，主要表现在阴、阳坡对阳光反射不同，从而使传感器接收到的地物辐射值产生畸变。研究中在分析对比多种地面起伏校正算法后，结合实验区实际情况，选取余弦地面起伏校正算法对实验区数据进行了校正，较好地消除了地面起伏对遥感信息的影响。 (3)通过分析对比各种土壤含水率遥感模型，结合“生态水(层)”研究的需要，采用地表温度／归一化植被指数斜率法对实验区遥感数据进行了土壤含水率测算，测算结果与实验区2000年生态环境本底遥感调查数据基本吻合。 (4)土壤水饱和系数遥感反演是一直未得到解决的难题。作者通过分析地物与穗帽变换所得湿度和土壤亮度的关系，发现土壤水饱和系数与湿度及土壤亮度高度相关，从而建立了土壤水饱和系数遥感反演模型，并用该模型对实验区遥感数据进行土壤水饱和系数测算，测算结果与实验区2000年生态环境遥感本底调查数据基本吻合。 (5)植被含水率遥感反演模型是本论文建立的另一个“生态水”信息指标遥

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究目的意义
• 1.2 国内外同类研究进展概述
• 1.2.1 土壤水研究
• 1.2.2 土壤-植被-大气系统水分能量平衡研究
• 1.2.3 水资源遥感研究
• 1.2.4 定量遥感研究
• 1.3 需要解决的关键问题
• 1.4 本文研究内容及技术路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 第二章 生态水层的可遥感分析
• 2.1 生态水（层）相关因子的光谱特征及遥感解译
• 2.1.1 水的光谱特征
• 2.1.2 植被的光谱特征
• 2.1.3 土壤的光谱特征
• 2.1.4 生态水的遥感数据及其图像特征
• 2.2 生态水（层）遥感测量的基本思路
• 2.2.1 植被指数模型
• 2.2.2 生态水（层）的遥感量测
• 第三章 生态水层的遥感数据处理
• 3.1 遥感数据模型
• 3.2 遥感数据采集
• 3.3 遥感数据预处理
• 3.3.1 辐射定标
• 3.3.2 地面起伏校正
• 3.3.3 大气校正
• 3.4 实验区植被生物物理参数的估算
• 3.4.1 植被指数
• 3.4.2 植被指数与生物物理参数的关系
• 3.4.3 实验区遥感图像植被指数提取
• 3.4.4 实验区土壤亮度、湿度和地表温度的提取
• 第四章 生态水遥感模型及其应用
• 4.1 土壤含水率遥感模型
• 4.1.1 模型选择
• 4.1.2 由ETM数据反演研究区土壤含水率
• 4.1.3 由ASTER数据反演研究区土壤含水率
• 4.2 土壤水饱和系数遥感模型
• 4.2.1 模型的建立
• 4.2.2 由ETM数据反演研究区土壤水饱和系数
• 4.3 植被含水率遥感模型
• 4.3.1 模型的建立
• 4.3.2 由ETM数据反演实验区植被含水率
• 4.3.3 由ASTER数据反演实验区植被含水率
• 4.4 实验区生态水遥感模型的综合评价
• 4.4.1 实验区生态水遥感模型评价参考
• 4.4.2 土壤含水率遥感模型的评价
• 4.4.3 土壤水饱和系数遥感模型的评价
• 4.4.4 植被含水率遥感模型的评价
• 结论与讨论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间参与的主要科研项目
• 攻读博士学位期间公开发表的论文