土地覆蓋是聯(lián)系生態(tài)系統(tǒng)和氣候系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，人類社會正是通過對土地的利用，改變土地覆蓋的生物地球化學特征，進一步影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，影響到氣候系統(tǒng)。土地覆蓋是全球變化研究中的關(guān)鍵內(nèi)容。 在綜合分析國內(nèi)外土地覆蓋、土地利用和全球變化研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢后，從定量遙感的理論出發(fā)，基于前人的研究成果，提出一套土地覆蓋遙感研究體系。首先，土地覆蓋的內(nèi)涵應包括土地的生物物理特征，提出定量的遙感土地覆蓋分類體系；依據(jù)定量遙感理論計算出反照率、陸地表面溫度、植被指數(shù)和凈第一性生產(chǎn)力四個重要土地覆蓋特征參數(shù)；提出基于生態(tài)系統(tǒng)觀點的遙感土地覆蓋分類研究；分析了中國土地覆蓋特征參數(shù)的季相變化規(guī)律，對20年中國土地覆蓋變化進行了研究；在此基礎上，對中國沙塵進行了沙塵源地、沙塵輸送路徑、沙塵攜沙量和風蝕對中國土壤碳庫的影響研究；并對中國土地覆蓋和沙塵的發(fā)生進行了相關(guān)分析。 本文得出的主要結(jié)論如下： 1．定量的土地覆蓋分類體系的建立 在分析了國內(nèi)的植被分類系統(tǒng)、土地資源分類系統(tǒng)和國外的FAO、美國國家土地覆蓋數(shù)據(jù)NLCD系統(tǒng)、IGBP、USGS、Holdridge植被氣候分類的基礎上，指出土地覆蓋的生物物理參數(shù)是土地覆蓋的合理內(nèi)容，在土地覆蓋分類體系中應使用定量化的指標描述土地覆蓋類型�；诙窟b感獲取的土地覆蓋生物物理特征參數(shù)，主要是反照率、凈初級生產(chǎn)力、植被指數(shù)和陸面溫度四個指標，提出一種定量化的遙感分類系統(tǒng)，每一種土地覆蓋類型或植被類型對應一定的生物物理參數(shù)指標。 2．中國陸面溫度研究 近年來國內(nèi)外利用遙感方法在陸面溫度精確反演中開展了大量的研究工作，采用了一個在大區(qū)域上適用的由NOAA-AVHRR數(shù)據(jù)反演陸面溫度的方法，反演中國晴空條件下各月和全年平均陸面溫度，分析了中國陸面溫度的分異規(guī)律，并與氣溫的分異規(guī)律作了對比，同時對中國土地利用／土地覆蓋變化研究(LUCC)樣帶上的陸面溫度變化進行了分析。這項工作從晴空條件重新認識了地面溫度場的空間分異，對于研究中國陸地土壤蒸發(fā)、植物光合作用、土地覆蓋的分布具有重要的指示意義。 3．中國土地覆蓋特征庫的建立 通過對已有反演算法的分析比較，使用在大尺度上適用的遙感反演方法， 計算出中國陸地表面溫度、反照率、植被指數(shù)和凈初級生產(chǎn)力的一年或多年月 平均數(shù)據(jù)，建立起中國土地覆蓋特征庫。 4．基于生態(tài)系統(tǒng)觀點的遙感土地覆蓋分類研究 生態(tài)系統(tǒng)作為一個整體，存在物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化和利用，而遙感直接探測的 是生態(tài)系統(tǒng)表層的生物和非生物的能量特征信息。利用NOAA－MiEtIL數(shù)據(jù)計 算出能反映生態(tài)系統(tǒng)能量特征的吸收率和陸地表面溫度參數(shù)，以及反映生態(tài)系 統(tǒng)物質(zhì)特征的植被指數(shù)和凈第一性生產(chǎn)力參數(shù)�；谶@四個參數(shù)及其反映的明 顯生態(tài)系統(tǒng)季相變化特征，提出一種可用于生態(tài)系統(tǒng)模型研究的從物質(zhì)能量角 度出發(fā)的遙感土地覆蓋分類方法，最后以中國為例進行了初步實驗。 5．近20年中國土地覆蓋變化研究 植被指數(shù)NDVI的年際變化可以指示出土地覆蓋的變化特征，在近20年中， NDW指示出中國大部分地區(qū)植被呈現(xiàn)增加的趨勢，少部分地區(qū)呈現(xiàn)減少的趨 勢。進一步，在 80年代（從 1982到 1991年），中國大部分地區(qū)植被呈現(xiàn)增加 的趨勢，面積達 95％，但在 90年代（從 1991到 2000年），中國西部和北部地 區(qū)植被呈現(xiàn)減少的趨勢，面積為62％。近20年是處在全球變暖的背景下，90 年代中國中西部的植被狀況急劇惡化，是與溫度增高，降雨減少的氣候條件存 在密切關(guān)系。 6．東亞沙塵源地、沙塵輸送路徑的遙感研究 東亞沙塵災害嚴重影響東亞各國的生態(tài)環(huán)境，在源地大量侵蝕表層土壤， 在輸送過程中嚴重污染大氣環(huán)境質(zhì)量。此外，作為氣溶膠，對區(qū)域輻射平衡和 大氣系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響。利用ScawiFS遙感數(shù)據(jù)分析了東亞沙塵災害的源地、 沙塵輸送路徑，結(jié)果顯示：東亞沙塵的三個主要源地是蒙古的戈壁、內(nèi)蒙古中 西部的沙漠戈壁和塔克拉瑪于沙漠。沙塵輸送路徑有北路、中路和南路三條， 北路主要影響中國的東北地區(qū)，中路主要影響中國的華北地區(qū)，南路主要影響 中國的華中、華東地區(qū)。 7．風蝕對中國土壤碳庫的影響研究 在中國西北干旱、半于旱地區(qū)，陸地生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力WP 很低， 轉(zhuǎn)換成土壤有機碳的量也很低，同時，由于降雨少，風蝕成為該區(qū)水土流失的 主要原因，引起表層士壤有機碳的大量減少。西北地區(qū)士壤有機碳的平衡是陸 地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定生產(chǎn)力的關(guān)鍵。 首先利用光能利用率模型計算出西北地區(qū)的NPP。同時根據(jù)第：次全國上 壤普查數(shù)據(jù)計算出表層土壤有機碳庫和表層土壤有機質(zhì)含量。利用第二次全國 士壤侵蝕遙感調(diào)查中的風力侵蝕強度圖，估算出土壤風力侵蝕量和土壤有機碳 流失分布圖。進一步，通過分析土壤有機碳庫、NPP和由于風蝕所損失的土壤 有機碳，認為西北地區(qū)的士壤有機碳總體上處于減少狀態(tài)。風蝕是中國中西部 地區(qū)土壤碳庫減少的一個主要原因。
【學位單位】：中國科學院研究生院（遙感應用研究所）
【學位級別】：博士
【學位年份】：2002
【中圖分類】：X87
【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
目錄
第一章 土地覆蓋研究綜述
    第一節(jié) 全球變化
    第二節(jié) 土地覆蓋概念
    第三節(jié) 土地覆蓋研究回顧
        3.1 土地利用／土地覆蓋變化研究的提出
        3.2 土地利用／土地覆蓋變化的機制研究
        3.3 土地利用／土地覆蓋變化的環(huán)境影響研究
        3.4 國際上的土地利用／土地覆蓋研究項目
        3.5 中國土地利用／土地覆蓋研究進展
            3.5.1 與LUCC有關(guān)的重大項目情況
            3.5.2 中國學者在LUCC理論方面的貢獻
            3.5.3 土地利用／土地覆蓋變化與環(huán)境安全
    第四節(jié) 定量遙感在土地覆蓋研究中的應用
        4.1 土地覆蓋／土地利用類型識別
        4.2 土地覆蓋／土地利用變化監(jiān)測
        4.3 定量遙感是當前遙感科學發(fā)展的主要方向
        4.4 土地利用／土地覆蓋變化定量遙感研究
第二章 土地覆蓋體系
    第一節(jié) 土地覆蓋內(nèi)涵的發(fā)展
    第二節(jié) 土地覆蓋的空間和尺度特征
        2.1 土地覆蓋具有空間特征
        2.2 土地覆蓋具有尺度特征
            2.2.1 景觀生態(tài)學關(guān)注的尺度問題
            2.2.2 不同比例尺植被圖的植被分類單位
            2.2.3 土地覆蓋的尺度特征
        2.3 土地覆蓋變化、景觀變化與全球變化的關(guān)系
    第三節(jié) 土地覆蓋分類系統(tǒng)
        3.1 對土地分類系統(tǒng)的思考
        3.2 國內(nèi)的一些重要土地分類系統(tǒng)
            3.2.1 中國植被分類系統(tǒng)
            3.2.2 中國土地資源分類系統(tǒng)
            3.2.3 中國植被編碼體系
        3.3 國外的一些重要土地分類系統(tǒng)
            3.3.1 FAO的土地覆蓋分類系統(tǒng)
            3.3.2 美國國家土地覆蓋數(shù)據(jù)NLCD的分類系統(tǒng)
            3.3.3 IGBP的全球土地覆蓋分類系統(tǒng)
            3.3.4 USGS的土地利用／土地覆蓋分類系統(tǒng)
            3.3.5 生物圈與大氣圈傳輸分類系統(tǒng)
            3.3.6 植被生命期分類系統(tǒng)
            3.3.7 簡單生物圈模型分類系統(tǒng)
            3.3.8 簡單生物圈2模型分類系統(tǒng)
            3.3.9 定量的植被氣候分類系統(tǒng)
    第四節(jié) 定量化的土地覆蓋分類系統(tǒng)
第三章 中國土地覆蓋特征提取
    第一節(jié) 中國陸面溫度
        1.1 陸地表面溫度反演的物理基礎
        1.2 陸地表面溫度反演的進展
            1.2.1 分裂窗方法的原理
            1.2.2 使用分裂窗方法反演陸面溫度
            1.2.3 誤差分析
        1.3 比輻射率ε的計算
        1.4 反演中國陸面溫度的方法
    第二節(jié) 地表反照率
        2.1 反演地表反照率的原理
        2.2 計算反照率的方法進展
        2.3 計算中國反照率的方法
    第三節(jié) 中國NDVI
        3.1 歸一化差值植被指數(shù)NDVI
        3.2 葉面積指數(shù)LAI
        3.3 光合有效輻射的吸收比例FPAR
        3.4 NDVI與LAI和FPAR的關(guān)系
    第四節(jié) 中國NPP
        4.1 陸地植被第一性生產(chǎn)力及相關(guān)概念
            4.1.1 總第一性生產(chǎn)力
            4.1.2 凈第一性生產(chǎn)力
            4.1.3 生物量
        4.2 陸地植被第一性生產(chǎn)力研究進展
            4.2.1 國外研究進展
            4.2.2 國內(nèi)研究進展
        4.3 陸地植被第一性生產(chǎn)力研究方法
            4.3.1 氣候模型
            4.3.2 過程模型
            4.3.3 光能利用率模型
        4.4 中國陸地植被第一性生產(chǎn)力計算
            4.4.1 模型總體結(jié)構(gòu)
            4.4.2 模型詳述
    第五節(jié) 基于生態(tài)系統(tǒng)觀點的遙感土地覆蓋分類
        5.1 基于生態(tài)系統(tǒng)觀點的遙感土地覆蓋分類
            5.1.1 遙感土地覆蓋分類方法
            5.1.2 土地覆蓋分類體系
            5.1.3 遙感生態(tài)分類參數(shù)和計算方法
            5.1.4 通過主成分分析提取分類指標
        5.2 基于生態(tài)系統(tǒng)觀點的中國遙感土地覆蓋分類
            5.2.1 數(shù)據(jù)
            5.2.2 遙感分類參數(shù)的計算
            5.2.3 遙感分類指標的計算
            5.2.4 中國土地覆蓋監(jiān)督分類
            5.2.5 分類精度分析
        5.3 結(jié)論與討論
第四章 中國土地覆蓋季相變化規(guī)律
    第一節(jié) 中國陸面溫度分布
        1.1 數(shù)據(jù)
        1.2 計算中國多年年和月平均陸面溫度數(shù)據(jù)
        1.3 中國陸面溫度的年和季特征
        1.4 中國陸面溫度的年變化和年較差
        1.5 中國LUCC樣帶上的年和月陸面溫度變化
    第二節(jié) 中國反照率變化
        2.1 數(shù)據(jù)
        2.2 中國地表反照率的變化特征
    第三節(jié) 中國NDVI
        3.1 數(shù)據(jù)
        3.2 主成分分析
            3.2.1 計算每月的歸一化植被指數(shù)NDVI
            3.2.2 計算每月NDVI圖象的均值
            3.2.3 主成分變換
            3.2.4 由NOAA-AVHRR多時相圖象派生計算出四個生物學參數(shù)
            3.2.5 計算前四個主分量與四個生物學參數(shù)圖象的相關(guān)系數(shù)
        3.3 結(jié)果與分析
        3.4 結(jié)論與討論
    第四節(jié) 中國NPP變化
        4.1 數(shù)據(jù)
        4.2 中國陸地生態(tài)系統(tǒng)年凈第一性生產(chǎn)力的空間分布
        4.3 中國陸地生志系統(tǒng)凈第一性生產(chǎn)力的季節(jié)變化
第五章 中國土地覆蓋年際變化與環(huán)境影響分析
    第一節(jié) 近20年中國植被指數(shù)NDVI反映的土地覆蓋變化
        1.1 NOAA-AVHRR數(shù)據(jù)
        1.2 歸一化植被指數(shù)NDVI
        1.3 計算年均NDVI數(shù)據(jù)
        1.4 研究方法
        1.5 中國植被覆蓋的變化分析
        1.6 中國植被覆蓋和氣候變化的相關(guān)分析
    第二節(jié) 近20年中國土地覆蓋變化的氣候驅(qū)動分析
        2.1 氣象數(shù)據(jù)
        2.2 可能蒸散率的計算方法
        2.3 研究方法
        2.4 氣候變化分析
        2.5 中國土地覆蓋變化的氣候驅(qū)動分析
    第三節(jié) 近20年中國陸面溫度LST反映的土地覆蓋變化
        3.1 NOAA-AVHRR數(shù)據(jù)
        3.2 計算陸面溫度
        3.3 計算年均LST數(shù)據(jù)
        3.4 研究方法
        3.5 陸面溫度變化分析
第六章 中國沙塵與土地覆蓋關(guān)系遙感研究
    第一節(jié) 東亞沙塵源地和沙塵輸送路徑的遙感研究
        1.1 東亞沙塵研究區(qū)概況
        1.2 數(shù)據(jù)
        1.3 沙塵過程遙感研究
            1.3.1 沙塵災害源地分析
            1.3.2 沙塵災害移動路徑分析
        1.4 東亞沙塵的時空分布特征
        1.5 結(jié)論與討論
    第二節(jié) 應用遙感技術(shù)估算東亞沙塵侵蝕量
        2.1 數(shù)據(jù)
        2.2 沙塵的確定
            2.2.1 在NOAA-AVHRR影象上確定沙塵
            2.2.2 通過可吸入顆粒物PM10指標確定沙塵
        2.3 沙塵氣溶膠光學厚度的反演
            2.3.1 沙塵氣溶膠光學厚度的遙感反演原理
            2.3.2 計算大氣輻射傳輸
            2.3.3 建立氣溶膠光學厚度查找表
            2.3.4 沙塵光學厚度t反演
        2.4 一次東亞沙塵攜沙量的具體估算
            2.4.1 沙塵攜沙量的估算方法
            2.4.2 計算沙塵氣溶膠攜沙量
        2.5 結(jié)論與討論
    第三節(jié) 風蝕對中國西北地區(qū)土壤有機碳的影響
        3.1 數(shù)據(jù)
        3.2 研究方法
            3.2.1 中國陸地生態(tài)系統(tǒng)凈第一性生產(chǎn)力NPP
pool'>            3.2.2 中國表層土壤有機碳庫Cpool

            3.2.3 風蝕所損失的土壤有機碳C_erosion

        3.3 表層土壤有機碳庫的變化
        3.4 結(jié)果與分析
        3.5 結(jié)論與討論
    第四節(jié) 近50年中國沙塵發(fā)生趨勢分析
    第五節(jié) 土地覆蓋變化與沙塵的關(guān)系研究
第七章 結(jié)論與展望
    第一節(jié) 主要結(jié)論
    第二節(jié) 土地覆蓋研究展望
參考文獻
博士期間發(fā)表的論文
致謝

【引證文獻】

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本文編號：2862055

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