【摘要】：天然橡膠是世界上一種影響著國(guó)家發(fā)展的重要的可再生利用的戰(zhàn)略資源。橡膠樹(Hevea Brasiliensis)是天然橡膠生產(chǎn)原料的唯一來(lái)源。在社會(huì)工業(yè)和經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng)下,天然橡膠需求在全球范圍內(nèi)的快速增長(zhǎng),橡膠種植在全球范圍內(nèi)不斷擴(kuò)張,也帶動(dòng)了中國(guó)橡膠種植業(yè)的空前繁榮。云南省西雙版納傣族自治州(西雙版納)已經(jīng)成為中國(guó)第二大天然橡膠生產(chǎn)基地,是熱帶北緣地區(qū)橡膠林種植的典型代表,以橡膠林為代表的人工林?jǐn)U張成為影響西雙版納地區(qū)土地利用／土地覆蓋變化的主導(dǎo)因素。西雙版納橡膠林的擴(kuò)張是以天然林的消耗為代價(jià)的,由此引起了一系列關(guān)系到區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重問題,如環(huán)境破壞、生態(tài)惡化、區(qū)域干旱和生物多樣性減少等。橡膠林動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)際上研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題,掌握及時(shí)準(zhǔn)確的橡膠林時(shí)空動(dòng)態(tài)變化規(guī)律對(duì)于區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和土地利用／覆被變化的研究具有重大意義。地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)的廣泛應(yīng)用,為橡膠林的時(shí)空動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了一種有效工具,結(jié)合橡膠林物候特征的唯一性和穩(wěn)定性的特點(diǎn),為快速可重復(fù)地獲取準(zhǔn)確橡膠林分布范圍提供了一種新途徑。為此,本研究基于多源遙感和地理信息技術(shù),結(jié)合橡膠林的物候特征,構(gòu)建了橡膠林時(shí)空動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模型,并應(yīng)用于西雙版納橡膠林的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)。研究集成地理信息系統(tǒng)和多源遙感技術(shù),結(jié)合橡膠林穩(wěn)定的物候特征,發(fā)展了一種橡膠種植分布和面積的精確識(shí)別方法、提出了一種橡膠林齡快速重構(gòu)算法,并且構(gòu)建了橡膠林時(shí)空擴(kuò)張動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模型。通過(guò)研究掌握了西雙版納橡膠林的準(zhǔn)確分布范圍和林齡組成,揭示了橡膠林的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,并探討了引起該變化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。研究不僅為認(rèn)識(shí)和掌握橡膠林面積變化特征、林齡組成結(jié)構(gòu)、時(shí)空擴(kuò)張規(guī)律提供了基礎(chǔ)理論、方法和知識(shí),而且為理解區(qū)域土地利用／覆被變化及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)提供了基礎(chǔ)科學(xué)依據(jù)。論文的主要發(fā)現(xiàn)和研究成果包括以下幾點(diǎn)：(1)研究集成多源遙感技術(shù)協(xié)同物候特征發(fā)展了一種橡膠種植面積快速可重復(fù)提取新方法。首先,基于30m Landsat時(shí)間序列分析發(fā)現(xiàn)落葉期(1月上旬至2月中旬)和快速生長(zhǎng)期(2月下旬至3月上旬)是西雙版納橡膠林與天然林區(qū)分的兩個(gè)關(guān)鍵物候時(shí)期。其次,基于微波遙感數(shù)據(jù)(PALSAR)在熱帶地區(qū)不受頻繁云雨干擾的特征,精確獲取熱帶森林分布范圍,確定了橡膠林的提取空間分布范圍,降低了橡膠林與其它土地類型(如茶園和灌叢)的誤分機(jī)率。同時(shí),基于橡膠樹生長(zhǎng)過(guò)程受到嚴(yán)格溫度控制的生長(zhǎng)特性,創(chuàng)新性地采用MODIS熱紅外地表溫度數(shù)據(jù)生成橡膠林種植適宜區(qū)以優(yōu)化山區(qū)復(fù)雜地形環(huán)境中橡膠林的提取結(jié)果。該方法有效集成了不同傳感器遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì),互為補(bǔ)充,既充分利用了現(xiàn)有存檔遙感數(shù)據(jù),又改善了橡膠林監(jiān)測(cè)結(jié)果的精度,為多源遙感數(shù)據(jù)集成的研究和應(yīng)用提供了一種新策略。最后,研究應(yīng)用該方法獲取了2010年西雙版納橡膠林的分布范圍,橡膠林提取的總精度達(dá)到91%,用戶和產(chǎn)品精度分別為91%和94%。研究證明集成多源遙感技術(shù)協(xié)同橡膠樹穩(wěn)定的物候特征,基于森林底圖實(shí)現(xiàn)橡膠林分布和面積識(shí)別的方法非常有效。研究為西雙版納橡膠林面積的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了一種科學(xué)性、穩(wěn)定性和可操作性強(qiáng)的有效方法,在橡膠樹非傳統(tǒng)種植區(qū)的熱帶北緣地區(qū)具有廣泛的應(yīng)用前景。(2)研究提出了一種基于多時(shí)相Landsat年際時(shí)間序列遙感數(shù)據(jù)的橡膠林齡重構(gòu)模型。首先,基于大量實(shí)地調(diào)查樣點(diǎn),采用時(shí)間序列分析方法,分析了不同林齡的橡膠林在歸一化植被指數(shù)(Nomalized Difference Vegetation Index,NDVI).增強(qiáng)型植被指數(shù)(Enhanced Vegetation Index,EVI)和陸表水分指數(shù)(Land Surface Water Index, LSWI)上的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了LSWI 落葉期0是橡膠林齡重構(gòu)的有效指標(biāo)和閾值。其次,研究構(gòu)建了一種基于LSWI 蔣葉期0的多時(shí)相Landsat年際時(shí)間序列的橡膠林齡重構(gòu)模型。最后,研究應(yīng)用該模型重構(gòu)了西雙版納地區(qū)2010年的橡膠林齡,并結(jié)合數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)分析了林齡在地形上的分布特征。研究表明：(1)基于多時(shí)相Landsat年際時(shí)間序列,以LSWI落葉期0為指標(biāo)和閾值,能夠有效重構(gòu)橡膠林齡信息。根據(jù)混淆矩陣驗(yàn)證結(jié)果,西雙版納的橡膠林齡分類圖的總精度達(dá)到85%,≤5、6-10和≥11年的橡膠林的用戶精度依次為88%、87%和80%；產(chǎn)品精度依次為87%、81%和90%。 (2)2010年西雙版納的橡膠林齡空間分布具有輻射特征,從低海拔的山谷平坦壩區(qū)不斷向高海拔的山地?cái)U(kuò)張�！�11年的橡膠林主要分布于海拔較低的壩區(qū)(600m-900m),其次為6-10年的橡膠林(600m-1000m),而≤5年的橡膠林主要分布于海拔較高的山地地區(qū)(900m-1200m)。該林齡重構(gòu)模型簡(jiǎn)單且可操作性強(qiáng),為快速獲取橡膠林齡結(jié)構(gòu)參數(shù)提供了一種有效新模型,有利于為橡膠林監(jiān)測(cè)和區(qū)域土地利用變化研究積累準(zhǔn)確及時(shí)的基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)。(3)橡膠林時(shí)空動(dòng)態(tài)演變模型。首先,研究通過(guò)集成森林底圖和物候特征方法獲取了西雙版納1990、2000和2010年的三個(gè)基準(zhǔn)年的橡膠林空間分布信息,結(jié)合數(shù)字高程模型(DEM)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)(人口、橡膠價(jià)格和土地利用政策)建立了橡膠林監(jiān)測(cè)時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù),結(jié)合土地利用變化分析理論構(gòu)建了橡膠林時(shí)空動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模型�；谠撃Ｐ捅O(jiān)測(cè)了1990至2010年期間西雙版納橡膠林的面積和分布范圍變化、時(shí)空擴(kuò)張動(dòng)態(tài)特征、時(shí)空變化與地形的關(guān)系以及引起該變化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力因素。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：西雙版納橡膠林在1990至2010年期間擴(kuò)展了3.5×105hm2,增長(zhǎng)了3.94倍。1990至2000年面積變化較小,以國(guó)營(yíng)林場(chǎng)形式種植,主要受區(qū)域土地利用政策驅(qū)動(dòng)；2000至2010年橡膠林面積增速較快,以民營(yíng)和農(nóng)戶個(gè)體經(jīng)營(yíng)的橡膠林面積增加為主,增長(zhǎng)主要受橡膠價(jià)格主導(dǎo)。橡膠種植呈不斷向高海拔、陡坡度和山北坡等不適宜區(qū)域發(fā)展的趨勢(shì),主要是由國(guó)家嚴(yán)格的森林和耕地保護(hù)政策與強(qiáng)烈的橡膠種植需求之間的矛盾日益尖銳引起的。綜上所述,集成地理信息技術(shù)、多源遙感技術(shù)和物候特征是實(shí)現(xiàn)橡膠林動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的有效策略和方法；以LSWI落葉期0為閾值,采用多時(shí)相Landsat年際時(shí)間序列在像元級(jí)別上能夠快速獲取準(zhǔn)確的橡膠林齡�；跁r(shí)空過(guò)程和土地利用理論兩個(gè)視角的橡膠林監(jiān)測(cè)模型,能夠簡(jiǎn)單有效地掌握橡膠林的時(shí)空變化動(dòng)態(tài),為橡膠種植的科學(xué)規(guī)劃管理和區(qū)域土地利用政策的制定提供可靠的決策依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S794.1;P237

【參考文獻(xiàn)】

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1 李亞飛;劉高煥;黃

本文編號(hào)：2774829