长江口潮滩植被信息提取和植被群落时空动态变化的遥感研究

来源 :上海海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ziling_net
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潮滩植被具有多种生态服务价值,是反映生态环境变化的重要指示器。长江口潮滩湿地的主要植被群落包括芦苇(Phragmiles australis)、互花米草(Spartina alterniflora)和海三棱藨草(Scirpus mariqueter)群落,典型的潮滩湿地为崇明东滩、九段沙和南汇边滩等等。遥感技术具有宏观、同步、成本较低等优势,对于复杂多变易受人类活动影响的潮滩湿地,利用遥感手段可以弥补常规的植被群落监测与调查的不足。本文以多景Landsat-5 TM、Landsat-7 ETM、SPOT5和Envisat-1ASAR为遥感影像数据源,结合便携式光谱仪FieldSpec Pro获取的地面实测植被光谱数据,利用植被指数和数据融合对遥感影像进行了处理,然后利用决策树分类法、最大似然分类法和分层分类法提取了长江口三种主要潮滩植被群落信息,分析了长江口潮滩植被的时空动态变化。在研究过程中,取得了以下几个方面的认识结果:   (1)本文对长江口潮滩湿地三种主要植被群落进行实测并获得了光谱反射曲线,其中在近红外波段,反射率最高的为芦苇,在红光波段和绿光波段,最高为海三棱藨草;经过反射率一阶导数计算,红边斜率从高到低依次为芦苇、互花米草和海三棱藨草,并且海三棱藨草的红边位置相对其他二者向短波方向有少许偏移;芦苇和互花米草在波长530nm左右的有“绿峰”,而海三棱藨草的“绿峰”不是很明显,并且往长波方向移动。   (2)对于夏季TM影像的植被指数计算,改进归一化水体指数MNDWI提取水体信息的效果最好;三波段梯度差植被指数TGDVI相对适用于海三棱蔗草等土壤背景湿度高的植被群落信息提取;差值植被指数DVI能很好的区分互花米草和芦苇群落。本文提出的三波段比值植被指数TRVI和比值植被指数RVI,分别适用于突出芦苇信息和海三棱蔗草信息。在TM基础上,对于春季SPOT5影像,结合其波谱分析提出了三波段中红外比值植被指数TMRVI,用以区分该影像互花米草和海三棱藨草之间的差异,同时计算了垂直植被指数PVI和土壤水分监测指数SMMRS,发现植被指数TRVI、NDVI和MSAVI均能够区分芦苇和互花米草;SMMRS能够很好的识别干枯与返青的互花米草。   (3)本义利用SPOT5和Envisat-1 ASAR影像分别计算了IHS变换融合、PCA变换融合、Brovey变换融合、小波变换融合以及基于小波的PCA和IHS变换的融合方法,比较发现基于小波的IHS变换的方法在图像的清晰度、光谱保持和图像的信息含量方面综合效果较佳;在该方法的基础上,植被指数和的SAR纹理信息的融合计算,更进一步突出了植被信息。   (4)本文对基于TM植被指数计算上进行人工决策树分类,与最大似然法分类效果比较,总体分类精度提高了7.2%。在SPOT5植被指数融合的计算上进行最大似然法分类,相比原始图像融合结果分类精度提高了3.8%,图像的色彩丰富、清晰度较高;SPOT和SAR影像及TMRVI和TRVI的融合进行最大似然法分类,融合SAR影像的总体分类精度比光学遥感融合分类要高5%左右;依据多源数据的分析,结合最大似然法和决策树法进行分层分类,总体分类精度能够达到88.6%。   (5)本文对长江口典型潮滩植被群落的时空分布变化统计发现:九段沙为新生湿地,1987-1997年间,以先锋植被海三棱藤草为主;1997年人工促淤种植了芦苇和互花米草,海三棱藨草所占比例下降,但人为干扰因素较少,随潮滩面积的增加,植被群落呈自然健康的生长状态。南汇边滩在80年代之前,植被群落随着潮滩的淤涨向海域方向不断延伸,呈自然生长状态,崇明东滩在此阶段与之相似;80-90年代,上海在潮滩进行了大量的促淤造地工程,南汇边滩种植了芦苇,崇明东滩引种了外来物种互花米草;进入20世纪,南汇边滩大而积种植了互花米草进行促淤,并实施了大量的工程项目,其植被群落的自然生态遭到了破坏,逐渐呈现人类影响为主的时期。崇明东滩在90年代后期的围垦工程较多,在成为国家自然保护区后,对竞争强烈的互花米草进行了生态控制与治理,逐渐恢复植被群落的自然生长,实施了生态系统可持续发展的策略。
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