浑善达克沙地遥感监测研究

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4) NDV I 的计算 。差值植被指数 ( NDV I) 广泛 应用于大区域和全球尺度的植被覆盖研究 ,是目前 国内外最常用的遥感监测植被覆盖的植被指 数[5 ,8 - 9 ] 。差值植被指数
N DV I = ( N I R - R) / ( N I R + R)
式中 : N I R 为近红外波段的反照率 ; R 为可见光波 段的反照率 。
收稿日期 :2008210226 ; 改回日期 :2009206220 基金项目 :公益性行业 (气象) 科研专项项目“中国北方农牧交错带生态系统监测评估技术开发”( GYH Y200706024) 资助 作者简介 :敖艳红 (1962 —) ,女 ,内蒙古人 ,高级工程师 ,主要从事草地生态学研究 。Email :aohong2269 @126. co m 3 通讯作者 :裴浩 ( Email :peihao5217 @so hu. co m)
第 30 卷 第 1 期 2010 年 1 月
Βιβλιοθήκη Baidu

J OU RNAL
国 沙 漠
O F D ESER T R ESEA RC H
Vol . 30 No . 1 J an. 2010
文章编号 :10002694X(2010) 0120033207
3 结果与分析
3. 1 沙地总体范围相对稳定
利用不同空间分辨率的卫星遥感影像 ,以地面 实地考察为辅助 ,划定浑善达克沙地的具体分布范 围 ,绘制了该沙地的分布图 ,并统计计算出该沙地的 总面积为32 150 km2 。
分析比较不同年代浑善达克沙地的分布范围 , 我们发现该沙地的总体范围没有发生明显变化 ,即 该沙地的总面积没有明显的增减趋势 ,其边界的进 退也没有明显的迹象 。遥感监测研究和实地植被调 查表明 ,该沙地边界相对稳定的主要原因有 :
3) 假彩色遥感影像的进一步处理 。制作某一区 域用于解译的遥感影像图时 ,首先需要进行影像拼 接 ,但由于相邻影像往往成像时刻 、大气条件等不 同 ,会造成在接缝处色度的明显不连续 ,因此要对接 缝附近的色调进行平滑处理 。其次就是以行政边界 矢量图为模板 ,通过掩膜计算裁剪出各行政区域的 遥感影像 ,放入影像库中以备解译之用 。
沙地东部植被受大兴安岭南段山地和燕山山地 区系的影响明显 ,植物种类丰富 ,分布着多种由乔 木 、灌木和草本建群的植被类型 。另外 ,还有常绿针 叶木本 (白扦 Picea meyeri 、油松 Pi nus t abul ae f or2 mis 等) 形成的植被片段零星分布其间 。沙地中部 所占面积最大 , 该区域 以榆 树 ( U l m us p um i l a ) 疏 林 、柳 ( S ali x gor dej ev ii ) 灌丛 、褐沙蒿半灌木丛的 复合景观为特征 。常绿针叶木本群落 、中旱生夏绿 灌丛 、沙生丛生禾草2杂类草草原相继消退 ,植被的 旱生性加强[4] 。沙地西部榆树已不能形成疏林 ,只 有个别零星的分布 ,锦鸡儿 ( Cara g ana) 灌丛成为沙 丘上的主要优势类型 ,褐沙蒿 ( A rtem isi a i nt ram on2 golica) 半灌木丛的伴生种类转变成荒漠草原的常 见种类 。
浑善达克沙地遥感监测研究
敖艳红1 , 裴 浩2 ,3 3 , 王永利3 , 李云鹏3
(1. 内蒙古草原勘察设计院 , 内蒙古 呼和浩特 010051 ; 2. 中国农业大学 资源与环境学院 , 北京 100094 ; 3. 内蒙古气象卫
星遥感中心 , 内蒙古 呼和浩特 010051)
摘 要 : 基于对 20 世纪 80 年代 、90 年代和 2002 年 3 期陆地卫星影像的解译 ,通过统计计算和对比分析方法 ,研究
第 1 期
敖艳红等 : 浑善达克沙地遥感监测研究
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该植被指数可以较好地反映植被盖度和植物地 上生物量 。植被指数越高说明地面的绿色生物量越 大 ,因此可以用于识别植被重度受损区域的遥感监 测 。通过计算各象元的植被指数 ,得到研究区域的 植被指数图 ,进而根据植被指数的高低圈定植被重 度受损区域的范围 。
浑善达克沙地气候要素的季节分布是 :夏季温 度最高 、蒸发量最大 、降水最多 、风速次大 ;春季温度 次低 、蒸发量次大 、降水次少 、风速最大 ;秋季温度次 高 、蒸发量次小 、降水次多 、风速最小 ; 冬季温度最 低 、蒸发量最小 、降水最少 、风速次大 。
1. 2 地形地貌
浑善达克沙地镶嵌于草原地带之中 ,它的起源 与第三纪后期古代河流 、湖泊的冲积和沉积活动有 关 。这些松散物质在第三纪末期 、第四纪初期新构 造运动使地体不断抬升和间冰期一度干旱气候的双 重作用下 ,再经风力吹蚀搬运 、分选堆积 ,形成了现 代沙地的雏形[4 ] 。
2 数据处理方法
选择适当的遥感信息源 ,通过对遥感数据的一 系列技术处理和分析 ,实现对浑善达克沙地植被动 态的监测 ,目的是了解 、掌握沙地沙漠化的分布现状 和沙漠化动态变化规律 ,获取沙地沙漠化动态的基 础数据 ,为沙地沙漠化治理提供科学依据和可行的 建议 。
2. 1 遥感数据的选择
综合考虑监测对象的特征和经费支持情况 ,通 过多种遥感数据源的对比分析 ,采用了几类不同空 间分辨率的遥感数据 : ①陆地卫星 L ANDSA T 数
1) 浑善达克沙地的周边存在一个由河道 、湖泊 和低湿地组成的基本连续的湿地环 ,几十年来虽然 湿地环的各个组分有不同程度的变化 ,但是其基本 格局未发生大的改变 ,这一湿地环对浑善达克沙地 边界的基本稳定起到了一定的作用 。同时 ,沙地内 部坨甸相间的网状结构也对沙地起到了一定的稳定 作用 。
图 1 浑善达克沙地分布 Fig. 1 Range of Hunshandake Sandland
了浑善达克沙地 20 多年来植被和土地覆盖的变化情况 。结果表明 ,浑善达克沙地内部植被退化总趋势明显 ,东 、
西部各形成了一个植被重度受损区 ;由于沙地周边的湿地和灌木丛环 、沙地内部湿地形成的网状结构对沙地的扩
张有一定的抑制作用 ,同时人类活动的强度和作用时间还比较有限 ,而且现在的气候不像沙地形成时那样恶劣 ,虽
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其地势由东南向西北倾斜 ,平均海拔在1 100~ 1 300 m之间 。沙地下伏的第三纪剥蚀高平原主要 是由砂砾层和砂层组成的 ,它们与第四纪砂质湖相 沉积是本区丰富的沙源 ,为沙地的形成提供了充分 的沙物质 。西部以半固定的沙丘为主 ,并有流动的 新月形沙丘及沙丘链呈斑点状分布其间 ;而沙地东 部以固定沙丘为主 ,兼有半固定沙丘和流动沙丘 。 在半固定沙丘上由于人为破坏和强烈的风蚀作用 , 沙丘在迎风面普遍存在风蚀破口 ,出现裸沙面[5] 。
2. 3 野外实地考察和测量
遥感监测必须以野外实地考察和测量为辅助 。 通过遥感影像图上不同影像特征斑块与实地植被类 型建立一一对应的关系 ,建立正确的解译标志 ,为下 一步的解译工作提供依据和标准 。
2. 4 遥感影像解译和统计
解译标志是遥感解译的依据 。首先 ,根据解译 标志 ,采用人机交互式解译 ,利用地理信息系统软件 (Arcview) ,在遥感影像上勾画出不同植被类型的 多边形图斑 ,然后进行矢量化和拓扑运算 ,形成矢量 图层 ,进而进行属性链接 ,最后完成对各种植被类型 所占面积 、面积百分比等项目的统计[10 - 11 ] 。
然沙地内部植被发生退化 ,但沙地总体范围保持相对稳定 ;近年来沙地退化趋势受到一定的抑制 ,主要得益于生态
建设工程的实施和禁牧封育等措施 。另外 ,对沙地的保护与利用进行了探讨 ,提出了有参考价值的建议 。
关键词 : 浑善达克沙地 ; 卫星遥感 ; 植被 ; 沙漠化 ; 动态
中图分类号 : X87
文献标识码 : A
卫星遥感数据处理旨在使遥感影像 (数据) 更易 于理解和使用 ,可以更好地提取某些影像特征信息 , 为进一步的分析使用奠定基础[6] 。遥感数据的处理 和分析过程主要包括如下步骤 :
1) 遥感影像的几何精校正 。为了纠正遥感影像 的地形畸变 ,制作精度较高的影像 ,必须进行几何精 校正 。在 PCI 平台上 ,利用 1 ∶10 万地形图对遥感 影像进行配准 。校正过程是 :首先 ,在遥感影像和地 形图上找出一定数量 (大于 30 个) 分布相对均匀的 对应点 ,将地形图上各点的坐标值赋予遥感影像上 的对应点 ,然后通过多项式方法 ,完成对遥感影像的 几何精校正 。
1 研究地区概况
浑善达克沙地位于内蒙古高原中东部 ,对全球 变化响应极为敏感[2] 。研究区域包括浑善达克沙地 及其周边部分地区 ,总面积为47 015 km2 ,研究的主 体是浑善达克沙地 。浑善达克沙地 (又名小腾格里 沙地) 主体分布于内蒙古自治区锡林郭勒高原中部 , 一小部分进入赤峰市克什克滕旗和河北境内 。它东 起大兴安岭南段西麓的达里诺尔 ,西至集宁2二连铁 路 。总面 积 约 为 31 2 万 km2 左 右 , 东 西 长 约 340
浑善达克沙地不稳定的基质 、春季干旱多大风 的气候 ,决定了其生态系统的脆弱性 ,植被一旦遭受 破坏 ,很容易发生次生沙漠化 。由于多年来人类的 不合理利用 ,浑善达克沙地生态环境恶化日益加剧 , 对本地区和其周边地区构成了严重的威胁 。该沙地 位于冬春季影响京津地区的主要天气系统的上游 , 到北京的直线距离仅 180 km 左右 ,是影响京津地 区北路沙尘暴的必经之地 ,也是影响京津地区沙尘 暴的沙尘源地之一 。同时 ,该沙地也是我国北方生 态屏障的重要组成部分[1 - 2] ,其生态系统的健康状 况及其动态 ,对沙地自身和京津乃至更广大的地区 的生态环境和社会经济的可持续发展意义重大 。因 此 ,认识该沙地的植被和土地覆盖状况及其动态变 化规律 ,对于指导浑善达克沙地及其下游地区的生 态保护与建设 ,具有重要的意义 。
1. 3 植被
2. 2 遥感数据的处理
浑善达克沙地地处内蒙古半干旱草原区 ,是一 种半地带性的植被 。该沙地是由沙生系列和水生系 列的植物群落共同形成的植被复合体 。由于沙地东 西跨越 340 km ,其东部深入草甸草原地带 ,中部位 于典型草原地带中间 ,西部楔入荒漠草原地带 ,造成 了沙地从东向西植被的经向分异[4] 。
2) 合成假彩色遥感影像 。利用多光谱合成假彩 色遥感影像可以提高地物识别的精度 ,增加可提取 的信息量 。选择最佳的光谱波段组合方案是合成效 果好坏的关键 。根据影像合成理论 ,通过反复的光 谱波段组合实验 ,筛选出最佳的光谱波段组合方案 , 合成出可以最佳反映监测对象信息的假彩色遥感影 像[7] 。
据 ,它是本项监测研究的主要数据源 ,主要包括 20 世纪 80 年代 MSS 数据 、90 年代的 TM 数据和 2002 年的 E TM 数据 ,主要用于沙地植被动态较为深入 细致的分析 ; ②对地观测系统 EOS/ MOD IS 数据和 极 轨 气 象 卫 星 数 据 NOAA/ AV H RR 、F Y21/ MV IRS 数据 ,主要用于沙地植被和土地覆盖的宏 观研究 ,辅助确定沙地边界和植被重度受损区的范 围 。同时 ,遥感数据的选择考虑了云量和代表性 ,时 相要求是 8 月中旬 。
km ,南北宽 30~100 km ,其间分布有大小湖泊近百 个。
1. 1 气候
浑善达克沙地位于东亚季风气候系统和中纬度 西风系统共同作用的区域[2] ,属中温带半干旱大陆 性气候 。其气候要素存在着明显的经向分异和一定 程度的纬向分异[3] 。由西向东呈现 :年降水量递增 , 年均风速和年蒸发量递减的趋势 ,而年均温空间分 布则呈马鞍型 ,即中部最低 。其年均温为 11 3~51 1 ℃,年降水量为 1851 2~3921 1 mm ,年均风速为 31 2 ~51 5 m ·s - 1 ,年蒸发量为1 6431 2~2 9691 3 mm 。
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