融合多源遥感数据的黄河流域（甘肃段）森林资源变化及影响因素分析

作     者：刘明志 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：牛全福

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081802[工学-地球探测与信息技术] 08[工学] 09[农学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0903[农学-农业资源与环境] 081602[工学-摄影测量与遥感] 0816[工学-测绘科学与技术] 

主      题：黄河流域(甘肃段) 多源遥感数据 融合 森林资源变化 影响因素 

摘      要：森林是地球上最为重要的生态系统之一,对于维护生态平衡、保护生物多样性、提供人类福祉等方面都具有重要作用。因此,森林保护和建设是黄河流域(甘肃段)生态工程实施的重要内容之一。近年来,为了改善当地生态环境,防治水土流失,保障黄河流域上游的生态安全,黄河流域(甘肃段)实施了退耕还林等生态工程,并取得了显著成效。森林的增加对黄河流域(甘肃段)的生态环境保护和可持续发展有着重要的意义。快速准确提取森林资源信息也成了该区域研究的热点,森林变化分析对该区域生态政策调整和环境可持续发展具有重要的参考价值。本研究以PALSAR和Landsat为主要数据源,通过基于特征优选的多源遥感数据随机森林特征级融合分类和决策级融合分类精度对比研究,进行研究区内森林/非森林信息高精度提取,再将分类结果与已有森林产品进行可靠性对比分析。最后构建2008-2010,2015-2018森林/非森林数据集,通过该数据集分析黄河流域(甘肃段)森林资源变化及影响因素。主要结论如下:(1)本研究利用NDVImax和B7max波段对PALSAR数据的决策树分类结果修正,森林/非森林总体精度和Kappa分别高达95.40%和0.87,较基于特征优选的随机森林分类精度高。与其他森林产品相比,决策级融合分类结果与目视解译结果基本相同,已有森林产品存在错分漏分且局部地区对森林分布纹理描述不准确;就分类精度来看,决策级融合分类结果较其它四种森林产品均比较高,森林的生产者精度和用户精度分别为87.13%和93.83%;在空间一致性方面,决策级融合分类结果与其它四种森林产品在森林覆盖区域完全一致的像元数分别占研究区的5.40%、6.71%、6.50%和5.05%;进一步以县域为单位分析,森林面积与其他森林产品具有较高的一致性。(2)森林资源变化统计分析得出,从2008-2010年,森林覆盖面积受到生态工程和气候等驱动影响呈现明显的波动,森林覆盖出现负增长现象;在2010-2018年间,研究区森林覆盖面积呈现明显的增长趋势,进入净增长阶段,研究区森林覆盖面积从1.32×10km增加到1.98×10km,森林面积增加了6.6×10km,平均每年增加660km,年平均增长率达0.05。其中庆阳市和天水市地区森林增加显著,聚集性较强,森林受气温和降雨影响,森林增长分布主要位于整个黄河流域(甘肃段)南部地区;森林退化的核密度图显示,庆阳市和平凉市几乎不存在退化;定西极小范围存在森林退化情况,其他区域森林退化均不明显;庆阳市稳定森林分布最多且密集。(3)研究区内森林变化类型地形位分布特征明显。从高程角度来看,森林稳定类在高程为1000-1500m和2500-3500m内为主导类型;随着海拔升高,温度下降,且高程大于3000m后土壤浅薄,土壤有机质分解聚集缓慢,不适合森林生长,因此森林退化的优势高程区域为2500-4500m。从坡度角度来看,坡度小于15°时三种森林变化类型都不占优势(K1);当坡度位于15°-45°之间,土壤肥力相对较高,稳定森林和森林增加优势较为明显;随着坡度不断增大,受雨水冲击水土流失越为明显导致森林减少的优势显著;当坡度大于45°,土壤浅薄贫瘠且气候较差不太适合森林生长,森林稳定和森林减少的优势相对弱,K值也变小,森林减少优势愈发明显,K值变大。从坡向角度来看,绝大部分森林分布在阴坡(北坡和西坡)。(4)利用地探测器单因子分析和交互探测分析发现,土地利用类型和土壤类型是森林资源变化的主要影响因素,说明人类活动如退耕还林、植树造林对森林分布的影响较大。因子间的交互多呈现相互增强或非线性增强,表明该区森林资源分布变化不仅仅是单一因子影响的,而是多个因子相互作用,年平均降雨与其他因子交互解释力都大于0.2,说明水是森林成长不可缺少的条件。土壤类型与其他因子的交互交互解释力也都大于0.2,这说明优质的土壤加上丰沛的雨水和适宜温度能够有利于森林成长。适宜的外界条件与正确的生态政策能够使黄河流域(甘肃段)森林分布越来越多。已有多种全球性的森林/非森林数据产品在研究全球尺度森林信息具有可靠的精度,但对于小区域森林覆盖情况分析,其精度和可靠性存在不足。本研究在小区域尺度特别是黄河流域(甘肃段)地形相对破碎、植被覆盖稀疏的区域,探讨融合PALSAR雷达数据和Landsat光学遥感数据的森林信息提取方法和可靠性分析,得到精度较高的森林/非森林结果及森林覆盖面积动态变化,并分析森林资源变化的影响因素,为该区域生态工程策略调整和环境可持续发展提供参考。