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基于差值指数的毛乌素沙地荒漠化监测分析

基于差值指数的毛乌素沙地荒漠化监测分析

作者：李超东华理工大学

学位级别：硕士

随着全球环境问题的日益突出,人类生存环境受到人为活动和气候变迁的影响,使得环境变化问题受到全球关注。毛乌素沙地作为研究全球荒漠化变化的理想区域,并且作为我国第一个被成功治理的大型荒漠,也已得到国际学术界和世界的普遍认可。... 详细信息

随着全球环境问题的日益突出,人类生存环境受到人为活动和气候变迁的影响,使得环境变化问题受到全球关注。毛乌素沙地作为研究全球荒漠化变化的理想区域,并且作为我国第一个被成功治理的大型荒漠,也已得到国际学术界和世界的普遍认可。随着科学的进步和人类认识的深化,关于毛乌素沙地的研究也在不断地丰富和扩展,为治沙、防砂提出了许多宝贵建议与措施。本文选取地处鄂尔多斯高原毛乌素沙地腹地兼具空间异质性和生态脆弱性的地域作为研究区域,利用ArcGIS、ENVI、Global Mapper等多种软件平台,采用人机交互的方式对研究区1995年至2015年的荒漠化动态变化进行监测与分析。主要工作如下:(1)建立了NDVI-Albedo特征空间。基于改进的像元二分模型及Liang建立的地表反照率反演模型获得NDVI和Albedo数据,选取最具代表性样点,提取相应NDVI与Albedo数据,在SPSS软件支持下建立NDVI-Albedo特征空间。(2)优化了荒漠化差值指数模型。在NDVI-Albedo特征空间基础上对现有荒漠化差值指数模型进行优化,解决原模型在水域监测方面的缺点,并提高荒漠化反演精度及工作效率。(3)基于自然间断点分级法对研究区荒漠化程度进行了分级。分别采用荒漠化差值指数模型(DDI)与优化荒漠化差值指数模型对研究区荒漠化情况进行监测,并依据自然间断点分级法所得到的阈值将研究区荒漠化程度分为非、轻、中、重荒漠化四个等级。(4)分析了研究区荒漠化动态变化特征。以监督分类和目视解译相结合的方式对研究区的荒漠化分布进行提取,获得不同程度荒漠化分类图。然后基于ArcGIS平台获取研究区荒漠化面积转移矩阵与荒漠化动态变化图,从面积变化特征、空间变化特征、时间演变特征三个方面对研究区的荒漠化动态变化进行分析。(5)分析了研究区荒漠化变化影响因素。通过对研究区气候空间插值数据、社会经济数据数理统计,结合自然决策树分类方法反演的研究区植被分布数据,对影响研究区植被覆盖和荒漠化发展的自然因素和人为因素进行分析。本文通过优化DDI模型进行荒漠化监测,在水域监测、精度、效率等方面得到更好的成果。研究区荒漠化情况自1995年到2015年近20年来,荒漠化呈现减弱趋势。最后对影响因素进行了评价分析。

关键词：荒漠化毛乌素沙地植被覆盖度荒漠化差值指数动态变化

基于EVI-Albedo特征空间的土地荒漠化遥感分类方法

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遥感信息 2022年第5期37卷 8-14页

作者：李玉陶从辉赵泉华辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院辽宁阜新123000 四维高景卫星遥感有限公司应用服务部杭州310030

针对基于NDVI-Albedo特征空间的土地荒漠化遥感分类方法受大气和土壤影响存在不足的问题,提出基于EVI-Albedo特征空间的辽北亚湿润干旱地区土地荒漠化遥感分类方法。首先,设计基于支持向量机(support vector machine,SVM)的多分类器从... 详细信息

针对基于NDVI-Albedo特征空间的土地荒漠化遥感分类方法受大气和土壤影响存在不足的问题,提出基于EVI-Albedo特征空间的辽北亚湿润干旱地区土地荒漠化遥感分类方法。首先,设计基于支持向量机(support vector machine,SVM)的多分类器从总体上提取荒漠化土地覆盖区,并以此作为研究区;其次,对提取的荒漠化研究区构建EVI-Albedo特征空间,计算其荒漠化差值指数(desertification difference index,DDI);随后,依据DDI值,提出土地荒漠化等级分类模型,并与NDVI-Albedo模型进行对比分析;最后,以1989年和2020年两期Landsat图像为数据源,分析辽宁省康平县土地荒漠化动态变化情况。结果表明,EVI-Albedo模型在荒漠化分类的准确度上优于NDVI-Albedo模型;同时,基于EVI-Albedo模型的荒漠化监测结果表明,康平县1989—2020年土地荒漠化逐渐走向好转。

关键词：土地荒漠化康平县支持向量机 EVI-Albedo特征空间荒漠化差值指数

1990—2016年若尔盖高原荒漠化时空变化分析

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生态环境学报 2017年第10期26卷 1671-1680页

作者：游宇驰李志威黄草曾杭长沙理工大学水利工程学院湖南长沙410114 青海大学三江源生态与高原农牧业国家重点实验室青海西宁810016 水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室湖南长沙410114 水利部黄河泥沙重点实验室河南郑州450003

近几十年若尔盖高原的荒漠化呈明显增长趋势,威胁着当地草原生态环境。为获取并定量分析若尔盖高原荒漠化的最新动态及趋势,探讨不同区域的荒漠化变化机制,利用ENVI和ArcGIS对多时相Landsat遥感数据(1990—2016年)进行处理。通过计算NDV... 详细信息

近几十年若尔盖高原的荒漠化呈明显增长趋势,威胁着当地草原生态环境。为获取并定量分析若尔盖高原荒漠化的最新动态及趋势,探讨不同区域的荒漠化变化机制,利用ENVI和ArcGIS对多时相Landsat遥感数据(1990—2016年)进行处理。通过计算NDVI和Albedo,建立荒漠化指数(DDI)模型,开展若尔盖高原荒漠化等级划分以及时空分布特征的定量评估及分析。研究表明,1990—2016年荒漠化面积以2.17 km^2·a^(-1)速率呈增加趋势,1990—2004年主要以轻度和重度荒漠化的面积增加为主,其增幅分别为1.27 km^2·a^(-1)和1.36 km^2·a^(-1);2004—2011年荒漠化整体呈逆转趋势,7年间荒漠化总面积减少33.44%,其中轻度荒漠化减少速率最快,为2 km^2·a^(-1);2011—2016年荒漠化又趋于严重,总面积增加幅度达58.43%,仍以轻度和重度荒漠化为主,增长幅度分别为2.59 km^2·a^(-1)和4.04 km^2·a^(-1)。荒漠化的空间分布及扩张范围为:采日玛乡北部的成片泥炭沼泽的边缘处、河流附近的河漫滩与江心洲、阿西乡西南方向泥炭沼泽范围、若尔盖县西北方向沿泥炭沼泽边缘、阿西乡南部及西南方向相距12.8~18.0 km区域。荒漠化因治沙措施的作用发生短期逆转,但总体上仍呈扩张趋势,其内因是河流地貌过程及其地表以下分布疏松易破碎的堆积物和粒径细的湖相沉积物,外因是气候变化和沟渠排水引起湿地萎缩退化,以及高强度的人类活动(如过度放牧)对地表植被的破坏。

关键词：若尔盖高原荒漠化荒漠化差值指数湿地萎缩人类活动

小滦河流域土地沙化时空动态监测及景观格局演变特征

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浙江农林大学学报 2023年第6期40卷 1322-1332页

作者：李嘉豪刘玉国赵紫晴周怡宁徐子涵陈新均崔明中国林业科学研究院生态保护与修复研究所北京100091 北京林业大学水土保持学院北京100083

【目的】河北省围场满族蒙古族自治县(简称围场县)的小滦河流域位于中国北方典型的农牧交错带,土地沙化问题严重。探究小滦河流域土地沙化变化过程,了解土地利用变化和海拔对土地沙化的影响,为流域土地沙化的防治和山水林田湖草沙综合... 详细信息

【目的】河北省围场满族蒙古族自治县(简称围场县)的小滦河流域位于中国北方典型的农牧交错带,土地沙化问题严重。探究小滦河流域土地沙化变化过程,了解土地利用变化和海拔对土地沙化的影响,为流域土地沙化的防治和山水林田湖草沙综合治理提供理论依据。【方法】基于谷歌地球引擎(Google Earth Engine)和ArcGIS平台分析2000、2010、2020年Landsat系列遥感数据,通过构造归一化植被指数(NDVI)和地表反照率(Albedo)特征空间,建立荒漠化差值指数(DDI)模型,对沙化土地进行程度划分,分析区域土地沙化的时空变化特征。【结果】20 a间小滦河流域土地沙化总体呈好转趋势,极重度、重度沙化土地面积分别减少近80%和56%,流域以轻度沙化、非沙化土地为主,约占流域面积的65%。沙化土地改善速率在后期有所降低,集中分布在塞罕坝林场及小滦河下游。流域沙化景观趋向于集中,景观破碎化程度持续降低。林地、草地的沙化状况改善作用明显,土地沙化程度随海拔升高呈降低趋势。【结论】2000年来小滦河流域土地沙化状况整体有所好转,而御道口镇及牧场等区域存在土地沙化恶化趋势。今后需加强对流域沙化的改善措施,开展精准治沙,进而实现小滦河流域的可持续发展。

关键词：土地沙化荒漠化差值指数 NDVI-Albedo特征空间小滦河流域

2000—2016年黄土高原地区荒漠化遥感分析

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遥感信息 2019年第2期34卷 30-35页

作者：刘英李遥鲁杨岳辉西安科技大学测绘科学与技术学院西安710054

鉴于利用NDVI-albedo特征空间的方法进行黄土高原荒漠化的研究较少,利用MODIS归一化差异植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和地表反照率(albedo)数据,构建NDVI-albedo特征空间,计算荒漠化差值指数(desertification difference index,DDI)和植被条件反照率干旱指数(vegetation condition albedo drought index,VCADI),并利用实测土壤湿度数据进行验证,分析黄土高原2000—2016年土地荒漠化和旱情的时空分布规律和影响因素。结果表明,DDI、VCADI与土壤湿度分别呈正相关和负相关,均通过了显著性检验,均可作为土地荒漠化和旱情监测指标;17年间,黄土高原重度荒漠化面积逐渐缩小,土地荒漠化改善面积占84.55%,荒漠化加重区域仅占5.61%;旱情改善面积占67.07%,加重区域占19.44%;荒漠化与降水量呈负相关关系,与气温呈正相关关系,而旱情与降雨量、年均温度均呈正相关关系。

关键词：荒漠化 NDVI-albedo特征空间荒漠化差值指数植被条件反照率干旱指数黄土高原

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甘肃省土地荒漠化时空演变及驱动力分析

水土保持通报 2024年第2期44卷 354-363页

作者：刘进军高原雪姚琴风陈胜华山西工程技术学院矿区生态修复与固废资源化厅市共建山西省重点实验室培育基地山西阳泉045000 山西工程技术学院地球科学与工程系山西阳泉045000

[目的]对甘肃省的荒漠化状况及驱动因素进行分析,为该地区荒漠化综合防治及“三北”防护林等生态工程的推进提供科学依据。[方法]基于植被指数及地表反照率构建了荒漠化差值指数,使用趋势分析、空间自相关分析等方法分析了甘肃省2000—2... 详细信息

[目的]对甘肃省的荒漠化状况及驱动因素进行分析,为该地区荒漠化综合防治及“三北”防护林等生态工程的推进提供科学依据。[方法]基于植被指数及地表反照率构建了荒漠化差值指数,使用趋势分析、空间自相关分析等方法分析了甘肃省2000—2022年23 a间的荒漠化时空分布特征,并利用地理时空加权回归法对其影响因素进行了分析。[结果]①甘肃省荒漠化整体呈现出“西北荒东南绿”的特点,西北区域同时受风蚀荒漠化和盐渍化影响,荒漠化最严重,向东南方向荒漠化程度逐渐减轻,中部地区受水土流失影响荒漠化程度较严重,南部区域荒漠化程度较轻;时间上,23 a间,甘肃省荒漠化程度逐渐改善,且南部区域改善程度强于北部区域;②从空间自相关看,甘肃省荒漠化主要表现出聚集特性,即荒漠化程度表现出明显的空间正相关性;③降雨对缓解荒漠化最有益处,且对西北的影响大于东南,风速和人口会加剧荒漠化的发生,西南部气温升高荒漠化程度会加重,其余区域则相反。[结论]2000—2022年甘肃省荒漠化整体呈改善趋势,西北部荒漠化仍较严重,甘肃省荒漠化的驱动因素存在较明显的时空异质性,最主要的因素为降雨。

关键词：荒漠化荒漠化差值指数时空特征地理时空加权回归甘肃省

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蒙古国荒漠化分布数据集（2015年）

中国科学数据(中英文网络版) 2023年第1期 101-111页

作者：徐书兴王卷乐中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室中国科学院大学江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心

荒漠化是全球最严重的生态环境和社会经济问题之一。蒙古国生态环境脆弱，土地退化严重，是全球荒漠化的热点地区。本研究基于Google Earth Engine平台，利用Landsat7遥感影像，选取归一化植被指数(NDVI)、地表反照率(Albedo)、改善型... 详细信息

荒漠化是全球最严重的生态环境和社会经济问题之一。蒙古国生态环境脆弱，土地退化严重，是全球荒漠化的热点地区。本研究基于Google Earth Engine平台，利用Landsat7遥感影像，选取归一化植被指数(NDVI)、地表反照率(Albedo)、改善型土壤调节植被指数(MSAVI)和表土粒度指数(TGSI)作为荒漠化判别指标，采用地理分区与荒漠化反演特征空间模型相结合的方法，完成蒙古国荒漠化信息精细反演，获得30 m空间分辨的2015年蒙古国荒漠化分布数据集。通过野外调查数据和高分辨率Google Earth影像验证本数据集的质量和精度，总体评价精度达到87.00%,Kappa系数为83.19%。本数据集直观反映蒙古国不同程度荒漠化土地的空间分布状况，可为蒙古国荒漠化防治重点区域的划定及修复策略的制定提供详实可靠的数据支持，对中蒙俄经济走廊的生态环境及绿色可持续发展具有重要意义。

关键词：蒙古国荒漠化地理分区特征空间荒漠化差值指数

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蒙古国荒漠化分布数据集(2015年)

中国科学数据（中英文网络版） 2023年第1期8卷 94-104页

作者：徐书兴王卷乐中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023

荒漠化是全球最严重的生态环境和社会经济问题之一。蒙古国生态环境脆弱,土地退化严重,是全球荒漠化的热点地区。本研究基于Google Earth Engine平台,利用Landsat7遥感影像,选取归一化植被指数(NDVI)、地表反照率(Albedo)、改善型土壤... 详细信息

荒漠化是全球最严重的生态环境和社会经济问题之一。蒙古国生态环境脆弱,土地退化严重,是全球荒漠化的热点地区。本研究基于Google Earth Engine平台,利用Landsat7遥感影像,选取归一化植被指数(NDVI)、地表反照率(Albedo)、改善型土壤调节植被指数(MSAVI)和表土粒度指数(TGSI)作为荒漠化判别指标,采用地理分区与荒漠化反演特征空间模型相结合的方法,完成蒙古国荒漠化信息精细反演,获得30 m空间分辨的2015年蒙古国荒漠化分布数据集。通过野外调查数据和高分辨率Google Earth影像验证本数据集的质量和精度,总体评价精度达到87.00%,Kappa系数为83.19%。本数据集直观反映蒙古国不同程度荒漠化土地的空间分布状况,可为蒙古国荒漠化防治重点区域的划定及修复策略的制定提供详实可靠的数据支持,对中蒙俄经济走廊的生态环境及绿色可持续发展具有重要意义。

关键词：蒙古国荒漠化地理分区特征空间荒漠化差值指数

1986-2019年乌拉特后旗荒漠化动态变化分析

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1986-2019年乌拉特后旗荒漠化动态变化分析

作者：苏丽德内蒙古农业大学

学位级别：硕士

乌拉特后旗属于干旱、半干旱地区,常年风大沙多,其境内更是分布着内蒙古五大沙漠之一的巴音温都尔沙漠,使得当地荒漠化状况很非常严重,而且使生态环境变得很脆弱。近代以来由于农牧业、经济、社会的迅速发展,使得当地脆弱的生态环境进... 详细信息

乌拉特后旗属于干旱、半干旱地区,常年风大沙多,其境内更是分布着内蒙古五大沙漠之一的巴音温都尔沙漠,使得当地荒漠化状况很非常严重,而且使生态环境变得很脆弱。近代以来由于农牧业、经济、社会的迅速发展,使得当地脆弱的生态环境进一步恶化,加上日益加剧的土地荒漠化对干旱地区生态健康和居民的生活构成了严重威胁。但是,如何科学地深入了解乌拉特后旗近些年来的荒漠化情况,掌握其发展变化规律,分析其变化因素,从而为乌拉特后旗的生态环境恢复和治理提供科学依据,是一个迫切需要解决的问题。基于此本文利用ArcGIS、ENVI等多种软件平台,以中低分辨率的Landsat TM影像、气象和社会经济数据为数据源,运用人机交互的方式对研究区1986-2019近33年的荒漠化动态变化进行监测与分析。主要工作如下:运用8期(1986、1991、1996、2000、2006、2010、2015、2019)覆盖乌拉特后旗区域的 Landsat5 和 Landsat8系列卫星数据,根据乌拉特后旗的植被生长季节的特征,利用遥感技术获取归一化植被指数(NDVI)、地表反照率(Albedo)、植被覆盖度(VC)等数据指标。通过Exce12019软件建立出ND VI-Albedo特征空间,获得荒漠化差值指数,利用自然间断法,结合荒漠化差值指数监测模型(DDI),把研究区荒漠化情况划分为非、轻、中、重、极重度等5个荒漠化等级。利用Landsat影像对海里沙漠和本巴台沙漠选取4个样本区,进行1986-2019沙丘移动变化分析。结果表明:乌拉特后旗90%的区域都处于荒漠化状态。1986年到1991年间,乌拉特后旗荒漠化土地面积呈下降趋势,荒漠化面积由1986年的23390.8km2减少至1991年的22815.28km2,5年间荒漠化土地面积减少575.52km2;1991年到2000年,荒漠化情况呈发展趋势,面积从1991年的22815.28km2,上升到了 2000年的23427.06km2;2000年之后随着各种政策的落实,荒漠化情况一度出现好转,分别出现在2006年和2015年,主要表现为荒漠化面积明显下降,植被覆盖度明显上升,植被增加的区域在旗的中部、东北部地区;从2015年到2019年时,荒漠化情况明显恶化,主要表现在中度和轻度荒漠化状况明显恶化,而且植被覆盖度也大幅下降。利用TM影像做出8期乌拉特后植被覆盖度分布图,结合当地近33年气象、社会经济数据,从人为和自然两个因素,来分析乌拉特后旗近33年来荒漠化演变的驱动因子。结果为,从1986年到2000年时,荒漠化状况变化大多为自然因素做为主要的驱动因子,荒漠化情况好转发生时,降雨充足,植被覆盖度高,气温和风速也处于适当状态;而从2000年开始荒漠化情况变化的驱逐因子则变为人为因素,乌拉特后旗实施国家退牧还草政策,结合当地实施的飞播造林等工程,使得植被覆盖度明显上升,而且牲畜量明显减少,荒漠化情况有所好转;2015年到2019年间,荒漠化变化驱动因子是人为和自然同时影响,表现在人口增加,再加上牲畜量也有所增加,结合气温上升、降水量减少导致荒漠化情况明显加重。从上可以看出,乌拉特后旗的生态环境承载力仍然十分脆弱,为了改善当地生态环境,防沙治沙工作刻不容缓,仍需加大力度。

关键词：乌拉特后旗巴音温都尔沙漠荒漠化差值指数动态变化荒漠化