基于BJ-1多光譜數(shù)據(jù)的土地沙化信息定量提取技術(shù)研究.pdf

1、土地沙化是土地退化的一種特殊表現(xiàn)形式，也是土地嚴(yán)重退化導(dǎo)致的一種表層土壤結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)植被變化的過程，嚴(yán)重影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。經(jīng)幾十年的努力，我國的防沙治沙形勢依然十分嚴(yán)峻，需要進(jìn)一步采取有效措施切實(shí)做好防沙治沙工作。隨著遙感技術(shù)的應(yīng)用，沙化信息提取和沙化土地動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測進(jìn)入了一個(gè)全新的階段，遙感作為一門新興技術(shù)，具有信息量大、觀測范圍廣、精度高、速度快以及實(shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，在全國沙化土地監(jiān)測中已經(jīng)發(fā)揮了重要作用，利用遙感技術(shù)進(jìn)一步探

2、索土地沙化信息準(zhǔn)確提取的理論和方法，對沙化土地監(jiān)測和評估至關(guān)重要。
　　本文以沙化過程中表層土壤的物理、化學(xué)特征變化引起的反射光譜變化為切入點(diǎn)，在實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上，利用實(shí)測光譜數(shù)據(jù)和多光譜遙感數(shù)據(jù)對沙化指標(biāo)因子進(jìn)行定量反演，提出了沙化土地土壤特征參數(shù)遙感反演的定量方法，對土壤是否發(fā)生了沙化現(xiàn)象以及對沙化程度的評價(jià)具有指導(dǎo)性作用。首先，對土壤信息特征參量進(jìn)行分析，區(qū)分這些參量在沙化土地和非沙化土地中的差異；其次，利用實(shí)測光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行

3、沙化特征參量和反射率的相關(guān)性分析，確定較為敏感的響應(yīng)波段，并建立相關(guān)的反演模型；再次，基于多光譜遙感數(shù)據(jù)的波段反射率對土壤有機(jī)質(zhì)(Soil Organic Matter-SOM)和土壤粒徑組成(Soil Particle Composition-SPC)進(jìn)行反演；最后，在反演結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定指標(biāo)因子閾值，進(jìn)行沙化土地信息提取。主要研究結(jié)果如下：
　?。?）土地沙化過程中地表土壤特征參量的變化。通過分析沙化過程中土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、

4、全磷、全鉀、粒徑組成等的變化發(fā)現(xiàn)，土壤養(yǎng)分中有機(jī)質(zhì)含量隨著土地的沙化不斷下降，非沙地的有機(jī)質(zhì)含量大約為沙地的3倍；其次在沙地和非沙地中的含量差異較大的是全氮，全磷和全鉀的差異不顯著。在粒徑組成中，粉砂和黏粒含量是土地沙化的重要指示因子，二者在沙化土地中的含量急劇下降。隨著土壤逐漸退化，這些差異顯著的指標(biāo)因子均呈現(xiàn)出遞減的規(guī)律，對有效區(qū)分沙地和非沙地具有重要指示作用。
　?。?）基于實(shí)測光譜的土壤地表參量定量反演。通過實(shí)測光譜與土壤

5、養(yǎng)分的相關(guān)性分析得知，有機(jī)質(zhì)和全氮與實(shí)測光譜的相關(guān)性最高，并且反映它們的敏感光譜波長范圍為600nm-800nm；粒徑組成中，黏粒含量和粉砂含量與實(shí)測光譜的相關(guān)性最高，其次為加權(quán)粒徑和粗砂，石粒和細(xì)砂與其相關(guān)性則較低。粉砂和黏粒最敏感的波長范圍為1000nm-1900nm。可見光譜段內(nèi)，二者在中心波長550nm處有一個(gè)次優(yōu)峰值，是可見光譜段內(nèi)反演波段選擇的指示性標(biāo)志。利用各個(gè)反演波段對有機(jī)質(zhì)、全氮、黏粒、粉砂分別建模和驗(yàn)證，有機(jī)質(zhì)和全氮

6、的反演模型R2較高，高達(dá)0.8以上，相比之下，粒徑的反演模型R2則較低，大約為0.5左右。
　?。?）基于多光譜遙感影像數(shù)據(jù)的土壤特征參量反演。和實(shí)測光譜數(shù)據(jù)相比，多光譜影像的建模效果相對較低，但是從總體來看，建模R2也能達(dá)到0.5左右，能夠較好地反映出各個(gè)沙化土地特征指標(biāo)隨土地沙化的變化趨勢。雖然有機(jī)質(zhì)和全氮與多光譜波段的相關(guān)性也較高，但是二者相比之下，有機(jī)質(zhì)的反演模型相關(guān)性更高，模型估測值與實(shí)測值更為接近。土壤粒徑中，粉砂、黏

7、粒和加權(quán)粒徑與多光譜影像的建模效果比養(yǎng)分因子稍差，相關(guān)性擬合度相對較低，三者相比粉砂和黏粒的反演模型相關(guān)性要比加權(quán)粒徑高。通過不同生長季節(jié)影像的反演結(jié)果可以看出，非生長季影像的反演精度比生長季高，這是因?yàn)樯L季影像的土壤信息在一定程度上受到植被信息的干擾，增加了背景噪聲。
　　（4）基于沙化土地土壤地表參量的沙地信息提取方法研究。通過對有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分級，結(jié)果表明有機(jī)質(zhì)含量的等級充分反映了地物類型的養(yǎng)分特征，沙化土地的有機(jī)質(zhì)均在1.0