青海黄土丘陵区灌木林遥感生物量模型构建及碳储量估算研究

摘要

生物量与碳储量的研究对于全球气候变化、全球碳循环具有十分重要的意义。本文基于遥感技术、环境科学和统计学的相关知识，确定位于干旱-半干旱地带的青海省黄土丘陵区作为研究区域，以区域内的灌木林优势树种为研究对象，结合研究区域的遥感卫星影像图，通过实地采样数据和遥感数据两部分的综合，研究建立能够满足一定精度要求、能与已建立的森林资源连续清查体系相融合的遥感生物量估算模型，在此基础上，估算区域灌木林生物量及碳储量，更好的评价灌木林的碳汇效益。
　　在ENVI软件中提取区域NDVI的分布图，统计得到NDVI概率分布表。利用像元二分模型以及覆盖度反演公式，计算得到区域植被的覆盖度分布信息。借助研究区样地植被覆盖度数据，对提取的植被指数NDVI进行检验，相对误差结果均在15％以内，说明提取的研究区NDVI数据是有效的。
　　基于250m空间分辨率的MODIS数据和30m空间分辨率的TM数据所提取的NDVI均能满足区域生物量模型研究的精度要求。对于同一区域的不同分辨率的数据源，分辨率较高的TM数据NDVI和分辨率较低的MODIS的NDVI与灌木林生物量的相关性相差无几，而且与生物量的拟合程度相关性都较高。对于TM数据，4个优势树种的生物量相关系数分别达到了0.724、0.790、0.775和0.727，对于MODIS数据，4个优势树种的生物量相关系数则分别是0.659、0.695、0.670和0.681。说明空间分辨率对模型的精度影响不大，时间、工作量等在允许的情况下，可以采用TM数据，对模型精度要求不高时，用MODIS数据做相关研究也是可行的。
　　对于TM数据来说，沙棘林的最优生物量遥感模型为复合曲线模型W=3.899×2.626NDVI，山生柳树种的最优生物量遥感模型为复合方程W=2.971×2.812NDVI，金露梅树种的最优生物量遥感模型为幂曲线模型W=4.383×NDVI0.673，杜鹃灌木林的最优生物量模型为幂函数曲线模型W=6.279×NDV0.510;对于MODIS数据，沙棘林的最优生物量遥感模型为复合曲线模型W=3.016×2.440NDVI，山生柳的最优生物量遥感模型为复合方程W=3.437×2.183NDVI，金露梅的最优生物量遥感模型为幂曲线模型W=4.026×NDV0543，杜鹃的最优生物量模型为幂函数曲线模型W=5.777×NDVI0.376。
　　基于不同覆盖度等级对研究区的灌木林生物量进行统计分析，可知研究区4个主要优势树种的总生物量是228.317万t。在准确估算了生物量的基础上，结合样地碳密度，得到该地区灌木林的碳储量为109.314万t，估算得到灌木林释放的氧气量为291.868万t。根据《中华人民共和国林业行业标准》(LY/T1721-2008)，估算研究区域灌木林的固碳价值为10.9亿元，释氧价值达到29.2亿元，固碳释氧总价值是40.1亿元。由此可见该地区灌木林的生态功能价值很大。

目录

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．2 研究目的和意义

1．2．1 研究目的

1．2．2 研究意义

1．3 国内外研究进展

1．3．1 生物量国内外研究进展

1．3．2 遥感生物量模型的国内外研究概况

1．4 研究内容和技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

2 研究区域概况及研究方法

2．1 研究区域概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 地形地貌

2．1．3 气候及水文

2．1．4 土壤

2．1．5 灌木林资源及其分布

2．2 研究方法

2．2．1 样地布设及样品实验测定方法

2．2．2 模型变量提取与有效性评价

2．2．3 生物量遥感模型建立方法

2．2．4 生物量与碳储量估算

3 基于TM数据的遥感生物量模型建立

3．1 数据获取及预处理

3．1．1 数据获取

3．1．2 数据预处理

3．2 模型变量的确定

3．2．1 NDVI的提取

3．2．2 NDVI有效性评价

3．3 生物量模型的建立

3．3．1 样本数据库的构建

3．3．2 模型结构的选择与优化

3．4 模型的检验与合理性评价

3．4．1 模型验证

3．4．2 模型的合理性评价

4 基于MODIS数据的遥感生物量模型建立

4．1 数据获取及预处理

4．1．1 数据获取

4．1．2 数据预处理

4．2 植被指数的提取

4．3 生物量模型的建立

4．4 模型的检验与优化

4．5 MODIS和TM数据的NDVI对模型精度影响分析

4．5．1 MODIS和TM的NDVI与生物量相关性比较

4．5．2 不同遥感数据植被指数特征信息比较分析

5 区域碳储量估算及固碳释氧效益评价

5．1 区域生物量估算

5．2 区域灌木林碳储量估算

5．3 区域灌木林固碳释氧效益评价

6 结论、建议与创新点

6．1 结论

6．2 建议

6．3 创新点

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

声明