论文部分内容阅读
在全球变化和人类活动加剧的大背景下,全球湿地资源在近几十年来发生了急剧萎缩,保护和合理利用湿地资源已经在世界范围内达成共识,并受到研究学者和政府决策人员的高度重视。干旱区作为全球变化的一个敏感区,干旱区湿地作为干旱区的一种特殊景观类型,在蓄洪防旱、降解污染、调节气候、补充地下水、控制土壤侵蚀等方面均起到重要作用,并具有生态脆弱性和生态指示性双重属性。其产生和消失,扩张和萎缩对区域生态环境将产生重要的影响,同时也直观地反映了区域生态环境的变化。以中围新疆和中亚为代表的亚洲干旱区位于欧亚大陆腹地,气候干燥、降水稀少,在气候变化因素和人类活动的双重作用影响下,近几十年来该地区水资源的空间分布与地表水循环的时空过程发生了重大的改变,引起了一系列的生态危机。那么,作为全球变化的敏感因子和重要指示器-亚洲中部干旱区湿地,近几十年来究竟发生了怎样的变化呢?其变化过程和变化模式又是如何?同全球生态环境演变存在怎样的耦合关系?以上科学问题虽已引起政府决策阶层和科研工作者的高度重视,但目前尚未获得精准的答案!
由于湿地所在地区自然环境复杂性,湿地类型的多样性,通达性比较差等原因,传统的地面调查方法无法完成大区域湿地变化及时监测,而且费时、费力、时效性差。随着卫星遥感技术的发展,遥感以其覆盖范围广、信息量大、重复监测时间短、信息更新时间快等优点,为湿地资源的周期性动态监测提供了有效的数据源,为湿地科学的研究手段带来了革新。为此,文章借助于卫星多源遥感技术开展近几十年以来研究区湿地信息详细调查和过程监测,分析干旱区湿地变化的特征及机理,掌握干旱区湿地的时空变化规律,正确认识和评估气候变化和人类活动对干旱区湿地变化的影响,为区域湿地资源合理开发、利用和保护提供科学依据和技术支持。重点研究并解决以下三大技术问题:(1)信息获取问题:如何通过遥感快速获取干旱区(大区域＼大规模)湿地变化时空过程信息。(2)变化模式问题:如何通过遥感、GIS技术分析干旱区湿地时空格局变化过程。(3)耦合关系问题:干旱区湿地变化同区域生态环境因子变化的耦合关系,分析湿地变化机理。具体研究内容包括:
(1)干旱区湿地专题信息提取和生态指标因子反演。围绕干旱区湿地遥感提取主题,分析与此相关的专题信息和生态环境因子,如水体、植被、湿度、水位等等,辅助于干旱区湿地遥感信息提取。文章提出了细小河道水体提取算法、冰川提取算法、水位反演算法等,并改进了现有的土壤湿度反演模型。
(2)“图谱”耦合迭代的干旱区湿地自动提取。针对现有的遥感自动提取算法对“图”特征综合应用的不足,文章在“图谱”认知理论的指导下,分析干旱区湿地特征格局和空间关系表达模型,分别提出了“图谱”耦合迭代的干旱区湿地遥感自适应提取,“图谱”特征支持下的干旱区湿地分层分类和“图”信息控制下的干旱区图斑自动更新算法。
(3)干旱区湿地时空变化过程与格局分析。通过湿地遥感信息提取,完成研究区不同流域的湿地变化制图(1990s、2000s和2010s)和近几十年干旱区典型湖泊湿地水域面积和水位遥感监测,对比分析干旱区不同流域、不同类型的湿地分布现状、时空变化规律,并用动态度和景观格局指数等指标,研究干旱区湿地的动态变化情况。
(4)干旱区湿地变化与区域生态环境变化耦合关系分析。主要是4类关系分析,即,干旱区湿地变化与流域范围内冰川消融关系;干旱区湿地变化与流域气温降水关系;干旱区湿地变化与人类活动强度关系;以及塔河下游11次应急生态调水对塔河下游湿地生态环境影响。初步阐述干旱区湿地变化与区域生态环境因子变化的响应关系。
总结本文的研究工作,主要研究结论和创新点可概括如下:
(1)在理论上,首先根据遥感可分性原则,参考国内外湿地分类系统,建立了针对遥感影像可操作的干旱区湿地分类体系。其次分析干旱区湿地独特的空间分布“图”特征,研究干旱区湿地遥感自动提取过程中空间信息和光谱信息的综合利用,集成并发展了遥感“图谱”认知技术方法体系,从内容上丰富了遥感“图谱”认知理论。
(2)在技术上,在面向对象技术支持下,充分挖掘遥感影像的“图”特征和“谱”特征,提出了“图谱”耦合迭代的干旱区湿地信息遥感自适应提取方法和“图”信息控制下干旱区湿地图斑自动更新方法。在分类方法模型的设计上,根据模型的参数输入不同,自适应计算模型自动判断是遥感影像自动分类还是专题图斑自动更新。为干旱区湿地信息遥感自动快速获取提供了有效方法途径与技术支持。
(3)在实验设计上,为了使得干旱区湿地研究区具有代表性和概括性、研究结论具有说服力,实验设计了大区域湿地遥感研究方案:建立以封闭流域为单元,“点-面”结合的干旱区湿地时空格局变化对比分析方法。通过典型流域(“面”)和典型湖泊(“点”)相结合实现研究区地理抽样,完成对整个大区域研究。
(4)在科学问题上,研究得到以下结论:①在气候变化和人类活动的共同影响下,干旱区湿地资源减少为主要趋势,但是不同的流域湿地的变化强度和变化过程不同。②干旱区湿地变化与区域冰川、降水、气温以及人类活动等生态环境因子变化密切相关,人工应急输水对塔河下游的湿地生态恢复起到了一定的作用。③干旱区湿地资源的退化,长期内主要受到气候变化的影响,但是短期内主要是受人类活动的影响。
论文的最后进一步分析并阐述了本文的研究不足,并指出了未来的研究重点与方向。