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刘美玲副教授团队在西南岩溶区石漠化遥感监测方法提取研究方面取得进展

2021-11-01     发布:信息工程学院    点击:121

中国西南岩溶区是世界三大岩溶区之一,石漠化严重影响当地的生态环境,导致干旱、洪涝、滑坡、地面沉降等地质灾害,阻碍了当地社会经济的可持续发展。石漠化精确提取对实现我国西南岩溶地区生态环境保护、修复以及社会经济可持续发展具有重要意义。地表石漠化是一个缓慢的变化过程,遥感卫星周期性、长期性的观测为石漠化信息提取提供了数据支撑。石漠化在光谱上表现为岩石、裸土和植被的混合光谱,不同季节石漠化光谱上的差异很明显,目前仅仅依靠单时相遥感数据或岩石指数、植被指数,难以对石漠化进行精确识别。针对上述科学问题,我院张杰硕士研究生、刘美玲副教授及合作者通过野外实地调查和分析,综合考虑岩溶地区土壤、植被、水分要素,提出了一种新的岩溶石漠化综合指数(KRDI)。该指数基于缨帽变换获取的亮度、湿度、绿度三个分量的一个线性关系变换,然后,建立多季节的KRDI与石漠化等级水平之间的数学关系模型,进而实行石漠化的精确提取。研究取得的认识如下:

1. 缨帽变换的三个分量对监测植被、土壤/岩石有显著优势,石漠化地区的不同地物类型与三个分量值关系密切,即当石漠化发生时,地物的主要改变是植被减少(绿度降低),基岩裸露增加(湿度降低,亮度增加)(图1)。首次提出了综合亮度(B)、湿度(W)和绿度(G)的石漠化综合指数KRDI=B-G-W,结果证明该指数对石漠化具有较好的敏感性。

2. 根据野外调查和实验数据分析,发现不同季节石漠化光谱上的差异很明显,夏季易受光合植被的影响,冬季易受非光合植被的影响,借助石漠化综合指数时间序列中的年内周期性变化信息(图2和图3),构造时谱特征空间模型判别石漠化(图4)。

3.石漠化严重区域的植被主要以草本植物和小型灌木为主,石漠化治理措施效果良好,区域植被逐渐恢复,反之,石漠化演变严重的地区,区域植被逐渐退化。因此,地表石漠化是一个缓慢的变化过程,在石漠化演变机理、岩石/土壤-植被-光谱响应机理分析基础上,创造性提出建立反映不同时期的岩石、裸土和植被变化的石漠化光谱监测模型。

石漠化是土地逐步退化的现象,运用长时序遥感数据是精确提取石漠化的有效途径。该研究成果为喀斯特地区石漠化遥感监测提供了新思路,为区域生态退化、石漠化水平等监测提供了数据支撑,对于如何运用遥感技术监测普遍存在且长期渐变的地表景观变化和长时间尺度的环境变化具有重要价值。

 

 

图1 不同地物的亮度、绿度、湿度指标与石漠化水平的关系

图2 石漠化等级在不同季节的分布(a)亮度(b)绿度(c)湿度(d)KRDI;0表示无石漠化,1、2、3分别表示轻度、中度、重度石漠化

图3 不同季节石漠化水平的KRDI指数分布:(a)春季(b)夏季(c)秋季(d)冬季

图4 夏、秋、冬季构成的时谱特征空间模型

 

上述研究成果发表在遥感国际权威刊物《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation,2021》。

引用格式:Zhang J, Liu M, Liu X, et al. Spectral analysis of seasonal rock and vegetation changes for detecting karst rocky desertification in southwest China[J]. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 2021,100: 102337. [IF2019=4.650]

全文链接:https://doi.org/10.1016/j.jag.2021.102337