【作者】 董磊
【关键词】 生物量 SAR 人工神经网络 鄱阳湖 MIMICS模型 湿地 反演
【导师姓名】廖静娟
【学位名称】硕士
【学位年度】2009
【授予单位】中国科学院遥感应用研究所
【分类号】 P931.7;|O174.51;|Q811.1;|TP701;|P942;|TP183
【录入时间】2017-05-14
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【摘要】近年来，湿地生态系统对于生态环境的特殊性和重要性受到全世界的极大关注，在涵养水源、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，湿地研究已成为当前国际上热门的研究领域。鄱阳湖作为中国第一大淡水湖，在枯水季节曝露出的泥滩沼泽、苔草沙滩形成了中国七大重要湿地之一。江西省鄱阳湖湿地生态系统对中国中部、甚至全国的生态环境都有着巨大的影响。 传统的湿地生态大调查需要大量的进行实地采样，费时费力，在人力、物力、空间全局性、时效性等方面存在着明显的局限。遥感作为对地观测的高新技术手段，不仅可为湿地生态环境的变化情况提供动态监测，同时也为湿地系统的研究提供新的方法和支持。生物量作为代表湿地生态系统功能的重要表征之一，是我们这次研究的主要目标。本文除了利用光学影像之外，还结合了多极化雷达遥感数据，同时配合野外实地的生物量抽样调查，辅以收集的研究区的水文等相关资料，开展了基于多源遥感数据的鄱阳湖湿地生物量反演研究。 文章首先介绍了基础的雷达遥感知识，包括雷达遥感基础理论和散射机制，以及Envisat ASAR数据和ALOS PALSAR数据的简介和处理流程，接着介绍了反演所利用的人工神经网络模型和MIMICS冠层散射模型，最后基于改进后的算法模型利用多源遥感数据反演鄱阳湖湿地生物量，并制作了2007年湖区湿地生物量分布图。主要的研究内容和成果包括以下几个方面： 1.通过分析研究湿地水生植被的雷达后向散射系数对其生物物理参数的敏感性，发现植被含水量对C波段和L波段的后向散射影响比较明显，而且几乎随着含水量的增加呈线性增加；植被高度和生物量对后向散射的影响则相对缓和，可以观察到在植被的生物量增长到一定水平的时候后向散射系数的增长出现饱和的趋势，且雷达波长越长，饱和点越高。 2.针对湿地植被矮小无枝干的结构特性，通过改进针对森林地区的MIMICS微波冠层散射模型，更准确地描述湿地水生植被的生物物理参数与雷达后向散射系数之间的关系。同时利用人工神经网络模型建立雷达后向散射系数与湿地植被生物物理参数之间的关系并进行反演。2007年4月和11月的反演精度分别达到0.3kg/m2和0.4kg/m2，其中中等生物量的反演精度达到了0.17kg/m2。在结合 了光学遥感数据进行联合反演之后，整体反演精度提高到了0.27kg/m2，反演结果比较令人满意。最后，我们估算了整个湖区的生物量：2007年4月、7月、11月的湖区生物量分别1.06×109kg、1.72×108kg和1.0×109kg，并绘制了相应月份的生物量分布图。 3.根据反演得出的生物量分布情况，分析鄱阳湖当地生物量的变化规律以及影响反演精度的因素。并讨论和分析了生物量反演中的各种传感器的参数选择问题，以及研究中的问题和对下一步研究的展望。...
【全文】近年来，湿地生态系统对于生态环境的特殊性和重要性受到全世界的极大关注，在涵养水源、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，湿地研究已成为当前国际上热门的研究领域。鄱阳湖作为中国第一大淡水湖，在枯水季节曝露出的泥滩沼泽、苔草沙滩形成了中国七大重要湿地之一。江西省鄱阳湖湿地生态系统对中国中部、甚至全国的生态环境都有着巨大的影响。 传统的湿地生态大调查需要大量的进行实地采样，费时费力，在人力、物力、空间全局性、时效性等方面存在着明显的局限。遥感作为对地观测的高新技术手段，不仅可为湿地生态环境的变化情况提供动态监测，同时也为湿地系统的研究提供新的方法和支持。生物量作为代表湿地生态系统功能的重要表征之一，是我们这次研究的主要目标。本文除了利用光学影像之外，还结合了多极化雷达遥感数据，同时配合野外实地的生物量抽样调查，辅以收集的研究区的水文等相关资料，开展了基于多源遥感数据的鄱阳湖湿地生物量反演研究。 文章首先介绍了基础的雷达遥感知识，包括雷达遥感基础理论和散射机制，以及Envisat ASAR数据和ALOS PALSAR数据的简介和处理流程，接着介绍了反演所利用的人工神经网络模型和MIMICS冠层散射模型，最后基于改进后的算法模型利用多源遥感数据反演鄱阳湖湿地生物量，并制作了2007年湖区湿地生物量分布图。主要的研究内容和成果包括以下几个方面： 1.通过分析研究湿地水生植被的雷达后向散射系数对其生物物理参数的敏感性，发现植被含水量对C波段和L波段的后向散射影响比较明显，而且几乎随着含水量的增加呈线性增加；植被高度和生物量对后向散射的影响则相对缓和，可以观察到在植被的生物量增长到一定水平的时候后向散射系数的增长出现饱和的趋势，且雷达波长越长，饱和点越高。 2.针对湿地植被矮小无枝干的结构特性，通过改进针对森林地区的MIMICS微波冠层散射模型，更准确地描述湿地水生植被的生物物理参数与雷达后向散射系数之间的关系。同时利用人工神经网络模型建立雷达后向散射系数与湿地植被生物物理参数之间的关系并进行反演。2007年4月和11月的反演精度分别达到0.3kg/m2和0.4kg/m2，其中中等生物量的反演精度达到了0.17kg/m2。在结合 了光学遥感数据进行联合反演之后，整体反演精度提高到了0.27kg/m2，反演结果比较令人满意。最后，我们估算了整个湖区的生物量：2007年4月、7月、11月的湖区生物量分别1.06×109kg、1.72×108kg和1.0×109kg，并绘制了相应月份的生物量分布图。 3.根据反演得出的生物量分布情况，分析鄱阳湖当地生物量的变化规律以及影响反演精度的因素。并讨论和分析了生物量反演中的各种传感器的参数选择问题，以及研究中的问题和对下一步研究的展望。