【作者】 蔡晓斌
【导师姓名】陈晓玲
【学位名称】博士
【学位年度】2010
【授予单位】武汉大学
【分类号】 P237;|P343.3
【录入时间】2017-05-14
【全文传递】获取全文
【摘要】鄱阳湖作为我国第一大淡水湖,其水位变化过程具有明显的过水性、吞吐型湖泊特征。鄱阳湖“低水似河,高水似湖”的时空变化特性使得仅依靠地面实测水文站点的水位监测数据难以掌握鄱阳湖湿地水位及洲滩的变化规律。遥感数据作为一种大范围同步获取地表信息的新兴技术手段,在一定程度上能够解决湿地洲滩地区现场观测不便,数据获取难度大的困境,尤其是高时间分辨率遥感技术的蓬勃发展,使得基于卫星遥感技术的湖泊湿地监测方法将会在湿地动态变化监测中起到更加重要的作用。本文从多时相主、被动遥感数据在鄱阳湖湿地水位及洲滩变化中的应用为切入点,针对鄱阳湖水位动态性程度高、空间差异性明显的的特点,引入卫星测高数据、高时间分辨率遥感影像数据动态监测鄱阳湖水位及洲滩湿地的变化,主要的研究成果如下：1.鄱阳湖区水位时空动态规律。通过对鄱阳湖区1955-2005年的日水位数据统计计算以及基于频率分析的洪枯水位计算,分析了鄱阳湖区多年水位特征。通过分析鄱阳湖流域“五河七口”及长江上游九江站水位的长期变化趋势,探讨了鄱阳湖区各站站点水位的变化趋势及其入流原因。针对湖区水位的空间差异性,以计算各湖区站点间的同日水位差异、考虑站点的水位坡降为依据,从理论上解决了鄱阳湖区水面面积与水位关系模型构建中的代表性站点选择问题。在分析湖区各站月水位的波动规律及日水位变幅的基础上探讨了鄱阳湖区的水位季相变化过程与水位的动态性程度,从水位的动态性分析确定了遥感影像的高时间分辨率是保证对鄱阳湖洲滩湿地有效监测的必要条件。2.结合卫星测高数据的湿地水位综合监测。通过对比不同主动遥感方式的卫星测高传感器数据的获取能力,综合考虑鄱阳湖自身的特点,分别选用了ICESat-GLAS和Envisat-RA2两种不同的卫星测高数据用于鄱阳湖湿地水位监测。以高空间分辨率的GLAS激光测高数据,尝试性地将GLAS连续轨道上的测点结果用于分析鄱阳湖湖面坡度剖面,其分析结果与实测站点分析的宏观趋势基本一致。针对鄱阳湖水体动态变化大这一特点,以时相分辨率较高的RA2数据为基础,建立了一套以卫星测高传感器反演结果固化为“高度计”站的方式与实测水位监测数据结合的机制、流程,用于解决鄱阳湖湿地存在的部分水位数据空白区的问题。为了高精度的反演湖泊水面高,考虑湖泊水位与海面高计算的差异性选择RA-2数据集中的误差改正项组合,得到了较高精度的水面高计算结果。通过将“高度计”站与距离其最近的都昌站的实测时序水位数据对比分析,结果基本反映了鄱阳湖湿地区的水位变化规律。3.鄱阳湖水面覆盖动态变化规律。针对鄱阳湖面积大、动态性程度高的特点,结合不同遥感传感器的时空分辨率及对水体的识别能力,选择被动遥感方式的MODIS1,2波段提取鄱阳湖区的水体信息。为了保证模型的稳定性,通过历史的洪水湖岸线及圩堤数据的基础上,界定了鄱阳湖的边界范围。在此基础上通过对2003-2008年439个时相的水体信息提取结果,分析了鄱阳湖6年来的面积日变率、季相变化规律及年际变化趋势。利用多时相累计计算方法,分析了湖区不同区域的淹没频次,并探讨了其可能的洲滩地物类型。结合2003-2005年217个时相的同日水位观测数据,建立了鄱阳湖水位-水面积模型,以棠荫站为代表水位站点,构建的Logistic模型的精度最高。通过随机选择5-217个样本点建模,分析不同样点个数对线性模型斜率变化的影响,得出了鄱阳湖区水位-面积模型在30个样点以上,模型即可趋于稳定斜率波动较小的结论。4.洲滩湿地变化趋势分析。结合2003-2005年湖区水位站点的观测数据及鄱阳湖湖区上世纪50年代湖底地形数据,比较了分别以湖口、棠荫单站水位数据模拟结果的差异,分析了目前研究中常用湖口水位数据模拟洲滩出露规律可能存在的误差。在考虑到水位观测数据特点的基础上,采用张力样条插值方法内插出湖水面,结合湖底地形数据获得更加真实的洲滩出露结果,对比现势性较强的遥感影像提取的洲滩出露结果,并从湖底冲淤的角度分析了洲滩出露规律变化的原因。传统的遥感影像分类方法仅能考虑到影像获取时单一时相上的地物光谱特性,由于洲滩覆盖随水位涨落的高度动态性,因而无法从整体上把握洲滩湿地的真实变化状况。本文尝试利用不同洲滩类型的时相谱特征,选择特定时段的MODIS-NDVI数据,采用关键时段合成的方式,构建四时相NDVI影像。在此基础上利用专家分类方法对2003年、2007年期合成影像进行了分类,分类结果显示了2003-2008年的持续枯水鄱阳湖洲滩湿地干旱化趋势明显。...
【全文】鄱阳湖作为我国第一大淡水湖,其水位变化过程具有明显的过水性、吞吐型湖泊特征。鄱阳湖“低水似河,高水似湖”的时空变化特性使得仅依靠地面实测水文站点的水位监测数据难以掌握鄱阳湖湿地水位及洲滩的变化规律。遥感数据作为一种大范围同步获取地表信息的新兴技术手段,在一定程度上能够解决湿地洲滩地区现场观测不便,数据获取难度大的困境,尤其是高时间分辨率遥感技术的蓬勃发展,使得基于卫星遥感技术的湖泊湿地监测方法将会在湿地动态变化监测中起到更加重要的作用。本文从多时相主、被动遥感数据在鄱阳湖湿地水位及洲滩变化中的应用为切入点,针对鄱阳湖水位动态性程度高、空间差异性明显的的特点,引入卫星测高数据、高时间分辨率遥感影像数据动态监测鄱阳湖水位及洲滩湿地的变化,主要的研究成果如下：1.鄱阳湖区水位时空动态规律。通过对鄱阳湖区1955-2005年的日水位数据统计计算以及基于频率分析的洪枯水位计算,分析了鄱阳湖区多年水位特征。通过分析鄱阳湖流域“五河七口”及长江上游九江站水位的长期变化趋势,探讨了鄱阳湖区各站站点水位的变化趋势及其入流原因。针对湖区水位的空间差异性,以计算各湖区站点间的同日水位差异、考虑站点的水位坡降为依据,从理论上解决了鄱阳湖区水面面积与水位关系模型构建中的代表性站点选择问题。在分析湖区各站月水位的波动规律及日水位变幅的基础上探讨了鄱阳湖区的水位季相变化过程与水位的动态性程度,从水位的动态性分析确定了遥感影像的高时间分辨率是保证对鄱阳湖洲滩湿地有效监测的必要条件。2.结合卫星测高数据的湿地水位综合监测。通过对比不同主动遥感方式的卫星测高传感器数据的获取能力,综合考虑鄱阳湖自身的特点,分别选用了ICESat-GLAS和Envisat-RA2两种不同的卫星测高数据用于鄱阳湖湿地水位监测。以高空间分辨率的GLAS激光测高数据,尝试性地将GLAS连续轨道上的测点结果用于分析鄱阳湖湖面坡度剖面,其分析结果与实测站点分析的宏观趋势基本一致。针对鄱阳湖水体动态变化大这一特点,以时相分辨率较高的RA2数据为基础,建立了一套以卫星测高传感器反演结果固化为“高度计”站的方式与实测水位监测数据结合的机制、流程,用于解决鄱阳湖湿地存在的部分水位数据空白区的问题。为了高精度的反演湖泊水面高,考虑湖泊水位与海面高计算的差异性选择RA-2数据集中的误差改正项组合,得到了较高精度的水面高计算结果。通过将“高度计”站与距离其最近的都昌站的实测时序水位数据对比分析,结果基本反映了鄱阳湖湿地区的水位变化规律。3.鄱阳湖水面覆盖动态变化规律。针对鄱阳湖面积大、动态性程度高的特点,结合不同遥感传感器的时空分辨率及对水体的识别能力,选择被动遥感方式的MODIS1,2波段提取鄱阳湖区的水体信息。为了保证模型的稳定性,通过历史的洪水湖岸线及圩堤数据的基础上,界定了鄱阳湖的边界范围。在此基础上通过对2003-2008年439个时相的水体信息提取结果,分析了鄱阳湖6年来的面积日变率、季相变化规律及年际变化趋势。利用多时相累计计算方法,分析了湖区不同区域的淹没频次,并探讨了其可能的洲滩地物类型。结合2003-2005年217个时相的同日水位观测数据,建立了鄱阳湖水位-水面积模型,以棠荫站为代表水位站点,构建的Logistic模型的精度最高。通过随机选择5-217个样本点建模,分析不同样点个数对线性模型斜率变化的影响,得出了鄱阳湖区水位-面积模型在30个样点以上,模型即可趋于稳定斜率波动较小的结论。4.洲滩湿地变化趋势分析。结合2003-2005年湖区水位站点的观测数据及鄱阳湖湖区上世纪50年代湖底地形数据,比较了分别以湖口、棠荫单站水位数据模拟结果的差异,分析了目前研究中常用湖口水位数据模拟洲滩出露规律可能存在的误差。在考虑到水位观测数据特点的基础上,采用张力样条插值方法内插出湖水面,结合湖底地形数据获得更加真实的洲滩出露结果,对比现势性较强的遥感影像提取的洲滩出露结果,并从湖底冲淤的角度分析了洲滩出露规律变化的原因。传统的遥感影像分类方法仅能考虑到影像获取时单一时相上的地物光谱特性,由于洲滩覆盖随水位涨落的高度动态性,因而无法从整体上把握洲滩湿地的真实变化状况。本文尝试利用不同洲滩类型的时相谱特征,选择特定时段的MODIS-NDVI数据,采用关键时段合成的方式,构建四时相NDVI影像。在此基础上利用专家分类方法对2003年、2007年期合成影像进行了分类,分类结果显示了2003-2008年的持续枯水鄱阳湖洲滩湿地干旱化趋势明显。