非洲稀树草原地上生物量遥感估算方法研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘颖智 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 刘洋 |
| 关键词 | 地上生物量 稀树草原 非洲 激光雷达 光学遥感 微波遥感 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 非洲稀树草原拥有低密度但总量巨大的地上生物量，对全球生物地球化学循环和生态系统净碳平衡具有重要作用。然而，其空间差异性显著，目前针对稀树草原地区地上生物量的估算研究较少且分辨率低、不确定性大，缺少统一、广泛的样地数据集，存在普遍低估的情况。全球生态系统动态调查任务（GEDI）激光雷达能够观测地表植被的三维立体信息，已根据全球样地数据库生成了足迹水平的全球地上生物量数据，一定程度上解决了稀树草原样地实测数据缺少的问题。但是，现有产品仅提供足迹点上的估算值和1 km分辨率栅格内的统计均值，缺少空间覆盖完整的地上生物量数据。本研究以非洲稀树草原为研究对象，基于GEDI激光雷达、Sentinel-2光学遥感和Sentinel-1、PALSAR微波遥感等数据构建了非洲稀树草原地上生物量估算模型，实现了高分辨率的非洲稀树草原地上生物量空间连续估算。论文主要工作和结论如下： （1）评估了GEDI地上生物量数据在非洲稀树草原的效果。 通过比较分析现有的非洲地上生物量数据产品，评估了GEDI数据在非洲稀树草原的效果，以及作为大范围地上生物量估算参考数据的可行性。GEDI数据在非洲大陆的轨迹覆盖均匀，在稀树草原区域的标准误差小于30Mg/ha，标准误差百分比小于20%，能够为非洲稀树草原生物量估算提供充足的参考数据。在空间分布格局上，GEDI对于有高质量轨迹覆盖的稀树草原区域地上生物量都能实现有效估计，从高生物量到低生物量过渡合理。在用于比较分析的5个生物量产品中，GEDI与对应像元的树木高度相关性最高，相关系数达到0.774；与独立的树木覆盖度数据的相关系数达到较高的0.561。 （2）构建了非洲稀树草原地上生物量遥感估算模型。 基于GEDI足迹水平地上生物量数据，联合Sentinel-2光学影像、Sentinel-1、PALSAR微波观测以及遥感树木覆盖度等数据构建了非洲稀树草原地上生物量估算模型。在苏丹草原选取了实验区，提取光学、微波以及树木覆盖度数据的特征参数，结合GEDI地上生物量生成训练样本，训练随机森林模型。设计了不同季节、数据源组合的实验方案，优选模型方案，得到实验区20m分辨率的地上生物量估算图。估算结果与区域植被覆盖格局匹配，能够反映区域内稀疏树木、灌木等细节分布状况，有效提取了以往研究中常被忽略的非森林区域树木的生物量信息。使用覆盖旱季中期、雨季初期和旱季初期的多季相Sentinel-1、Sentinel-2数据，以及PALSAR、树木覆盖度数据的模型精度最高，R2为0.550，MAE和RMSE分别为15.233 Mg/ha和23.797Mg/ha。使用旱季中期多源数据得到的模型精度也较高，R²为0.509，MAE和RMSE分别为16.044Mg/ha和24.838Mg/ha。 使用不同季节光学影像建模时，特征重要性排序有所差异。使用雨季观测数据时，光学影像的相关参数重要性更高；使用旱季光学观测数据时，树木覆盖度和微波数据的重要性显著提升。在进行非洲稀树草原的大尺度地上生物量估算时，采用多种数据源能够实现光学、微波等数据的优势互补，获得较好的估算精度。 （3）应用模型估算了乌干达共和国的地上生物量。 优选本研究构建的地上生物量估算模型，使用GEDI、旱季初期Sentinel-1、Sentinel-2，以及PALSAR、树木覆盖度数据估算了乌干达共和国2021年的地上生物量，并结合地面样地测量数据评估了结果精度。估算结果与该国的植被分布格局吻合，大部分区域的生物量低于30Mg/ha，整体地上生物量密度呈现出西南高、东北低的趋势，森林与稀树草原区分明显。与测试数据对比，模型R²为0.566，RMSE为32.478Mg/ha。与地面样地测量数据进行精度验证，R²为0.426，RMSE为50.317Mg/ha，少数原先位于森林等高生物量区域的样地土地覆盖类型发生变化造成了误差的升高。 本研究可为低成本监测稀树草原地上生物量提供方法参考，有助于该区域的植被碳循环研究。在未来可根据植被类型或降水量等信息，对研究区分类分层进行针对性的建模，以提高估算精度。此外，搜集更多具有代表性的地面测量数据，将有助于模型精度评估和针对性改进。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 101 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/208093]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘颖智. 非洲稀树草原地上生物量遥感估算方法研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。