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题名	数字黑河数据库及其在生态-水文方面的应用研究
作者	马明国
学位类别	博士
答辩日期	2003
授予单位	中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
授予地点	中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
导师	程国栋
关键词	数字黑河 数据库 植被覆盖 廊道景观 土壤湿度估算 遥感 微波遥感 数据仓库
其他题名	Database of the Digital Heihe River Basin and Its Applications on Ecology and Hydrology
中文摘要	数字黑河通过数据集成和模型集成可以有效地解决数据收集、整理和规范化、数据发布及模型综合等方面的问题，对于黑河流域的生态和水资源研究具有重要的作用和意义，同时也可以为政府和管理人员进行黑河流域的生态环境保护和水资源合理利用的决策提供理论依据和数据支持。但数字黑河是一个庞大的工程，需要大量的研究人员长期的参与和艰苦的工作。本文作为该工作的一部分，重点完成了数字黑河数据库设计与建设工作，并对其在廊道景观、植被覆盖监测和土壤湿度估算等生态一水文方面的应用作初步研究。本文首先基于数据仓库技术和GIS技术，完成了数字黑河数据库设计，主要包括数据结构设计、数据规范化设计、数据集成设计和元数据设计，基于这些设计完成数字黑河数据库建设，数据量达到40GB，元数据417条。第三章讨论了绿洲廊道的主要类型及它们的生态功能。黑河流域绿洲廊道主要包括河流、渠道、防护林网和道路。绿洲形成与发展的物质、能量传输、生物种属的空间传播、阻隔荒漠景观的扩展和入侵等都是绿洲廊道景观基本的生态功效。在绿洲廊道信息提取中，Landsat ETM＋影像图的全色波段是相对经济可行的资料，利用边缘增强方法可以提取92.6％以上的廊道信息。利用长度、宽度、周长与面积比和均匀度等指标可以量化绿洲廊道的景观格局特征。结果表明，金塔绿洲廊道（仅河流、渠道和公路、不包括防护林）长为1838.5km，廊道密度为2.1km/km2，以渠道和公路为主，分别占56.8％和41.6％。水浇地、林地中渠道密度最大，受其影响程度最高；水浇地和城镇居民地的公路廊道密度最大，受其影响最大。绿洲内渠道质量的改进是影响水浇地等景观要素变化的重要驱动力之一。第四章介绍了AVHRR资料预处理系统NOAA-CHAIN，该系统可以对中国西北1．Ikm的AVHRR资料进行高精度的辐射纠正、大气校正和几何配准，处理的数据和SPOT VEGETATION资料的相关系数可以达到0.955，具有很好的数据一致性。利用该系统对黑河流域1990、1992、1994、1996和1999年的AVHRR资料·进行预处理，并将处理结果初步应用在黑河流域植被覆盖动态监测上。结果表明5年里1994的植被覆盖状况最好，1996年的最差；从不同区域上看，上游祁连山区植被状况最好，中游平原绿洲区次之，下游荒漠戈壁区最差；从不同的土地利用类型来看，林地NDvi值最高，其次是高覆盖草地，耕地NDVI值次之，低覆盖草地NDV工值较低，未利用土地NDVI值最低。第五章利用长时间序列的8km AVHRR数据，通过均值法、差值法和一元线性回归模拟法，动态监测黑河流域植被覆盖的年内年际变化和模拟其变化趋势，并进行了黑河流域植被覆盖变化的自然因素和人为因素的驱动力分析。黑河流域植被覆盖较好的区域，在6月至9月初NDVI达到峰值，沙漠戈壁等无植被和少植被覆盖区NDVI值年内季节变化不大，不同区域峰值出现在不同的时期，表明植被在生长季节上的差异。从1981年到2001年，黑河流域的最大化NDvl平均值的年际内波动很大，其中1993年以前相对波动较小，而1993年以后有迅速下降的趋势。同时，年际变化具有明显的6-7年的中短周期和3年短周期。黑河流域植被普遍存在退化的趋势，但局部地区有改善的趋势，退化与改善的区域在空间上的分布存在较大的差异性，改善的区域主要分布在绿洲区内，退化的区域主要分布在肃南山区、额济纳旗的天然绿洲区及额济纳旗、山月一和金塔的广襄戈壁沙漠区。导致这种变化的驱动力包括自然因素和人为因素。当年的降水对平原绿洲区NDVI的变化影响较大，同时气温对平原绿洲的植被覆盖有一定的影响，在山区由于NDVI年平均值与上年的总降水量相关系数均较高，说明山区上一年的降水对当年植被覆盖影响较大，是其重要驱动力因素之一，同时降水对植被覆盖的影响有滞后性，其滞后的时间周期为1年。在绿洲平原区，人为的因素极大地影响NDVI值的变化，这些因素主要具有增加NDVI值的作用，包括绿洲的扩展、绿洲内植树造林、绿洲内产业结构调整、绿洲内水利建设和水文与生态环境的变化。第六章总结土壤湿度辐射传输模型的计算过程，并分析了19GHz的水平极化亮温Tb_h和垂直极化亮温Tb-v对各参数的敏感性；对黑河流域的土壤、植被和地表的相关参数进行参数化，利用求数值解的方法，从SSM／1的19GHz波段中估算表层土壤湿度，并利用黑河流域野外观测资料进行精度验证。从参数敏感性分析看，Tb_hh和Tb_v对Q、h、We、C和ρb的敏感性高对x、b'和ρs的敏感性低。利用甘肃省第二次土壤普查结果对土壤含沙百分比、粘土百分比和容重进行参数化；利用Jockson等建立的NDVI被含水量之间的多项式方程确定植被含水量参数；利用Owe等建立的37GHz垂直极化亮度温度和地表温度的回归方程确定地温参数。利用土壤湿度辐射传输模型从SSM江资料的19GHz波段中反演土壤湿度，并利用野外实测的资料进行验证，可以看出反演结果与测量结果基本一致。土壤湿度低和空间异质性强可能是导致计算的亮温和SMM/I观测亮温差距较大的原因，从而引起土壤湿度反演误差较大，所以对黑河流域的土壤湿度的反演还有较多的问题需要在进一步的工作中解决，对该模型在黑河流域的适用性也需要更深入的研究。
语种	中文
公开日期	2013-08-22
页码	120
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.casnw.net/handle/362004/21973]
专题	寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	马明国. 数字黑河数据库及其在生态-水文方面的应用研究[D]. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2003.

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