廣州市森林生物量時(shí)空演變及其異質(zhì)性分析.pdf

1、人類(lèi)活動(dòng)致使土地利用方式改變、自然資源破壞，同時(shí)化石燃料的無(wú)節(jié)制燃燒，使得大氣中CO<,2>含量持續(xù)快速增加，由此導(dǎo)致的溫室效應(yīng)成為目前人類(lèi)面臨的最嚴(yán)峻的全球環(huán)境問(wèn)題之一，所以碳循環(huán)的研究引起了人們的普遍關(guān)注。森林是地球陸地生態(tài)系統(tǒng)主要的碳儲(chǔ)存庫(kù)，森林生物量作為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究和碳動(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)，已經(jīng)成為生態(tài)學(xué)和全球變化的重要研究?jī)?nèi)容。3S技術(shù)的發(fā)展，為大尺度森林生物量的估測(cè)提供了一條有效的途徑。本研究選擇廣州這一經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、城

2、市化進(jìn)程迅猛的區(qū)域作為研究對(duì)象，利用遙感技術(shù)對(duì)其森林生物量動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行探討，為區(qū)域碳循環(huán)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為建立可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)城市提供參考。 本文采用1990年、1997年和2004年3個(gè)時(shí)相的Landsat TM數(shù)據(jù)，將影像進(jìn)行地形校正、大氣校正等預(yù)處理，并基于CART分析算法，提取廣州森林分類(lèi)信息。利用樣方調(diào)查結(jié)合同期TM數(shù)據(jù)的光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)，選擇適合研究區(qū)的遙感指示因子，建立闊葉林、針葉林、園地的逐步回歸模型與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

3、，比較兩種模型的精度，選擇最優(yōu)模型，計(jì)算3個(gè)時(shí)期廣州森林生物量，繪制生物量分布圖，分析廣州森林生物量的動(dòng)態(tài)變化。并在此基礎(chǔ)上，利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，分析森林生物量的分布格局。得到如下結(jié)論： (1)對(duì)影像進(jìn)行大氣校正與地形校正，將灰度值轉(zhuǎn)化為地物真實(shí)光譜反射率，消除了山體陰影的影響，降低了植被的分類(lèi)難度。而基于CART算法的決策樹(shù)自動(dòng)分類(lèi)后再利用專(zhuān)家知識(shí)的再分類(lèi)方法，即充分利用了CART算法分類(lèi)的快速、方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作的優(yōu)勢(shì)，

4、同時(shí)引入了GIS數(shù)據(jù)以及其他輔助信息，改進(jìn)了分類(lèi)精度，提高了效率。3個(gè)時(shí)期廣州森林面積分別為268841hm<'2>、309892hm<'2>、309849hm<'2>；森林覆蓋率為38.42﹪、44.29﹪與44.28﹪。森林分布不均，呈現(xiàn)“北多南少，東多西少”的分布格局。1990年～2004年，針葉林面積減少，闊葉林增加，森林群落朝著正向演替方向發(fā)展。 (2)選擇不同的遙感指示因子建立研究區(qū)不同森林類(lèi)型的逐步回歸模型，模型

5、擬合程度較好，森林生物量與所篩選的遙感信息之間確實(shí)存在緊密的相關(guān)性，樣本序列總體能夠反映研究區(qū)森林生物量的信息。但利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，與回歸模型比較精度更高，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型更適用于廣州森林生物量的研究。 (3)1990年、1997年、2004年廣州森林生物量分別為1.19×10<'7>t、1.41×10<'7>t、1.53×10<'7>t；平均生物量分別為44.1 t·hm<'-2>、45.8 t·hm

6、<'-2>、49.4t·hm<'-2>。3個(gè)時(shí)期，廣州市均有40﹪以上的森林生物量低于50t·hm<'-2>；80﹪以上森林生物量低于100 t·hm<,-2>。1990年生物量高于100 t·hm<'-2>的森林面積僅占5.71﹪，2004年增至15.63﹪。高于150 t·hm<'-2>的森林面積1990年所占比例不足2﹪，其分布在廣州北部流溪河林場(chǎng)、大嶺山林場(chǎng)，面積約3145 hm<'2>；1997年，超過(guò)10000 hm<'2>

7、的森林生物量大于150 t·hm<'-2>，其分布除了流溪河林場(chǎng)、大嶺山林場(chǎng)外，還有廣州中部的白云山、帽峰山、增城一些地區(qū)，以及廣州西部的鴻枕山等地；2004年生物量高于150 t·hm<'-2>的森林面積是1990年的4.5倍。在時(shí)間維上，生物量變化的趨勢(shì)是低于50 t·hm<'-2>生物量的森林逐步減少，高于100 t·hm<'-2>生物量的森林逐步增加，廣州市加強(qiáng)森林管理的效果開(kāi)始顯現(xiàn)，生物量結(jié)構(gòu)朝良性發(fā)展。1990年、1997年

8、、2004年廣州森林碳儲(chǔ)量分別為5.93×10<'6>t、7.04×10<'6>t、7.65×10<'6>t；碳密度分別為22.1 t·hm<'-2>、22.7 t·hm<'-2>、24.7 t·hm<'-2>。 (4)3個(gè)時(shí)期研究區(qū)森林生物量都存在較強(qiáng)的正自相關(guān)性：2004年生物量分布的空間自相關(guān)性最強(qiáng)；1990年-2004年研究區(qū)的生物量分布格局由隨機(jī)離散分布趨向于聚集分布。利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，對(duì)廣州森林生物量的異質(zhì)性進(jìn)行分