遥感叶面积指数产品的地形校正算法研究

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叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是描述植被冠层结构的重要参数,也是许多生态、水文模型的关键输入参数。叶面积指数的准确估算对生态系统研究有重要意义。目前,遥感方法是获取大范围LAI的唯一途径,并可以生成稳定可靠的LAI产品。通过遥感方法估算LAI时,地形有着不可忽略的影响,特别是地形起伏明显的丘陵山地区域,开展遥感叶面积指数产品的地形校正研究有重要意义。  中国南方丘陵山地地形起伏明显,水热条件充分,植被覆盖率高,在生态学中有很高的研究价值,但是地形对这一区域遥感叶面积估算的影响较大。本文以中国南方丘陵山地为研究区,选取了地形上具有代表性的两个区域作为典型区,选取了高程、坡度和坡向等地形要素,对典型区内植被分布和生长的地形影响进行定量分析,并以典型区内千烟洲地区30m的标准LAI产品、DEM数据和植被类型数据为基础,对GLOBMAP LAI产品开展了考虑植被类型的叶面积指数产品地形校正算法研究,建立地形校正模型并对校正结果进行分析。论文研究结论如下:  (1)植被分布和LAI变化规律的地形分析。从整体来看,针叶林、灌木、草和农作物等集中分布在高程偏低、缓坡的区域,而阔叶林主要分布在高程偏低、中坡的区域,针阔混交林主要分布在高海拔、陡峭、东南向的坡地上;植被的LAI随高程和坡度变化有相似的变化规律,受到太阳辐射、水分和温度等的影响,植被的LAI均表现为先增后减的趋势,从坡向上看,北坡的叶面积指数略高于其他坡向,但差别很小,这可能是由于研究区处于亚热带气候,水热相差不大,而南坡温度较高水分反而减少。  (2)基于高程标准差的LAI产品地形校正算法研究。在高程、坡度、坡向、高程标准差四个地形因子中,高程标准差与LAI的相关性(R2=0.404)最高,高程标准差与LAI的三次拟合函数表明高程标准差也是影响LAI的一个因素;LAI真实值与LAI估算值的差值可以用高程标准差的数学表达式来表示,根据这一关系可以建立基于高程标准差的LAI产品地形校正的统计模型,灌丛的拟合相关度最高(R2=0.986)。  (3)LAI产品的地形校正和结果验证。利用本文中建立的LAI产品地形校正模型对研究区的GLOBMAP LAI产品进行校正,两个典型区校正后的LAI平均值分别为1.89和1.84,均有所降低;与地面实测LAI进行验证分析,发现校正后平均值与地面实测数据的差值由-0.25降低到+0.04,LAI随高程标准差的变化趋势更为接近地面数据的变化趋势。
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