基于Landsat8 OLI 数据的山杏柠条灌木林碳储量遥感模型研究

基于Landsat8 OLI 数据的山杏柠条灌木林碳储量遥感模型研究内容摘要：

２ ０ １ ６年 ２月 第 １期 林业资源管理 ＦＯＲＥＳ ＴＲＥＳ ＯＵＲＣＥＳＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ Ｊ ａ ｎ ｕ ａ ｒ ｙ２ ０ １ ６ Ｎｏ  １ 基于 Ｌａ ｎｄｓ ａ ｔ ８ＯＬＩ数据的山杏柠条灌木林碳储量遥感模型研究 刘　芬１，魏江生１，周　梅１，赵鹏武１，舒　洋１，吴华军２，海　青２ （１ 内蒙古农业大学 生态环境学院，呼和浩特 ０ １ ０ ０１ ９；２ 内蒙古赤峰市巴林右旗林业局，内蒙古 大板，０ ２ ５ １５ ０） 摘要：基于 Ｌａ ｎ ｄ ｓ ａ ｔ ８ＯＬＩ多光谱数据和内蒙古兴安盟地区 １ ８ ９块山杏、柠条灌木林实测样地数据，利用多元逐步 回归法建立地上碳储量遥感模型，并对模型的预估精度进行了分析。结果表明：选取包括单波段、波段组合、 ７个特征变量，通过分析 ２ ７个特征变量与灌木林地上碳储量的 Ｐｅ ａ ｒ  缨帽变换、植被指数及主成分分析共 ５组 ２ ｓ ｏ ｎ相关性，进行特征变量的优化选取并建立模型。天然山杏、人工山杏和人工柠条 ３种灌木类型地上碳储量遥 感模型的决定系数分别为 ０  ６ １，０  ８ ６，０  ７ ４，预估精度分别为 ７ １％，７ ７％，７ ３％。优化的 ３种遥感模型可以应 用到内蒙古范围内天然山杏、人工山杏和人工柠条林地上碳储量评估工作中。 关键词：Ｌａ ｎ ｄ ｓ ａ ｔ ８ＯＬＩ ；灌木林；碳储量模型；特征变量选取；逐步回归法 中图分类号：ＴＰ７ ９；Ｓ ７ １ ８  ５　文献标识码：Ａ　文章编号： １ ０ ０ ２－６ ６ ２ ２（２ ０ １ ６）０ １－０ １ １ ２－０ ６ ＤＯＩ ： １ ０． １ ３ ４ ６ ６／ ｊ ．ｃ ｎ ｋ ｉ ．ｌ ｙ ｚ ｙ ｇ ｌ ． ２ ０ １ ６． ０ １． ０ １ ９ Ｓｔ ｕｄｙｏ ｎＲｅ ｍｏ ｔ ｅＳｅ ｎｓ ｉ ｎｇＭｏ ｄｅ ｌ ｓｏ ｆＡｒ ｍｅ ｎｉ ａ ｃ ａＳｉ ｂ ｉ ｒ ｉ ｃ ａ，Ｃａ ｒ ａ ｇ ａ ｎａＫｏ ｒ ｓ ｈｉ ｎｓ ｋ ｉ ｉ Ｓｈｒ ｕｂｂｅ ｒ ｉ ｅ ｓ ’Ｃａ ｒ ｂｏ ｎＳｔ ｏ ｒ ａ ｇ ｅＢａ ｓ ｅ ｄｏ ｎＬａ ｎｄｓ ａ ｔ ８ＯＬＩＲｅ ｍｏ ｔ ｅＳｅ ｎｓ ｉ ｎｇＤａ ｔ ａ １ １ １ １ １ ２ ２ ＬＩ ＵＦｅ ｎ ， ＷＥＩＪ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ， ＺＨＯＵＭｅ ｉ ， ＺＨＡＯＰｅ ｎ ｇ ｗｕ ， Ｓ ＨＵＹａ ｎ ｇ ， ＷＵＨｕ ａ ｊ ｕ ｎ ， ＨＡＩＱｉ ｎ ｇ （１ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇｅｏ ｆＥｃ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙａ ｎｄＥｎｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌＳｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ，Ｉ ｎｎ ｅ ｒＭｏ ｎ ｇｏ ｌ ｉ ａＡｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＵｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｈｏ ｈ ｈｏ ｔ０１ ００ １ ９，Ｃｈ ｉ ｎ ａ；２ Ｂａ ｌ ｉ ｎ ｙ ｏ ｕ ｑ ｉＦｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｂｕｒ ｅ ａ ｕ，Ｃｈｉ ｆ ｅ ｎｇＣｉ ｔ ｙｏ ｆＩ ｎ ｎｅ ｒＭｏ ｎ ｇｏ ｌ ｉ ａ，Ｄａ ｂ ａ ｎ０２５ １ ５０，Ｉ ｎｎ ｅ ｒＭｏ ｎ ｇ ｏ ｌ ｉ ａ，Ｃｈ ｉ ｎａ） Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎＸｉ ｎｇ ’ａ ｎＬｅ ａ ｇ ｕ ｅｏ ｆＩ ｎ ｎｅ ｒＭｏ ｎｇ ｏ ｌ ｉ ａ ，ｗｅｍａ ｄｅｕｓ ｅｏ ｆＬａ ｎｄｓ ａ ｔ ８ＯＬＩｉ ｍａ ｇ ｅ ｒ ｙａ ｎｄａｓ ｕ ｒ ｖ ｅ ｙｏ ｆ １ ８９ｐ ｌ ｏ ｔ ｓｉ ｎＡｒ ｍｅ ｎｉ ａｃ ａｓ ｉ ｂ ｉ ｒ ｉ ｃ ａ，Ｃａ ｒ ａ ｇ ａｎ ａ ｋ ｏ ｒ ｓ ｈｉ ｎｓ ｋ ｉ ｉｓ ｈｒ ｕｂｂｅ ｒ ｉ ｅ ｓ ，ａ ｎｄｍｕｌ ｔ ｉ ｐｌ ｅｒ ｅ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎｔ ｏｅ ｓ ｔ ａ ｂｌ ｉ ｓ ｈｒ ｅ  ｍｏ ｔ ｅｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｎｇｇ ｒ ｏ ｕｎ ｄｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｇ ｅｍｏ ｄｅ ｌａ ｎｄａ ｎａ ｌ ｙ ｚ ｅｔ ｈ ｅｐｒ ｅ ｄｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｃ ｃ ｕｒ ａ ｃ ｙｏ ｆｔ ｈｅｍｏ ｄｅ ｌ Ｔｈｅｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈｏ ｗｔ ｈ ａ ｔ２ ７ｉ ｎｄ ｅ ｐ ｅ ｎｄ ｅ ｎｔｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂｌ ｅ ｓｗｅ ｒ ｅｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄｏ ｕｔ ，ｉ ｎｃ ｌ ｕｄｉ ｎｇｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅｂａ ｎｄ，ｂａ ｎｄｃ ｏ ｍｂｉ ｎａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｔ ａ ｓ ｓ ｅ ｌ ｅ ｄ ｃ ａ ｐｔ ｒ ａ ｎｓ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｖ ｅ ｇ ｅ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｉ ｎ ｄ ｅ ｘａ ｎ ｄｐｒ ｉ ｎｃ ｉ ｐａ ｌｃ ｏ ｍｐｏ ｎ ｅ ｎｔ ｓ ＴｈｅＰｅ ａ ｒ ｓ ｏ ｎｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓｂｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ２７ｉ ｎｄ ｅ ｐ ｅ ｎｄｅ ｎｔｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｓａ ｎｄｓ ｈｒ ｕｂｂ ｅ ｒ ｙｃ ａ ｒ ｂｏ ｎｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｇ ｅｈａ ｓｂ ｅ ｅ ｎｃ ａ ｌ ｃ ｕｌ ａ ｔ ｅ ｄｔ ｏｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔｔ ｈｅｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ  ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ Ｔｈｅｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｓｏ ｆｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆｎａ ｔ ｕｒ ａ ｌＡｒ ｍｅ ｎｉ ａ ｃ ａｓ ｉ ｂ ｉ ｒ ｉ ｃ ａ，ａ ｒ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ｉ ａ ｌＡｒ ｍｅ ｎｉ ａｃ ａｓ ｉ ｂ ｉ ｒ ｉ ｃ ａ ａ ｎｄａ ｒ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ｉ ａ ｌＣａｒ ａ ｇａｎ ａｋ ｏ ｒ ｓ ｈ ｉ ｎ ｓ ｋ ｉ ｉｒ ｅ ｍｏ ｔ ｅｓ ｅ ｎｓ ｉ ｎｇａ ｂｏ ｖ ｅｇ ｒ ｏ ｕｎｄｃ ａ ｒ ｂｏ ｎｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｇ ｅｍｏ ｄｅ ｌａ ｒ ｅ０６１， ０８ ６ａ ｎ ｄ ０ ７４ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ；Ｔｈ ｅｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｃ ｃ ｕｒ ａ ｃ ｙｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓｏ ｆｔ ｈｅｍｏ ｄ ｅ ｌａ ｒ ｅ７１％， ７７％ ａ ｎｄ７３％ ｒ ｅ ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ，ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆｔ ｈｒ ｅ ｅｋｉ ｎ ｄ ｓｏ ｆｒ ｅ ｍｏ ｔ ｅｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｎｇｍｏ ｄｅ ｌ ｓｃ ａ ｎｂｅａ ｐｐｌ ｉ ｅ ｄｔ ｏａｒ ａ ｎｇ ｅｗｉ ｔ ｈｉ ｎｔ ｈｅＩ ｎｎｅ ｒＭｏ ｎ ｇ ｏ ｌ ｉ ａ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＡｒ ｍｅ ｎｉ ａｃ ａｓ ｉ ｂ ｉ ｒ ｉ ｃ ａ，ａ ｒ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ｉ ａ ｌＡｒ ｍｅ ｎｉ ａｃ ａｓ ｉ ｂ ｉ ｒ ｉ ｃ ａａ ｎｄａ ｒ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ｉ ａ ｌＣａｒ ａｇａｎａｋ ｏ ｒ ｓ ｈｉ ｎ ｓ ｋ ｉ ｉａ ｂｏ ｖ ｅｇ ｒ ｏ ｕｎ ｄｃ ａ ｒ  ｂｏ ｎｓ ｔ ｏ ｃ ｋｓａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍｅ ｎ ｔ  Ｋｅ ｙｗｏ ｒ ｄｓ ：Ｌａ ｎ ｄｓ ａ ｔ ８ＯＬＩ ，ｓ ｈ ｒ ｕｂ ｂｅ ｒ ｙ ，ｃ ａ ｒ ｂｏ ｎｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｇ ｅｍｏ ｄｅ ｌ ，ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂｌ ｅｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｓ ｔ ｅ ｐｗｉ ｓ ｅｒ ｅ  ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ 收稿日期： ２ ０ １ ５－１ ０－１ ４；修回日期： ２ ０ １ ５－１ １－２ ５ 基金项目：内蒙古科技计划项目（２ ０ １ ２ ０ ４ ２ １； ２ ０ １ ２ ０ ４ １ ９）；应对气候变化专项资金能力建设项目 作者简介：刘芬（１ ９ ９ ０－），女，内蒙古鄂尔多斯人，在读硕士，主要从事土壤环境与植物生长研究。 Ｅｍａ ｉ ｌ ： １ ３ ４ ７ ７ ６ ３ ８ ０ ５＠ｑ ｑ．ｃ ｏ ｍ 通讯作者：魏江生（１ ９ ６ ９－），男，内蒙古鄂尔多斯人，博士，硕导，主要从事土壤环境与植物生长研究。 Ｅｍａ ｉ ｌ ：ｗｅ ｉ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ １ ９ ６ ９＠１ ６ ３．ｃ ｏ ｍ 　第 １期 刘芬等：基于 Ｌａ ｎ ｄ ｓ ａ ｔ ８ＯＬＩ数据的山杏柠条灌木林碳储量遥感模型研究 １１３ 　　灌木林作为生 态 系 统 的 一 个 重 要 组 成 部 分， 法、数量化法和非破坏性方法 ［１］，很少有用到上述 在生态保 护、恢 复 和 重 建 中 起 至 关 重 要 的 作 用， 中的遥感法。针对这一空缺，本文以内蒙古东部主 同时也在替代能源与群落演替过程中扮演重要 要灌木山杏和柠条林为研究对象，尝试借助目前较 ［１－２］ ，是 ｎｄｓ ｅ ｔ ８ＯＬＩ多光谱数据，通过结合地面实测 新的 Ｌａ 森林资源的重要组成 部 分，与 针 叶 林、阔 叶 林、竹 的样地数据建立遥感模型，并对模型进行验证，为 角色 ，灌 木 林 的 生 态 幅 度 较 乔 木 林 广 ［３］ 林组成 我 国 森 林 的 四 大 类 型 ［４］ 。全国灌木林地 总 面 积 占 全 国 林 地 总 面 积 的 １６０２％ 灌木林地上碳储量的估算提供一种快速、准确及便 ［５］ 捷的方法。 ，灌 木 层 植物生物量及碳储量占到整个森林生态系统的 １０％ ～３０％ ［６］，对灌木生物量及碳储量的估算 是 森林生 态 系 统 研 究 的 重 要 组 成 部 分 １　研究区概况 ［７－８］ 。对于 研究区位于兴安盟的五岔沟、科右前旗和科右 森林生物量估测方 法 主 要 有 两 类：基 于 森 林 资 源 中旗三个旗县，其中五岔沟位于阿尔山市岭南中心 清查数据的传统估计方法 ［９］ 和基于遥感信息技术 １２″ Ｅ，４６°５２′ ０４″ Ｎ），降 水 为 ３ ８ ０ｍｍ。 位置（１２０°２２′ 的估计方法。遥感数据估测法与传统的生物量估 科右前旗位于内蒙古自治区东北部，兴安盟中西部 算方法比较，可快速、准确、无破坏地对生物量进行 （１２１° １９′ ４５″ Ｅ，４６° １３′ ２９″ Ｎ），降水为 ４１６ｍｍ。科右 估算，对森林生态系统碳储量进行宏观和动态的监 中旗位于大兴安岭南麓、科尔沁沙地北端，是兴安 测 ［１ ０］ 。其中，较新的 Ｌａ ｎ ｄｓ ｅ ｔ ８ＯＬＩ多光谱数据之前 盟最南端的一个旗（１ ２１° ２１′