基于非线性光谱分解的石漠化地区非绿色植被信息提取方法研究

Karst rocky desertification, sand desertification of Northwest, and soil erosion of Loess Plateau, are three major ecological problems in China. The conventional rocky desertification surveys usually utilize fieldwork around large area, which consumes plenty of time and money. Remote Sensing technology has huge advantages on observing large area efficiently and economically, with large-scale, integrated, dynamic observation capability on the earth. It is an essential quantitative evaluation and information extraction method for rocky desertification areas. Remote sensing technology has great potential and value in karst rocky desertification information extraction. To resolve the question of lack research and low accuracy of extracting non-vegetation cover information in monitoring and evaluation of rocky desertification, this study takes Guohua, Guangxi as research area. Feature spectra of typical rocky desertification items will be studied. Spectral effects of rocky desertification under different underlying surface and different land covers will be revealed. The mixing mechanism of complex surface coverage in karst areas will be investigated. A new method of extracting non-vegetation land-cover information (non-photosynthetic vegetation, bore soil, exposed bedrock) based on nonlinear spectral unmixing technology will be proposed. The downscaling and upscaling relationships among rocky desertification indicators which retrieving from different resolution remote sensed data will be analyzed. And the retrieving result will be downscaled to adapt to the field scale in order to model validation. The whole study will provide the evaluation basis for rocky desertification areas.

喀斯特石漠化，与西北地区沙漠化和黄土高原水土流失并列为我国三大区域生态问题。传统的石漠化状况调查方法主要是围绕大面积的实地调查工作开展的，耗时耗力。遥感技术具有宏观经济的优势，具备大范围、综合性、动态性的对地观测能力，是快速、大面积石漠化定性评价和信息定量提取必不可少的手段，在喀斯特石漠化信息提取中有着巨大的潜力和应用价值。针对石漠化监测评价中非绿色植被的覆盖信息提取研究较少精度不高的问题，本研究以广西果化生态重建示范区为例，专门开展石漠化典型地物光谱研究工作，揭示不同下垫面背景、不同地表覆盖下石漠化的光谱效应，探讨石漠化地区复杂覆盖地表光谱混合机制，基于非线性光谱分解模型开展高光谱遥感提取非绿色植被信息（干枯植被、裸土、裸露岩石）方法的研究，并分析不同分辨率遥感数据反演同一石漠化参数结果的转换关系，将遥感反演结果降尺度与地面观测尺度相适应以便于模型校验，为区域石漠化评价提供依据。

喀斯特石漠化，与西北地区沙漠化和黄土高原水土流失并列为我国三大区域生态问题。石漠化状况调查方法主要是围绕大面积的实地调查工作开展的，耗时耗力。遥感技术具有宏观经济的优势，具备大范围、综合性、动态性的对地观测能力，是快速、大面积石漠化定性评价和信息定量提取必不可少的手段，在喀斯特石漠化信息提取中有着巨大的潜力和应用价值。本研究通过采集的石漠化地区典型地物（绿色植被、干枯植被、裸岩、裸土）的光谱，构建了石漠化地区典型地物光谱库，分析了石漠化地区典型地物的光谱特征以及响应机理，探讨了石漠化典型地物组分比例与不同光谱指数的关系，以及利用光谱指数反演组分比例的可能性。结果表明，光谱指数可以有效反演绿色植被、干枯植被和裸土的比例，但无法反演裸岩的比例。利用野外采集的样地混合光谱和端元光谱，进行了光谱分解实验。按照是否存在约束条件以及不同端元光谱的选取，分为4大类12种情况开展了光谱分解实验以及进行了讨论。结果表明，ASC和无约束条件下，解算结果精度最低。ANC和全约束条件下，解算结果好于前两者。采用双线性光谱分解对研究区Hyperion影像进行了光谱分解。同时，以西南八省市766个县为对象，讨论了在大尺度上石漠化与碳酸盐岩分布、断层密度、国民生产总值、人均生产总值、人口、人口密度、各种气象因素之间的关系，并应用主导分析计算以上这些因子对石漠化面积的贡献率，结果表明地质因子，特别是碳酸盐岩的存在是石漠化的主导因素，而对各县石漠化面积最重要的5个因子依次是：碳酸盐岩面积>断层密度>均温年较差>人均国内生产总值>均温日较差。该研究为科学准确地评价石漠化的分布、成因奠定基础，为国家进行喀斯特生态治理及环境建设等方面提供依据。