基于Landsat时序影像和LandTrendr算法的森林保护区植被扰动研究——以陕西柴松和太白山保护区为例
发布时间：2022-01-13 08:38
跟踪森林自然保护区的森林变化及其时空特征,可为保护区生态保护评价提供科学依据。使用LandTrendr算法和谷歌地球引擎（GEE）的Landsat卫星时间序列数据,描述了柴松和太白山保护区的长期（1984—2018年）森林变化模式。对森林变化像元和稳定像元的总体识别精度达到93%,对扰动年探测的总体精度为89%。在柴松保护区,扰动年发生在2008年左右,大部分扰动由人类活动引起。在太白山保护区,扰动年主要发生在2013年,由自然因素造成。柴松和太白山保护区的森林扰动面积分别为42.74 hm2和23.68 hm2。柴松保护区的扰动斑块数多于太白山,表明柴松保护区自2004年建立后干扰频繁。本研究可以帮助研究人员和决策者了解这两个保护区的森林状况,可为森林生态系统的自然保护区保护评估提供基线信息。
【文章来源】：生态学报. 2020,40(20)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
研究区位置意图
利用Kennedy, Yang [15]开发的LandTrendr算法来检测保护区内森林的变化。LandTrendr算法的核心是一种时间分割算法,用于捕捉时间序列中长期、渐进或者短期的剧烈变化,可以分析每个像元的时间序列谱线来监测其是否发生变化。每个像素的输入是一个光谱指数或者波段的时间序列。通过设置去除噪声引起的尖峰(spikeThreshold)、识别潜在的断点(vertexCountOvershoot)、拟合轨迹和最佳分段数(pvalThreshold),寻找最佳模型(bestModelProportion)。因此,LandTrendr要求设定控制参数以保证变化检测的质量,通过实验分析,本研究对LandTrendr的参数如表2所示。在这里需要说明的是,基于保护区建立时间的考虑,对于柴松保护区,研究集中在2004—2018年,总计15a。对于太白山保护区,研究阶段为1984—2014年(总计31a)。因此对柴松保护区而言,研究时段相对较短,在LandTrendr的参数设置中,分割单元的数目可以稍少,maxSegments设置为4。根据以往研究经验,2个保护区的其他参数设置一致。表2 LandTrendr参数Table 2 Parameters of LandTrendr used in this study 名称Parameter 参数描述Parameter Description 柴松省级自然保护区Chaisong 太白山国家级自然保护区Taibaishan maxSegments 分割单元的最大数目 4 6 spikeThreshold 如果相邻两个时间点NBR值的差异百分比小于该值,那个该值会被认为是异常值,须剔除. 0.9 0.9 vertexCountOvershoot 在初始阶段的潜在节点回归中可以超过的节点数 3 3 preventOneYearRecovery 阻止一年后恢复的情况否 TRUE TRUE recoveryThreshold 如果某个分割段的恢复率大于该值的倒数,那么这个分割段将会被移除 0.25 0.25 pvalThreshold 回归分析中F检验的p值,超过该值的话,则认为该像元没有发生变化 0.05 0.05 bestModelProportion 简单模型的选择规则,如果超过该值,则被选中 0.75 0.75 minObservationsNeeded 拟合中需要的最少观测数 6 6
图3所示的扰动图显示了2004—2018年间柴松保护区森林扰动的空间分布和变化年份。森林扰动发生的区域主要集中在柴松保护区的实验区和缓冲区,但是核心区也存在部分森林扰动。扰动类型主要为人类活动所致。总体上,2004—2018年间,共有42.74 hm2的森林发生了扰动(表5),转化为非森林,共计251个斑块,年变化最大面积值和斑块数均发生在2008年,2007、2015年和2005年次之,森林向非森林转化发生的斑块数依次为57、24和20块(图3)。表5 柴松保护区森林扰动图斑统计Table 5 Statistics of disturbance in Chaisong Reserve 年份*Year 面积/hm2Area 斑块数/个No. of Patches 年份*Year 面积/hm2Area 斑块数/个No. of Patches 2005 1.76 20 2013 3.58 10 2006 0.72 3 2014 0.38 4 2007 9.21 57 2015 2.7 24 2008 15.24 85 2016 0.11 1 2009 2.96 15 2017 0.89 5 2010 0.19 6 2018 1.62 4 2011 1.33 10 合计Total 42.74 251 2012 2.05 7 * 变化检测得到的变化斑块年份
【参考文献】：
期刊论文
[1]自然保护区人类活动天地一体化监管与评价技术体系[J]. 刘晓曼,李静,刘玉平,刘慧明,闻瑞红. 中国环境科学. 2016(10)
[2]基于遥感技术的十八里长峡自然保护区保护效果监测与评估[J]. 王坎,唐瑶,王玲玲,吴兴华,杨劭. 华中师范大学学报(自然科学版). 2015(06)
[3]可可西里国家级自然保护区人类活动干扰状况遥感监测研究[J]. 吴东辉,李玉龙,江东,黄耀欢,闫浩文. 甘肃科学学报. 2015(04)
[4]崂山自然保护区人类活动遥感监测与评价[J]. 崔文连,刘杰,刘善伟,王艳玲. 海洋科学. 2015(02)
[5]基于地理信息系统技术的自然保护区信息化管理的实现——以佛坪国家级自然保护区为例[J]. 阮英琴,赵纳勋,刘红彩. 西华师范大学学报(自然科学版). 2008(03)
本文编号：3586093
【文章来源】：生态学报. 2020,40(20)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
研究区位置意图
利用Kennedy, Yang [15]开发的LandTrendr算法来检测保护区内森林的变化。LandTrendr算法的核心是一种时间分割算法,用于捕捉时间序列中长期、渐进或者短期的剧烈变化,可以分析每个像元的时间序列谱线来监测其是否发生变化。每个像素的输入是一个光谱指数或者波段的时间序列。通过设置去除噪声引起的尖峰(spikeThreshold)、识别潜在的断点(vertexCountOvershoot)、拟合轨迹和最佳分段数(pvalThreshold),寻找最佳模型(bestModelProportion)。因此,LandTrendr要求设定控制参数以保证变化检测的质量,通过实验分析,本研究对LandTrendr的参数如表2所示。在这里需要说明的是,基于保护区建立时间的考虑,对于柴松保护区,研究集中在2004—2018年,总计15a。对于太白山保护区,研究阶段为1984—2014年(总计31a)。因此对柴松保护区而言,研究时段相对较短,在LandTrendr的参数设置中,分割单元的数目可以稍少,maxSegments设置为4。根据以往研究经验,2个保护区的其他参数设置一致。表2 LandTrendr参数Table 2 Parameters of LandTrendr used in this study 名称Parameter 参数描述Parameter Description 柴松省级自然保护区Chaisong 太白山国家级自然保护区Taibaishan maxSegments 分割单元的最大数目 4 6 spikeThreshold 如果相邻两个时间点NBR值的差异百分比小于该值,那个该值会被认为是异常值,须剔除. 0.9 0.9 vertexCountOvershoot 在初始阶段的潜在节点回归中可以超过的节点数 3 3 preventOneYearRecovery 阻止一年后恢复的情况否 TRUE TRUE recoveryThreshold 如果某个分割段的恢复率大于该值的倒数,那么这个分割段将会被移除 0.25 0.25 pvalThreshold 回归分析中F检验的p值,超过该值的话,则认为该像元没有发生变化 0.05 0.05 bestModelProportion 简单模型的选择规则,如果超过该值,则被选中 0.75 0.75 minObservationsNeeded 拟合中需要的最少观测数 6 6
图3所示的扰动图显示了2004—2018年间柴松保护区森林扰动的空间分布和变化年份。森林扰动发生的区域主要集中在柴松保护区的实验区和缓冲区,但是核心区也存在部分森林扰动。扰动类型主要为人类活动所致。总体上,2004—2018年间,共有42.74 hm2的森林发生了扰动(表5),转化为非森林,共计251个斑块,年变化最大面积值和斑块数均发生在2008年,2007、2015年和2005年次之,森林向非森林转化发生的斑块数依次为57、24和20块(图3)。表5 柴松保护区森林扰动图斑统计Table 5 Statistics of disturbance in Chaisong Reserve 年份*Year 面积/hm2Area 斑块数/个No. of Patches 年份*Year 面积/hm2Area 斑块数/个No. of Patches 2005 1.76 20 2013 3.58 10 2006 0.72 3 2014 0.38 4 2007 9.21 57 2015 2.7 24 2008 15.24 85 2016 0.11 1 2009 2.96 15 2017 0.89 5 2010 0.19 6 2018 1.62 4 2011 1.33 10 合计Total 42.74 251 2012 2.05 7 * 变化检测得到的变化斑块年份
【参考文献】：
期刊论文
[1]自然保护区人类活动天地一体化监管与评价技术体系[J]. 刘晓曼,李静,刘玉平,刘慧明,闻瑞红. 中国环境科学. 2016(10)
[2]基于遥感技术的十八里长峡自然保护区保护效果监测与评估[J]. 王坎,唐瑶,王玲玲,吴兴华,杨劭. 华中师范大学学报(自然科学版). 2015(06)
[3]可可西里国家级自然保护区人类活动干扰状况遥感监测研究[J]. 吴东辉,李玉龙,江东,黄耀欢,闫浩文. 甘肃科学学报. 2015(04)
[4]崂山自然保护区人类活动遥感监测与评价[J]. 崔文连,刘杰,刘善伟,王艳玲. 海洋科学. 2015(02)
[5]基于地理信息系统技术的自然保护区信息化管理的实现——以佛坪国家级自然保护区为例[J]. 阮英琴,赵纳勋,刘红彩. 西华师范大学学报(自然科学版). 2008(03)
本文编号：3586093
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