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MODIS技术标准共享平台土地覆盖数据产品参考规范(讨论稿)

附:部分验证研究结果

MODIS 较高的空间分辨率( 250m/pixel )和时间分辨率使之在草地监测方面具有较大的优势。本文以内蒙古自治区锡林郭勒盟的温性荒漠草原、温性沙地典型草原、温性典型草原和温性草甸草原四种具有代表性的草地类型为例,以 2002 年 5~9 月的地面测产数据和同步 MODIS 遥感数据为基础,分别建立每类草地的草产量与 MODIS_NDVI 关系模型及四类混合的总模型 , 探讨了利用 MODIS_NDVI 进行草地估产研究的可行性。

对各类草地 MODIS_NDVI 估产模型效果分析如表 1 所示:自变量 (x) 为 MODIS_NDVI ,因变量( y )为草产量鲜重( g/m 2 )。

由图表可知:各类草地的 MODIS_NDVI 与草产量相关模型,均通过极显著性水平( 0.01 )的 F 检验,反映了各类草地 MODIS_NDVI 和草产量的密切相关性,相关指数 R 2 也达到较高水平,最低的 R 2 也达 0.3025 , R 达 0.55 ,说明模型有较好的拟合效果。

四个不同草类的模型,其拟合效果不同。模型的拟合效果可以通过 R 2 反映, R 2 越大,拟合效果越好。各草类估产模型的 R 2 大小不同, R 2 最低的荒漠草原线性模型达到 0.3025 。

最高的草甸草原则达 0.7499 。按照荒漠、沙地、典型、草甸的顺序递增,即模型的估测效果最好的应是草甸草原,其次是典型、沙地和荒漠草原。而总模型的拟合效果( R 2 为 0.56 和 0.54 )则强于荒漠草原和沙地草原,不如典型草原和草甸草原。

由以上结果分析得出,模型的拟合效果优劣与草地分布的均一性、植被覆盖度及 NPP 大小有密切关系。草地分布均一、植被覆盖度高、 NPP 大的草地类型拟合效果好,分布不均一、植被覆盖度小、 NPP 小的效果相对较差。以本文的四种草地类型为例:

( 1 )草甸草原 R 2 最大,线性模型和指数模型均达 0.7 以上,拟合效果最好。其在四种类型中,是分布最均一、植被覆盖度最高、 NPP 最大的类型。

( 2 )典型草原 R 2 达 0.59 和 0.63 ,拟合较好,而它也是在均一性、植被覆盖度大小及 NPP 大小上仅次于草甸的类型。

( 3 )草甸草原和典型草原分布的均匀性从估产曲线图(图 2 的 C 、 D )可见,其 MODIS_NDVI 与产量的散点图均匀分布在估产曲线附近,偏离不大, MODIS_NDVI 较大处,草产量相应增大,这一点与沙地草原(图 2 的 B )有显著区别。而二者分布在高产量区的散点则远远多于荒漠草原(图 2 的 A )。这就是总体模型的拟合效果介于草甸草原、典型草原和沙地草原、荒漠草原之间的原因。

( 4 )沙地草原 R 2为 0.4 和 0.42 ,拟合效果略次于典型草原,它植被分布不均一,覆盖度比前两者小,但 NPP 较大,由图 2 的 B 可看出其最高产量可超过 800g/m 2 ,甚至高于草甸草原的最大产量,同样可见沙地草原在 NDVI 值 0.45-0.5 之间,草产量明显比其它几类大,明显偏离估产曲线,这都是它空间分布不均匀在草产量上的表现,也是其 R 2 较小的原因。

( 5 )荒漠草原 R 2 为 0.3 和 0.4 ,低于其它三类模型,它的空间分布虽然相对沙地草原均匀,但植被覆盖度小, NPP 小,从图 2 的 A 可看出,其最大产量不超过 250g/m 2 ,远远低于其它三类。不过其 R 可达 0.6 以上。

从模型类型来看,基本上两种模型都能满足监测要求,但拟合度不同,指数模型在荒漠、沙地和典型草原拟合度较高,而草甸草原则是线性模型拟合较好。

表 11-1 各个模型效果分析

草类

线性模型

指数模型

方程

R

R 2

F

α

方程

R

R 2

F

α

荒漠

y=773.27x- 242.31

0.55

0.3026

20.39

0.01

y=0.0236e 19.10x

0.63

0.4004

31.38

0.01

沙地

y= 1229.5x – 389.05

0.64

0.405

32.68

0.01

y=10.818e 5.5596x

0.65

0.4253

35.52

0.01

典型

y = 920.04x - 350.05

0.77

0.5914

69.47

0.01

y=0.7819e 8.874x

0.80

0.6336

83.00

0.01

草甸

y= 1272.1x –542.04

0.87

0.7499

137.9

0.01

y=3.7365e 6.2079x

0.84

0.7087

111.93

0.01

总体

y= 983.78x –333.5

0.75

0.5614

250.85

0.01

y=3.1239e 6.843x

0.73

0.54

227.34

0.01

 

图 11-2 温性荒漠草原( A )、温性沙地典型草原( B )、温性典型草原( C )、
温性草甸草原( D )及总体( E )的估产曲线

 

 
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