基于遥感方法的海子山湖泊群面积变化研究开题报告

 2022-01-01 22:09:25

全文总字数：10155字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1．研究背景、目的及意义
1.1研究背景
1.1.1国内外研究现状
社会经济的快速发展，引起各种环境气候问题。

政府间气候变化专门委员会（ipcc）在第五次评估报告（ar5）中指出，1880至2012年，全球平均地表温度升高了0.85℃，全球气候变暖导致了冰川及冰盖消融、海平面上升等一系列问题[1]。

近年来，环境气候研究以全球性气候变化为核心，在环境影响，气候变化，气候预测等领域取得许多卓有成效的研究结果[2-3]。

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2. 研究的基本内容与方案

2．研究基本内容、目标、技术方案及措施
2.1研究目标
本研究以海子山湖泊群为研究对象，研究高原上的湖泊群在长时间尺度之中湖泊的变化特征，并利用遥感影像数据，提取研究区内不同时期的湖泊信息，从时间、空间尺度上分析湖泊群面积变化的阶段性特征和年内变化特征；并利用周边的相关气象气候数据，结合降水，气温等对其湖泊面积的动态变化进行研究分析，揭示影响高原湖泊群变化的自然及人文等因素。
2.2研究基本内容
2.2.1不同年度的湖泊面积变化规律
本部分是通过研究1994-2018年，跨度25年的遥感数据，探究25年来海子山自然保护区内主要湖泊面积的变化规律。此部分利用3S技术，在ArcGIS、ENVI等软件上进行相关的遥感数据处理分析。对获取的遥感数据进行镶嵌，裁剪，矢量化等操作，裁剪出海子山保护区的历年遥感影像。海子山上湖泊众多，地形条件复杂，且获取的遥感影像由于技术及设备的原因，无法完全避免云层及地面反射的影响，导致利用软件对遥感影像进行精度较高的水体解译难以完成，因此选取海子山地区内地形较平整的地区进行研究。海子山的湖泊分布呈现长条形，因此选择适合的上中下三个区域，湖泊较为集中的区域进行目视解译，通过人工目视解译出70个左右的湖泊，在2018年遥感影像数据上选择湖泊面积大于0.09km2的湖泊作为研究的湖泊对象，0.09km2的选择是基于地理云平台上Landsat数据的获取精度为30m，为保证实验的可靠性与可实行性，选择100个分辨率（10*10）以上，即面积大于0.09km2的湖泊进行研究分析。通过对比25年来解译出的湖泊信息，对比湖泊面积的变化以及湖泊的消失和新增，找出1994-2018年海子山自然保护区内的湖泊动态变化规律。
2.2.2同年不同季节的湖泊面积变化规律。
第一个研究方面是探究长时间尺度下的湖泊面积变化规律，第二个研究方面着眼于年内的湖泊变化规律，即对比冬季（12、1、2月）与夏季（6、7、8）月的湖泊变化。在此研究目的下，湖泊的提取要更为精确与细致，为了可操作性，因此选取上个研究方面内确定的处于中部的研究区域，人工目视解译面积大于0.01km2的湖泊。0.01km2代表16（4*4）个分辨率，既保留了目视解译的精确度，也极大程度上的保留了区域内所有的湖泊信息，提高了实验的可信度。从地理云平台上获取2017年夏季及冬季的遥感数据，同样通过ArcGIS、ENVI等软件的操作提取特定区域内海子山的湖泊信息，通过对比提取的湖泊面积信息，进行年内的湖泊变化动态研究。
2.2.3影响湖泊动态的自然和人文因素
基于以上两个研究内容，开展第三个研究方面——探寻影响湖泊变化的内在因素。影响湖泊变化的因素，可大尺度分为自然与人文因素，在可获取的数据条件下，再具体细分自然和人文因素，其中气候因素可分为气温、降水量、空气湿度、蒸发度等，人文因素可研究土地覆盖类型变化、人口密度等内容。此研究可通过海子山自然保护区周边的监测站点提供的气象气候数据，以及通过考察相关文献等手段获取海子山地区的自然与人文的变化与发展，结合上述两个研究内容的研究结果，即海子山湖泊的动态变化规律。通过研究分析得出的海子山湖泊变化规律对比相应年际的气候环境以及人文特征，分析影响湖泊变化的内在因素。
2.2.4研究创新点
（1）此研究着眼于海子山地区的高原湖泊区，利用最新的遥感影像数据与实地监测的气候气象资料，经过处理分析将得到海子山地区最新的湖泊信息。
（2）通过对海子山地区湖泊群的研究，从湖泊较长时间变化与年内变化两个尺度入手，得到湖泊变化规律，明确自然、人文因素与海子山高原湖泊群变化的内在联系。
2.3研究方案与数据
2.3.1数据来源
该课题的整个数据主要为遥感数据、气象气候数据以及文献资料。
（1）遥感数据可从地理云数据平台上获取[ 地理云数据平台：http://www.gscloud.cn/]，地理云平台的数据众多，可下载的数据选择多。在地理云平台上主要选择Landsat数据进行下载，利用海子山的经纬度数据确定遥感数据条带数，筛选可下载并且云层遮盖少的数据作为研究数据。在时间节点上，选择夏季（6、7、8月）和冬季（12、1、2月）两个时间区度内各选择数据进行下载。
（2）气象气候数据由海子山地区周边台站提供，中科院南京湖泊研究所在海子山自然保护区周边范围内设置了相应的监测站点，研究院可提供相应的气象气候数据用于此次的课题研究。
（3）相关文献资料可查阅网络资源，以及主要记述论文。在知网、万方等官方网站可查询。在网站上筛选湖泊变化、湖泊与气候响应、海子山湖泊等关键信息，从数据资料上学习湖泊变化研究方法以及考察湖泊变化的有关因素，还能从文献中收集一定的海子山人文变化数据。
2.3.2技术方案
此次研究是为了探寻海子山地区的湖泊变化规律，并找到湖泊变化的内在原因。主要通过以下方式和步骤进行研究分析：
（1）确定研究区域：在研究对象为海子山自然保护区的背景基础下，考虑到海子山地形条件较复杂，湖泊分布广泛而零散，遥感数据也存在精度不足，难以解译的问题。因此，要对海子山地区全部的湖泊进行边界提取与分析是难以实现的。在进行年际湖泊变化研究时，选择面积大于0.09km2的湖泊，是考虑到海子山地区面积大于0.09km2湖泊数量众多且面积总和占所有湖泊面积的绝大部分，因此可用来代表此年度的湖泊信息。而在研究年内的湖泊变化规律时，选择的是面积大于0.01km2的湖泊，也是基于实验的可行性，并且考虑到年内夏冬季的差别主要在于自然气候的变化，即气温，蒸发等条件的变化，且小型湖泊在高气温和高蒸发的情况可能存在消失的情况，研究年内变化时在海子山的特定区域内选择面积更为微小的湖泊进行分析。
（2）获取研究数据：确定研究对象后，则按照此报告的2.3.1论述，进行研究数据的收集与整理。
（3）技术处理：第一步获取的研究数据为各年度的遥感数据，先在ENVI软件上对遥感数据进行波段融合、影像镶嵌处理后，在ArcGIS中利用地理配准、矢量化、掩膜提取等操作裁剪出各年度的海子山边界影像数据，缩小遥感数据边界，可以优化加快后续的数据处理。在提取的遥感数据上新建矢量图层，将每年的各个湖泊边界矢量为面图层，在新建的图层中可查看图层属性，能够得到各个湖泊的面积信息，在ArcGIS中可直接导出信息数据表。在Excel中对比1994-2018年的湖泊信息，制作图表，发现湖泊变化规律。得出湖泊变化规律后，结合监测站点提供的气象气候资料以及查阅的相关文献资料，制作各方面的发展规律图，与海子山湖泊变化的规律图进行对比分析，以期找到影响海子山湖泊群变化的原因。
（4）结果展示：此研究的结果陈述主要以图表形式呈现，以湖泊面积分布、湖泊变化分布图、湖泊变化规律图，气候变化规律图，年际湖泊面积变化对比表等内容进行研究成果阐述的佐证，以精准、详细、直接的方式展现研究结论。

2.3.3技术路线图

图见附件

3. 研究计划与安排

3．进度安排
第一阶段：确定研究课题日起-3月25号
（1）查阅相关文献资料:从中国知网、万方数据等渠道获取湖泊研究相关的论文、期刊等相关文献，主要查阅包括国内外通过遥感或3s技术研究湖泊变化的具体实施方式与技术路线，确定研究课题的可实施性与重要性。

（2）开展初步调研：初步调研主要是在网络上找寻海子山的地图数据，从地理云等平台下载遥感数据，从可获取的数据之中确定研究研究范围与研究年限，并尝试与熟悉arcgis、envi等有关技术软件的操作。

（3）完成研究设计与开题报告：此阶段确定研究思路与方案，向老师及学校提交研究方案设计与课题研究开题报告。

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4. 参考文献（不低于12篇）

4．参考文献
[1]梅泽宇.气候变化条件下可可西里湖泊群变化特征研究[d].武汉:长江科学院,2019:1-55.

[2]张振瑜.基于遥感的巴丹吉林沙漠湖泊面积变化及其影响因素研究[d].兰州:兰州大学,2014:1-50.

[3]张浩然.基于遥感的呼伦湖动态变化及其驱动力分析[d].呼和浩特:内蒙古大学,2016:1-32.

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