[发明专利]一种区域栅格累加土地沙漠化预警方法

说明书

技术领域

本发明属于资源开发与生态环境保护领域。是一种利用遥感影像数据监测沙漠化的区域变化及对其监测结果进行综合预警的新方法。

背景技术

土地沙漠化是指气候变化和人类活动所致干旱、半干旱以及部分半湿润地区，出现以风沙活动为主要标志的土地退化，是当前世界最严重的资源与生态环境问题之一。其主要危害表现为土壤风蚀、沙埋和固定沙丘活化。目前，全球有100多个国家和地区不同程度地受到土地沙漠化危害，9亿多人口受到沙漠化影响，每年有60×10³km²的土地演变成沙漠，全球每年由于土地沙漠化造成的直接经济损失达423×10⁸美元。我国也是受土地沙漠化危害十分严重的国家之一，每年因土地沙漠化造成的直接经济损失高达540×10⁸元。

目前，国内外就土地沙漠化成因、土地沙漠化过程进行了大量广泛研究，同时也取得了丰富的研究成果。已有的研究成果表明土地沙漠化形成是多种因素综合的结果，其既有自然因素又有人为因素，自然因素包括风速、温度、降雨量、蒸发量、土壤质地、植被类型、地形、地貌、地下水位、地下水质等因素；人为因素有如人口数量、人口质量、牲畜数量、土地利用结构、经济发展水平、社会发展状态等因素。土地沙漠化成因也十分复杂。不同时间、不同地域影响土地沙漠化的主要因素存在很大差异，有时自然因素占主导地位，有时人为因素占主导地位，且影响因素与沙漠化的定量关系异常复杂。到目前为止，大部分影响因素与土地沙漠化的定性关系已经明确，但具体的定量关系则一直未能揭示。目前的沙漠化成因系统还处于灰色系统状态，需要进一步研究。

土地沙漠化过程研究主要是对土地沙漠进行监测，并根据监测数据对沙漠化过程进行分析。目前，对沙漠化的监测主要是基于两个方面来进行，一是基于沙漠化成因基础上的因素监测；二是基于沙漠化状态的遥感监测。沙漠化成因要素较多，且监测指标具有很强的通用性，因此一般由相应的部门来完成，比如风速、风向、降雨量、温度等气象要素由气象部门监测；河道水量、水位以及水的利用分配则由水利部门来监测；社会经济状况由统计部门来监测。沙漠化状态遥感监测一般基于遥感技术和地理信息系统技术来进行监测。其利用遥感数据和图像信息提取技术对不同时期的土地沙漠化程度信息进行提取，实现不同时期的沙漠化遥感监测。最后在监测信息的基础上，运用GIS技术构建土地沙漠化的地理信息系统，并利用相应的分析模型探讨土地沙漠化动态变化及其变化原因。

土地沙漠化的预警方面，目前国内外也进行了一定的研究。土地沙漠化预警方法主要有指标预警法、统计预警法和模型预警法。指标预警法是基于沙漠化成因指标而构建的预警方法，该方法简单、实用，如董玉祥（1995）提出的沙漠化程度综合评价模型，王均厚（2000）创建的区域土地沙漠化现状预警模型，张东（2005）以植被、气候、土壤和社会经济四个方面指标构建的浑善达克地区沙漠化预警指标体系，以及刘敦利（2010）建立的栅格指标预警模型等都属于此类预警模型。统计预警法主要通过统计方法来发现沙漠化状态的波动规律，根据波动规律进行沙漠化预警，目前研究的较少。模型预警法是根据沙漠化的形成机制以及其相关指标构建预警模型，然后根据沙漠化指标和预警模型进行预警。沙漠化的预警模型主要有：层次分析法模型、系统动力学模型、元胞自动机模型、神经网络模型、荒漠化危害预警模型等。例如丁火平(2002)、陈建平（2004）基于GIS和元胞自动机构建荒漠化演化预测模型；王忠静（2004）以生产力为基础构建了生产潜力预警模型；李海龙（2006）在风沙扩散原理的基础上构建了风沙扩散阻力模型等。

从现有的研究看，土地沙漠化的监测和预警已经进行了大量的研究，并取得一定的成果，但是目前的土地沙漠化的监测和预警还不能满足现实的需求，还需要进一步的改进。

首先，因土地沙漠化成因复杂，且各成因指标与土地沙漠化之间的定量关系不明确，这使得采用成因指标监测沙漠化的方式存在一定的缺性。其不能通过成因指标的监测确切地了解沙漠进程和沙漠化状态，也不能通过成因指标确切地对沙漠化进行预警，只能定性地了解沙漠化所处的风险状态，这样使大大的局限了土地沙漠化监测指标的使用。