基于遥感技术的全国生态系统分类体系

第35卷第2期2015年1月生态学报ACTAECOLOGICASINICAVol.35,No.2Jan.,2015基金项目:全国生态系统质量,服务功能,生态问题,胁迫十年变化调查与综合评估(STSN鄄04鄄00);全国生态环境长期跟踪遥感调查(KFJ鄄EW鄄ZY鄄004)收稿日期:2014鄄07鄄28;摇摇修订日期:2014鄄11鄄02*通讯作者Correspondingauthor.E鄄mail:[e-mail]:10.5846/stxb201407281527欧阳志云,张路,吴炳方,李晓松,徐卫华,肖燚,郑华.基于遥感技术的全国生态系统分类体系.生态学报,2015,35(2):219鄄226.OuyangZY,ZhangL,WuBF,LiXS,XuWH,XiaoY,ZhengH.AnecosystemclassificationsystembasedonremotesensorinformationinChina.ActaEcologicaSinica,2015,35(2):219鄄226.基于遥感技术的全国生态系统分类体系欧阳志云1,*,张摇路1,吴炳方2,李晓松2,徐卫华1,肖摇燚1,郑摇华11中国科学院生态环境研究中心,城市与区域生态国家重点实验室,北京摇1000852中国科学院遥感与数字地球研究所,北京摇100101摘要:随着遥感技术的发展,以遥感数据作为生态系统监测与评价的基础已成为宏观生态学研究的重要手段。遥感数据要求每一数据集都要有相应的地物分类体系与之匹配,这也造成不同遥感数据及分类体系之间相互独立。虽然体系间多有联系和相似之处,但不同数据集的分类体系难以直接使用或替换,制约了多元数据在生态系统评价中的使用效果。为尝试解决这一问题,提高多源遥感数据的使用效率,提出了一套基于中分辨率遥感数据的生态系统分类体系。这套体系共有9个一级类、21个二级类、46个三级类,该体系主要依据类别内生态系统特征的相似性,并考虑了气候、地形等因素。最后以海南岛、内蒙古和甘肃3个省为例,探讨了以遥感数据为基础的区域生态系统构成分析方法与应用效果。研究表明,该分类体系有较好的生态学依据,可以支持更加深入的生态系统评估。但分类体系中还存在遥感数据与生态因子数据尺度不匹配、不能满足小尺度研究中对三级类进一步细分的要求以及当前数据质量和模拟技术不足以完全支持植被覆盖率反演精度要求等问题。关键词:遥感技术;分类体系;生态系统评价AnecosystemclassificationsystembasedonremotesensorinformationinChinaOUYANGZhiyun1,*,ZHANGLu1,WUBingfang2,LIXiaosong2,XUWeihua1,XIAOYi1,ZHENGHua11StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco鄄EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China2TheInstituteofRemoteSensingandDigitalEarth(RADI),ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,ChinaAbstract:Remotesensingtechnologyisincreasinglyusedinmappingandmonitoringecosystemsaswellasprovidinginputdatasetsforanalysisofecosystemfunctionsordynamics.Asasourceofinformationonecosystemclassificationandevaluation,remotesensordataisparticularlyimportantatthescaleofthelandscape,wherehasfewfielddata.However,eachtypeofremotesensingimageoftendevelopedanindependentclassificationsystemtosatisfytheneedsofthemajorityofusers,guidelinesofcriteriaforcertainutility.Althoughtherearemanysimilaritiesexistindifferentsystems,itishardlybecomparableorinterchangeableingeneralcases.Thereis,infact,nologicalreasontoexpectthatonedetailedecosysteminventoryshouldbeadequateformulti鄄sourcesremotesensingdata.Butanecosystemcategorizationsystemthattakeswholeconsiderationofremotesensinginformation,ecologicalfactorsandtypeordegreeofhumaninterventionisabletoimprovetheefficiencyofecosystemanalysisusingdifferentsatelliteimagery.Aimatthisobjective,thispapercompiledaecosystemclassificationsysteminChinabasedonmedium鄄resolutionremotesensordata.Thesystemincludes9types,includingforest,shrubland,grassland,wetland,cropland,urbanland,desert,glacier/firn,bareland,inthefirstlevelcategories,21subordinatetypesinthesecondlevelcategoriesand46typesinthethirdlevelcategories.Onthebaseof38thirdlevel:remotesensing;ecosystemevaluation;ecosystemclassification遥感技术与遥感数据在区域生态评价中得到越来越广泛的应用,已成为区域生态评价不可缺少的技术手段和数据来源。但如何应用遥感数据进行生态系统分类一直是区域生态系统监测与生态评价的基础问题。不同的研究目的、研究区域与研究对象,通常建立不同的分类体系。这些各具特色的分类体系虽然有利于特定的研究目的,但制约了分类数据的共享与区域生态评价结果的可比性。以遥感数据为基础建立的土地分类系统最早于1976年由美国地质调查局(USGS)建立,该系统以美国资源卫星Landsat1所获取的遥感数据为基础,将地物划分为9个一级类、37个二级类以及可根据数据精度和研究目标灵活扩展的三级、四级类。但实际上能够直接为当时遥感卫星数据直接解译的仅为一级类[1]。随着遥感数据分辨率的提高,不同的国家和机构提出了以不同遥感数据为基础的土地分类系统,如美国国家土地覆被数据(NLCD)以Landsat5遥感数据为基础的分类系统[2],欧洲环境信息协作计划(CORINE)以SPOT遥感数据为基础的分类系统[3],国际地圈—生物圈计划(IGBP)AVHRR遥感数据及其附属产品的分类系统[4]等。为了推动遥感生态分类数据的共享,1998年国际粮农组织(FAO)提出了一套基于二叉树分类规则的分类系统,该系统灵活性强,能够适应不同区域和不同尺度的需要,也对此后的分类系统的建立有深远的影响[5]。为适应我国土地覆盖类型特征,多个机构也提出了适用于我国的分类系统[6鄄8],但侧重点多在于土地覆盖类型与土地利用方式的划分,土地覆被所表达的信息是地表物质组成的综合体,包括覆盖物的物质组成、结构、排列等,这些特征是因物质的存在而存在,土地覆被是阶段性自然环境影响与人类活动共同作用产生的结果。自然环境属性包括地形(高程、坡度、坡向等)、地貌、气候等,它是土地覆被的背景,但对土地覆被变化和演化产生影响。而适用于生态系统评估的分类体系需要充分考虑自然环境参量的差异,这些参量不仅反映土地覆被现状,而且对生态系统的碳、氮等物质循环的机制、变化速率、潜力产生重要影响。从内部与外部不同侧面表达土地覆被的构成和生态特征,有利于充分利用下垫面信息,并作为输入参数开展进一步的生态系统评估研究。但生态参量的获得通常以长期生态监测数据为基础,这就造成了当前的土地覆盖分类体系对生态系统参数反应不足,难以直接用于全国生态系统调查与评价。因此,根据全国生态系统调查与评价的需要、充分利用我国生态系统长期研究成果,本文借鉴国际上和我国相关研究成果,探讨了建立基于中分辨率遥感数据的我国生态系统分类体系。并以甘肃、内蒙古东部和海南三个我国典型地区为例,分析了该分类系统的应用方法与问题,以期为全国生态系统评估提供统一的数据体系参考。1摇分类体系根据遥感数据的光谱特征,结合植被覆盖度与生态系统植物群落构成特征,以全国遥感土地覆盖分类系统为基础[9],将生态系统进行3级分类,I级分为9类,II级分为21类,III级分为46类(表1)。划分过程中首先根据遥感信息提取植被覆盖和非植被覆盖区作为基础信息。对于植被覆盖区,根据植被生活型划分为乔木、灌木和草本覆盖,构成森林、灌丛和草地三个一级生态系统。森林和灌丛中覆盖度低于20%的生态系统与同类型种类在能量代谢、物质循环和生态系统功能上都有很大差别,因此分别划分为稀疏林和稀疏灌丛。乔木绿地和灌木绿地,乔木园地和灌木园地在空间分布、立地条件和人类干预方式上都与自022摇生摇态摇学摇报摇摇摇35卷摇然的森林和灌丛生态系统有较大区别,而与城镇和农田更为相似,因此分别划分为城镇生态系统中的城市绿地和农田生态系统中的园地两个类型。草地与森林和灌丛生态系统不同,