基于遥感观测参数的涠洲岛活珊瑚覆盖率变化过程与趋势的建模分析

论文摘要

珊瑚礁是海洋中生物多样性最高的生态系统,被称为海洋中的热带雨林,因此对海洋生物资源和多样性的维持具有特殊的价值。但受到人类活动和气候变化等因素的影响,全球珊瑚礁的生存受到了极大威胁。因此,在进行珊瑚礁资源开发与利用的同时有必要对其进行合理的管理与保护,而保护的前提是建立在对珊瑚礁生态的全面了解之上。相对于人类到现场进行实地考察和评估,其中遥感是可以用来对珊瑚礁生态系统的健康状况进行预警与监测的潜在技术,特别是针对大面积、远海的珊瑚礁。但我国利用遥感技术开展珊瑚礁生态系统健康状况的监测并不多。本文以发育了珊瑚礁的北部湾涠洲岛为研究区域,结合文献所记载的活珊瑚覆盖率（Live coral cover,LCC）资料,利用MODIS 2003～2015年遥感观测获取的环境参数,即叶绿素a浓度（Chl-a）、海表温度（SST）和光合有效辐射（PAR）,来探讨LCC与环境参数之间的关系:首先计算出每个环境参数3～10个月的移动平均值,并用皮尔逊相关系数计算、探讨得到与LCC变化相关性最大的最佳相关环境参数值（统计量）和最佳响应滞后时间,接着用最佳相关环境参数值和LCC分别进行回归以便定量描述LCC受环境参数值的影响,然后再综合考虑LCC受环境参数值影响的情况,并考虑环境参数值之间、前后不同年份的LCC之间可能存在的自相关性,利用主成分分析法消除这些自相关之后,再利用非线性约束优化方法来估计LCC与环境参数值关系的经验模型,最后据此再对涠洲岛活珊瑚覆盖率未来的变化过程与趋势进行模拟、探讨。（1）通过计算环境参数移动平均值与LCC的皮尔逊相关系数,得到了最佳相关环境参数值和Chl-a,SST和PAR与涠洲岛LCC变化相关性最大的响应滞后时间,分别是前两年五月下旬至九月下旬的Chl-a,前一年四月上旬至七月上旬的SST和前两年五月中旬至八月中旬的PAR。根据回归分析结果推测,通过计算得到的最佳相关环境参数值（Chl-a,SST和PAR）对涠洲岛不同研究点的活珊瑚覆盖率变化具有相似的影响（即不同环境参数与活珊瑚覆盖率的回归方程系数差别不大）。（2）按照环境参数与活珊瑚覆盖率变化建模的结果,Chl-a对LCC变化的负影响最大（系数为-0.10904）,SST的负影响较小仅仅是Chl-a的一半（系数为-0.06162）,而PAR对LCC变化有较小的正影响（系数为0.01358）。即对位于相对高纬度的涠洲岛珊瑚礁而言,SST也许并非是活珊瑚覆盖率减少的最主要原因,人类活动等所导致的海水富营养化（Chl-a可以一定程度上对水体富营养化进行指示）可能才是主要因素;此外,PAR系数绝对值较小的原因可能是由于PAR在促进珊瑚生长的同时还能促进与其存在竞争关系的海藻的生长,导致正负影响两相抵消。（3）为了验证模型的有效性,本研究使用留一交叉验证法（Leave-one-out,LOO）进行验证,得到的平均绝对误差、平均相对误差、均方根误差和最大误差分别是0.093、12.9%、0.151和0.237。根据建立的涠洲岛LCC变化模型,我们对涠洲岛未来LCC的变化趋势进行模拟,结果表明:涠洲岛在保持现有环境不变的条件下,其LCC会稳定在13%左右,说明现有环境参数对珊瑚生长造成的压力也许不足以让LCC减少至零;而在SST持续升高的条件下（140年波动增长约1.5℃,不考虑Chl-a和PAR的变化,也不考虑其他极端环境条件）,涠洲岛的珊瑚有可能会在2140年左右减小到较低水平。换而言之,我们的分析认为在全球气候持续变暖、SST持续升高的条件下,即使是被认为位于“珊瑚避难所”的涠洲岛,其珊瑚仍有可能会因全球变暖而极大地减少;但根据其他相比于非“珊瑚避难所”区域,这个时间至少能推迟40～110年。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张惠雅

导师: 余克服

关键词: 活珊瑚覆盖率,遥感,环境参数,模拟分析,涠洲岛

来源: 广西大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学

单位: 广西大学

基金: 国家自然科学基金(91428203,41766007),广西科技计划项目(AD17129063 ),广西创新驱动发展专项(AA17204074)

分类号: P237

总页数: 71

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