基于高光谱分析的罗布泊盐壳古气候演化

论文摘要

1972年在美国Landsat-1卫星的影像上发现罗布泊“大耳朵”的奇特地貌,其形成原因引起了专家学者的广泛关注。罗布泊湖盆的涨退过程形成的各种沉积矿物是古气候信息的载体,独特的盐壳地貌记录了湖水消长过程。研究沉积矿物与盐壳对解释耳纹成因,揭示干旱区环境变迁具有重要意义。本文基于无人机获取的高光谱数据,利用光谱解混技术,结合野外实地科考与实验室参数测量的结果,通过建立盐壳沉积矿物的光谱反演模型,研究亮暗纹理区的沉积矿物组分和分布规律,可对“大耳朵”形成的根本原因定性和定量分析;同时利用无人机正射影像图、地表反射率值综合研究了亮暗纹理的盐壳微地貌、化学组分、影像特征等,分析了纹理形成的表观原因和微观原因。最后探讨了其中蕴含的气候环境意义。论文的研究结果,不仅促进了无人机高光谱遥感技术在干旱区探测的应用和发展,而且从盐壳的本质属性上研究了“大耳朵”成因,加深了罗布泊地区干旱气候环境演变规律的认识。本文的主要研究结果如下:（1）首次使用无人机高光谱遥感技术采集了“大耳朵”典型亮暗纹理区的光谱数据。基于高光谱解混技术,重点研究了线性解混模型—SUnSAL解混方法。建立矿物光谱反演模型,结果表明:SUnSAL解混模型输出结果的原始残差（res-p）精度小于0.008,能较好地反演罗布泊湖盆沉积物组分特征和丰度分布规律,进入到亚像元级别分析地表复杂的沉积物反射机制。（2）沉积物在亮、暗盐壳的化学组分与含量有明显差异,典型纹理区的粘土矿物、碳酸盐矿物、冷暖相矿物的相对光谱信息量在水平范围内呈波动性变化。伊蒙混层与绿泥石的光谱信息量波动呈负相关,冷、暖相矿物的光谱信息量呈负相关。影像纹理与其沉积物组分有本质的联系,这为古气候环境的综合探讨提供了客观直接的证据。（3）亮、暗纹理的盐壳微地貌形态处于不同发育阶段,对盐壳反射率作对比分析,结果显示,不同盐壳类型其光谱反射率、沉积物的组分结构均不同。纹理形成的表观原因是盐壳微地貌形态差异,本质原因是沉积物的成分和相对含量的差异。通过多维度气候载体的互证,发现“大耳朵”形成于暖干、冷湿的季节性气候交替或累年的气候变化事件中。

论文目录

摘要

abstract

1 绪论

1.1 研究背景及选题依据

1.1.1 研究背景

1.1.2 选题依据

1.2 国内外研究现状

1.2.1 罗布泊研究进展

1.2.2 无人机遥感系统应用进展

1.2.3 高光谱解混技术研究及应用

1.2.4 盐湖沉积矿物环境指示意义研究

1.3 研究目的及意义

2 研究区与数据源介绍

2.1 罗布泊区域概况

2.1.1 地理环境

2.1.2 区域地质构造

2.1.3 气候与水文

2.1.4 土壤与盐壳

2.2 罗布泊野外科学考察

2.3 研究区域数据源介绍

2.3.1 高光谱数据

2.3.2 影像数据

2.3.3 气候数据

2.3.4 盐含量数据

本章小结

3 罗布泊盆地沉积矿物的光谱响应机制研究

3.1 高光谱解混技术研究

3.1.1 矿物的光谱吸收机理和特征

3.1.1.1 矿物的光谱吸收机理

3.1.1.2 矿物的光谱吸收特征

3.1.2 变量列分增广拉格朗日稀疏解混算法（SUnSAL）

3.2 基于SUnSAL解混算法的罗布泊盐壳光谱反演

3.2.1 数据预处理

3.2.2 建立端元光谱库

3.2.3 建立光谱反演模型

3.3 罗布泊盆地沉积矿物反演结果分析

3.3.1 粘土矿物反演结果与环境指示意义

3.3.2 碳酸盐矿物反演结果与环境指示意义

3.3.3 冷暖相矿物反演结果与环境指示意义

3.4 验证分析

本章小结

4 罗布泊“耳纹”与沉积矿物的响应关系

4.1 罗布泊“耳纹”的物理形态与化学组分特征分析

4.1.1 “耳纹”盐壳形态分布规律

4.1.2 “耳纹”光谱反射率与光谱信息量关系

4.2 罗布泊“耳纹”特征根本原因分析

4.3 罗布泊“耳纹”特征的古气候信息探讨

本章小结

5 总结及展望

5.1 主要结论和创新点

5.1.1 结论

5.1.2 创新点

5.2 存在问题与展望

5.2.1 存在问题

5.2.2 展望

致谢

参考文献

附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨兰

导师: 余正伟,宫华泽

关键词: 无人机遥感,光谱分解,罗布泊,大耳朵,古气候变化

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 中国地质大学(北京)

基金: 国家自然科学基金项目“罗布泊古湖体涨退痕迹追踪与古气候驱动机制的空间关联项目”,科技部基础性工作专项重点项目“罗布泊地区自然与文化遗产综合科学考察”

分类号: P532

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.001553

总页数: 81

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