爐霍縣生態(tài)環(huán)境遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與分析

李 麗，楊武年，李 胤，蘭明菊

(成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/遙感與 GIS研究所，四川 成都 610059)

生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展是全球可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。生態(tài)監(jiān)測(cè)是運(yùn)用可對(duì)比的方法，在時(shí)間或空間上對(duì)特定地域范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)系統(tǒng)聚合體的類(lèi)型、數(shù)量、結(jié)構(gòu)和功能等方面中的一個(gè)或幾個(gè)要素進(jìn)行定期、系統(tǒng)測(cè)定和觀測(cè)的過(guò)程[1]。由于植被覆蓋較好且土地利用類(lèi)型多樣，所以本研究以2000年和2007年?duì)t霍縣TM圖像為研究資料，借助 ERDASIMAGINE軟件和ArcView、ArcGIS對(duì)遙感圖像進(jìn)行處理和分析，先運(yùn)用 ERDASIMAGINE處理軟件對(duì)遙感圖像進(jìn)行多波段合成、幾何校正等，再在 ArcView和ArcGIS中進(jìn)行圖像的解譯與分類(lèi)，以研究爐霍縣土地利用的變化情況，為更好地保護(hù)生態(tài)環(huán)境提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

爐霍縣位于甘孜藏族自治州中北部，東接道孚縣，西北與甘孜縣相鄰，西南與新龍縣接壤，北面毗鄰色達(dá)縣，東北與阿壩州的壤塘、金川兩縣相鄰;總面積約為5796km2，屬溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季溫暖冬春寒冷，空氣干燥，風(fēng)沙較大，年均氣溫 6.4℃，年日照時(shí)數(shù) 2605h，無(wú)霜期 94d;屬半農(nóng)半牧區(qū)，區(qū)域內(nèi)森林眾多，河流縱橫，野生動(dòng)植物資源豐富。

2 遙感圖像處理與解譯

2.1 數(shù)據(jù)處理

本文選用 LANDSAT/TM數(shù)據(jù)，其中 TM2對(duì)應(yīng)健康植被的綠反射區(qū)，適用于植被的綠反射峰測(cè)量，也適用于水體污染監(jiān)測(cè);TM3是綠色植物強(qiáng)吸收的可見(jiàn)光紅光波段，常用于區(qū)分土壤邊界和地質(zhì)體邊界，受大氣影響小，分辨率較高;TM4用于測(cè)定生物量和監(jiān)測(cè)作物長(zhǎng)勢(shì)、區(qū)分植被類(lèi)型、繪制水體邊界、探測(cè)水中生物的含量和土壤濕度[2]。本研究選取 432波段組合，以反映植物的生長(zhǎng)狀況。

遙感數(shù)據(jù)處理流程:①數(shù)據(jù)的選擇。以 2000年和2007年?duì)t霍縣TM圖像 432波段假彩色影像作為本次研究的數(shù)據(jù)源。②圖像的校正。以 2000年TM圖像為基準(zhǔn)，應(yīng)用二元三次多項(xiàng)式進(jìn)行幾何糾正，將其與 2007年 TM圖像配準(zhǔn)。③圖像的增強(qiáng)。為增強(qiáng)圖像的解譯效果，對(duì)兩個(gè)時(shí)相的圖像進(jìn)行主成分變換的圖像光譜增強(qiáng)處理，得到對(duì)比圖像。④圖像的剪裁。經(jīng)過(guò)幾何校正的遙感圖像包括整個(gè)研究區(qū)范圍，但和研究區(qū)邊界不一致，因此需根據(jù)研究區(qū)邊界線進(jìn)行裁剪，得到和研究區(qū)范圍一致的遙感圖像。⑤圖像的分類(lèi)。在遙感影像預(yù)處理的基礎(chǔ)上，根據(jù)研究區(qū)的地形地貌等特征，采用監(jiān)督分類(lèi)的方法將圖像中土地利用類(lèi)型分為有林地、天然草地、灌木林地、疏林地等。

2.2 解譯與分類(lèi)

遙感影像解譯采用人機(jī)交互的方法，選用監(jiān)督分類(lèi)法獲取地物信息。由于遙感圖像的異物同譜現(xiàn)象以及受人為因素干擾，使用監(jiān)督分類(lèi)法會(huì)將圖像上信息顏色相似但類(lèi)型不一致的兩種地物歸為同一類(lèi)，為提高解譯精度需進(jìn)行分類(lèi)后處理，即根據(jù)影像特征重新歸類(lèi)。根據(jù)陸地衛(wèi)星TM假彩色圖像土地資源信息提取標(biāo)志，以及人工目視解譯可視度將2000年?duì)t霍縣土地利用類(lèi)型分為13種，分別為耕地、有林地、灌木林地、疏林地、湖泊、冰川積雪、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民用地、裸巖、天然草地、人工草地、跡地及特殊用地，2007年又新增一種土地利用類(lèi)型——園地。

3 生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果分析

3.1 歸一化植被指數(shù)提取

植被指數(shù)是從多光譜遙感數(shù)據(jù)中提取的有關(guān)地球表面植被狀況的定量數(shù)值，通常是采用紅波段(R)和近紅外波段(IR)數(shù)值，通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算進(jìn)行線性或非線性組合得到的計(jì)算值[3]，常用的植被指數(shù)有比值植被指數(shù)(IRV)、差值植被指數(shù)(IDV)、歸一化植被指數(shù)(NDVI)等[4]。以歸一化植被指數(shù)為例，對(duì)于陸地表面主要覆蓋物，云、水、雪在可見(jiàn)光波段相對(duì)于近紅外波段有較高的反射率，其N(xiāo)DVI值為負(fù);巖石在兩波段有相似的反射率，故其 NDVI值接近于0;在有植被覆蓋的情況下，NDVI值為正值，并且隨植被覆蓋度的增大而增大[5]。本文提取了 2000年和2007年的歸一化植被指數(shù)(NDVI)，2000年的歸一化植被指數(shù)取值范圍為-0.55～0.23，2007年的取值范圍為-0.19～0.21。從 2000年到2007年，爐霍縣的 NDVI值呈減小趨勢(shì)，植被覆蓋度降低在很大程度上是因?yàn)榱值孛娣e減少導(dǎo)致的。

3.2 生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果

對(duì)研究區(qū)內(nèi)各土地利用類(lèi)型屬性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在 ArcView軟件下通過(guò)屬性表觀察土地利用類(lèi)型的變化，并計(jì)算其面積變化情況，具體步驟為:在 ArcView軟件中加載所需數(shù)據(jù)，對(duì)屬性表進(jìn)行編輯，選擇屬性表中用于計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn) field(選擇圖像的 Area)，再應(yīng)用summarize命令進(jìn)行指數(shù)的計(jì)算，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果用表格表示。

根據(jù)遙感解譯結(jié)果，分別統(tǒng)計(jì)了 2000、2007年研究區(qū)土地利用類(lèi)型變化情況，見(jiàn)表1。由表1知，2000—2007年?duì)t霍縣有林地、疏林地、耕地、裸巖、冰川積雪、跡地面積有所減少，灌木林地、天然草地、人工草地、湖泊、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民用地和特殊用地面積有所增加，其中疏林地、耕地和跡地、裸巖減少明顯，城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民用地增加突出。

表1 2000、2007年?duì)t霍縣土地利用類(lèi)型變化統(tǒng)計(jì)

(1)林業(yè)用地包括有林地、疏林地和灌木林地。相比 2000年，2007年研究區(qū)林地面積有所減少，其中有林地面積由1712.8732km2減少為1471.9835km2，疏林地面積由32.5756km2減少為11.8004km2，有林地和疏林地面積減少在很大程度上是不合理的人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致的，包括無(wú)序砍伐森林、人口過(guò)度增長(zhǎng)、生態(tài)環(huán)境退化以及農(nóng)業(yè)用林增加等;灌木林地面積由 730.8207km2增加為1047.2353km2，灌木林地面積增加說(shuō)明近年來(lái)通過(guò)加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)、開(kāi)展植樹(shù)造林，研究區(qū)生態(tài)建設(shè)取得了一定成效。

(2)2000年研究區(qū)耕地面積為478.3202km2，2007年為328.3872km2，耕地面積明顯減少。分析其原因，一方面由于實(shí)施了退耕還林還草工程，使部分耕地轉(zhuǎn)化為草地;另一方面隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口數(shù)量增加對(duì)住房、交通、休閑用地需求持續(xù)走高，使大量耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。

(3)2000—2007年草地面積明顯增加，其中天然草地由2427.9357km2增加到2695.6392km2，人工草地由12.7920km2增加到16.9127km2。草地面積的增加與退耕還草措施的實(shí)施是分不開(kāi)的，8年來(lái)共增加約 272km2，并且很大部分是由跡地轉(zhuǎn)化而來(lái)的。跡地面積減少、草地面積增加，體現(xiàn)出研究區(qū)生態(tài)環(huán)境得到了改善。

(4)2000—2007年裸巖和跡地面積明顯減少，其中裸巖由300.6910km2減少到163.6535km2，跡地由 87.0211km2減少到1.2872km2。這是因?yàn)殡S著生態(tài)環(huán)境和自然條件的改善，原來(lái)的跡地和裸巖地逐漸轉(zhuǎn)換為草地或灌木林地。

(5)新增土地類(lèi)型——園地。2000年研究區(qū)內(nèi)基本沒(méi)有園地，而在 2007年遙感影像上園地面積已占有相當(dāng)大的比例，達(dá)到37.7267km2。新增園地土地利用類(lèi)型體現(xiàn)了研究區(qū)重視生態(tài)環(huán)境的平衡發(fā)展和保持生態(tài)系統(tǒng)的多樣性，使環(huán)境狀況得到了改善。

值得注意的是，上述分析結(jié)果是基于不同時(shí)相遙感影像做出的粗略歸納，其中最大的誤差來(lái)源是并不完全一致的時(shí)相，2000年 TM圖像成像時(shí)間是 4月份，而 2007年 TM圖像是 7月份。另外，在圖像處理過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)幾何校正及監(jiān)督分類(lèi)誤差等，例如幾何校正中部分控制點(diǎn)的選取坐標(biāo)差距較遠(yuǎn)，監(jiān)督分類(lèi)中分類(lèi)像元的提取、圖像解譯判斷誤差，圖像波段組合的顏色解譯誤差等。上述眾多因素都直接影響了最后的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，會(huì)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)產(chǎn)生偏差。

4 結(jié) 語(yǔ)

影響生態(tài)環(huán)境變化的因素分為自然環(huán)境因子和社會(huì)人文因子。自然環(huán)境因子方面，氣候、地形、地貌、植被等的變化都會(huì)直接影響地區(qū)生態(tài)環(huán)境變化。社會(huì)人文因子方面:①社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子。改革開(kāi)放以來(lái)，經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展不僅通過(guò)人口增加、產(chǎn)業(yè)集中、地域擴(kuò)展占用土地，而且通過(guò)生活方式和價(jià)值觀念的轉(zhuǎn)變，改變了原來(lái)的土地利用結(jié)構(gòu)[6]，表現(xiàn)在農(nóng)用地(耕地)比例下降、非農(nóng)用地(城鎮(zhèn)用地和農(nóng)村居民用地)比例上升。②人口因子。人口的數(shù)量、分布、結(jié)構(gòu)、素質(zhì)和遷移等都會(huì)影響土地利用和生態(tài)環(huán)境的變化。③政府政策因子。國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視和公民環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，以及為合理利用土地資源、增加林草植被、維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全制定的退耕還林還草政策及相應(yīng)的補(bǔ)助政策等，都會(huì)對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生重要影響。因此，為改善爐霍縣生態(tài)環(huán)境，需要完善保護(hù)環(huán)境的相關(guān)法規(guī)、政策，采取科學(xué)合理的管理措施，減少經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)環(huán)境的不良影響;保持區(qū)域生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性和多樣性，減輕對(duì)生物多樣性的破壞;宣傳生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要意義，提高人們的環(huán)境保護(hù)意識(shí)。

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