遼寧省海岸帶土地覆蓋現(xiàn)狀初探＊

衛(wèi)亞星,王莉雯

(1.遼寧師范大學(xué)海洋經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展研究中心 大連 116029;2.遼寧師范大學(xué)自然地理與空間信息科學(xué)遼寧省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室大連 116029;3.遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院 大連 116029)

遼寧省海岸帶土地覆蓋現(xiàn)狀初探＊

衛(wèi)亞星1,2,3,王莉雯1,2,3

(1.遼寧師范大學(xué)海洋經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展研究中心 大連 116029;2.遼寧師范大學(xué)自然地理與空間信息科學(xué)遼寧省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室大連 116029;3.遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院 大連 116029)

文章選擇遼寧省海岸帶的代表性區(qū)域盤(pán)錦市作為研究區(qū),利用盤(pán)錦市2008年全年的MOD ISNDV I 1km時(shí)序數(shù)據(jù),采用重點(diǎn)突出濕地的遙感分類(lèi)方法,將盤(pán)錦市土地覆蓋類(lèi)型分為六大類(lèi):濕地、耕地、城市、草地、林地和未利用土地。從每隔16 d合成的優(yōu)化過(guò)的NDV I圖像上,通過(guò)分析物候變化,獲得了較好的分類(lèi)效果。研究結(jié)果表明盤(pán)錦市濕地面積是1 587km2,占總土地面積的45%。人類(lèi)近幾十年的開(kāi)發(fā)活動(dòng)已經(jīng)改變了濕地的原貌,破壞了原來(lái)的水生生態(tài)系統(tǒng),保護(hù)有限的濕地資源是未來(lái)可持續(xù)發(fā)展必須采取的措施。

海岸帶;濕地;遙感;遼寧

近幾十年來(lái)遙感在土地覆蓋現(xiàn)狀調(diào)查中得到了廣泛的應(yīng)用[1-2]。遙感數(shù)據(jù)的最大優(yōu)點(diǎn)是可以及時(shí)反映出地面的變化情況。在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代,網(wǎng)民可以通過(guò)google earth查看全球各地的遙感圖像,不同分辨率的衛(wèi)星圖像詳細(xì)地展示了地球上豐富多彩的地貌類(lèi)型、城市景觀和海岸帶美景。我國(guó)的大陸海岸線很長(zhǎng),其中在遼寧省境內(nèi)的長(zhǎng)度是2 100km。在海洋經(jīng)濟(jì)日益活躍的今天,利用遙感技術(shù)獲取近期海岸帶的土地覆蓋現(xiàn)狀、本地信息,對(duì)我國(guó)土地資源的長(zhǎng)期合理利用,具有重要的作用。

海岸帶是海洋和陸地之間的過(guò)渡地帶,是人類(lèi)活動(dòng)最激烈的地方。全世界大約30%～50%的海岸帶環(huán)境在近幾十年都退化了[3],實(shí)際損失程度超過(guò)媒體上廣為報(bào)道的熱帶雨林的損失。人類(lèi)的活動(dòng)已經(jīng)改變了海岸帶的生境。例如,沿海圍墾、河口建閘、海岸沙石料的過(guò)量開(kāi)采、酷漁濫捕、加劇近海污染、減少濕地面積和減少生物種類(lèi)[4]。海岸帶棲息地面積的減少導(dǎo)致了生態(tài)功能的喪失,魚(yú)和甲殼類(lèi)動(dòng)物數(shù)量減少,海岸線被擾動(dòng)。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 研究區(qū)概況

遼寧省位于我國(guó)東北地區(qū),經(jīng)緯度范圍是118°53′—125°46′E,38°43′—43°26′N(xiāo),陸地總面積約15萬(wàn)km2。屬于溫帶大陸型季風(fēng)氣候區(qū),原生植被的分布是東部為闊葉紅松林,西部為松櫟混交林[5]。全年無(wú)霜期有4～7個(gè)月,開(kāi)始于4月中旬前后。年降水量500～1 000 mm,遼東山區(qū)1 000 mm以上。

本次研究選擇了遼寧省海岸帶的代表性區(qū)域盤(pán)錦市作為研究區(qū),遼河、大遼河和大凌河等的沖積作用形成了遼河三角洲,盤(pán)錦市是遼河三角洲的主體。

1.2 遙感圖像處理和分類(lèi)

筆者選用的遙感數(shù)據(jù)包含MOD IS時(shí)序數(shù)據(jù)和TM數(shù)據(jù),MOD IS數(shù)據(jù)的空間分辨率是1km,TM數(shù)據(jù)的空間分辨率是30 m,兩種數(shù)據(jù)可以相互補(bǔ)充,完成遼寧省海岸帶土地覆蓋現(xiàn)狀調(diào)查。MOD IS數(shù)據(jù)是從美國(guó)宇航局NASA數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站上下載的,TM數(shù)據(jù)是從美國(guó)馬里蘭大學(xué)地理系主辦的網(wǎng)站上下載的。遙感數(shù)據(jù)的處理過(guò)程包括:大氣校正、幾何糾正、反差增強(qiáng)、假彩色合成、分類(lèi)和分類(lèi)后處理等。MODIS最大值圖像采用IDL編程處理2008年16 d間隔的NDV I時(shí)序數(shù)據(jù)獲得,分類(lèi)方法采用了監(jiān)督分類(lèi)法,訓(xùn)練區(qū)的選擇是參考了盤(pán)錦市專(zhuān)題圖以后,從TM假彩色合成圖像上選取的。筆者所選用的分類(lèi)方法充分考慮了盤(pán)錦市的實(shí)際情況,重點(diǎn)考慮了濕地的特點(diǎn),突出濕地類(lèi)型的劃分,盤(pán)錦濕地內(nèi)生長(zhǎng)著世界面積最大的蘆葦。

2 結(jié)果和討論

2.1 植被指數(shù)

在多波段遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用中,遙感專(zhuān)家發(fā)現(xiàn)植被光譜值的變化在近紅外波段和紅光波段反映出明顯的變化趨勢(shì),所以經(jīng)常將紅光波段和近紅外波段組合,形成了多種植被指數(shù)算法,其中最常用的就是歸一化植被指數(shù)(NDV I),NDV I=(近紅外-紅光)/(近紅外+紅光)。筆者選用的就是MOD IS的NDV I產(chǎn)品,生成了盤(pán)錦市的NDV I最大值合成圖。發(fā)現(xiàn)研究區(qū)的大部分是濕地和耕地。大面積的很高的NDV I值清晰地展現(xiàn)出位于盤(pán)錦西南部的雙臺(tái)子自然保護(hù)區(qū)的蘆葦生長(zhǎng)得非常茂盛。在土地覆蓋遙感分類(lèi)研究中,經(jīng)常用水體作為定位標(biāo)志,由于水體的NDV I值接近于0,從圖中可以找出三角洲水庫(kù)、榮興水庫(kù)、疙瘩樓水庫(kù)、八一水庫(kù)、紅旗水庫(kù)和青年水庫(kù)。低的NDV I值主要出現(xiàn)在盤(pán)錦南部的沙灘區(qū)域。通過(guò)比較全年NDV I最大值合成圖像和TM圖像,發(fā)現(xiàn)全年NDV I最大值合成圖像可以被用來(lái)區(qū)分林地、草地、耕地、濕地、城市和未利用土地。

每16 d合成的NDV I時(shí)序數(shù)據(jù)展現(xiàn)出了不同土地覆蓋類(lèi)型隨季節(jié)明顯變化的模式(圖1),未利用土地的NDV I值全年都很低,并且數(shù)值分布范圍很穩(wěn)定。植被區(qū)的NDV I值4月份開(kāi)始增加,11月份開(kāi)始下降,7月份和8月份達(dá)到最高峰,這個(gè)表現(xiàn)與中國(guó)北方植被的生長(zhǎng)規(guī)律一致。另外NDV I時(shí)序圖像揭示了林地在夏季和冬季的NDV I值是明顯不同的,夏季是生長(zhǎng)期的最高峰,冬季是非生長(zhǎng)期,林地類(lèi)型中包括了闊葉林、針葉林和針闊混交林。圖中也表明耕地、草地、林地的生長(zhǎng)期是不相同的:林地的生長(zhǎng)期長(zhǎng)于草地,草地的生長(zhǎng)期長(zhǎng)于耕地。這個(gè)特點(diǎn)很好地反映出自然界的植被生長(zhǎng)規(guī)律,可以利用這個(gè)特點(diǎn)區(qū)分出不同的土地覆蓋類(lèi)型[6]。

圖1 選擇的訓(xùn)練樣地的NDV I時(shí)序

2.2 土地覆蓋分類(lèi)

本次研究制作了盤(pán)錦市土地覆蓋分類(lèi)圖,濕地是盤(pán)錦市最重要的土地覆蓋類(lèi)型,筆者采用的分類(lèi)方法就是將濕地從其他土地覆蓋類(lèi)型中區(qū)分出來(lái),以滿(mǎn)足濕地資源監(jiān)測(cè)的需要。未利用土地位于盤(pán)錦南部,濕地位于盤(pán)錦西部,草地主要分布在北部,林地很零散地分布在東部,耕地的主體分布在中南部,城市位于中部,盤(pán)錦西南部出現(xiàn)的耕地表明一些濕地已經(jīng)被開(kāi)墾為農(nóng)田。

土地覆蓋分類(lèi)的數(shù)量化結(jié)果如表1所示。

表1 整個(gè)研究區(qū)域的分類(lèi)結(jié)果

盤(pán)錦市最主要的土地覆蓋類(lèi)型是濕地,面積達(dá)到了1 587km2,占總土地面積的45%;第二大類(lèi)是耕地,面積達(dá)到了1 007km2,占總面積的29%;第三大類(lèi)是城市,包括城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)用地和交通用地,面積是517km2,占總面積的15%;第四類(lèi)是草地,面積是227km2,占總面積的7%;林地的面積最小,是39km2,占總面積的1%;未利用土地的面積是94km2,占總面積的3%(圖2)。

圖2 盤(pán)錦市各種土地覆蓋類(lèi)型面積柱狀圖

本次分類(lèi)的最終分類(lèi)結(jié)果的精度為87%(分類(lèi)后用參考點(diǎn)計(jì)算出的誤差矩陣及精度評(píng)估如表2和表3)。某些土地覆蓋類(lèi)型的生產(chǎn)者精度較低:林地的生產(chǎn)者精度為65.06%,耕地的生產(chǎn)者精度為80.63%。林地的分類(lèi)誤差主要是由于林地的光譜值接近于其他植被類(lèi)型所致。耕地分類(lèi)誤差是因?yàn)閷⒁恍┐砀氐南裨e(cuò)分為草地,兩者的NDV I值比較接近。這種分類(lèi)誤差的另一個(gè)原因是由于各種植被的光譜反射值和季節(jié)變化特征比較相似所致。對(duì)于濕地資源監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō),準(zhǔn)確區(qū)分出濕地和耕地是非常重要的。

表2 分類(lèi)后用參考點(diǎn)計(jì)算出的誤差矩陣

表3 精度評(píng)估

2.3 討論

盤(pán)錦濕地是該地區(qū)重要的生態(tài)資源,其中主要有灘涂和蘆葦濕地兩種類(lèi)型。灘涂上主要分布有蝦池、蟹池和鹽田,同時(shí)也是鳥(niǎo)類(lèi)和魚(yú)類(lèi)的棲息地。盤(pán)錦蘆葦田的面積世界最大,蘆葦是造紙工業(yè)的重要原料,秸稈可用于養(yǎng)殖、編織、農(nóng)業(yè)耕作和曬鹽,另外蘆葦還具有凈化水質(zhì)、改良土壤、防風(fēng)抗洪和保持生態(tài)平衡的作用,蘆葦在生物多樣性保護(hù)中具有重要的意義[7]。

人類(lèi)的活動(dòng)是盤(pán)錦濕地面積縮減的重要原因,20世紀(jì)80年代以后,由于石油開(kāi)發(fā)、道路修建、葦田開(kāi)發(fā)、水產(chǎn)養(yǎng)殖開(kāi)發(fā)和水稻種植面積擴(kuò)大,占據(jù)了大面積的濕地,并加劇了濕地景觀的破碎化。濕地面積的減少降低了它的抗洪蓄水能力,應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害的能力下降。濕地開(kāi)發(fā)為水稻田以后會(huì)截流河流中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),使河口水流中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)數(shù)量減少,導(dǎo)致生物多樣性降低。石油開(kāi)發(fā)以后泄漏的油污隨著水流進(jìn)入濕地生態(tài)系統(tǒng),造成蘆葦產(chǎn)量降低,水質(zhì)下降。種植水稻所使用的化肥和農(nóng)藥,污染了當(dāng)?shù)氐乃鷳B(tài)系統(tǒng),鳥(niǎo)類(lèi)和魚(yú)類(lèi)的數(shù)量和種類(lèi)大幅下降。人類(lèi)活動(dòng)已經(jīng)改變了盤(pán)錦濕地的原貌,當(dāng)前必須限制進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)行為,保護(hù)有限的濕地資源[8]。

3 結(jié)束語(yǔ)

利用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)海岸帶土地資源是中國(guó)和世界其他國(guó)家的一項(xiàng)重要任務(wù)。筆者采用2008年MOD IS 1km的全年NDV I數(shù)據(jù)產(chǎn)品對(duì)盤(pán)錦市進(jìn)行了土地覆蓋分類(lèi)。在分類(lèi)的過(guò)程中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了濕地區(qū)域,這些區(qū)域具有逐漸被人類(lèi)開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)。從16 d合成的優(yōu)化過(guò)的NDV I時(shí)序圖像上,通過(guò)分析物候變化,可以獲得較高的分類(lèi)精度。將具有水體特征的濕地資源模型化研究以后,發(fā)現(xiàn)盤(pán)錦市的濕地面積是1 587km2。由于MOD IS數(shù)據(jù)覆蓋面積大,時(shí)間頻率高(每半天2次),并且對(duì)植被的生長(zhǎng)變化比較敏感,所以它可以有效地應(yīng)用到海岸帶環(huán)境變化監(jiān)測(cè)中。

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教育部人文社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地項(xiàng)目(08JJD790142);遼寧省教育廳科學(xué)研究一般項(xiàng)目(L2010226);教育部人文社會(huì)科學(xué)研究青年基金項(xiàng)目(10YJCZH 156);遼寧省教育廳創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2007T095).