安岳土地覆被與地表溫度時(shí)空變化特征研究

成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 四川 成都 610059

隨著社會(huì)的發(fā)展和城市化的加6快,生態(tài)環(huán)境遭到了破壞,引發(fā)了城市熱島、霧霾、溫室效應(yīng)、海平面上升等一系列問題。大量研究表明,土地覆被和地表溫度是反映區(qū)域環(huán)境狀況的重要指標(biāo)[1-2]。隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,利用遙感衛(wèi)星的影像獲取區(qū)域地表覆被變化和地表溫度情況。地表溫度受多種因素的影響,除了氣候因素,通常情況下影響最大的因素是地表覆蓋類型。大量學(xué)者研究均表明,NDVI與地表溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[3-5]。因此,通過探討安岳地表溫度與地表覆被類型,以及二者之間的關(guān)系,以反映出地表溫度及NDVI的時(shí)空變化情況,為區(qū)域建設(shè)以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供一定的理論依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)源

文中所用數(shù)據(jù)來自于地理空間數(shù)據(jù)云,包括Landsat5、landsat8、DEM這3種數(shù)據(jù)。以不同年份相近時(shí)相的6期Landsat影像作為原始數(shù)據(jù),經(jīng)過預(yù)處理后,繼而進(jìn)行地表覆被解譯和溫度反演。

2 處理方法介紹

2.1 SVM 本文采用監(jiān)督分類法中解譯精度較高的支持向量機(jī)分類法(SVM)解譯6期影像的的地表覆蓋情況。結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況和影像的分辨率,地表覆蓋類型一共分為四個(gè)大類,即水體、綠地、建設(shè)用地、其他。

2.2 植被歸一化指數(shù)(NDVI)計(jì)算 NDVI也稱生物量指標(biāo)變化,是植被生長(zhǎng)狀態(tài)與植被覆蓋度最有效指示因子,其計(jì)算公式為NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)。其中,NIR表示近紅外波段,R表示紅色波段。NDVI的計(jì)算結(jié)果在(-1,1)范圍內(nèi),小于0表示地物對(duì)可見光高反射(主要為水體、云和雪等);NDVI近似于0表示地物為建筑物等;NDVI大于0表示有植被覆蓋,一般綠色植被區(qū)的范圍是0.2～0.8[6];NDVI越大,植被覆蓋度越高。

2.3 溫度反演 本文是基于大氣校正法進(jìn)行溫度反演,其基本原理為:估計(jì)并去除大氣對(duì)地表熱輻射產(chǎn)生的誤差,再把這一熱輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的地表溫度[7]。

3 結(jié)果

3.1 土地覆被解譯 對(duì)經(jīng)過預(yù)處理的6期Landsat影像進(jìn)行支持向量機(jī)(SVM)分類和利用Majority工具進(jìn)行分類后處理,得到研究區(qū)的土地覆被變化情況。其中,1988～2011年的綠地面積占比最大,其次是其他土地利用類型。因?yàn)槌擎?zhèn)化的影響,建設(shè)用地面積呈逐年增加的趨勢(shì)?；诨煜仃嚝@得分類精度,結(jié)果表明分類精度均在98%以上,Kappa系數(shù)在0.98以上,以上結(jié)果表明分類結(jié)果與實(shí)際的情況具有高度一致性,地表覆被類型解譯結(jié)果較為可靠。

3.2 歸一化植被指數(shù)(NDVI)時(shí)空變化 由于獲取的影像處于相同的季節(jié)(2018年除外),NDVI能大致反映出土地覆被的變化情況。低海拔地區(qū)植被覆蓋較低,其主要原因是退耕還林政策的實(shí)施多位于高地,故地勢(shì)相對(duì)較高的地方,植被覆蓋度較高。6期影像計(jì)算結(jié)果均能清晰的體現(xiàn)水體和建筑的輪廓,能為土地覆蓋解譯提供參照。

3.3 地表溫度(LST)時(shí)空變化 雖然影像上有少許云覆蓋,部分地區(qū)反演數(shù)據(jù)不夠精確,呈現(xiàn)出異常值,但反演的結(jié)果能夠大致表現(xiàn)出水體、建設(shè)用地、林地等地物類型的表面溫度特征。

以2001年影像為例,選取10個(gè)樣本點(diǎn),知地表溫度與NDVI呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。從結(jié)果來看,城區(qū)溫度均呈現(xiàn)出較高溫度,具有明顯的城市“熱島效應(yīng)”。將地表溫度變化圖與地表覆被類型解譯圖和NDVI圖進(jìn)行對(duì)比觀察,水體溫度為最低。其次為綠地、其他用地、建設(shè)用地。

4 結(jié)論與討論

本文采用Landsat遙感影像進(jìn)行土地利用類型分類、地表溫度反演,獲得了安岳縣的地表覆被情況和地面溫度的時(shí)空變化情況,可得出以下結(jié)論:

(1)對(duì)采用支持向量機(jī)進(jìn)行土地利用分類后的土地覆蓋情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì),其總體精度均大于98%,表示分類結(jié)果與實(shí)際情況具有高度一致性,結(jié)果可靠;由于人為因素及自然災(zāi)害的影響,綠地占地面積情況是先增加后減少;耕地的占地面積變化較大;受城鎮(zhèn)化快速發(fā)展影響,建設(shè)用地面積為逐年增加趨勢(shì)。

(2)城區(qū)具有明顯的“熱島效應(yīng)”。不同土地利用類型下地表溫度具有一定的差異性,總體表現(xiàn)為水體＜綠地＜其他＜建設(shè)用地。

(3)地表溫度與NDVI具有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系,且背景溫度越高,植被的降溫效果越明顯。