基于遙感數(shù)據(jù)的巴音布魯克天鵝湖高寒濕地生態(tài)修復性研究

文章編號：1674-6139（2025）07-0157-05

中圖分類號：X171.4文獻標志碼：B

Ecological Restoration Analysis of Swan Lake Alpine Wetland in Bayinbuluke Based on Remote Sensing Datε

Gao Yajie'，Li Bo2

（1.China MeteorologicalAdministration Meteorological Cadre TrainingColege，Xinjiang Branch，Urumqi 8347o，China; 2.Xinjiang Tacheng Regional Meteorological Bureau，Tacheng ，China）

Abstract：Inodertochevecologicalprotectionandsustainabledevelopment，aremotesensingbasedologicalestoratioaaly sismethodforthehighaltitudewetlandofSwanLakeinBaynbulukeisproposed.Thepaperselectsanalysisindicatorstocostructa wetlandecologicalrestorationaalysisindiatorsystem，preprocessthecolctedwetndemotessingimages，andextactslevant informationofwetlandcologicalrestorationanalysisidicators.Tevarableweightcomprehensiveweightcalculationmethodisusedto determinetheweightvaluesofeachanalysisindicator，andtherisinghalftrapezoidalmethodisusedtodeterminethemembershipfunction.TheanalysisresultsareobtainedbymultiplyingtheweightvaluesoftheanalysisindicatorswiththefuymatrixThewlandco logicalrestorationlevelisbtainedbasedonthemaximummembershipdegreestandardTeexperimentalresultssowtatthisethod canffectivelyachieveecologicalrestoratioanalysisofwetlandsndimprovetheShanondiversityindexofvariousregionswihinte wetland area.

Keywords：remotesensingdata；alpinewetlands；ecologicalrestoration；idicatorsystem；variableweightcomprehensiveweight

前言

巴音布魯克天鵝湖，位于中國天山山脈中部的山間盆地，以獨特的地理位置和豐富的生態(tài)資源，成為眾多珍稀鳥類的棲息地[1-2]。然而，隨著人類活動的不斷加劇和氣候變化的影響，巴音布魯克濕地的生態(tài)環(huán)境面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。因此，分析生態(tài)修復性，對于濕地的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了深遠的影響[3]。目前對生態(tài)環(huán)境保護已有相關(guān)學者進行了研究。

趙敏娟等[4]研究植物對濕地生態(tài)修復的影響，選擇具有特定功能的濕地植物，定期監(jiān)測濕地水質(zhì)、土壤狀況、生物多樣性等指標，將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行整理，探究植物對濕地生態(tài)修復的影響程度。該方法實際應用過程中忽視了植物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)復雜性的重要性。許丁等[5]研究基于生態(tài)產(chǎn)品價值的濕地生態(tài)方法[5]，對濕地生態(tài)產(chǎn)品（如碳匯、水資源、生物多樣性等）進行初步的價值識別，生態(tài)修復性分析用生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估法對濕地生態(tài)產(chǎn)品的價值進行量化評估，確定修復前后生態(tài)產(chǎn)品價值的變化，根據(jù)生態(tài)產(chǎn)品價值的評估結(jié)果，制定針對性的濕地生態(tài)修復策略。濕地生態(tài)產(chǎn)品價值評估的結(jié)果精度可能受到數(shù)據(jù)來源等因素的影響，導致評估結(jié)果存在誤差。

針對上述文獻中存在的問題，提出基于遙感數(shù)據(jù)的巴音布魯克天鵝湖高寒濕地生態(tài)修復性分析方法。

1濕地生態(tài)修復性分析方法

目前，盡管巴音布魯克天鵝湖得到了一定程度的保護，但是周邊地區(qū)的水體污染仍然可能導致濕地生態(tài)系統(tǒng)的破壞。工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活污水的未經(jīng)處理排放可能會攜帶有害物質(zhì)，影響水質(zhì)，進而影響濕地生物的生存。同時，周邊農(nóng)業(yè)活動中使用的化肥、農(nóng)藥等可能滲入土壤，影響濕地土壤的生態(tài)功能。特別是農(nóng)藥殘留可能會通過食物鏈累積，對天鵝等野生動物的健康構(gòu)成威脅。因此，有必要對濕地生態(tài)的修復性進行分析。

1.1 濕地生態(tài)修復性分析指標體系構(gòu)建

巴音布魯克天鵝湖高寒濕地（后續(xù)簡稱為濕地）修復性分析所描述的是自然環(huán)境與人類活動等因素影響下，退化濕地適應性分析的等級劃分。差異化的自然環(huán)境與人類活動對于濕地的形成與發(fā)展產(chǎn)生的影響也具有差異性，通過構(gòu)建濕地生態(tài)修復性分析模型，對各類影響因素對于濕地的影響水平實施量化分析，構(gòu)建濕地生態(tài)修復適宜性分析模型，為濕地生態(tài)修復提供決策支持。參考相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者對于濕地生態(tài)修復的研究成果，結(jié)合巴音布魯克天鵝湖高寒濕地的實際現(xiàn)狀，選取濕地生態(tài)修復性分析的影響因子，基于共有特性劃分為兩個不同組別，分別是自然環(huán)境與人類活動。

1.2濕地遙感圖像采集與處理

考慮濕地屬于中尺度研究范圍，為保障遙感影像的清晰度，在采集巴音布魯克天鵝湖高寒濕地遙感圖像時，設(shè)定遙感圖像的空間分辨率為 30m 。選取Landsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)作為濕地遙感圖像數(shù)據(jù)源，采集濕地不同時間節(jié)點條件下的遙感圖像，并進行預處理后，構(gòu)建濕地生態(tài)修復性評估指標，基于預處理后的濕地多時相遙感圖像，獲取濕地生態(tài)修復性分析結(jié)果。

在濕地遙感數(shù)據(jù)處理過程中，選用ENVI5.3SPI專業(yè)軟件[6]，在該軟件內(nèi)引入濕地不同時相下的遙感數(shù)據(jù)，利用軟件中配備的1：10萬數(shù)字柵格地圖隨導入的濕地遙感數(shù)據(jù)實時幾何校正;在此基礎(chǔ)上，通過濕地區(qū)域的矢量圖層對輸入的濕地遙感數(shù)據(jù)實施裁剪處理；針對裁剪后的濕地遙感圖像進行輻射定標后，通過FLAASH大氣校正模型實施大氣校正；依照濕地生態(tài)修復性分析的實際需求確定合適的濕地遙感圖像波段組合[7]，在遙感圖像增強處理后提取濕地生態(tài)修復性分析所需信息。濕地生態(tài)修復性分析需參考多時期濕地生態(tài)信息，利用最大似然法監(jiān)督分類法等方法分別提取不同時間節(jié)點下濕地遙感圖像中各類信息的分布情況，并將不同類別的信息作為濕地生態(tài)修復性評價模型中的基礎(chǔ)評價指標信息。

1.3分析指標權(quán)重計算

為獲取準確的濕地生態(tài)修復性分析結(jié)果，采用變權(quán)綜合權(quán)重計算方法確定分析指標的權(quán)重值[8]。分別利用層次分析法和熵權(quán)法獲取分析指標的主觀權(quán)重與客觀權(quán)重，引入均衡函數(shù)，自動調(diào)整兩個權(quán)重值，由此獲取更科學的分析指標權(quán)重，具體過程描述如下。利用式（1）描述各分析指標的權(quán)重表達式（1）：

式（1）內(nèi)， w_j⁰ 表示分析指標的初始權(quán)重值。利用式（2）描述均衡函數(shù)的表達式如式（2）：

式（2）內(nèi)， a 和 x_n 分別表示均衡函數(shù)分析指標值。依照變權(quán)公式獲取變權(quán)權(quán)重，公式描述如式（3）：

在 Δ_a 值大于0且小于0.5時，說明用戶對于不同分析指標的平衡問題考慮過多；在 a 值大于0.5且小于1.0時，說明用戶能夠容忍不同分析指標的差異性； a 值為1則代表常權(quán)模式。將通過式（3）得到的分析指標的權(quán)值再次實施分配：

w_j=εw_αj+（1-ε）w_βj

式（4）內(nèi)， w_αj 和 w_βj 分別表示通過層次分析法確定的主觀權(quán)重和利用熵權(quán)法獲取的客觀權(quán)重， ε 表示折中系數(shù)，值越大說明主觀權(quán)重對于最終分析指標權(quán)重的影響越顯著；相反說明客觀權(quán)重對于最終分析指標的權(quán)重影響越顯著。

1.4 分析模型構(gòu)建

在確定不同分析指標的權(quán)重值后，采用模糊綜合分析法的模糊算子對不同分析指標的信息實施運算，由此實現(xiàn)濕地生態(tài)修復性綜合分析。在濕地生態(tài)修復性模型分析過程中，依照濕地生態(tài)修復性分析指標等級的劃分，將不同分析指標設(shè)定為五個級別的評語，即：

V=[1，2，3，4，5]=[ 優(yōu)，良，一般，較差，差]式（5）

各級別的濕地生態(tài)修復性等級分為優(yōu)（ B? 75）、良（ 55?B?75 ）、一般（ 35?B?55 ）、較差（20?B?35 ）和差（ B?20 ）?；跐竦厣鷳B(tài)修復性分析指標體系，確定分析因素集 自然環(huán)境，人類活動]，其中 U₁ （自然環(huán)境）包括坡度、DEM高程、植被類型、土壤類型、景觀類型、地表溫度、水文信息和生物量， U₂ （人類活動）包括城鎮(zhèn)干擾和道路干擾。考慮上述分析指標中，部分分析指標具有明顯的模糊特征，因此在確定權(quán)重值后，確定分析指標的隸屬度，由此構(gòu)建單一分析指標的模糊綜合分析矩陣。利用升半梯形法確定五個級別的隸屬函數(shù)，以優(yōu)等級為例，具體計算過程如式（6）：

式（6）內(nèi)， x_i 和 S_i1 分別表示由遙感圖像內(nèi)獲取的不同分析指標實際值和濕地生態(tài)修復性優(yōu)等級的標準值， Z_i1 表示濕地生態(tài)修復性等級中間過去區(qū)間的上限值。獲取變權(quán)過程所獲取的分析指標權(quán)重值與模糊矩陣 R 的乘積，能夠獲取分析結(jié)果，基于最大隸屬度標準獲取濕地生態(tài)修復性等級，基于模糊綜合分析法的最大隸屬度標準，確定出最大數(shù)值所對應的濕地生態(tài)修復性等級。

2 實驗結(jié)果

文章研究基于遙感數(shù)據(jù)的巴音布魯克天鵝湖高寒濕地生態(tài)修復性分析方法，為驗證文章方法的實際分析性能，以Landsat衛(wèi)星對巴音布魯克天鵝湖高寒濕地進行生態(tài)監(jiān)測，該衛(wèi)星的主要優(yōu)勢為分辨率高、覆蓋能力全、頻次高等。基于Landsat衛(wèi)星所采集的濕地衛(wèi)星數(shù)據(jù)，采用文章方法進行實地生態(tài)修復性分析，所得結(jié)果如下。

2.1遙感衛(wèi)星處理結(jié)果

文章方法中針對所采集的濕地遙感圖像獲取濕地生態(tài)修復性分析指標的具體信息。所采集遙感信息的處理結(jié)果見圖1。

分析圖1可知，采用文章方法能夠有效實現(xiàn)濕地遙感圖像處理，提升遙感圖像質(zhì)量，由此提取準確的濕地生態(tài)修復性分析所需信息

2.2濕地生態(tài)修復性分析結(jié)果

采用文章方法對濕地生態(tài)修復性進行分析，所得結(jié)果見圖2。

分析圖2能夠得到，采用文章方法能夠有效實現(xiàn)濕地的生態(tài)修復性分析。濕地面積約為 1.6km² ，對濕地的生態(tài)修復性分析結(jié)果進行統(tǒng)計，所得結(jié)果見表1。

在表1中詳細列出了濕地生態(tài)修復性的五個等級（優(yōu)、良、一般、較差、差）以及對應的面積和所占比例。從表中數(shù)據(jù)可以看出，生態(tài)修復性等級為“一般”的濕地面積最大，達到了 0.42544km² ，占總濕地面積的 26.59% 。這一結(jié)果表明，在濕地范圍內(nèi)，有相當一部分區(qū)域的生態(tài)修復性處于中等水平，需要采取一定的措施進行改善和提升。同時，生態(tài)修復性等級為“差”的濕地面積也相當可觀，達到了0.25696km² ，占總濕地面積的 16.06% 。這些區(qū)域是濕地生態(tài)修復的重點和難點所在，需要投入更多的資源和精力進行治理和恢復。

2.3 分析結(jié)果應用性

基于文章方法的分析結(jié)果對濕地生態(tài)進行修復，在濕地內(nèi)隨機選取五個區(qū)域，對比修復前后濕地的香農(nóng)多樣性指數(shù)，通過該指數(shù)衡量濕地的物種多樣性。所得結(jié)果見表2。

由表2得到，基于文章方法的分析結(jié)果對濕地進行生態(tài)修復后，濕地范圍內(nèi)各區(qū)域的香農(nóng)多樣性指數(shù)均呈顯著性提升，由此說明基于文章方法的分析結(jié)果對濕地進行生態(tài)修復后，濕地的物種多樣性顯著提升，由此驗證了文章方法的有效性。

3 結(jié)束語

研究以巴音布魯克天鵝湖高寒濕地為研究對象，通過構(gòu)建濕地生態(tài)修復性分析指標體系，結(jié)合濕地遙感圖像的采集與處理，獲取了濕地生態(tài)修復性分析所需的關(guān)鍵信息。采用變權(quán)綜合權(quán)重計算方法確定分析指標的權(quán)重值，并構(gòu)建濕地生態(tài)修復性綜合分析模型。實驗結(jié)果表明，文章方法能夠有效提升濕地遙感圖像的質(zhì)量，準確提取濕地生態(tài)修復性分析所需的信息。通過對濕地生態(tài)修復性的綜合分析，表明濕地范圍內(nèi)生態(tài)修復性等級為一般的面積最大。基于文章方法的分析結(jié)果，對濕地進行了生態(tài)修復，并發(fā)現(xiàn)修復后濕地的香農(nóng)多樣性指數(shù)顯著提升，物種多樣性得到了有效改善，能夠為濕地生態(tài)修復提供有力的決策支持。

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