基于遙感影像的榆神府礦區(qū)土地荒漠景觀格局變化分析

基于遙感影像的榆神府礦區(qū)土地荒漠景觀格局變化分析

受蘇毛素沙漠的影響，榆林地區(qū)的沙地（荒漠化）相對(duì)嚴(yán)重，長(zhǎng)期以來一直受到各級(jí)政府的重視。目前對(duì)于荒漠化的景觀格局研究一般沿用土地利用/覆被變化統(tǒng)計(jì)方法分析其變化強(qiáng)度,采用景觀生態(tài)學(xué)景觀指標(biāo)的研究分析其時(shí)空變化過程和規(guī)律1礦區(qū)總結(jié)榆神府礦區(qū)主要包括神木北部礦區(qū)(含神東陜西境內(nèi)部分)、新民礦區(qū)、榆神礦區(qū),面積8369.1km2數(shù)據(jù)與方法的研究2.1tm數(shù)據(jù)質(zhì)量選用的遙感數(shù)據(jù)主要為1989年、2002年及2011年的TM數(shù)據(jù)。影像成像時(shí)間為6-9月,基本無云層,影像質(zhì)量較好。各時(shí)期影像的預(yù)處理包括輻射定標(biāo)、大氣校正、幾何精校正(誤差控制在0.5個(gè)像元)、圖像組合和裁剪等。2.2學(xué)習(xí)方法2.2.1ndvi和albedo的地表反照率研究表明式中:DDI為荒漠化差值指數(shù);k為相關(guān)系數(shù),由式(2)求得;NDVI為正規(guī)化后的植被指數(shù);Albedo為正規(guī)化后的地表反照率。式中:a為回歸方程的斜率;b為回歸方程在縱坐標(biāo)上的截距。用式(1)計(jì)算出礦區(qū)每個(gè)像元上的DDI,即可表征該像元地表荒漠化信息。2.2.2加快實(shí)現(xiàn)缺乏不足的巖溶dri根據(jù)地表反照率與植被指數(shù)組成的二維特征空間,反演出荒漠化差值指數(shù)DDI,結(jié)合野外調(diào)查與典型影像樣區(qū)分析,確定荒漠化程度與DDI之間的關(guān)聯(lián),參照《第四次全國(guó)土地荒漠化和沙化監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定》(20090415)2.2.3沙漠景觀格局景觀格局一般是指景觀空間格局,即各類景觀要素在空間上的排列和組合方式,是景觀異質(zhì)性在空間上的綜合表現(xiàn)3礦區(qū)土地沙漠變化3.1斷裂強(qiáng)度利用各期遙感數(shù)據(jù)反演的礦區(qū)土地荒漠化分布圖見圖2,利用荒漠化面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果求出荒漠化面積變化指標(biāo),見表2。由表2可知,輕度和中度荒漠化是主要的荒漠化類型,各級(jí)荒漠化土地面積減少和非荒漠化面積增加是荒漠化變化的主要特征。1989-2002年,中度和極重度荒漠化分別減少了12.4%和48.5%,變化率分別為2.5%和9.7%,輕度和重度荒漠化分別增加了1.5%和52.7%,變化率分別為0.3%和10.5%。2002-2011年,各類荒漠化均呈減少趨勢(shì),輕度、中度、重度和極重度荒漠化分別減少了15.7%、61.3%、46.5%和33.4%,年變化率分別為3.1%、12.3%、9.3%和6.7%。采用GIS疊加分析和統(tǒng)計(jì),即可得到荒漠化轉(zhuǎn)移矩陣(表3)。結(jié)果表明,對(duì)角線上的數(shù)值在相應(yīng)行、相應(yīng)列中較大,荒漠化級(jí)別不變的土地面積大于變化的荒漠化面積,而對(duì)角線元素的上下兩個(gè)數(shù)值也較大,說明相鄰荒漠化程度之間的轉(zhuǎn)換更為頻繁。對(duì)角線以上的數(shù)值表示荒漠化逆轉(zhuǎn),而對(duì)角線以下的數(shù)值表示荒漠化發(fā)展,統(tǒng)計(jì)表明1989-2002年逆轉(zhuǎn)區(qū)面積840.6km3.2沙漠景觀格局的變化3.2.1景觀百分比pd選擇5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行景觀類型水平上荒漠化景觀格局的變化分析:斑塊密度(PD),最大斑塊指數(shù)(LPI),景觀百分比(PLAND),評(píng)價(jià)形狀指數(shù)(SHAPE_MN)和面積加權(quán)分維數(shù)(FRAC_AM)。三期土地荒漠化景觀類型指標(biāo)計(jì)算結(jié)果見表4。(1)土地平均形狀荒漠化平均形狀及面積加權(quán)分維指標(biāo)中,非荒漠化及極重度荒漠化持續(xù)降低呈降低趨勢(shì),表明非荒漠化和極重度荒漠化土地的形狀趨于簡(jiǎn)單。而輕度、中度及重度荒漠化呈先急劇上升后緩慢下降趨勢(shì),表明輕度、中度及重度荒漠化土地平均形狀變化復(fù)雜。說明2002年之前,礦區(qū)建設(shè)進(jìn)程加快,而生態(tài)環(huán)境建設(shè)主要集中在重度荒漠化的治理上,使輕度、中度及重度荒漠化土地之間變化頻繁,斑塊形狀趨于復(fù)雜。2002年以后礦區(qū)建設(shè)進(jìn)入秩序化發(fā)展,禁牧封育、退耕還林等政策大力推進(jìn),從整體上改善了荒漠化變化,斑塊形狀更加規(guī)則。(2)u3000暴力土地優(yōu)勢(shì)及與其他溶劑優(yōu)勢(shì)對(duì)比采用景觀百分比和最大斑塊指數(shù)來表征各級(jí)荒漠化的優(yōu)勢(shì)度。從表4中可以看出,非荒漠化土地在各年處于絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)地位,中度荒漠化次之,二者優(yōu)勢(shì)度有所提升,優(yōu)勢(shì)度說明礦區(qū)荒漠化整體呈現(xiàn)逆轉(zhuǎn)趨勢(shì)。除此之外,輕度、重度和極重度荒漠化優(yōu)勢(shì)度出現(xiàn)了大幅下降,說明礦區(qū)荒漠化向非荒漠化及中度荒漠化逆轉(zhuǎn)的比例明顯占優(yōu)。(3)破碎度密度指數(shù)在1989、2002和2011年呈現(xiàn)連續(xù)下降,表明景觀破碎度在下降。3.2.2參數(shù)選取采用景觀級(jí)別的景觀格局指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)整個(gè)礦區(qū)的景觀格局,選擇以下5個(gè)指標(biāo):最大板塊指數(shù)(LPI)、均勻度指數(shù)(SHEI)、多樣性指數(shù)(SHDI)、蔓延度指數(shù)(CONTAG)和散列度指數(shù)(IJI)。計(jì)算結(jié)果見表5。由表5可得出以下結(jié)論:(1)最大斑塊指數(shù)反應(yīng)了礦區(qū)荒漠化的優(yōu)勢(shì)度。1989-2011年之間礦區(qū)荒漠化最大斑塊指數(shù)持續(xù)增加,說明非荒漠化土地的優(yōu)勢(shì)度持續(xù)攀升,這也是礦區(qū)荒漠化逆轉(zhuǎn),整體植被蓋度提升的表現(xiàn)。(2)均勻度指數(shù)和多樣性指數(shù)在研究期均呈現(xiàn)下降趨勢(shì),暗示景觀斑塊均勻度和空間異質(zhì)性在減弱。說明在有利的氣候條件和人為改善植被蓋度的過程中,各級(jí)荒漠化均有所逆轉(zhuǎn),非荒漠化土地面積增加,荒漠化景觀朝著良性發(fā)展的方向發(fā)展。(3)散布與并列指數(shù)在研究期持續(xù)減少,但速度變緩,表明非荒漠化斑塊與其它級(jí)別荒漠化斑塊類型的連接性不斷降低,減輕自然災(zāi)害4荒漠化程度及邊界類型(1)通過建立荒漠化指數(shù)(DDI)與歸一化植被指數(shù)NDVI和地表反射率(Albedo)的統(tǒng)計(jì)關(guān)系,結(jié)合野外調(diào)查與典型影像樣區(qū)分析,確定荒漠化程度與DDI之間的關(guān)系,可以將礦區(qū)荒漠化程度分為5個(gè)類型。(2)礦區(qū)荒漠化程度在不斷逆轉(zhuǎn)和發(fā)展的變化中總體上呈逆轉(zhuǎn)趨勢(shì)。其中1989-2002年以極重度、輕度荒漠化土地逆轉(zhuǎn)為主,2002-2011年,以中度及輕度荒漠化土地逆轉(zhuǎn)為主。(3)礦區(qū)荒漠化景觀斑塊在研究期趨于規(guī)則化,非荒漠化