王 蕾,曾 森,周云帆

(成都理工大學(xué)地學(xué)空間信息技術(shù)國(guó)土資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059)

汶川震后植被恢復(fù)趨勢(shì)與地形關(guān)系研究

王 蕾,曾 森,周云帆

(成都理工大學(xué)地學(xué)空間信息技術(shù)國(guó)土資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059)

汶川地震造成震區(qū)植被損毀嚴(yán)重.震后自然植被恢復(fù)情況評(píng)估，對(duì)地震災(zāi)區(qū)恢復(fù)重建和規(guī)劃有重要意義.選擇都江堰-映秀草坡區(qū)為研究區(qū)，計(jì)算不同時(shí)相的歸一化植被指數(shù)，分析震后研究區(qū)植被覆蓋變化和植被恢復(fù)狀況.提取受地震影響植被指數(shù)負(fù)變化區(qū)域，分析該區(qū)域2009年至2014年植被恢復(fù)度同地形因子的時(shí)空分布關(guān)系.分析表明：震后植被總體恢復(fù)較好，但研究區(qū)植被恢復(fù)情況不均勻.植被恢復(fù)度增長(zhǎng)趨勢(shì)隨著坡度的增加表現(xiàn)為先增長(zhǎng)，當(dāng)植被恢復(fù)度達(dá)到0.6時(shí)，植被恢復(fù)度增長(zhǎng)趨勢(shì)隨著坡度的增加而減少；植被恢復(fù)度增長(zhǎng)趨勢(shì)隨著高程的增加表現(xiàn)為先增長(zhǎng)，當(dāng)植被恢復(fù)度達(dá)到0.45時(shí)，植被恢復(fù)度增長(zhǎng)趨隨著高程的增加而減少.

植被恢復(fù);遙感;地形因子;歸一化植被指數(shù)

2008年汶川地震造成震區(qū)植被損毀嚴(yán)重.現(xiàn)已過(guò)去五年多，有關(guān)震區(qū)最新植被覆蓋時(shí)空變化研究較少，而植被覆蓋情況直接反映震區(qū)生態(tài)恢復(fù)程度，從長(zhǎng)遠(yuǎn)上能指導(dǎo)震區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃.遙感圖像具有連續(xù)多時(shí)相以及多分辨率的特性，適用于植被動(dòng)態(tài)變化的監(jiān)測(cè)和分析，是本文對(duì)震區(qū)植被覆蓋恢復(fù)分析的數(shù)據(jù)支持.植被指數(shù)能夠反應(yīng)植被的生長(zhǎng)狀況，其中歸一化植被指數(shù)能很好的反應(yīng)地表植被情況，廣泛應(yīng)用于植被動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、植被分類以及土地覆蓋變化研究[1-5].國(guó)內(nèi)學(xué)者[6-8]利用不同時(shí)序遙感數(shù)據(jù)分析不同尺度和地區(qū)植被覆蓋動(dòng)態(tài)變化.

本文選擇都江堰-映秀草坡區(qū)為研究區(qū)，提取出地震中植被負(fù)變化的區(qū)域.分析植被負(fù)變化區(qū)域植被生長(zhǎng)恢復(fù)趨勢(shì)同地形因子的關(guān)系.相較于沒(méi)有受到地質(zhì)災(zāi)害影響的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，更加能夠反映出植被恢復(fù)生長(zhǎng)趨勢(shì)同地形因子的相關(guān)關(guān)系.

1 方法

1.1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)源

表1 研究區(qū)(都江堰-映秀草坡區(qū))Landsat影像信息

都江堰-映秀草坡區(qū)位于四川盆地西北部邊緣，成都平原向青藏高原的過(guò)渡帶，是地震活躍地區(qū).范圍介于東經(jīng)103°17′-103°40′、北緯30°57′-31°17′之間.研究區(qū)內(nèi)除都江堰市，其他區(qū)域主要是崎嶇陡峭的地形，海拔自西北到東南走向逐漸降低，海拔介于679 m和4 300 m之間.

本文數(shù)據(jù)來(lái)源為空間分辨率為30m×30m的Landsat5 TM和Landsat8 OLI數(shù)據(jù)，分別選擇地震前后三年(2004年、2009年、2014年)云量較少的Landsat數(shù)據(jù).

1.2 植被覆蓋度和植被恢復(fù)度

NDVI(歸一化植被指數(shù))增強(qiáng)了對(duì)植被的反應(yīng)能力，能夠較真實(shí)的反應(yīng)植被狀態(tài).NDVI由近紅外區(qū)與紅外區(qū)反射率差值與和值的比值得到，計(jì)算公式為[3]：

(1)

式中：NIR為近紅外波段；R為紅外波段.

由于圖像中像元有一定的面積，像元所代表的的地物并不單一，存在混合像元，加之NDVI值對(duì)土壤背景較敏感，根據(jù)像元二分模型，像元信息同時(shí)包含土壤信息(SS)和植被信息(SV)，植被覆蓋度用FC表示，假設(shè)純植被覆蓋的像元表示為Sveg，純土壤覆蓋的像元表示為Ssoil，則植被覆蓋度可表示為[4，5]：

(2)

本文統(tǒng)計(jì)分析影像NDVI值，初步設(shè)定百分位數(shù)為5和95的NDVI值代表純土壤覆蓋和純植被覆蓋像元.按上述標(biāo)準(zhǔn)對(duì)NDVI進(jìn)行密度分割，以真彩色影像做參照，用目視判讀的方法判斷河流河漫灘區(qū)域誤分部分，調(diào)整Ssoil直至劃分符合實(shí)際要求.

植被恢復(fù)度主要針對(duì)研究區(qū)內(nèi)受地震影響的區(qū)域，設(shè)不同年份的植被指數(shù)為NDVIi(i=04、09).

NDVI09-NDVI04<0

(3)

選擇上式中植被指數(shù)負(fù)變化的區(qū)域作為新的研究區(qū)，計(jì)算植被恢復(fù)度D.設(shè)不同年份的植被覆蓋度為(i=09、14)，D表示為：

(4)

植被恢復(fù)度分為五個(gè)類別[9]：恢復(fù)較差(<0.1)、恢復(fù)一般(0.1-0.25)、恢復(fù)較好(0.25-0.45)、恢復(fù)良好(0.45-0.6)、恢復(fù)優(yōu)秀(>0.6).

2 結(jié)果分析

2.1 NDVI值變化分析

三期數(shù)據(jù)時(shí)間主要為夏季6、7月份，時(shí)間差異不大，植被屬于一年期中生長(zhǎng)較好的時(shí)段，因此其對(duì)比可以較好的反映研究區(qū)植被變化情況.對(duì)三期數(shù)據(jù)的NDVI值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得到圖1.從圖1中可以看出2009年相較于2004年震前的NDVI值中位數(shù)下降了0.053，并且數(shù)據(jù)整體分布向最小值0偏移，表明植被受到地震影響NDVI值整體下降.2014年相較于2009年NDVI中位數(shù)增加了0.063，與2004年相近，表明植被整體恢復(fù)較好.但是2014年下四分位數(shù)相較于2004年較低，說(shuō)明研究區(qū)植被雖然有一定程度的恢復(fù)，但是區(qū)域恢復(fù)不均勻，導(dǎo)致部分區(qū)域NDVI值較低.

圖1 研究區(qū)三個(gè)時(shí)期NDVI值箱形圖

2.2 植被恢復(fù)度與地形關(guān)系

通過(guò)差值計(jì)算得到地震中植被負(fù)變化的區(qū)域?yàn)樾卵芯繀^(qū).計(jì)算2009年至2014年該區(qū)域植被恢復(fù)度評(píng)價(jià)震后植被恢復(fù)情況.由于地表起伏度、地表粗糙度等都可由高程和坡度驗(yàn)算得出，因此本文主要考慮坡度、高程兩個(gè)地形因子.根據(jù)不同坡度將研究區(qū)分為五類：平坡(<5)、緩坡(5-15)、斜坡(15-25)、陡坡(25-40)、急坡(>40).統(tǒng)計(jì)不同坡度對(duì)應(yīng)不同植被恢復(fù)度占面積百分比如圖2.從圖2中可以看出隨著坡度的增加，恢復(fù)良好和優(yōu)秀的區(qū)域所占百分比逐漸增加；植被恢復(fù)較好面積百分比隨著坡度的增加呈現(xiàn)為先減少再增加；植被恢復(fù)一般的區(qū)域面積百分比隨著坡度增加表現(xiàn)為先增加再減少；植被恢復(fù)較差面積百分比隨著坡度增加而減少.

將高程值劃分為四類：小于1 500 m、1 500 m至2 500 m、2 500 m至3 500 m，大于3 500 m.圖2中可以看出隨著海拔的增加，植被恢復(fù)度優(yōu)秀的面積百分比逐漸減少；恢復(fù)度良好面積百分比隨著高程增加表現(xiàn)為先增加再減少；植被恢復(fù)度一般和植被恢復(fù)度較好的面積百分比隨著海拔升高逐漸增加；植被恢復(fù)度較差的區(qū)域主要分布在低海拔(1 500 m內(nèi)).

圖2 地形因子與植被恢復(fù)關(guān)系

分別以坡度和高程為自變量，對(duì)應(yīng)的植被恢復(fù)面積百分比為因變量，分別在五種不同植被恢復(fù)度條件下進(jìn)行線性擬合，得到表2、表3.即在五類植被恢復(fù)度條件下，自變量分別為坡度、高程的線性擬合公式.可以看出隨著植被恢復(fù)度的增加，擬合趨勢(shì)線的斜率表現(xiàn)為先逐漸增加，分別到0.6和0.4時(shí)開(kāi)始回落.說(shuō)明植被恢復(fù)度增長(zhǎng)趨勢(shì)隨著坡度、高程增加呈現(xiàn)為先增長(zhǎng)，到達(dá)臨界點(diǎn)后，恢復(fù)度增長(zhǎng)趨勢(shì)隨著坡度、高程增加而減少.

表2 植被恢復(fù)度與坡度關(guān)系

注：x：坡度；y：植被恢復(fù)面積百分比

表3 植被恢復(fù)度與高程關(guān)系

注：x：高程；y：植被恢復(fù)面積百分比

3 結(jié)論

本文利用多源遙感圖像和GIS數(shù)據(jù)分析地震前后都江堰-映秀草坡區(qū)植被變化，選擇受地震影響植被負(fù)變化區(qū)域分析植被恢復(fù)度同地形因子的相關(guān)關(guān)系.研究表明震后植被總體恢復(fù)較好，但是研究區(qū)植被恢復(fù)情況不均勻.植被恢復(fù)度增長(zhǎng)趨勢(shì)隨著坡度、高程的增加表現(xiàn)為先增長(zhǎng)，然后隨著植被恢復(fù)度的繼續(xù)增加，植被恢復(fù)度增長(zhǎng)趨勢(shì)隨著坡度、高程的增加而減小.雖然震后植被在逐漸恢復(fù)中，但是與震前相比，還是有明顯的差別，因此除了依靠自然生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復(fù)能力以外，還應(yīng)該采取有效的措施恢復(fù)震區(qū)植被生態(tài).

[1]毛德華，王宗明，宋開(kāi)山，等.東北多年凍土區(qū)植被NDVI變化及其對(duì)氣候變化和土地覆被變化的響應(yīng)[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2011，(2)：283-292.

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(責(zé)任編校：晴川)

Study on the Relationship Between Vegetation Restoration Trend and Terrain after the Wenchuan Earthquake

WANG Lei, ZENG Sen, ZHOU Yunfan

(Key Library of Geosciences Spatial Information Technology,Ministry of Land and Resources of the P.R China, Chengdu University of Technology, Chengdu Sichuan 610059, China)

Assessing vegetation restoration has important significance on reconstruction and restoration planning of earthquake-stricken area. The normalized difference vegetation index is calculated to analyze the change of vegetation coverage and vegetation restoration condition. Negative change region of vegetation index is extracted to analyze the relationship between vegetation restoration and terrain factors. The analysis shows that the total recovery of the vegetation was good, but the vegetation recovery was not uniform in the study area. The growth trend of vegetation recovery increased with the increase of slope. When the degree of vegetation restoration reached 0.6, the growth trend of vegetation recovery decreased with the increase of slope. The growth trend of vegetation recovery increased with the increase of elevation. When the degree of vegetation restoration reached 0.45, the growth trend of vegetation recovery decreased with the increase of elevation.

vegetation restoration; RS; terrain factors; NDVI

2015-07-09

王蕾(1991— ),女, 四川南江人，成都理工大學(xué)地學(xué)空間信息技術(shù)國(guó)土資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室碩士生.研究方向：3S技術(shù)與應(yīng)用.

TP79

A

1008-4681(2015)05-0014-03