基于遥感影像的榆神府矿区土地荒漠景观格局变化分析

基于遥感影像的榆神府矿区土地荒漠景观格局变化分析

受苏毛素沙漠的影响，榆林地区的沙地（荒漠化）相对严重，长期以来一直受到各级政府的重视。目前对于荒漠化的景观格局研究一般沿用土地利用/覆被变化统计方法分析其变化强度,采用景观生态学景观指标的研究分析其时空变化过程和规律1矿区总结榆神府矿区主要包括神木北部矿区(含神东陕西境内部分)、新民矿区、榆神矿区,面积8369.1km2数据与方法的研究2.1tm数据质量选用的遥感数据主要为1989年、2002年及2011年的TM数据。影像成像时间为6-9月,基本无云层,影像质量较好。各时期影像的预处理包括辐射定标、大气校正、几何精校正(误差控制在0.5个像元)、图像组合和裁剪等。2.2学习方法2.2.1ndvi和albedo的地表反照率研究表明式中:DDI为荒漠化差值指数;k为相关系数,由式(2)求得;NDVI为正规化后的植被指数;Albedo为正规化后的地表反照率。式中:a为回归方程的斜率;b为回归方程在纵坐标上的截距。用式(1)计算出矿区每个像元上的DDI,即可表征该像元地表荒漠化信息。2.2.2加快实现缺乏不足的岩溶dri根据地表反照率与植被指数组成的二维特征空间,反演出荒漠化差值指数DDI,结合野外调查与典型影像样区分析,确定荒漠化程度与DDI之间的关联,参照《第四次全国土地荒漠化和沙化监测技术规定》(20090415)2.2.3沙漠景观格局景观格局一般是指景观空间格局,即各类景观要素在空间上的排列和组合方式,是景观异质性在空间上的综合表现3矿区土地沙漠变化3.1断裂强度利用各期遥感数据反演的矿区土地荒漠化分布图见图2,利用荒漠化面积统计结果求出荒漠化面积变化指标,见表2。由表2可知,轻度和中度荒漠化是主要的荒漠化类型,各级荒漠化土地面积减少和非荒漠化面积增加是荒漠化变化的主要特征。1989-2002年,中度和极重度荒漠化分别减少了12.4%和48.5%,变化率分别为2.5%和9.7%,轻度和重度荒漠化分别增加了1.5%和52.7%,变化率分别为0.3%和10.5%。2002-2011年,各类荒漠化均呈减少趋势,轻度、中度、重度和极重度荒漠化分别减少了15.7%、61.3%、46.5%和33.4%,年变化率分别为3.1%、12.3%、9.3%和6.7%。采用GIS叠加分析和统计,即可得到荒漠化转移矩阵(表3)。结果表明,对角线上的数值在相应行、相应列中较大,荒漠化级别不变的土地面积大于变化的荒漠化面积,而对角线元素的上下两个数值也较大,说明相邻荒漠化程度之间的转换更为频繁。对角线以上的数值表示荒漠化逆转,而对角线以下的数值表示荒漠化发展,统计表明1989-2002年逆转区面积840.6km3.2沙漠景观格局的变化3.2.1景观百分比pd选择5个指标进行景观类型水平上荒漠化景观格局的变化分析:斑块密度(PD),最大斑块指数(LPI),景观百分比(PLAND),评价形状指数(SHAPE_MN)和面积加权分维数(FRAC_AM)。三期土地荒漠化景观类型指标计算结果见表4。(1)土地平均形状荒漠化平均形状及面积加权分维指标中,非荒漠化及极重度荒漠化持续降低呈降低趋势,表明非荒漠化和极重度荒漠化土地的形状趋于简单。而轻度、中度及重度荒漠化呈先急剧上升后缓慢下降趋势,表明轻度、中度及重度荒漠化土地平均形状变化复杂。说明2002年之前,矿区建设进程加快,而生态环境建设主要集中在重度荒漠化的治理上,使轻度、中度及重度荒漠化土地之间变化频繁,斑块形状趋于复杂。2002年以后矿区建设进入秩序化发展,禁牧封育、退耕还林等政策大力推进,从整体上改善了荒漠化变化,斑块形状更加规则。(2)u3000暴力土地优势及与其他溶剂优势对比采用景观百分比和最大斑块指数来表征各级荒漠化的优势度。从表4中可以看出,非荒漠化土地在各年处于绝对的优势地位,中度荒漠化次之,二者优势度有所提升,优势度说明矿区荒漠化整体呈现逆转趋势。除此之外,轻度、重度和极重度荒漠化优势度出现了大幅下降,说明矿区荒漠化向非荒漠化及中度荒漠化逆转的比例明显占优。(3)破碎度密度指数在1989、2002和2011年呈现连续下降,表明景观破碎度在下降。3.2.2参数选取采用景观级别的景观格局指数标准整个矿区的景观格局,选择以下5个指标:最大板块指数(LPI)、均匀度指数(SHEI)、多样性指数(SHDI)、蔓延度指数(CONTAG)和散列度指数(IJI)。计算结果见表5。由表5可得出以下结论:(1)最大斑块指数反应了矿区荒漠化的优势度。1989-2011年之间矿区荒漠化最大斑块指数持续增加,说明非荒漠化土地的优势度持续攀升,这也是矿区荒漠化逆转,整体植被盖度提升的表现。(2)均匀度指数和多样性指数在研究期均呈现下降趋势,暗示景观斑块均匀度和空间异质性在减弱。说明在有利的气候条件和人为改善植被盖度的过程中,各级荒漠化均有所逆转,非荒漠化土地面积增加,荒漠化景观朝着良性发展的方向发展。(3)散布与并列指数在研究期持续减少,但速度变缓,表明非荒漠化斑块与其它级别荒漠化斑块类型的连接性不断降低,减轻自然灾害4荒漠化程度及边界类型(1)通过建立荒漠化指数(DDI)与归一化植被指数NDVI和地表反射率(Albedo)的统计关系,结合野外调查与典型影像样区分析,确定荒漠化程度与DDI之间的关系,可以将矿区荒漠化程度分为5个类型。(2)矿区荒漠化程度在不断逆转和发展的变化中总体上呈逆转趋势。其中1989-2002年以极重度、轻度荒漠化土地逆转为主,2002-2011年,以中度及轻度荒漠化土地逆转为主。(3)矿区荒漠化景观斑块在研究期趋于规则化,非荒漠化