遼寧省海岸帶土地覆蓋現狀初探＊

衛亞星,王莉雯

(1.遼寧師范大學海洋經濟與可持續發展研究中心 大連 116029;2.遼寧師范大學自然地理與空間信息科學遼寧省重點實驗室大連 116029;3.遼寧師范大學城市與環境學院 大連 116029)

遼寧省海岸帶土地覆蓋現狀初探＊

衛亞星1,2,3,王莉雯1,2,3

(1.遼寧師范大學海洋經濟與可持續發展研究中心 大連 116029;2.遼寧師范大學自然地理與空間信息科學遼寧省重點實驗室大連 116029;3.遼寧師范大學城市與環境學院 大連 116029)

文章選擇遼寧省海岸帶的代表性區域盤錦市作為研究區,利用盤錦市2008年全年的MOD ISNDV I 1km時序數據,采用重點突出濕地的遙感分類方法,將盤錦市土地覆蓋類型分為六大類:濕地、耕地、城市、草地、林地和未利用土地。從每隔16 d合成的優化過的NDV I圖像上,通過分析物候變化,獲得了較好的分類效果。研究結果表明盤錦市濕地面積是1 587km2,占總土地面積的45%。人類近幾十年的開發活動已經改變了濕地的原貌,破壞了原來的水生生態系統,保護有限的濕地資源是未來可持續發展必須采取的措施。

海岸帶;濕地;遙感;遼寧

近幾十年來遙感在土地覆蓋現狀調查中得到了廣泛的應用[1-2]。遙感數據的最大優點是可以及時反映出地面的變化情況。在當今互聯網的時代,網民可以通過google earth查看全球各地的遙感圖像,不同分辨率的衛星圖像詳細地展示了地球上豐富多彩的地貌類型、城市景觀和海岸帶美景。我國的大陸海岸線很長,其中在遼寧省境內的長度是2 100km。在海洋經濟日益活躍的今天,利用遙感技術獲取近期海岸帶的土地覆蓋現狀、本地信息,對我國土地資源的長期合理利用,具有重要的作用。

海岸帶是海洋和陸地之間的過渡地帶,是人類活動最激烈的地方。全世界大約30%～50%的海岸帶環境在近幾十年都退化了[3],實際損失程度超過媒體上廣為報道的熱帶雨林的損失。人類的活動已經改變了海岸帶的生境。例如,沿海圍墾、河口建閘、海岸沙石料的過量開采、酷漁濫捕、加劇近海污染、減少濕地面積和減少生物種類[4]。海岸帶棲息地面積的減少導致了生態功能的喪失,魚和甲殼類動物數量減少,海岸線被擾動。

1 數據和方法

1.1 研究區概況

遼寧省位于我國東北地區,經緯度范圍是118°53′—125°46′E,38°43′—43°26′N,陸地總面積約15萬km2。屬于溫帶大陸型季風氣候區,原生植被的分布是東部為闊葉紅松林,西部為松櫟混交林[5]。全年無霜期有4～7個月,開始于4月中旬前后。年降水量500～1 000 mm,遼東山區1 000 mm以上。

本次研究選擇了遼寧省海岸帶的代表性區域盤錦市作為研究區,遼河、大遼河和大凌河等的沖積作用形成了遼河三角洲,盤錦市是遼河三角洲的主體。

1.2 遙感圖像處理和分類

筆者選用的遙感數據包含MOD IS時序數據和TM數據,MOD IS數據的空間分辨率是1km,TM數據的空間分辨率是30 m,兩種數據可以相互補充,完成遼寧省海岸帶土地覆蓋現狀調查。MOD IS數據是從美國宇航局NASA數據中心網站上下載的,TM數據是從美國馬里蘭大學地理系主辦的網站上下載的。遙感數據的處理過程包括:大氣校正、幾何糾正、反差增強、假彩色合成、分類和分類后處理等。MODIS最大值圖像采用IDL編程處理2008年16 d間隔的NDV I時序數據獲得,分類方法采用了監督分類法,訓練區的選擇是參考了盤錦市專題圖以后,從TM假彩色合成圖像上選取的。筆者所選用的分類方法充分考慮了盤錦市的實際情況,重點考慮了濕地的特點,突出濕地類型的劃分,盤錦濕地內生長著世界面積最大的蘆葦。

2 結果和討論

2.1 植被指數

在多波段遙感數據的應用中,遙感專家發現植被光譜值的變化在近紅外波段和紅光波段反映出明顯的變化趨勢,所以經常將紅光波段和近紅外波段組合,形成了多種植被指數算法,其中最常用的就是歸一化植被指數(NDV I),NDV I=(近紅外-紅光)/(近紅外+紅光)。筆者選用的就是MOD IS的NDV I產品,生成了盤錦市的NDV I最大值合成圖。發現研究區的大部分是濕地和耕地。大面積的很高的NDV I值清晰地展現出位于盤錦西南部的雙臺子自然保護區的蘆葦生長得非常茂盛。在土地覆蓋遙感分類研究中,經常用水體作為定位標志,由于水體的NDV I值接近于0,從圖中可以找出三角洲水庫、榮興水庫、疙瘩樓水庫、八一水庫、紅旗水庫和青年水庫。低的NDV I值主要出現在盤錦南部的沙灘區域。通過比較全年NDV I最大值合成圖像和TM圖像,發現全年NDV I最大值合成圖像可以被用來區分林地、草地、耕地、濕地、城市和未利用土地。

每16 d合成的NDV I時序數據展現出了不同土地覆蓋類型隨季節明顯變化的模式(圖1),未利用土地的NDV I值全年都很低,并且數值分布范圍很穩定。植被區的NDV I值4月份開始增加,11月份開始下降,7月份和8月份達到最高峰,這個表現與中國北方植被的生長規律一致。另外NDV I時序圖像揭示了林地在夏季和冬季的NDV I值是明顯不同的,夏季是生長期的最高峰,冬季是非生長期,林地類型中包括了闊葉林、針葉林和針闊混交林。圖中也表明耕地、草地、林地的生長期是不相同的:林地的生長期長于草地,草地的生長期長于耕地。這個特點很好地反映出自然界的植被生長規律,可以利用這個特點區分出不同的土地覆蓋類型[6]。

圖1 選擇的訓練樣地的NDV I時序

2.2 土地覆蓋分類

本次研究制作了盤錦市土地覆蓋分類圖,濕地是盤錦市最重要的土地覆蓋類型,筆者采用的分類方法就是將濕地從其他土地覆蓋類型中區分出來,以滿足濕地資源監測的需要。未利用土地位于盤錦南部,濕地位于盤錦西部,草地主要分布在北部,林地很零散地分布在東部,耕地的主體分布在中南部,城市位于中部,盤錦西南部出現的耕地表明一些濕地已經被開墾為農田。

土地覆蓋分類的數量化結果如表1所示。

表1 整個研究區域的分類結果

盤錦市最主要的土地覆蓋類型是濕地,面積達到了1 587km2,占總土地面積的45%;第二大類是耕地,面積達到了1 007km2,占總面積的29%;第三大類是城市,包括城鎮、工礦企業用地和交通用地,面積是517km2,占總面積的15%;第四類是草地,面積是227km2,占總面積的7%;林地的面積最小,是39km2,占總面積的1%;未利用土地的面積是94km2,占總面積的3%(圖2)。

圖2 盤錦市各種土地覆蓋類型面積柱狀圖

本次分類的最終分類結果的精度為87%(分類后用參考點計算出的誤差矩陣及精度評估如表2和表3)。某些土地覆蓋類型的生產者精度較低:林地的生產者精度為65.06%,耕地的生產者精度為80.63%。林地的分類誤差主要是由于林地的光譜值接近于其他植被類型所致。耕地分類誤差是因為將一些代表耕地的像元錯分為草地,兩者的NDV I值比較接近。這種分類誤差的另一個原因是由于各種植被的光譜反射值和季節變化特征比較相似所致。對于濕地資源監測來說,準確區分出濕地和耕地是非常重要的。

表2 分類后用參考點計算出的誤差矩陣

表3 精度評估

2.3 討論

盤錦濕地是該地區重要的生態資源,其中主要有灘涂和蘆葦濕地兩種類型。灘涂上主要分布有蝦池、蟹池和鹽田,同時也是鳥類和魚類的棲息地。盤錦蘆葦田的面積世界最大,蘆葦是造紙工業的重要原料,秸稈可用于養殖、編織、農業耕作和曬鹽,另外蘆葦還具有凈化水質、改良土壤、防風抗洪和保持生態平衡的作用,蘆葦在生物多樣性保護中具有重要的意義[7]。

人類的活動是盤錦濕地面積縮減的重要原因,20世紀80年代以后,由于石油開發、道路修建、葦田開發、水產養殖開發和水稻種植面積擴大,占據了大面積的濕地,并加劇了濕地景觀的破碎化。濕地面積的減少降低了它的抗洪蓄水能力,應對自然災害的能力下降。濕地開發為水稻田以后會截流河流中的營養物質,使河口水流中的營養物質數量減少,導致生物多樣性降低。石油開發以后泄漏的油污隨著水流進入濕地生態系統,造成蘆葦產量降低,水質下降。種植水稻所使用的化肥和農藥,污染了當地的水生生態系統,鳥類和魚類的數量和種類大幅下降。人類活動已經改變了盤錦濕地的原貌,當前必須限制進一步的開發行為,保護有限的濕地資源[8]。

3 結束語

利用遙感技術監測海岸帶土地資源是中國和世界其他國家的一項重要任務。筆者采用2008年MOD IS 1km的全年NDV I數據產品對盤錦市進行了土地覆蓋分類。在分類的過程中重點強調了濕地區域,這些區域具有逐漸被人類開發的趨勢。從16 d合成的優化過的NDV I時序圖像上,通過分析物候變化,可以獲得較高的分類精度。將具有水體特征的濕地資源模型化研究以后,發現盤錦市的濕地面積是1 587km2。由于MOD IS數據覆蓋面積大,時間頻率高(每半天2次),并且對植被的生長變化比較敏感,所以它可以有效地應用到海岸帶環境變化監測中。

[1] 牛振國,宮鵬,程曉.中國濕地初步遙感制圖及相關地理特征分析[J].中國科學D輯:地球科學,2009,39(2):188-203.

[2] 衛亞星,王莉雯,劉闖.基于MOD IS NDV I時序數據的青海省草地分級[J].資源科學,2008,30(5):688-693.

[3] VAL IELA I,FOX S E.Managing coastal wetlands[J].Science,2008,319:290-291.

[4] 孟偉.海岸帶生境退化診斷技術:渤海典型海岸帶[M].北京:科學出版社,2009:1-10.

[5] 李文華,周曉峰,劉興土.東北地區有關水土資源配置、生態與環境保護和可持續發展的若干戰略問題研究[M].北京:科學出版社,2007:25-35.

[6] 王莉雯,牛錚,衛亞星.基于MOD ISNDV I的新疆土地覆蓋類型劃分與潛在荒漠化區域探測[J].干旱區地理,2007,30(4):573-578.

[7] 肖篤寧,胡遠滿,李秀珍.環渤海三角洲濕地的景觀生態學研究[M].北京:科學出版社,2001:48-58.

[8] 王正興,索玉霞,林昕.AVHRR全球時間序列研究進展[J].資源科學,2008,30(8):1252-1260.

教育部人文社會科學重點研究基地項目(08JJD790142);遼寧省教育廳科學研究一般項目(L2010226);教育部人文社會科學研究青年基金項目(10YJCZH 156);遼寧省教育廳創新團隊項目(2007T095).