瑞麗市土地覆被遙感動(dòng)態(tài)變化研究

閆潔茹，趙志芳 (1.云南大學(xué)資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院，云南昆明650091;2.云南省遙感中心，云南昆明650091)

土地覆被反映了地球表層的自然狀況，是自然營(yíng)造物和人工建設(shè)物所覆蓋的地表諸要素綜合體，包括地表植被、土壤、冰川、湖泊、沼澤濕地以及各種建設(shè)物，其形式和狀態(tài)可在多時(shí)空尺度上變化［1］。土地覆被作為地球表層的景觀標(biāo)志，既是引起全球環(huán)境變化的原因，也是全球環(huán)境變化產(chǎn)生的結(jié)果。土地利用的變化在不斷地導(dǎo)致土地覆被的加速變化，而土地覆被的變化又會(huì)反過(guò)來(lái)影響土地利用方式和空間格局［2］。由于人類(lèi)的生存和發(fā)展伴隨著土地覆被的變化，而土地利用作為人類(lèi)的一種社會(huì)活動(dòng)，也是人類(lèi)對(duì)全球變化做出反應(yīng)的一種方式，因此，對(duì)土地覆被變化的研究更加重要。

遙感影像土地覆被分類(lèi)是指遙感影像中的像元根據(jù)其在不同波段的光譜亮度、空間結(jié)構(gòu)特征或其他信息，按照某種規(guī)則或算法進(jìn)行土地覆被的分類(lèi)［3］。筆者將采用1991年TM影像、2000年TM影像、2012年RapidEye影像對(duì)瑞麗市進(jìn)行土地覆被分類(lèi)，并進(jìn)行變化監(jiān)測(cè)，分析近20年來(lái)瑞麗市的生態(tài)變化。這對(duì)瑞麗市土地利用方式的合理配置、瑞麗市生態(tài)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的規(guī)劃和決策制定提供科學(xué)依據(jù)，也為其他地區(qū)提供一定的借鑒。

1 研究區(qū)概況

瑞麗市地處云南省西部，德宏州南部，位于97°31＇～98°02＇E、23°38＇～24°14＇N，總面積為 1 143.57 km2。距省會(huì)昆明市752 km，距州府潞西市103 km，為東起上海西達(dá)云南的320國(guó)道的終點(diǎn)，是昆瑞公路與中印公路的交匯處。其東連潞西，北接隴川，西北、西南、東南3面與緬甸克欽邦、撣邦山水相連，村寨相望。研究區(qū)植被覆蓋茂盛，植被種類(lèi)多樣，有著巨大的生態(tài)意義。研究區(qū)地理位置如圖1所示。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源 該研究采用兩期ETM+影像(時(shí)相:1991年4月與2000年6月;空間分辨率:15 m，波段組合:R(3)、G(2)、B(1))與一期RapidEye影像(時(shí)相:2012年;空間分辨率:5 m，波段組合:R(3)、G(2)、B(1))作為研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。另外，還采用2011年RapidEye影像數(shù)據(jù)和20 m的DEM數(shù)據(jù)對(duì)研究區(qū)3期數(shù)據(jù)進(jìn)行正射校正。

2.2 建立土地覆被分類(lèi)系統(tǒng) 科學(xué)合理的土地覆被分類(lèi)系統(tǒng)建設(shè)是開(kāi)展遙感信息提取的基礎(chǔ)。該研究土地覆被采用了LUCC分類(lèi)方法，并結(jié)合最新的《第二次全國(guó)土地調(diào)查分類(lèi)系統(tǒng)》［4］以及瑞麗市地區(qū)的基本情況，將瑞麗市的土地覆被分為耕地、林地、水域、建設(shè)用地4個(gè)一級(jí)類(lèi)(表1)。

2.3 研究方法 該研究采用監(jiān)督分類(lèi)中的最大似然分類(lèi)法對(duì)研究區(qū)影像進(jìn)行分類(lèi)。最大似然分類(lèi)是遙感主要的分類(lèi)方法之一，它是在各類(lèi)密度分布函數(shù)為正態(tài)的假設(shè)條件下基于貝葉斯準(zhǔn)則構(gòu)建起來(lái)的，有嚴(yán)密的理論基礎(chǔ)、清晰的參數(shù)解釋能力、易于與先驗(yàn)知識(shí)融合、算法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

表1 瑞麗市土地覆被變化類(lèi)型標(biāo)準(zhǔn)

分類(lèi)前要先選取訓(xùn)練樣區(qū)，訓(xùn)練樣區(qū)選取的好壞對(duì)分類(lèi)精度至關(guān)重要，選取的樣區(qū)應(yīng)盡量只包含一種地物類(lèi)型。分別對(duì)3期影像進(jìn)行樣區(qū)的選取，并用J－M距離可分性進(jìn)行樣本可分離性的計(jì)算，當(dāng)4種土地覆被類(lèi)型間的可分離性大于1.8時(shí)，則滿(mǎn)足分類(lèi)需求，用最大似然分類(lèi)法分類(lèi)后得到3期影像分類(lèi)面積(表2)，分類(lèi)結(jié)果如圖2所示。

3 瑞麗市土地覆被動(dòng)態(tài)變化分析

3.1 土地覆被數(shù)量變化特征 經(jīng)遙感分類(lèi)，統(tǒng)計(jì)各土地類(lèi)型的面積和結(jié)構(gòu)顯示，瑞麗市1991～2012年土地覆被數(shù)量和結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)表2。

從面積和結(jié)構(gòu)上看，林地和耕地是瑞麗市主要的土地覆被類(lèi)型，耕地減少的趨勢(shì)較明顯，總面積從1991年的275.38 km2到2012年的94.28 km2，減少幅度為15.08%。建設(shè)用地面積由1991年的12.29 km2到2012年的41.81 km2，增加幅度為1.71%。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，建設(shè)用地發(fā)展過(guò)快占用了大量的耕地，人地矛盾比較嚴(yán)重。同時(shí)其他土地利用類(lèi)型也有不同程度的變化，但變化幅度不大。

3.2 土地覆被結(jié)構(gòu)變化特征 土地覆被始終處于動(dòng)態(tài)變化中，其變化既受自然因素的制約，也受社會(huì)因素的制約，總體上反映了土地資源的配置情況和比重變化狀況。通過(guò)對(duì)瑞麗市土地覆被數(shù)量和結(jié)構(gòu)的分析，可把握土地利用變化總的態(tài)勢(shì)，并根據(jù)變化態(tài)勢(shì)，制定相應(yīng)的對(duì)策，實(shí)現(xiàn)土地資源的良性利用和可持續(xù)發(fā)展。各土地利用類(lèi)型數(shù)量和結(jié)構(gòu)變化如表3所示，可以看出近20年間瑞麗市土地利用方式發(fā)生了顯著變化。

表2 瑞麗市1991～2012年土地覆被數(shù)量及結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)

表3 瑞麗市1991～2012年土地覆被數(shù)量結(jié)構(gòu)變化

由表4可以看出，1991～2012年間，瑞麗市耕地面積一直減小，而林地、建設(shè)用地和水體的面積一直在增長(zhǎng)。瑞麗市1991～2012年耕地面積急劇減小，尤其是2000～2012年，耕地面積減小了112.98 km2，減小速率達(dá)到9.88%。建設(shè)用地在1991～2012年間不斷增大，1991～2000年增加的速率達(dá)到1.49%。

瑞麗市總?cè)丝跀?shù)量由1991年的83 263萬(wàn)增加至2012年的181 200萬(wàn)，由此可見(jiàn)，建設(shè)用地面積持續(xù)增長(zhǎng)和人口的擴(kuò)張密切相關(guān)。與建設(shè)用地面積增長(zhǎng)相反的是耕地面積持續(xù)下降，從一定程度上說(shuō)明隨著建筑面積的增加，導(dǎo)致耕地出現(xiàn)流失的現(xiàn)象，耕地主要分布于建設(shè)用地的周邊區(qū)域，兩者相關(guān)性較強(qiáng)。

3.3 土地覆被數(shù)量變化模型

3.3.1 單一土地利用動(dòng)態(tài)度［5］。單一土地利用動(dòng)態(tài)度在程度上反映的是研究區(qū)一定時(shí)間范圍內(nèi)某種土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌恋乩妙?lèi)型的速度，主要是從研究時(shí)段內(nèi)土地覆被變化的結(jié)果上反映出變化的劇烈程度，值越大，表明土地利用變化的速度越快、程度越劇烈。其表達(dá)式為:

式中，ua為單個(gè)土地利用類(lèi)型初期的數(shù)量;ub為單個(gè)土地利用類(lèi)型期末的數(shù)量;T為研究時(shí)間，以年計(jì);R單為單個(gè)土地利用類(lèi)型的年變化率。

瑞麗市1991～2012年單一土地利用動(dòng)態(tài)度結(jié)果如表4所示。從表4可以看出，耕地減少的趨勢(shì)在增加;而林地在后一時(shí)期被大量開(kāi)發(fā)，處于增加的趨勢(shì);建設(shè)用地面積呈一直增加的趨勢(shì);水域面積在前一階段被大量開(kāi)發(fā)，后階段有明顯的減少趨勢(shì)。但總體來(lái)看，相對(duì)于1991～2000年，土地利用變化在后一階段動(dòng)態(tài)較高，表明后一階段土地覆被變化的速度比較快，土地利用方式發(fā)生了很大的變化。后一階段土地利用變化的速度呈現(xiàn)出明顯的回落趨勢(shì)，說(shuō)明在這個(gè)時(shí)期內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)比較合理，土地利用程度較高。

表4 瑞麗市單土地利用動(dòng)態(tài)度變化 %

3.3.2 綜合土地利用動(dòng)態(tài)度。綜合土地利用動(dòng)態(tài)度反映的是研究區(qū)土地利用的總動(dòng)態(tài)，值越大，說(shuō)明研究區(qū)在一定時(shí)間段內(nèi)土地利用動(dòng)態(tài)變化越激烈;反之，越弱［6］。計(jì)算公式為:

式中，LUi為研究初期第i類(lèi)土地類(lèi)型面積，ΔLUi－j為研究初期第i類(lèi)土地類(lèi)型轉(zhuǎn)為研究末期非i類(lèi)土地利用類(lèi)型面積的絕對(duì)值;T為研究時(shí)段，以年計(jì);R綜為該研究區(qū)土地利用年變化。

利用公式(2)計(jì)算得出2個(gè)時(shí)期的土地利用綜合動(dòng)態(tài)度，瑞麗市1991～2000年綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為0.03%，2000～2012年土地利用綜合動(dòng)速度為0.06%。

從前后2個(gè)時(shí)期綜合土地利用動(dòng)態(tài)度可以看出，后期的動(dòng)態(tài)度是前期的1.8倍，說(shuō)明瑞麗市在2000～2012年土地利用綜合動(dòng)態(tài)度變化較1991～2000年大，說(shuō)明在后一階段(2000～2012年)中，土地利用發(fā)生了較大的變化。

4 野外驗(yàn)證

在室內(nèi)完成瑞麗市研究區(qū)土地覆被遙感解譯的基礎(chǔ)上，為保證室內(nèi)信息提取的可靠性，特收集了以往驗(yàn)證成果資料，對(duì)室內(nèi)土地覆被類(lèi)型等變化是否解譯正確進(jìn)行判斷。

此次野外調(diào)查路線(xiàn)主要設(shè)計(jì)在瑞麗市和弄島鎮(zhèn)，該地區(qū)的土地覆被特征在影像上非常明顯，河流、耕地、建設(shè)用地區(qū)分度很高，是遙感解譯土地覆被非常典型的地區(qū)。2013年瑞麗市野外驗(yàn)證點(diǎn)如圖3所示。經(jīng)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)解譯的土地覆被與現(xiàn)實(shí)情況基本相符。

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論 瑞麗市以林地和耕地為主要的土地覆被類(lèi)型，1991～2012年間，研究區(qū)耕地表現(xiàn)為減少的趨勢(shì)，林地表現(xiàn)為增加的趨勢(shì)。而建設(shè)用地的年增長(zhǎng)較為明顯，從1991年的1.08%到2012年的3.36%。瑞麗市在1991～2012年期間土地覆被變化比較顯著。與1991～2000年相比，瑞麗市在2000～2012年土地覆被動(dòng)態(tài)度大，說(shuō)明在這個(gè)時(shí)期土地利用綜合程度高。

5.2 討論 該研究采用的3期影像，以2012年的影像最為清晰，但還是有少量云層的覆蓋。1991年的數(shù)據(jù)由于時(shí)間比較早，分辨率比較低，對(duì)影像的解譯造成了很大的不便，導(dǎo)致分類(lèi)精度不高。

隨著時(shí)間的推移，瑞麗市人口的增長(zhǎng)導(dǎo)致建筑用地?cái)U(kuò)張趨勢(shì)明顯。農(nóng)田因?yàn)槌擎?zhèn)的擴(kuò)張出現(xiàn)了減少的現(xiàn)象，農(nóng)田流失問(wèn)題較為嚴(yán)重。面對(duì)瑞麗市土地覆被的現(xiàn)狀，需要有效控制人口數(shù)量、合理規(guī)劃人口布局，減輕人口對(duì)土地的壓力，才能使土地資源得到有效可持續(xù)的利用。

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