基于遙感數(shù)據(jù)的巴音布魯克天鵝湖高寒濕地生態(tài)修復(fù)性研究

文章編號：1674-6139（2025）07-0157-05

中圖分類號：X171.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Ecological Restoration Analysis of Swan Lake Alpine Wetland in Bayinbuluke Based on Remote Sensing Datε

Gao Yajie'，Li Bo2

（1.China MeteorologicalAdministration Meteorological Cadre TrainingColege，Xinjiang Branch，Urumqi 8347o，China; 2.Xinjiang Tacheng Regional Meteorological Bureau，Tacheng ，China）

Abstract：Inodertochevecologicalprotectionandsustainabledevelopment，aremotesensingbasedologicalestoratioaaly sismethodforthehighaltitudewetlandofSwanLakeinBaynbulukeisproposed.Thepaperselectsanalysisindicatorstocostructa wetlandecologicalrestorationaalysisindiatorsystem，preprocessthecolctedwetndemotessingimages，andextactslevant informationofwetlandcologicalrestorationanalysisidicators.Tevarableweightcomprehensiveweightcalculationmethodisusedto determinetheweightvaluesofeachanalysisindicator，andtherisinghalftrapezoidalmethodisusedtodeterminethemembershipfunction.TheanalysisresultsareobtainedbymultiplyingtheweightvaluesoftheanalysisindicatorswiththefuymatrixThewlandco logicalrestorationlevelisbtainedbasedonthemaximummembershipdegreestandardTeexperimentalresultssowtatthisethod canffectivelyachieveecologicalrestoratioanalysisofwetlandsndimprovetheShanondiversityindexofvariousregionswihinte wetland area.

Keywords：remotesensingdata；alpinewetlands；ecologicalrestoration；idicatorsystem；variableweightcomprehensiveweight

前言

巴音布魯克天鵝湖，位于中國天山山脈中部的山間盆地，以獨(dú)特的地理位置和豐富的生態(tài)資源，成為眾多珍稀鳥類的棲息地[1-2]。然而，隨著人類活動的不斷加劇和氣候變化的影響，巴音布魯克濕地的生態(tài)環(huán)境面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。因此，分析生態(tài)修復(fù)性，對于濕地的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響[3]。目前對生態(tài)環(huán)境保護(hù)已有相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了研究。

趙敏娟等[4]研究植物對濕地生態(tài)修復(fù)的影響，選擇具有特定功能的濕地植物，定期監(jiān)測濕地水質(zhì)、土壤狀況、生物多樣性等指標(biāo)，將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，探究植物對濕地生態(tài)修復(fù)的影響程度。該方法實(shí)際應(yīng)用過程中忽視了植物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性的重要性。許丁等[5]研究基于生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值的濕地生態(tài)方法[5]，對濕地生態(tài)產(chǎn)品（如碳匯、水資源、生物多樣性等）進(jìn)行初步的價(jià)值識別，生態(tài)修復(fù)性分析用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評估法對濕地生態(tài)產(chǎn)品的價(jià)值進(jìn)行量化評估，確定修復(fù)前后生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值的變化，根據(jù)生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值的評估結(jié)果，制定針對性的濕地生態(tài)修復(fù)策略。濕地生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值評估的結(jié)果精度可能受到數(shù)據(jù)來源等因素的影響，導(dǎo)致評估結(jié)果存在誤差。

針對上述文獻(xiàn)中存在的問題，提出基于遙感數(shù)據(jù)的巴音布魯克天鵝湖高寒濕地生態(tài)修復(fù)性分析方法。

1濕地生態(tài)修復(fù)性分析方法

目前，盡管巴音布魯克天鵝湖得到了一定程度的保護(hù)，但是周邊地區(qū)的水體污染仍然可能導(dǎo)致濕地生態(tài)系統(tǒng)的破壞。工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活污水的未經(jīng)處理排放可能會攜帶有害物質(zhì)，影響水質(zhì)，進(jìn)而影響濕地生物的生存。同時，周邊農(nóng)業(yè)活動中使用的化肥、農(nóng)藥等可能滲入土壤，影響濕地土壤的生態(tài)功能。特別是農(nóng)藥殘留可能會通過食物鏈累積，對天鵝等野生動物的健康構(gòu)成威脅。因此，有必要對濕地生態(tài)的修復(fù)性進(jìn)行分析。

1.1 濕地生態(tài)修復(fù)性分析指標(biāo)體系構(gòu)建

巴音布魯克天鵝湖高寒濕地（后續(xù)簡稱為濕地）修復(fù)性分析所描述的是自然環(huán)境與人類活動等因素影響下，退化濕地適應(yīng)性分析的等級劃分。差異化的自然環(huán)境與人類活動對于濕地的形成與發(fā)展產(chǎn)生的影響也具有差異性，通過構(gòu)建濕地生態(tài)修復(fù)性分析模型，對各類影響因素對于濕地的影響水平實(shí)施量化分析，構(gòu)建濕地生態(tài)修復(fù)適宜性分析模型，為濕地生態(tài)修復(fù)提供決策支持。參考相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者對于濕地生態(tài)修復(fù)的研究成果，結(jié)合巴音布魯克天鵝湖高寒濕地的實(shí)際現(xiàn)狀，選取濕地生態(tài)修復(fù)性分析的影響因子，基于共有特性劃分為兩個不同組別，分別是自然環(huán)境與人類活動。

1.2濕地遙感圖像采集與處理

考慮濕地屬于中尺度研究范圍，為保障遙感影像的清晰度，在采集巴音布魯克天鵝湖高寒濕地遙感圖像時，設(shè)定遙感圖像的空間分辨率為 30m 。選取Landsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)作為濕地遙感圖像數(shù)據(jù)源，采集濕地不同時間節(jié)點(diǎn)條件下的遙感圖像，并進(jìn)行預(yù)處理后，構(gòu)建濕地生態(tài)修復(fù)性評估指標(biāo)，基于預(yù)處理后的濕地多時相遙感圖像，獲取濕地生態(tài)修復(fù)性分析結(jié)果。

在濕地遙感數(shù)據(jù)處理過程中，選用ENVI5.3SPI專業(yè)軟件[6]，在該軟件內(nèi)引入濕地不同時相下的遙感數(shù)據(jù)，利用軟件中配備的1：10萬數(shù)字柵格地圖隨導(dǎo)入的濕地遙感數(shù)據(jù)實(shí)時幾何校正;在此基礎(chǔ)上，通過濕地區(qū)域的矢量圖層對輸入的濕地遙感數(shù)據(jù)實(shí)施裁剪處理；針對裁剪后的濕地遙感圖像進(jìn)行輻射定標(biāo)后，通過FLAASH大氣校正模型實(shí)施大氣校正；依照濕地生態(tài)修復(fù)性分析的實(shí)際需求確定合適的濕地遙感圖像波段組合[7]，在遙感圖像增強(qiáng)處理后提取濕地生態(tài)修復(fù)性分析所需信息。濕地生態(tài)修復(fù)性分析需參考多時期濕地生態(tài)信息，利用最大似然法監(jiān)督分類法等方法分別提取不同時間節(jié)點(diǎn)下濕地遙感圖像中各類信息的分布情況，并將不同類別的信息作為濕地生態(tài)修復(fù)性評價(jià)模型中的基礎(chǔ)評價(jià)指標(biāo)信息。

1.3分析指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

為獲取準(zhǔn)確的濕地生態(tài)修復(fù)性分析結(jié)果，采用變權(quán)綜合權(quán)重計(jì)算方法確定分析指標(biāo)的權(quán)重值[8]。分別利用層次分析法和熵權(quán)法獲取分析指標(biāo)的主觀權(quán)重與客觀權(quán)重，引入均衡函數(shù)，自動調(diào)整兩個權(quán)重值，由此獲取更科學(xué)的分析指標(biāo)權(quán)重，具體過程描述如下。利用式（1）描述各分析指標(biāo)的權(quán)重表達(dá)式（1）：

式（1）內(nèi)， w_j⁰ 表示分析指標(biāo)的初始權(quán)重值。利用式（2）描述均衡函數(shù)的表達(dá)式如式（2）：

式（2）內(nèi)， a 和 x_n 分別表示均衡函數(shù)分析指標(biāo)值。依照變權(quán)公式獲取變權(quán)權(quán)重，公式描述如式（3）：

在 Δ_a 值大于0且小于0.5時，說明用戶對于不同分析指標(biāo)的平衡問題考慮過多；在 a 值大于0.5且小于1.0時，說明用戶能夠容忍不同分析指標(biāo)的差異性； a 值為1則代表常權(quán)模式。將通過式（3）得到的分析指標(biāo)的權(quán)值再次實(shí)施分配：

w_j=εw_αj+（1-ε）w_βj

式（4）內(nèi)， w_αj 和 w_βj 分別表示通過層次分析法確定的主觀權(quán)重和利用熵權(quán)法獲取的客觀權(quán)重， ε 表示折中系數(shù)，值越大說明主觀權(quán)重對于最終分析指標(biāo)權(quán)重的影響越顯著；相反說明客觀權(quán)重對于最終分析指標(biāo)的權(quán)重影響越顯著。

1.4 分析模型構(gòu)建

在確定不同分析指標(biāo)的權(quán)重值后，采用模糊綜合分析法的模糊算子對不同分析指標(biāo)的信息實(shí)施運(yùn)算，由此實(shí)現(xiàn)濕地生態(tài)修復(fù)性綜合分析。在濕地生態(tài)修復(fù)性模型分析過程中，依照濕地生態(tài)修復(fù)性分析指標(biāo)等級的劃分，將不同分析指標(biāo)設(shè)定為五個級別的評語，即：

V=[1，2，3，4，5]=[ 優(yōu)，良，一般，較差，差]式（5）

各級別的濕地生態(tài)修復(fù)性等級分為優(yōu)（ B? 75）、良（ 55?B?75 ）、一般（ 35?B?55 ）、較差（20?B?35 ）和差（ B?20 ）。基于濕地生態(tài)修復(fù)性分析指標(biāo)體系，確定分析因素集 自然環(huán)境，人類活動]，其中 U₁ （自然環(huán)境）包括坡度、DEM高程、植被類型、土壤類型、景觀類型、地表溫度、水文信息和生物量， U₂ （人類活動）包括城鎮(zhèn)干擾和道路干擾。考慮上述分析指標(biāo)中，部分分析指標(biāo)具有明顯的模糊特征，因此在確定權(quán)重值后，確定分析指標(biāo)的隸屬度，由此構(gòu)建單一分析指標(biāo)的模糊綜合分析矩陣。利用升半梯形法確定五個級別的隸屬函數(shù)，以優(yōu)等級為例，具體計(jì)算過程如式（6）：

式（6）內(nèi)， x_i 和 S_i1 分別表示由遙感圖像內(nèi)獲取的不同分析指標(biāo)實(shí)際值和濕地生態(tài)修復(fù)性優(yōu)等級的標(biāo)準(zhǔn)值， Z_i1 表示濕地生態(tài)修復(fù)性等級中間過去區(qū)間的上限值。獲取變權(quán)過程所獲取的分析指標(biāo)權(quán)重值與模糊矩陣 R 的乘積，能夠獲取分析結(jié)果，基于最大隸屬度標(biāo)準(zhǔn)獲取濕地生態(tài)修復(fù)性等級，基于模糊綜合分析法的最大隸屬度標(biāo)準(zhǔn)，確定出最大數(shù)值所對應(yīng)的濕地生態(tài)修復(fù)性等級。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

文章研究基于遙感數(shù)據(jù)的巴音布魯克天鵝湖高寒濕地生態(tài)修復(fù)性分析方法，為驗(yàn)證文章方法的實(shí)際分析性能，以Landsat衛(wèi)星對巴音布魯克天鵝湖高寒濕地進(jìn)行生態(tài)監(jiān)測，該衛(wèi)星的主要優(yōu)勢為分辨率高、覆蓋能力全、頻次高等。基于Landsat衛(wèi)星所采集的濕地衛(wèi)星數(shù)據(jù)，采用文章方法進(jìn)行實(shí)地生態(tài)修復(fù)性分析，所得結(jié)果如下。

2.1遙感衛(wèi)星處理結(jié)果

文章方法中針對所采集的濕地遙感圖像獲取濕地生態(tài)修復(fù)性分析指標(biāo)的具體信息。所采集遙感信息的處理結(jié)果見圖1。

分析圖1可知，采用文章方法能夠有效實(shí)現(xiàn)濕地遙感圖像處理，提升遙感圖像質(zhì)量，由此提取準(zhǔn)確的濕地生態(tài)修復(fù)性分析所需信息

2.2濕地生態(tài)修復(fù)性分析結(jié)果

采用文章方法對濕地生態(tài)修復(fù)性進(jìn)行分析，所得結(jié)果見圖2。

分析圖2能夠得到，采用文章方法能夠有效實(shí)現(xiàn)濕地的生態(tài)修復(fù)性分析。濕地面積約為 1.6km² ，對濕地的生態(tài)修復(fù)性分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，所得結(jié)果見表1。

在表1中詳細(xì)列出了濕地生態(tài)修復(fù)性的五個等級（優(yōu)、良、一般、較差、差）以及對應(yīng)的面積和所占比例。從表中數(shù)據(jù)可以看出，生態(tài)修復(fù)性等級為“一般”的濕地面積最大，達(dá)到了 0.42544km² ，占總濕地面積的 26.59% 。這一結(jié)果表明，在濕地范圍內(nèi)，有相當(dāng)一部分區(qū)域的生態(tài)修復(fù)性處于中等水平，需要采取一定的措施進(jìn)行改善和提升。同時，生態(tài)修復(fù)性等級為“差”的濕地面積也相當(dāng)可觀，達(dá)到了0.25696km² ，占總濕地面積的 16.06% 。這些區(qū)域是濕地生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在，需要投入更多的資源和精力進(jìn)行治理和恢復(fù)。

2.3 分析結(jié)果應(yīng)用性

基于文章方法的分析結(jié)果對濕地生態(tài)進(jìn)行修復(fù)，在濕地內(nèi)隨機(jī)選取五個區(qū)域，對比修復(fù)前后濕地的香農(nóng)多樣性指數(shù)，通過該指數(shù)衡量濕地的物種多樣性。所得結(jié)果見表2。

由表2得到，基于文章方法的分析結(jié)果對濕地進(jìn)行生態(tài)修復(fù)后，濕地范圍內(nèi)各區(qū)域的香農(nóng)多樣性指數(shù)均呈顯著性提升，由此說明基于文章方法的分析結(jié)果對濕地進(jìn)行生態(tài)修復(fù)后，濕地的物種多樣性顯著提升，由此驗(yàn)證了文章方法的有效性。

3 結(jié)束語

研究以巴音布魯克天鵝湖高寒濕地為研究對象，通過構(gòu)建濕地生態(tài)修復(fù)性分析指標(biāo)體系，結(jié)合濕地遙感圖像的采集與處理，獲取了濕地生態(tài)修復(fù)性分析所需的關(guān)鍵信息。采用變權(quán)綜合權(quán)重計(jì)算方法確定分析指標(biāo)的權(quán)重值，并構(gòu)建濕地生態(tài)修復(fù)性綜合分析模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，文章方法能夠有效提升濕地遙感圖像的質(zhì)量，準(zhǔn)確提取濕地生態(tài)修復(fù)性分析所需的信息。通過對濕地生態(tài)修復(fù)性的綜合分析，表明濕地范圍內(nèi)生態(tài)修復(fù)性等級為一般的面積最大。基于文章方法的分析結(jié)果，對濕地進(jìn)行了生態(tài)修復(fù)，并發(fā)現(xiàn)修復(fù)后濕地的香農(nóng)多樣性指數(shù)顯著提升，物種多樣性得到了有效改善，能夠?yàn)闈竦厣鷳B(tài)修復(fù)提供有力的決策支持。

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