论文部分内容阅读
摘要：本文基于遥感技术，以2000年和2010年的2期卫星遥感数据为基础，采用面向对象分类方法，得到2期生态环境空间分布图，分析吉林西部生态环境时空动态变化规律，并对其成因进行分析。研究结果表明：2000～2010年吉林西部景观变化特征主要表现为水体减少，城市扩张和旱地增加，水体面积由2000年的1971.69 km2 减少到2010年的1686.32 km2，10a间减少14%，而研究区的居民工矿用地和建筑用地的面积10a间增加11%，旱地面积10a间增加了647.32 km2。2000～2010年吉林西部沙漠退化的趋势明显，这主要是由于政府实施植树造林和沙化治理等政策造成的。气候变化和人类活动是2000～2010年吉林西部景观变化的主要因素。
关键词：生态环境； 面向对象；遥感；吉林西部
中图分类号：P95 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20150501214
引 言
半干旱地区作为我国生态环境最为脆弱的地区之一，区域生态系统具有不稳定性和敏感性的特点，而近年来，河道断流、水土流失、水土污染等为代表的生态环境恶化问题已引起广泛关注[1]。
许多学者对引起这些现象的生态环境问题进行了研究[2]，初步研究表明，生态环境变化对区域可持续发展产生极大的影响，而且是造成河流水量减少和水土流失加剧的主要原因之一；脆弱性地带对区域气候变化响应强烈，其生态种类变化对研究气候变化导致的生态环境演变提供了极为有利的条件；生态环境变化的主要原因有气候变化、人类活动影响和病虫害影响等。
吉林西部是我国北方生态脆弱带的重要组成部分，是我国土地盐碱化最严重的地区之一，近年来，由于自然因素和人类活动的影响，该地区草地严重退化，水土流失，土地盐碱化加剧，沙漠化发展速率不断增加[3]。
因此，本文利用遥感技术，基于面向对象分类方法提取吉林西部不同时期生态类型，分析吉林西部生态环境变化规律，并对其成因进行分析，为半干旱区资源环境可持续发展提供科学依据。
1 研究区概况
吉林西部位于松嫩平原的西南部， 位于E123°09′～
124°22′，N44°57′～45°46′之间，行政区划包括白城和松原2个地级市，包含10个县（市、区），土地面积为47，011 km2（图1）。该区属半干旱半湿润的大陆性季风气候区，四季变化明显，多年平均降雨量为370～407mm， 年蒸发量1500～1900 mm，≥10℃的年活动积温2900～3200℃，该地区生态环境诸因素具有明显的过渡性质，且由此产生一系列环境生态效应，风沙、盐碱、洪涝、冰雹、低温、冷害等自然灾害交织在一起，影响和制约该地区自然生态和社会经济的发展。
2 数据与方法
2.1 数据源与预处理
遥感影像数据：覆盖吉林省西部地区全境的2期Landsat TM/ETM 遥感影像，时间为2000年和2010年的7月份 ，分辨率为30m；数据经几何校正、裁切和投影变换等处理，投影方式统一为Albers等积投影。
野外验证点数据：覆盖研究区野外验证点共179个，包括坐标、植被类型、地物特征等信息，数据统一定义为Albers等积投影。
其它地理数据：土地利用现状图、行政区划图。以上图件经扫描后进行数字化和投影变换，投影与上面数据一致。
2.2 研究方法
2.2.1 生态景观分类
根据卫星遥感影像资料解译结果，将研究区生态景观划分为15种类型：草地；旱地；水田；盐碱地；沙漠/沙地；稀疏草地；稀疏灌木林；草本沼泽；草甸；落叶阔叶林；落叶阔叶灌木林；森林沼泽；常绿针叶林；水体；居工地及建筑用地。
2.2.2 面向对象方法
本文采用多尺度分割算法，利用易康软件，基于影像的光谱特征、几何特征、纹理以及和其它对象的关系，同时也要考虑质地、形状大小等特征，对遥感影像进行分割，从而得到影像对象。本文根据研究区的特点，采用的多尺度方案均包含多季相遥感数据集的7个波段的信息。我们采用隶属函数法和最邻近分类法相结合的方法，在基于结构明确且容易描述的决策树思想的规则集中引入2种方法，对这2种方法进行补充使用，以发挥各自的优势，提高分类的精度。
2.2.3 指标选取
通过分析吉林西部2期生态景观分布情况，对比分析指标选取景观类型斑块数、面积，使用ArcGIS软件对数据进行处理，并确定出每类景观嵌块体的数目、面积和周长值。
3 研究结果
3.1 生态环境时空变化特征
图1 2000年和2010年吉林西部生态环境空间分布
图1为吉林西部10a生态景观类型空间分布情况。从图中可以看出， 中部地区的水体（蓝色）的面积有所减少，主要转变成稀疏草地和沙地，而西部的居民工矿用地面积呈现增加的趋势（红色面积增加， 相对变化的百分比为11%，周长值增加了1904.57 km（表1）。这说明2000～2010年吉林西部景观变化趋势主要表现为水体减少和城市扩张。
从表1可以看出，这10a间旱地变化的最为剧烈，从2000年的122042.34 km2 增加到2010年的122689.66 km2，景观嵌块体数目增加了664块，说明该地区旱地空间上呈现明显增加的趋势。水田、落叶阔叶林、落叶阔叶灌木林等均呈现增加趋势，但变化较小。水体面积减少最多，其次是草本沼泽，10a间减少了119.44 km2，稀疏草地景观嵌块体数目减少了14块，周长值减少216.43 km，空间上呈现减少趋势。沙漠/沙地10a间的面积变化百分比为0.63%，仅低于草地稀疏草地，说明吉林西部沙漠化退化趋势明显。
表1 2000年和2010年吉林西部生态环境变化 景观类型 景观嵌块体数目 面积/（/km2） 变化/%
2000 2010 2000 2010
居工地及建筑用地 7019 7161 1780.95 1972.26 0.11
常绿针叶林 1 1 0.02 0.02 0.00
旱地 12431 13097 122042.34 122689.66 0.01
森林沼泽 1 1 0.02 0.02 0.00
水体 4949 3047 1971.69 1686.32 -0.14
水田 3095 2319 2960.18 3008.49 0.02
沙漠/沙地 399 105 29.30 10.74 -0.63
盐碱地 10155 9809 3771.85 3710.79 -0.02
稀疏灌木林 32 17 57.55 59.89 0.04
稀疏草地 15 1 25.94 6.50 -0.75
草原 19599 16460 4772.55 4728.77 -0.01
草本沼泽 4130 3097 1782.05 1662.64 -0.07
草甸 136 57 58.99 53.85 -0.09
落叶阔叶林 12394 12471 3212.46 3244.68 0.01
落叶阔叶灌木林 26 54 7.44 10.93 0.47
4 成因分析
4.1 气候变化对生态环境变化影响
气候因素是影响植被生长变化的重要原因，而植被生长季（4～9月）的气候变化对植被生长至关重要， 所以本文选取吉林西部地区2000～2010年植被生长季的8个气象台站的资料进行分析，自2000年以来，吉林西部生长季气温有显著升高趋势，平均每年升高约0.18℃/a（图2）； 在降雨量方面，近10a来吉林西部地区生长季降雨量呈现逐渐减少的趋势（y = 402.51e-0.037x R? = 0.2967**， P<0.01）（图2），这种气候变化将对植被生态产生重要影响， 气温上升和降雨量的减少会促使植被枯黄期提前，水体减少， 使得区域生理生态平衡遭到破坏，生态环境恶化。 这也是导致该地区水体减少的重要原因之一。
图2 吉林西部2000～2010年生长季（4～9月）平均气温
和降雨量变化趋势图 （** P<0.01）
4.2 人类活动影响
人类活动是影响生态环境变化的重要因素，从2001年起，吉林省对吉林西部实施植树造林、荒漠化处理和治碱工程，对该地区的生态植被恢复起到了重要的作用，十五期间，吉林省生态环境得到明显改善，取得了阶段性成果[4] 。
5 结论与讨论
本文采用遥感技术，基于面向对象分类方法提取吉林西部不同时期生态类型，分析吉林西部2000～2010年生态环境变化规律，并分析其成因。结果表明：
2000～2010年吉林西部环境变化主要表现为水体减少、城市扩张和旱地面积增加，其中水体10a间面积减少285.37 km2，这主要由于10a间降雨量的减少和气温的增加。
吉林西部人口由农村向城市转移，导致城市化加剧，居民工矿建筑用地10a增加11%。这10a间旱地变化得最为剧烈，从2000年的122042.34 km2 增加到2010年的122689.66 km2。
吉林西部沙漠退化趋势明显，这主要是政府实施植树造林和荒漠治理等政策的结果。气候变化和人类活动是2000～2010年吉林西部景观变化的主要因素。
参考文献
[1] 迎春.江河源区生态环境与可持续发展.中国青藏高原研究会编.青海资源环境与发展文集[C].北京：气象出版社，19： 91-94.
[2] 麻素挺，汤洁， 林年丰. 基于GIS与RS多源空间信息的吉林西部生态环境综合评价[J]. 资源科学，2004，26（4）： 140-145.
[3] 姜玲玲， 林年丰， 唐晓慧等. 吉林西部生态环境研究及质量评价[J]. 干旱区研究， 22（2）：246-250.
[4] 王振，张金生. 吉林退耕还林工作又有新举措[J] . 经济视角，2008 ， （4） ： 8.
[5] 吉林省统计局.吉林统计年鉴 [M]. 北京：中国统计出版社，2001-2011.
关键词：生态环境； 面向对象；遥感；吉林西部
中图分类号：P95 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20150501214
引 言
半干旱地区作为我国生态环境最为脆弱的地区之一，区域生态系统具有不稳定性和敏感性的特点，而近年来，河道断流、水土流失、水土污染等为代表的生态环境恶化问题已引起广泛关注[1]。
许多学者对引起这些现象的生态环境问题进行了研究[2]，初步研究表明，生态环境变化对区域可持续发展产生极大的影响，而且是造成河流水量减少和水土流失加剧的主要原因之一；脆弱性地带对区域气候变化响应强烈，其生态种类变化对研究气候变化导致的生态环境演变提供了极为有利的条件；生态环境变化的主要原因有气候变化、人类活动影响和病虫害影响等。
吉林西部是我国北方生态脆弱带的重要组成部分，是我国土地盐碱化最严重的地区之一，近年来，由于自然因素和人类活动的影响，该地区草地严重退化，水土流失，土地盐碱化加剧，沙漠化发展速率不断增加[3]。
因此，本文利用遥感技术，基于面向对象分类方法提取吉林西部不同时期生态类型，分析吉林西部生态环境变化规律，并对其成因进行分析，为半干旱区资源环境可持续发展提供科学依据。
1 研究区概况
吉林西部位于松嫩平原的西南部， 位于E123°09′～
124°22′，N44°57′～45°46′之间，行政区划包括白城和松原2个地级市，包含10个县（市、区），土地面积为47，011 km2（图1）。该区属半干旱半湿润的大陆性季风气候区，四季变化明显，多年平均降雨量为370～407mm， 年蒸发量1500～1900 mm，≥10℃的年活动积温2900～3200℃，该地区生态环境诸因素具有明显的过渡性质，且由此产生一系列环境生态效应，风沙、盐碱、洪涝、冰雹、低温、冷害等自然灾害交织在一起，影响和制约该地区自然生态和社会经济的发展。
2 数据与方法
2.1 数据源与预处理
遥感影像数据：覆盖吉林省西部地区全境的2期Landsat TM/ETM 遥感影像，时间为2000年和2010年的7月份 ，分辨率为30m；数据经几何校正、裁切和投影变换等处理，投影方式统一为Albers等积投影。
野外验证点数据：覆盖研究区野外验证点共179个，包括坐标、植被类型、地物特征等信息，数据统一定义为Albers等积投影。
其它地理数据：土地利用现状图、行政区划图。以上图件经扫描后进行数字化和投影变换，投影与上面数据一致。
2.2 研究方法
2.2.1 生态景观分类
根据卫星遥感影像资料解译结果，将研究区生态景观划分为15种类型：草地；旱地；水田；盐碱地；沙漠/沙地；稀疏草地；稀疏灌木林；草本沼泽；草甸；落叶阔叶林；落叶阔叶灌木林；森林沼泽；常绿针叶林；水体；居工地及建筑用地。
2.2.2 面向对象方法
本文采用多尺度分割算法，利用易康软件，基于影像的光谱特征、几何特征、纹理以及和其它对象的关系，同时也要考虑质地、形状大小等特征，对遥感影像进行分割，从而得到影像对象。本文根据研究区的特点，采用的多尺度方案均包含多季相遥感数据集的7个波段的信息。我们采用隶属函数法和最邻近分类法相结合的方法，在基于结构明确且容易描述的决策树思想的规则集中引入2种方法，对这2种方法进行补充使用，以发挥各自的优势，提高分类的精度。
2.2.3 指标选取
通过分析吉林西部2期生态景观分布情况，对比分析指标选取景观类型斑块数、面积，使用ArcGIS软件对数据进行处理，并确定出每类景观嵌块体的数目、面积和周长值。
3 研究结果
3.1 生态环境时空变化特征
图1 2000年和2010年吉林西部生态环境空间分布
图1为吉林西部10a生态景观类型空间分布情况。从图中可以看出， 中部地区的水体（蓝色）的面积有所减少，主要转变成稀疏草地和沙地，而西部的居民工矿用地面积呈现增加的趋势（红色面积增加， 相对变化的百分比为11%，周长值增加了1904.57 km（表1）。这说明2000～2010年吉林西部景观变化趋势主要表现为水体减少和城市扩张。
从表1可以看出，这10a间旱地变化的最为剧烈，从2000年的122042.34 km2 增加到2010年的122689.66 km2，景观嵌块体数目增加了664块，说明该地区旱地空间上呈现明显增加的趋势。水田、落叶阔叶林、落叶阔叶灌木林等均呈现增加趋势，但变化较小。水体面积减少最多，其次是草本沼泽，10a间减少了119.44 km2，稀疏草地景观嵌块体数目减少了14块，周长值减少216.43 km，空间上呈现减少趋势。沙漠/沙地10a间的面积变化百分比为0.63%，仅低于草地稀疏草地，说明吉林西部沙漠化退化趋势明显。
表1 2000年和2010年吉林西部生态环境变化 景观类型 景观嵌块体数目 面积/（/km2） 变化/%
2000 2010 2000 2010
居工地及建筑用地 7019 7161 1780.95 1972.26 0.11
常绿针叶林 1 1 0.02 0.02 0.00
旱地 12431 13097 122042.34 122689.66 0.01
森林沼泽 1 1 0.02 0.02 0.00
水体 4949 3047 1971.69 1686.32 -0.14
水田 3095 2319 2960.18 3008.49 0.02
沙漠/沙地 399 105 29.30 10.74 -0.63
盐碱地 10155 9809 3771.85 3710.79 -0.02
稀疏灌木林 32 17 57.55 59.89 0.04
稀疏草地 15 1 25.94 6.50 -0.75
草原 19599 16460 4772.55 4728.77 -0.01
草本沼泽 4130 3097 1782.05 1662.64 -0.07
草甸 136 57 58.99 53.85 -0.09
落叶阔叶林 12394 12471 3212.46 3244.68 0.01
落叶阔叶灌木林 26 54 7.44 10.93 0.47
4 成因分析
4.1 气候变化对生态环境变化影响
气候因素是影响植被生长变化的重要原因，而植被生长季（4～9月）的气候变化对植被生长至关重要， 所以本文选取吉林西部地区2000～2010年植被生长季的8个气象台站的资料进行分析，自2000年以来，吉林西部生长季气温有显著升高趋势，平均每年升高约0.18℃/a（图2）； 在降雨量方面，近10a来吉林西部地区生长季降雨量呈现逐渐减少的趋势（y = 402.51e-0.037x R? = 0.2967**， P<0.01）（图2），这种气候变化将对植被生态产生重要影响， 气温上升和降雨量的减少会促使植被枯黄期提前，水体减少， 使得区域生理生态平衡遭到破坏，生态环境恶化。 这也是导致该地区水体减少的重要原因之一。
图2 吉林西部2000～2010年生长季（4～9月）平均气温
和降雨量变化趋势图 （** P<0.01）
4.2 人类活动影响
人类活动是影响生态环境变化的重要因素，从2001年起，吉林省对吉林西部实施植树造林、荒漠化处理和治碱工程，对该地区的生态植被恢复起到了重要的作用，十五期间，吉林省生态环境得到明显改善，取得了阶段性成果[4] 。
5 结论与讨论
本文采用遥感技术，基于面向对象分类方法提取吉林西部不同时期生态类型，分析吉林西部2000～2010年生态环境变化规律，并分析其成因。结果表明：
2000～2010年吉林西部环境变化主要表现为水体减少、城市扩张和旱地面积增加，其中水体10a间面积减少285.37 km2，这主要由于10a间降雨量的减少和气温的增加。
吉林西部人口由农村向城市转移，导致城市化加剧，居民工矿建筑用地10a增加11%。这10a间旱地变化得最为剧烈，从2000年的122042.34 km2 增加到2010年的122689.66 km2。
吉林西部沙漠退化趋势明显，这主要是政府实施植树造林和荒漠治理等政策的结果。气候变化和人类活动是2000～2010年吉林西部景观变化的主要因素。
参考文献
[1] 迎春.江河源区生态环境与可持续发展.中国青藏高原研究会编.青海资源环境与发展文集[C].北京：气象出版社，19： 91-94.
[2] 麻素挺，汤洁， 林年丰. 基于GIS与RS多源空间信息的吉林西部生态环境综合评价[J]. 资源科学，2004，26（4）： 140-145.
[3] 姜玲玲， 林年丰， 唐晓慧等. 吉林西部生态环境研究及质量评价[J]. 干旱区研究， 22（2）：246-250.
[4] 王振，张金生. 吉林退耕还林工作又有新举措[J] . 经济视角，2008 ， （4） ： 8.
[5] 吉林省统计局.吉林统计年鉴 [M]. 北京：中国统计出版社，2001-2011.