基于多时相遥感数据的神东地区环境特征研究.pdf

第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW439基于多时相遥感数据的神东地区环境特征研究一姚沛林1），王瑞军2）1）中核辽宁核电有限公司，辽宁葫芦岛，125100；2）核工业航测遥感中心，石家庄，050002注：本文为中国地质调查局基金资助项目（编号：基201202-016-004）的成果。收稿日期：2023-04-10；改回日期：2023-04-30；责任编辑：刘志强。DOI：10.16509/j.georeview.2023.s1.191作者简介：姚沛林，男，1982 年生，学士，高级工程师，核物理专业；Email:。关键词：关键词：多时相遥感数据；数据处理；环境特征；变化规律；神东地区神东地区位于内蒙古与陕西省交界地带，跨及内蒙古鄂尔多斯市和陕西省的神木县，该区植被类型以低而稀疏的旱生、半旱生植被为主，生态环境先天脆弱，极为敏感。目前利用多时相遥感数据进行环境变化特征研究的方法主要有混合像元分解法、回归模型法、机器学习法等（琪翔等，2022；谢晓宁等，2022；马丽等，2022；郑荣伟等，2020）。本次利用多时相遥感数据，对神东地区的土地利用现状环境变化、植被覆盖环境变化、土地沙化环境变化等环境特征进行目视解译和信息提取，研究近30 年神东地区环境变化规律。1神东地区环境地质特征神东地区属华北地台鄂尔多斯台向斜构造单元，为较稳定的中生代内陆拗陷盆地，区内地层以中生界和新生界为主，主要出露二叠系、三叠系、侏罗系、新近系、第四系地层，奥陶系岩性主要为泥灰泥岩、白云质粒泥灰岩；石炭系岩性主要为泥岩、粘土岩；二叠系岩性主要为砂岩、砂质泥岩、页岩；三叠系岩性主要为砂岩、泥岩及砾岩；侏罗系岩性主要为粉砂质泥岩、长石砂岩、泥岩；新近系岩性主要为砾岩、砂砾岩、砂质粘土。该区属黄土高原地形，区内海拔 7701440 m，地形波状起伏，沟谷纵横，地形较复杂。北西侧、西侧地势较高，南侧、南西侧、东侧地形较低，南东侧地势最低。地貌类型包括 3 种，分别为剥蚀台原和山地、剥蚀平原和高原、堆积平原。区内南东侧和东侧区域，水系发育，多呈梳状、羽毛状分布，多为较深的河谷、冲沟；北西侧、西侧区域，冲沟、沟谷较发育，支沟密度较大，地形切割强烈；南西侧区域，水系较发育。该区气候类型属大陆性半干旱气候，冬季严寒，夏季干热，冬春多风沙。年平均温度为 6.5。年降水量很少，只有 292.7 mm，蒸发量超过降水量。2遥感数据源针对神东地区的地形地貌、地质背景、植被特征和气候条件，遥感数据源选用夏季无云的不同时相遥感数据进行分析研究。选取 1998 年、2008 年、2018 年 3 个时相的LANDSAT5 和 LANDSAT8 遥感数据源，其中 1998年、2008 年选取遥感影像类型为 LANDSAT5，2018年选取遥感影像类型为 LANDSAT8。选择 1998 年、2008 年、2018 年的遥感影像数据，开展目标物目视解译和信息识别。针对土地利用现状、植被覆盖和土地沙化，在信息识别基础上，进行目视解译，客观反映环境变化信息。3环境特征分析3.1土地利用现状环境变化对神东地区的居民地、道路、耕地、工矿用地、水域、草地、沙地、裸地、盐碱地 9 类土地利用现状类型进行遥感影像提取和解译（图 1）。1998 年度耕地面积为 18.37 km2，水域面积为105.03 km2，草地面积为 191.89 km2，沙地面积为310.28 km2，裸地面积为 361.85 km2，林地面积为1100.79 km2。2008 年度耕地面积为 49.07 km2，水域面积为96.05 km2，草地面积为 108.16 km2，沙地面积为207.96 km2，裸地面积为 562.30 km2，林地面积为1064.46 km2。2018 年度居民地面积为 4.38 km2，道路面积为地质论评 2023 年 69 卷 增刊 144011.07 km2，耕地面积为 92.92 km2，工矿用地面积为20.04 km2，水域面积为 88.11 km2，草地面积为480.66 km2，沙地面积为 156.18 km2，裸地面积为715.56 km2，林地面积为 24.86 km2。3.2植被覆盖环境变化采用逐级分级的方法对植被覆盖度进行分级，将 1998 年、2008 年、2018 年的遥感影像植被覆盖度分为 12 级，其中一级：植被覆盖度 X=0；二级：植被覆盖度 0X10%；三级：植被覆盖度 10%X20%；四级：植被覆盖度 20%X30%；五级：植被覆盖度 30%X40%；六级：植被覆盖度 40%X50%；七级：植被覆盖度 50%X60%；八级：植被覆盖度 60%X70%；九级：植被覆盖度 70%X80%；十级：植被覆盖度 80%X90%；十一级：植被覆盖度 90%X100%；十二级：植被覆盖度 X=100%。一级（X=0）所占面积比例最大，且所占比例为十二级（X=100%）的 2 倍，十二级占全区比例的 30%，说明 1998 年植被覆盖较少，土地荒漠化较严重；2008 年十二级占全区面积的 51.56%，植被覆盖面积较 1998 年有所增加；2018 年十二级所占比例占全区的 48.07%，但二级（0X10%）至十一级（90%X100%）相比 1994 年和 2006 年覆盖面积均有增加，说明植被覆盖更趋于均匀化。3.3土地沙化环境变化对土地沙化遥感解译内容包括：人为堆积和矿山堆积区、化学沉积物堆积区、冲积层区、未沙化区、轻度沙化区、中度沙化区、基岩区等（图 2）。其中 1998 年、2008 年解译内容为化学沉积物堆积区、冲积层区、未沙化区、轻度沙化区、中度沙化区、基岩区等；2018 年遥感解译内容为人为堆积和矿山堆积区、化学沉积物堆积区、冲积层区、未沙化区、轻度沙化区、中度沙化区、基岩区等。1998 年度，神东地区的各遥感解译内容面积分别为：化学沉积物堆积物为 8.13 km2，冲积层区为118.73 km2，未沙化区为 1289.51 km2，轻度沙化区为 211.59 km2，中度沙化区为 98.14 km2，基岩区为361.90 km2。2008 年度，神东地区的各遥感解译内容面积分别为：化学沉积物堆积物为 8.45 km2，冲积层区为93.41 km2，未沙化区为 1171.68 km2，轻度沙化区为183.44 km2，中度沙化区为 24.26 km2，基岩区为606.76 km2。2018 年度，神东地区的各遥感解译内容面积分别为：人为堆积物和矿山堆积物区为20.00km2，化学沉积物堆积物为0.81km2，冲积层区为180.42km2，未沙化区为1015.66km2，轻度沙化区为118.44km2，中度沙化区为37.56km2，基岩区为 715.11 km2。4环境变化规律研究土地利用环境化中林地、草地、基岩在 20082018 年变化强烈的原因，主要是人类活动日益强烈所致。19982018 年林地面积逐年减少，19982008 年面积减少较少，20082018 年面积减少较多，缩减 52.8%；20082018 年裸地和草地面积大幅度增加，增加幅度分别为 57%、150%；19982018 年耕地面积明显增加，2018 年增加面积约为 1998 年 5 倍；沙地面积大幅减少，2018 年缩减幅度为 1998 年的 50%；水域面积递减，19982008年间减少 6.9%，20082018 年减少 5.7%，主要原因为 20082018 年人类活动明显增强，居民用地、工矿用地、道路面积明显增加。19982018 年植被覆盖总体呈增长趋势，呈现东多西少的态势，植被类型主要为草地、针叶林和落叶阔叶林，其中针叶林和落叶阔叶林面积较大，主要分布在东部山区，落叶阔叶林分布在中部以及西部的平原地带和两河流域，草地零星分布，且部分草原已经半荒漠化，其中 1998 年中部地区荒漠化严重，2018 年中部地区植被覆盖较少，可能由于近期刚完成生态恢复治理工程，地表植被还未生长成林，以致植被覆被度低。19982008 年植被覆盖面积由 299.21 km增长至 592.16 km，增长速度较快，说明该期间生态环境治理情况较好，且矿山开发较少，矿山占地面积较少；20082018 年植被覆盖面积呈递增趋势，但增长缓慢，可能为在荒漠化逐渐减小的同时，矿山开发破坏了大量的植被，造成植被退化，由于矿山大量开发以及大面积占地，植被被分割成不连续分布的斑块状。土地沙化变化趋势主要由矿山开采和人为植树、造林、生态修复密切相关。冲积层区主要沿河流、水系，以及冲沟、沟谷分布，1998 年面积较小、2008 年呈减少趋势、2018 年逐渐增加，总体呈略有增加的趋势，主要为人为矿山开发，以致水土流失，冲沟、沟谷冲刷严重，以及河面增宽所致；未沙化区 1998 年面积较大、2008 年略有减少、2018年呈减少趋势，总体呈减少的态势，主要为矿山开地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1441发所致，且局部地段已经与原来沙化区连接为整体，以致未沙化区面积减少；轻度沙化区 1996 年面积较小、2006 年略有减少、2016 年呈减少趋势，总体呈减少的态势，主要为矿山恢复和生态治理，以致沙化区面积减少；中度沙化区 1998 年面积较小、2008 年减少幅度较大、2018 年略有增加，总体呈减少的态势，主要为矿山恢复和生态治理，以致沙化区面积减少；基岩区 1998 年度面积较大，2008 年和 2018 年均有增加，总体呈增加的态势，主要为矿山和生态治理工程，还未复绿，存在面积较大的生态环境治理区：人为堆积和矿山堆积区、化学沉积物堆积区分布面积较小，分布在东部和中部地段，呈条带状、带状分布，主要由人为活动引起。参考文献/References马丽,张红.2022.20002018 年焉耆绿洲城市扩展特征分析.地理空间信息,20(6):3437+42.琪翔,尚国琲,张霞.2022.基于 NDVI 的 20142020 年郑州市植被覆盖变化特征分析.河北地质大学学报,45(4):8085.谢晓宁,王崇倡,王锋.2022.盘锦市湿地动态变化监测分析.地理空间信息,20(7):5256.郑荣伟,程明瀚,张航.2020.北京市 20052015 年植被覆盖变化对蒸散发量的影响.水电能源科学,38(2):2225.YAO Peilin,WANG Ruijun：Research on environmentalcharacteristics of Shendong Region based on multitemporalremote sensing dataKeywords:multi temporal remote sensing data;datahandling；environmental characteristics；change rule；Shendong area图 1神东地区土地利用现状分布图1草地；2耕地；3河流；4基岩；5林地；6沙地图 2神东地区土地沙化分布图1人为堆积和矿山堆积区；2化学沉积物堆积区；3冲积层区；4未沙化区；5轻度沙化区；6中度沙化区；7基岩区