毛烏素沙地典型地段沙漠化土地格局分析

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1、毛烏素沙地典型地段沙漠化土地格局分析①何月邢立新許軍強(qiáng)（吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春130026）摘要：土地沙漠化是我國(guó)一個(gè)嚴(yán)重的環(huán)境經(jīng)濟(jì)問題，利用遙感技術(shù)對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是了解其發(fā)展過程、狀態(tài)和趨勢(shì)的有效方法。由于沙地的零星分布，給目視解譯帶來困難，手工較難精確其邊界，本文采用波譜角分類方法對(duì)毛烏素沙地典型地段1993年，1998年TM數(shù)據(jù)和2002年ETM數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)沙地信息的自動(dòng)提取，操作簡(jiǎn)單，快捷且總體精度均達(dá)65%以上。對(duì)三期沙地信息專題圖，在Arcgis系統(tǒng)的支持下，建立空間信息庫(kù)，選取邊界密度、分維數(shù)、破碎度指數(shù)等指標(biāo)，分析研究區(qū)沙漠化土地

2、空間分布及動(dòng)態(tài)演變。對(duì)沙漠化土地的格局分析揭示出研究區(qū)沙漠化土地時(shí)空分布及其變化規(guī)律，為環(huán)境監(jiān)測(cè)研究提供科學(xué)依據(jù)。關(guān)鍵詞：毛烏素沙地；格局；波譜角分類；遙感；沙漠化0引言土地沙漠化指在干旱、半干旱和部分半濕潤(rùn)地區(qū)的沙質(zhì)地表?xiàng)l件下,由于自然因素或人為活動(dòng)的影響，破壞了自然生態(tài)系統(tǒng)平衡，出現(xiàn)以風(fēng)沙活動(dòng)為主要標(biāo)志，并逐步形成風(fēng)蝕、風(fēng)積地貌景觀的土地退化過程。其危害已成為當(dāng)今全球范圍內(nèi)重大的經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境問題。我國(guó)北方地區(qū)沙漠化土地處在不利的自然條件和不合理的人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的壓力下，分布范圍廣，發(fā)展速度快，使防治工作遇到很多的困難。因此，對(duì)其進(jìn)行空間分布研究和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)

3、監(jiān)測(cè)具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。遙感技術(shù)定量分析沙漠化具有速度快、成本低、監(jiān)測(cè)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，而其很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性及動(dòng)態(tài)性又是傳統(tǒng)的資源環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)方法所難以比擬的。由于沙地的零星分布，給目視解譯帶來困難，手工較難精確其邊界，目前對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)分類常用[2,5]的方法有，有監(jiān)督分類，植被指數(shù)等。本文在銀川——榆林高壓輸變電選線研究中，對(duì)研究區(qū)沙地變化信息研究選用波譜角分類實(shí)現(xiàn)沙地信息的自動(dòng)提取。1研究區(qū)概況研究區(qū)分布范圍為37°54′～38°14′N、107°25′～110°3′E，覆蓋面積約為210164km，橫跨內(nèi)蒙古、陜西、寧夏三省，位于毛烏素沙地的核心地段。毛烏素

4、沙地是我國(guó)[1]沙漠化的一個(gè)嚴(yán)重地區(qū)，也是沙漠化研究的一個(gè)重點(diǎn)。它位于鄂爾多斯高原向陜北黃土高原的過渡地帶，處于干旱、半干旱過渡地帶，海拔1100～1500米，自西北向東南傾斜。年平均溫度6.0～9.0℃，年平均降水量東南部為440mm，向西遞減至250mm，年平均蒸發(fā)量1770～2500mm，是降水量的4～9倍，濕潤(rùn)指數(shù)0.5～0.65。年平均風(fēng)速2.1～3.3m/s，年平均大風(fēng)日[7]數(shù)10～40d，最多達(dá)95d。本研究區(qū)自然條件較優(yōu)越，但由于干旱多風(fēng)的氣候和廣泛分布的疏松沙質(zhì)地表，一旦過度開墾和放牧,流沙面積將不斷擴(kuò)大，并使固定和半固定沙丘向流動(dòng)沙丘方

5、向發(fā)展。2沙地信息提取2.1數(shù)據(jù)源及其準(zhǔn)備本文選用我國(guó)遙感地面站1993年、1998年的TM數(shù)據(jù)和2002年的ETM數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行幾何精校正、圖像拼接、波段組合、增強(qiáng)處理等常規(guī)預(yù)處理。解譯標(biāo)志的建立是信息提取的首要步驟。在土壤中，粘土顆粒、粉砂顆粒、砂顆粒所占的相對(duì)比例，決定土壤的質(zhì)地。不同質(zhì)地的土壤光譜特征不同。含有機(jī)質(zhì)成分越多的土壤其反射率越低，在影像上色調(diào)越深。在沙質(zhì)土地中，由于有機(jī)質(zhì)成分的流失，其光譜反射率會(huì)增加。另外植被覆蓋度不同，色調(diào)亦不同。所以，土壤中含砂質(zhì)成分越高，有機(jī)質(zhì)含量越少，在圖像上色調(diào)越淺，這是土地沙化解譯的最基本標(biāo)志。2.2波譜角分

6、類波譜角分類方法是一種光譜匹配技術(shù)，以物理學(xué)為基礎(chǔ)，通過運(yùn)算影像像元光譜與樣本參考光譜之間的夾角來區(qū)分類別。波譜角分類方法的原理是:把光譜作為向量投影到N維空間上,其N維數(shù)為試驗(yàn)時(shí)選取的所有波段數(shù)。N維空間中，各光譜曲線被看作有方向[8]有長(zhǎng)度的向量，而各光譜之間形成的夾角叫作波譜角。波譜角的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:-1?XYa=cos22??(XY)()其中:a為影像像元光譜與參考光譜之間的夾角(波譜角)；x為影像像元光譜曲線向量；y為參考光譜曲線向量。cosa的值接近1的時(shí)候有最好的估計(jì)光譜值和類別分類結(jié)果。波譜角分類步驟：首先，在GRB(7,5,2)彩色合成圖像

7、上，目視勾繪沙地訓(xùn)練樣本，訓(xùn)練樣本要在全區(qū)范圍內(nèi)選擇最有代表性的典型像元，把具有不同影像特征的沙地包括進(jìn)去；然后進(jìn)行像元提純：ENVI軟件提供一個(gè)n維可視化分析器，通過它可對(duì)訓(xùn)練樣本進(jìn)行提純。當(dāng)某些像元始終聚集在一起運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些就是所需的最純像元：若在運(yùn)動(dòng)時(shí)，像元分成了兩部分，則說明選擇了兩類地物的訓(xùn)練區(qū)，需重新選擇訓(xùn)練；閾值的確定：合理選取閾值是波譜角分類成功的關(guān)鍵。輸入由上步提純得到的像元數(shù)據(jù)，選擇適宜的閾值，反復(fù)試驗(yàn)。不同時(shí)相選取不同閾值。分類完畢后，得到研究區(qū)三期沙地信息專題圖。圖1毛烏素沙地典型地段1993年沙地信息專題圖圖2毛烏素沙地典型地段19

8、98年沙地信息專題圖圖3毛烏素沙地典型地段2002年