基于landsa遥感影像的中国北方沙漠化土地现状与发展趋势分析

基于landsa遥感影像的中国北方沙漠化土地现状与发展趋势分析

中国是世界上受沙漠化影响最大的国家之一。沙漠化是指干旱、半干旱和部分半湿润地区，由于人地关系不协调，沙活动主要表现为沙地退化。沙漠化对环境、社会和经济产生的影响受到普遍关注,20世纪末中国沙漠化造成的直接经济损失每年约为1281.41亿元。长期以来,中国在防治沙漠化方面做出了许多的努力,1994年签署了《联合国防治荒漠化公约》(UNCCD),2002年实施了《防沙治沙法》,并投入巨资开展“三北”防护林工程、“退耕还林(草)”工程、“生态环境建设”工程等,取得了较好的结果。当然,为了实现对生态环境修复的宏观管理,更好地实施沙漠化防治战略,还需要掌握沙漠化土地现状和发展/逆转过程的准确数据。王涛等通过遥感监测以及野外调查的手段统计和分析指出,20世纪50年代末至70年代中期,中国北方沙漠化土地以年均1560km2的速度发展;在对北方250万km2范围内进行的遥感监测和评价结果表明,北方沙漠化土地自50年代后期到2000年一直处于加速发展的态势,沙漠化土地年均发展速率1976年到1988年为2100km2,1988年到2000年之间达到3600km2,而21世纪初大约每年以1280km2的速度在减少。虽然过去的相关研究给出了中国沙漠化发展过程和趋势的数据,但是由于遥感信息源、监测方法和监测范围的不同,对不同时期和不同地区沙漠化土地发展趋势还是缺乏全局和系统的分析,也会出现对制定防治沙漠化的对策与行动计划认识的不确定性。因此,为了认识中国北方沙漠化土地发展趋势和时空差异并探讨其影响因素,为国家相关部门和不同地区制定沙漠化防治规划和决策提供合理依据,就需要在大面积、同步、多时相信息源的支持下,结合地面大量调查数据,利用同一标准对沙漠化土地状态及发展趋势进行高精度的评估和监测。本研究以近35a来中国北方约565万km2沙漠化可能发生区的5期LandsatMSS、TM/ETM遥感数据为主要信息源,通过目视解译方法提取不同时期沙漠化土地现状数据,在GIS空间分析支持下对其发展/逆转趋势进行比较准确的量化分析和评估。1沙漠荒漠化地分类和信息提取1.1沙漠化土地类型内各因子分析沙漠化土地的地表景观特征主要是地表风沙活动的出现及其所造成的流沙或风蚀劣地,主要表现为流动沙丘所占比例上升和植被覆盖度降低以及土壤粗化等特征。依据当前遥感手段所能提取信息的能力,沙漠化土地地表形态、植被及自然景观等特征,结合已有的研究成果和成熟方法,本研究中仍采用将沙漠化土地按程度分为轻度、中度\,重度和严重4级,按沙漠化发生成因类型分为沙丘活化或流沙入侵、灌丛沙漠化、砾质沙漠化、风蚀劣地化和旱地农田耕作沙漠化5种类型。沙漠化信息提取时,主要以在遥感影像上能识别和提取的信息如流沙面积比例、植被盖度和土地景观特征等作为主要指标,判定土地沙漠化的类型和程度。1.2沙漠化成因沙漠化受气候变化和人为因素等影响,有着正逆过程的转变,不同时期、不同区域尺度的沙漠化成因是有差异的。根据一定时段内沙漠化土地变化情况,沙漠化土地的发展方向和程度可分为不同动态类型(表1),主要表现为沙漠化发展和逆转两种方向,同时根据沙漠化土地转变性质变化分为新增或者减少和沙漠化程度加重或者减轻动态类型。1.3两种数据的比较根据Landsat遥感数据的可获取性,选用的数据源主要是:1975年左右的MSS数据;1990年、2005年和2010年为主的TM数据;2000年为主的ETM数据。这些数据基本反映出了近35a来中国北方地区的沙漠化土地状况。首选2000年代的ETM数据,以1∶10万地形图为地理参考依据,每景选取40个控制点进行纠正;然后其余年度的数据以2000年代的正射影像为参考影像,通过影像对影像的方式进行纠正。纠正后的影像统一采用Albers双标准纬线等面积投影。1.4leearth影像方法本次沙漠化土地的解译是以微机为硬件支持平台,以4、3和2波段为主,进行标准假彩色合成后按作业人员分成不同作业区,分片人机交互解译提取信息。解译时,同时结合土地利用数据和GoogleEarth影像,将多重信息进行空间配准比较,依据已建立的解译标志,按照1∶10万比例尺制图综合标准,应用地学综合分析法和相关分析法判定沙漠化土地的边界和属性,生成的沙漠化土地类型线划界经查错修改后建立拓扑关系。将全区数据拼接生成图形数据库和属性数据库,并进行叠加生成动态数据,最后进行各类沙漠化土地的面积量算汇总。该方法获取的沙漠化土地数据,不仅有图形库,还有与之相应配准的图像库和属性库。这样就可以在同一标准,同一体系下做动态分析,避免不同期数据库间标准和体系不同引起的误差,使动态分析的精度、可比性和可靠性度大为提高。220沙漠化土地情况中国北方土地沙漠化主要发生于包括内蒙古、宁夏、甘肃、新疆、青海、西藏、陕西、山西、河北、吉林、辽宁和黑龙江等部分地区在内的北方干旱、半干旱及部分半湿润地区(图1),其中贺兰山以东地区的沙地基本上是古沙丘活化而成,除乌兰布和沙漠和库布齐沙漠的大面积流动沙地外,都认为是沙漠化土地。本次监测表明,2010年中国北方沙漠化土地达到37.59万km2,其中轻度沙漠化土地12.71万km2,占沙漠化土地面积的33.80%;中度沙漠化土地8.58万km2,占22.84%;重度沙漠化土地8.33万km2,占22.16%;严重沙漠化土地面积7.97万km2,占21.21%。按沙漠化土地成因类型分,沙丘活化或流沙入侵形成的沙漠化土地面积有8.97万km2,占沙漠化土地总面积的23.86%;灌丛沙漠化面积有18.49万km2,占总面积的49.18%;砾质沙漠化、风蚀劣地化的面积有6.70万km2,占总面积的17.81%;旱地农田耕作沙漠化面积有3.44万km2,占总面积的9.15%。3前35年土地荒漠化的发展趋势3.11沙漠化土地情况近15a间,土地沙漠化主要发生在中东部农牧交错区,尤其是毛乌素沙地、浑善达克沙地及科尔沁沙地,沙漠化土地比较严重;而沙漠化逆转主要发生在草原和干旱区的局部地段(图2,表2)。总体上新增沙漠化土地36890.99km2,主要以轻度沙漠化土地为主,占新增沙漠化土地的42.21%,其余依次是中度占26.03%,重度占19.62%,严重占12.14%。减少沙漠化土地3052.65km2,与新增沙漠化土地相反,减少的沙漠化土地主要是严重沙漠化土地,占减少总量的53.46%,其余依次是重度占20.07%,轻度占13.64%,中度占12.82%。两者综合结果是:沙漠化土地净增加33838.32km2,年均净增加2255.89km2;沙漠化程度加重41662.48km2,减轻8383.20km2,净加重面积33279.28km2。综合两者变化,沙漠化发展78553.47km2,逆转11435.85km2,沙漠化发展净面积67117.62km2,年均净发展4474.51km2(表2)。3.21沙漠化土地情况近10a间,土地沙漠化主要发生在内蒙古东部苏尼特草原和呼伦贝尔草原;而浑善达克沙地、毛乌素沙地、科尔沁沙地已经出现逆转趋势(图3,表2)。总体上中国北方新增沙漠化土地41313.91km2,主要以轻度沙漠化土地为主,占新增沙漠化土地的59.33%,其余依次是中度占20.58%,严重占10.14%,重度占9.95%。沙漠化土地减少6899.00km2,与新增沙漠化土地相反,减少的沙漠化土地主要是严重沙漠化土地,占减少总量的48.94%,其余依次是重度占24.60%,中度占15.49%,轻度占10.98%。两者综合结果是:沙漠化土地净增加34414.91km2,年均净增加3441.49km2;沙漠化程度加重39744.64km2,减轻20458.94km2,净加重面积19285.70km2。综合两者变化,沙漠化发展81058.55km2,逆转27357.94km2,沙漠化发展净面积53700.61km2,年均净发展5370.06km2。3.32沙漠化土地情况近5a间,土地沙漠化主要发生在沙漠周边及荒漠草地的局部地段,农牧交错区的草地则出现大面积逆转的趋势(图4,表2)。总体上,中国北方新增沙漠化土地457.33km2,主要以重度沙漠化土地为主,占新增沙漠化土地面积的45.74%,其余依次是严重占19.95%,中度占18.32%,轻度占15.99%。减少的沙漠化土地8633.73km2,减少的沙漠化土地主要是轻度沙漠化土地,占减少总量的35.62%,其余依次是中度占24.71%,严重占22.86%,重度占16.80%。两者综合结果是:沙漠化土地净减少8176.41km2,年均净减少1635.28km2;沙漠化程度加重3797.15km2,减轻45975.85km2,减轻净面积42178.70km2。综合两者变化,沙漠化发展4254.48km2,逆转54609.59km2,沙漠化逆转净面积50355.11km2,年均净逆转10071.02km2。3.42沙漠化土地情况近5a间,在农牧交错区草地的局部地段发生土地沙漠化,而沙漠化土地逆转与前5a一样也大面积出现在农牧交错区草地(图5,表2)。总体上,中国北方新增沙漠化土地429.75km2,不同程度新增沙漠化土地所占比例分别为轻度占5.98%,中度占15.53%,重度占55.62%,严重占22.88%。减少的沙漠化土地6001.51km2,减少的沙漠化土地主要是轻度沙漠化土地,占减少总量的45.87%,其余依次是中度占22.06%,重度占16.97%,严重占15.10%。两者综合结果是:沙漠化土地净减少5571.76km2,年均净减少1114.35km2;沙漠化程度加重7596.87km2,减轻39786.18km2,净减轻32189.32km2。综合两者变化,沙漠化发展8026.61km2,逆转45787.69km2,沙漠化净逆转面积37761.08km2,年均净逆转7552.21km2。4中国北方土地沙漠化监测的基本态势以往对沙漠化面积的不同认识,主要源于监测方法、范围及数据源的不同。本次利用同一数据源,通过对比方法建立的中国北方沙漠化发生区沙漠化土地数据库,不但掌握了沙漠化