近30年天津滨海新区湿地景观格局遥感监测分析_孟伟庆

局在 1979 - 2008 年间的动态变化及其驱动机制 , 试图揭示该区域湿地景观格局变化与自然生态过 程和社会经济活动之间的关系 ,从而为滨海新区湿 地资源的保护 、利用和可持续发展提供科学依据 。
2 研究区背景 、数据与方法
2. 1 滨海新区自然条件及发展背景 天津滨海新区位于华北平原北部 、海河流域下
3 滨 海 新 区 湿 地 景 观 格 局 的 遥 感 动 态分析
3. 1 湿地景观格局指数的选取 景观格局指数是指能够高度浓缩景观格局信
息 、反 映 其 结 构 组 成 和 空 间 配 置 特 征 的 定 量 指 标 [ 10 ] 。它可以比较不同景观之间的空间分布和组 合特征等结构差异 ,也可以用来定量描述和监测景 观空间结构随时间的变化 ,因此 ,本文选取适当数 量且能够满足研究要求的指数进行分析 (表 1) 。
2. 2 数据来源与研究方法 2. 2. 1 数据来源
本研究采用了遥感信息源和非遥感信息源两 种数据源 。遥感信息源选取中国遥感卫星地面站 接收的美国 Landsat卫星 TM 影像 。共选取了六个 时 段 ( 1979、1993、1998、2001、2004 和 2008 年 ) Landsat TM 影像 (分辨率 30m ) ,各景影像的云覆盖 率均小于 5%。同时还收集了 2006 年研究区域的 航片 (分辨率 0. 5m ) 。非遥感信息源主要包括 1 ∶5 万天津市地形图 、天津市植被分布图 、天津市土壤 类型图 ,以及野外考察采集的各种信息和数据等 。 采用的数据处理平台包括 ERDAS 9. 1、A rcGIS 9. 2 和景观分析软件 FRAGSTATS 3. 3 ( Grid) 。 2. 2. 2 滨海新区的湿地分类系统
滨海新区共有湿地植物 46科 , 135属 , 232 种 。 其植物区系既有暖温带大陆性季风气候的特征 ,使 得北温带成分较多 ;又由于濒临渤海而带有海洋性 气候 ,冬季气温较高 ,泛热带植物成分较多 。所分 布植物中绝大多数为草本植物 ,木本的乔木和灌木 植物极少 ,据调查只有柽柳 、白刺两种 ,柽柳主要分 布在沿岸各地 。植物群落特点是优势种多 ,覆盖度 大 ,生活型齐全 ,盐生植物占优势 。常出现的单优 建群种 有 盐 地 碱 蓬 ( S uaeda sa lsa ) 、碱 蓬 ( S uaeda g lauca) 、獐毛 (A elu ropus sinensis) 、芦苇 ( Ph ragm ites
收稿日期 : 2009 - 11 - 06;修回日期 : 2010 - 04 - 16. 基金项目 : 天津市科技支撑计划重点项目“天津滨海新区湿地生态恢复关键技术研究 ”( 08ZCGYSF00200)和天津师范大
学博士基金项目 (52X09018)共同资助 。 作者简介 : 孟伟庆 (1979 - ) ,男 ,汉族 ,山西长治人 ,博士 、讲师 ,主要从事湿地生态与环境地理方面的研究 。 E2mail: meng2
第 12卷 第 3期 2010年 6月
地球信息科学学报
JOURNAL OF GEO 2INFORMATION SC IENCE
Vol112, No13 Jun1, 2010
近 30年天津滨海新区湿地景观格局 遥感监测分析
孟伟庆 1 ,李洪远 2 ,郝 翠 2 ,莫训强 2
(1. 天津师范大学 城市与环境科学学院 ,天津 300387; 2. 南开大学 环境科学与工程学院 ,天津 300071)
austra lis)和西伯利亚白刺 (N itra ria sibirica ) 等 。滨 海新区是东亚至澳大利亚候鸟迁徙的必经之地 ,丰 富的滩涂 ,以及淡水湿地为水禽提供了必要的栖息 地和繁殖地 ,区内有河流 、湖泊 、滩涂和沼泽等自然 湿地类型 ,以及盐田 、鱼塘 、养殖池等人工湿地类 型 ,面积广阔的湿地生态系统成为该区域主要的自 然生态背景 。
适当的湿地分类方法是湿地资源研究 、保护 、 利用和恢复的基础 ,也是不同规模 、不同层次的湿 地资源调查及评价工作中必须解决的基本问题 。 目前 ,许多国际组织 、国内外学者根据不同的研究 角度提出了许多湿地分类系统 [ 16 - 20 ] 。在空间上 , 湿地是水域和陆地的过渡地带 ,兼有水域和陆地的 一些性质 ,可以在两者之间转换 ;在时间上 ,其类型
摘要 : 在 GIS和 FRAGSTATS软件支持下 ,结合景观格局数量分析方法 ,利用 1979 - 2008年间共 6期 TM 遥感影像 与非遥感数据 ,对天津滨海新区近 30年的湿地景观空间格局进行了动态分析 。结果表明 ,滨海新区湿地 (以人工湿 地为主 ) , 1979 - 2004年滨海新区湿地总面积变化不大 ,但各类型间转换较大 ,主要是自然湿地转变为人工湿地 ,沼 泽湿地几近消失 。2006 - 2008年 ,由于城市建设大量滨海滩涂湿地被围填占用 ,到 2009年 5月自然海岸线的 90% 以上被占用 。景观破碎度增加 ,湿地斑块数量从 137个增加到 704个 ,同时造成平均斑块面积下降 。驱动力分析表 明 ,降雨量减少的同时 ,年平均气温上升是主要的自然驱动因素 。和自然因素相比 ,人类干扰为主要人文驱动因素 , 表现在水产养殖为主的农业经济活动 、城市建设用地占用和围海造地等方面 。目前 ,滨海新区几乎没有自然湿地生 态系统 ,破碎化和人工化是该区域湿地的主要特征 。 关键词 : 湿地景观 ;景观格局动态 ;驱动力 ;功能退化 ;滨海新区 ;天津
在遥感影像处理软件 ERDAS Image 911 支持 下 ,以地形图为主控数据源 ,首先 ,建立统一的投影 坐标系 ,本研究采用 UTM 投影 ,坐标系采用 W GS_ 1984大地坐标系 ,然后 ,对六期遥感影像进行几何
精校正 、波段优化组合 ( 7、4、2 波段合成 ) 、辐射增 强 ,以及裁剪等处理 ,同时 ,依据遥感图像的色调 、 形态 、纹理 ,以及野外实地调查照片 ,建立滨海新区 湿地解译标志 。首先 ,在 ERDAS Image 9. 1中进行 监督分类 ,然后 ,在 A rcGIS 9. 2 平台上进行目视判 读修正 ,建立土地利用空间数据库和属性数据 ,并 得出较为准确的湿地信息 (解译精度达到 93% ) 。 最后 ,用 A rcGIS软件中的 A rcM ap 模块 ,进行空间 叠置分析 ,获得 1979 - 2008 年的湿地类型分布图 (图 2) 。
名称 斑块分维指数 PAFRAC 斑块密度 PD 指数 斑块面积 CA / TA 香农多样性指数 SHD I
香农均度指数 SHE I
斑块所占景观面积的比例 PLAND
最大斑块指数 LP I 蔓延度 CONTAG
形状指数 SHAPE_AM
表 1 景观格局指数及其生态涵义 Tab11 Index of landscape pa ttern and its ecolog ica l m ean ing
weiqing01@ gmail. com
3期
孟伟庆 等 :近 30年天津滨海新区湿地景观格局遥感监测分析
43 7
图 1 滨海新区位置示意图 Fig. 1 Location of the study area
2 89818h,平均日照百分率为 64. 7% ,年太阳能辐射 量 539kJ / cm2 ,是全市太阳能辐射量最丰富的地区 。 本区各月平均风速为 4m / s,极端最大风速为 33m / s,是天津市风能资源最丰富的地带 ,风能密度平均 可达 155～170W /m ,大于 3m / s风速的年积累时数 , 可在 6 000h左右 ,是天津市开发风力资源最有前景 的地区 。地貌属于滨海冲积平原 ,西北高 ,东南低 , 海拔高度 1～3m ,地面坡度小于 1 /10 000。滨海新 区成陆时间较短 , 主要为第四纪以来的河积海积 物 ,这些沉积物因受到自然条件的综合影响 ,在距 离渤海较远区域已经发育成为我国地带性土壤褐 土 。由于本区地势低下水位高 ,故使土壤发生草甸 化过程 ,土壤质地粘紧 ,通气 、透水不良 ,瘠薄 ,土壤 含盐量较高 [ 15 ] 。在盐分组成中 ,以氯化物为主 ,其 次有少量的 HCO3- 和 SO4- 。地下水埋藏深度多在 50～70cm ,浅层氯离子含量为 9 490～28 634m g /L , 因此 ,水质的矿化度高 ,成为土壤盐分的重要来源 。 滨海新区以湿地生态系统为主 ,面积分布广阔 ,功 能多样 。
438
地 球 信 息 科 学 学 报 2010年
和性质会随时间产生较大的变化 ,如受淹没时间的 影响 ,夏天的湖泊冬天可能就成了沼泽 ,滨海湿地 的浅海水域和滩涂会随潮汐的影响相互变化等 。 另一方面 ,湿地是一类具有地带性烙印的非地带性 自然类型和生态系统 ,各湿地类型之间没有特殊的 自然联系 ,如滨海湿地和人工稻田等 。因此 ,对湿 地进行系统分类具有相当的复杂性 ,实际操作相当 困难 ,很难在同一层次中以单个特征因子对所有类 型进行分类 。本文采用成因特征与用途分类相结 合的方法 ,根据滨海新区实际情况 ,在坚持科学性 和全面性的原则下 , 结合湿地的定义及其生态特 征 ,将本区的湿地主要分为 : 河流湿地 、湖泊湿地 、 沼泽湿地滨海湿地和人工湿地 5 个景观类型 。需 要说明的是 ,在进行湿地分类制图过程中 ,将沼泽湿 地、人工湿地 、湖泊湿地 、河流湿地和滨海湿地放在一 起是出于分类的明晰 ,并不是一个级别的表达 。 2. 2. 3 数据处理及湿地信息的提取
1 引言
湿地景观生态系统是地表重要的土地覆被类 型 ,由于其独特的地理位置和空间分布特征及特殊 的环境功能而表现出整体性的特征 [ 1 ] 。湿地尤其 是受城市发展影响大的湿地 ,成为被人类利用强度 最高 、影响和破坏最为严重的自然景观类型之一 。 湿地景观格局的研究成为揭示湿地生态状况 、空间 异质性特征及其生态过程的重要手段 。随着湿地 科学研究的不断发展 ,近年来湿地环境演变和景观 格局变化研究 ,已经成为景观生态学的研究热点和 重要研究领域 [ 2 ] 。但当前湿地景观格局变化的研 究多 集 中 在 自 然 沼 泽 地 区 [ 3 - 5 ] 、河 流 三 角 洲 地 区 [ 6 - 7 ] 、大型湖泊地区 [ 8 - 9 ]和河流地区等 [ 10 - 14 ] 。对 天津滨海新区这种靠近渤海 ,同时湿地面积大 、类 型多且人工干扰大的城市快速化区域的湿地景观 格局变化的研究还不多 。本文以卫星遥感影像作 为主要数 据 源 , 配 合 其 他 非 遥 感 数 据 , 在 GIS 和 FRAGSTATS景观分析软件等技术手段的支持下 , 运用景观生态学原理 ,研究了滨海新区湿地景观格