1987-2014年纳帕海流域土地利用时空变化分析
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【摘 要】研究纳帕海流域土地利用变化情况能有效揭示人与自然和谐发展问题。论文在采用1987-2014年Landsat影像的基础上，利用支持向量机得到纳帕海流域六类土地利用类型变化。结果显示，纳帕海流域近30年来草地面积不断减少，水域面积有较小波动，林地与灌木林地之间相互转化，林地呈增长趋势，建设用地面积不断增加，主要集中在纳曲河南岸地区。
【Abstract】The study of land use change in the Napa sea basin can effectively reveal the harmonious development of human and nature. Based on the Landsat images from 1987 to 2014， this paper uses the support vector machine to obtain the changes of six land use types in the Napa sea basin. The results show that in the past 30 years， the grassland area in the Napa sea basin has been decreasing， the water area has a small fluctuation， the woodland and shrub woodland transform each other， the woodland shows a growing trend， and the construction land area has been increasing， which mainly concentrated in the south bank of the Napa river.
【关键词】土地利用;动态变化;遥感监测;纳帕海流域
【Keywords】 land use; dynamic change; remote sensing monitoring; Napa sea basin
【中图分类号】P963 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2019）03-0087-02
1 引言
土地利用的动态监测影响到气候变化、生态平衡与人类活动等全球性的核心问题[1]。20世纪90年代以来，随着全球性问题关注度的提高及3S技术的高速发展，促使土地利用变化的研究力度不断加大，方法更加多样化[2]。当前研究土地利用变化的常用技术是RS和GIS，其涉及的数据信息源中，Landsat影像的最小空间分辨率为30m，几何精度较高，数据易于获取。因此，在提取土地利用信息时可采用Landsat影像。
纳帕海湿地地处青藏高原东南缘，由于其对气候变化和人类活动扰动响应的高度敏感，开展其土地利用时空变化研究，对区域生态、社会经济可持续发展有着重要意义[3]。但现已开展的研究距今较为久远[4，5]，因此，本文将利用支持向量机，提取纳帕海流域1987、1996、2005和2014年的土地利用分类信息，分析研究区土地利用结构和动态变化，以反映近30年境内土地利用的时空演变过程，为促进滇西北高原湿地区域的植被建设、土地资源开发利用与生态安全提升具有重要的现实意义。
2 研究区与数据
纳帕海流域位于云南省香格里拉市西北角，地理位置为27°47′-27°55′N，99°35′-99°40′E，面积12046.51hm2，平均海拔3266m，属低纬度高海拔，由草甸、沼泽、水面和湖周森林植被构成的季节性高原淡水湖泊沼泽湿地。四周山岭环绕，属寒温带高原季风气候，受地形和大气环流的影响，年平均降水量620mm，干湿季分明。1984年建立纳帕海省级自然保护区，2005年被列入《国际重要湿地名录》。
本文选用的遥感数据为1987年、1996年、2005年、2014年的Landsat影像，其数据均来自地理空间数据云。获取4个时相Landsat影像后，借助ENVI 5.3软件对其进行图像预处理。
3 研究方法
3.1 分类方法
本文借助平台ENVI，使用监督分类中的人工目视解译分类方法——支持向量机，提取土地利用类型。
①支持向量机。首先通过自动寻找能对分类有较大区分能力的支持向量，其次构造出分类器，最后实现不同类别之间的间隔最大化。②建立分类方案与规则集。结合实地勘察和与研究时间相近的Google Earth高分辨率影像进行对比匹配地类，在图像上进行目视判读，选取具有代表性的典型感兴趣区（ROIs），根据ROIs中已知的不同地物的光谱特征，通过训练计算机，进行未知地物分類到已知的地类中，实现自动识别的目的。③分类后处理。分类后的图像存在较多小块的图斑，其在一定程度上干扰图像的美感和地物面积计算结果。因此，使用Classification工具对小图斑进行处理。依照研究区植被覆盖/土地利用的特征，将其土地类型分为：林地、灌木林地、草地、耕地、建设用地和水域。 3.2 分析方法
为了分析纳帕海流域土地利用类型变化速率及程度，引用土地利用动态变化模型，再结合转移矩阵方法对数据进行整理。
①单一土地利用类型变化动态度是指一定时期内研究区某一种土地利用类型的数量变化。其表达公式如下：K=××100%，式中，K为研究期内某一土地利用类型动态度，Ua、Ub分别为研究初期、末期某一类型的土地利用面积，T为研究周期。②土地利用类型转移矩阵。不同的土地利用类型之间的变化是相互的，通过转移矩阵列表实现不同地类之间相互转化的定量性，揭示不同地物间的转移概率。
4 结果与分析
参照国家标准《土地利用现状分类》，结合纳帕海流域的具体地理特征，利用支持向量机进行分类，得到1987-2014年土地利用类型图。草地空间很大，这是纳帕海流域的自然资源优势;水域变化幅度较平缓，其中部分水域仅在总体水量较大时出现;灌木林地与林地集中于区域边缘，并且是相互转化的，其中，林地整体是递增的趋势。
通过计算得到纳帕海流域土地利用变化统计表。1987-1996年研究区草地减少了328.89hm2，动态度为-0.61%。1996-2005年建设用地变化最为显著。2005年建设用地为1042.57hm2，比1996增加了625.96hm2，动态度为16.69%。2005-2014年林地变化较为显著，草地降低了509.81hm2;耕地增加了4.25hm2，动态度为0.03%;灌木林地面积减少了1107.73hm2，林地面积增加了1318.29hm2，这主要受林業管理和当年降水量多的影响。1987-2014年纳帕海流域土地利用变化最大的是灌木林地—林地的转化，林地面积共增加了1569.68hm2。
为理清其不同土地利用类型之间的转换，将演算不同地类间的转换矩阵来分析其如何转换及转化量大小。1987-1996年期间，共有929.90hm2的其他土地利用类型转化为草地，1258.79hm2的草地转换为其他地类，以草地与水域、耕地的转化为主。原因是当处于降水充沛时，水体淹没草地，当地居民在原有的草地上进行农作物耕作。521.08hm2的灌木林地转为林地，原因在于先前低矮的灌木成材，这说明当地管理部门已逐渐开展生态保护并取得相应的效果。最后，建设用地增加了151hm2，说明仅在1987-1996年期间，研究区内人类活动强度开始增大。
1996-2005年建设用地呈持续增长趋势。草地、耕地与建设用地的转化较为剧烈，其原因是人口增长、社会经济发展以及基础设施的扩建，例如香格里拉机场和环湖公路的建设、“三江并流世界自然遗产”申请成功，纳帕海区域及其周边的生态旅游蓬勃发展，推动了与旅游服务紧密相关的基础设施建设，导致区域内草地和耕地大面积被占用。在这期间，381.39hm2的林地转为灌木林地，这和当地的气候条件与居民的生产生活方式相关，例如伐木用于取暖、建筑。值得注意的是，282.03hm2的耕地转化为草地，而草地有258.50hm2变更为灌木林地，说明在2002年云南省全面启动退耕还林还草工程略微有成效。
2005-2014年间林地仍呈增长趋势，其中1251.56hm2的灌木林地转为林地，这很大程度上得益于先前的退耕还林政策的实施;草地与建设用地的转化尤为显著，540.05hm2的草地转化为建设用地。建塘镇及周边地区人口增长、经济建设的迅猛发展，致使城区不断扩建，而当地短暂高峰的旅游形式致使草地践踏严重，加剧了草地锐减。
5 结论
以纳帕海流域为研究区，采用1987年、1996年、2005年和2014年四景影像为数据源，获取四个时期土地利用状况，对近30年土地利用的动态变化，并结合区域自然资源条件及社会经济发展历程进行分析。得到以下结论：
在研究时期内，土地利用变化显著，草地呈逐年下降，建设用地逐年上涨，林地、灌木林地、水域则不呈线性变化，耕地变化幅度较小。通过分析，区域社会经济快速发展是土地利用变化的主要原因。林地与灌木林地之间的转化，我们应继续加强当地林业管理保护工作，并跟进环境保护宣传工作以提高居民的环保意识;就土地利用类型图可看出大片草地面积被占用，建设用地面积的增长主要集中于纳曲河南岸区域。随着居民生活水平、旅游聚集度的提高，对建设用地的需求都在不断增长。预计在将来很长的时间里，纳帕海流域的旅游服务产业收入将会进一步增加，区域的生产总值将会持续增加，人口以及建设用地面积也将显著增长。
【参考文献】
【1】张新荣，刘林萍，方石，等.土地利用、覆被变化（LUCC）与环境变化关系研究进展[J].生态环境学报，2014（12）：2013-2021.
【2】陈佑启，杨鹏.国际上土地利用土地覆盖变化研究的新进展[J].经济地理，2001，21（1）：95-100.
【3】陈永林.基于3S技术的土地利用研究进展与展望[J].赣南师范学院学报，2014，16（3）：121-124.
【4】张强，马友鑫，刘文俊，等.滇西北高原湿地区土地利用变化特征[J].山地学报，2007，125（3）：265-273.
【5】殷媛.纳帕海不同土地利用类型的水保效应及恢复对策[D].昆明：昆明理工大学，2015.
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