塔里木河中下游土地利用时空变化分析

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区域土地利用变化在环境变化研究中占有重要地位,对生态可持续发展研究具有重要意义。区域尺度的遥感影像数据量庞大,采用传统分类方法要经过繁琐的预处理,对计算机硬件要求较高,影响分类效率。谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE)是一个可以在线处理海量数据集的可视化云计算平台,具有强大的算法处理和数据计算能力,能快速、实时、批量地处理大量数据。塔里木河流域位于丝绸之路经济带建设的核心区,拥有世界最大的天然胡杨林区及丰富的光热、石油和天然气等自然资源,同时也是生态环境脆弱的地区之一。上世纪50年代,不合理的水土资源开发利用,致使塔里木河下游断流近30年,下游以胡杨为主的荒漠河岸林几乎衰败。2000年国家实施综合治理工程,成功遏制了塔里木河生态环境的继续恶化,该工程实施后塔里木河土地利用变化成为中国西部生态环境问题研究的热点。本研究以塔里木河中下游为研究区,基于Google Earth Engine(GEE)云平台筛选出868景Landsat TM/OLI遥感影像,经过预处理后构建2000、2005、2010、2015和2020年5期影像集,提取光谱指数特征、纹理特征、地形特征辅助地物分类。通过随机森林算法得到5期土地利用分类结果,分析近20年土地利用时空变化特征。最后设计开发基于Web的塔里木河中下游土地利用覆盖与变化信息可视化应用。主要进行了以下研究:(1)在GEE环境下,根据研究区筛选出目标年份影像,经过去云、镶嵌与裁剪获取影像集合,基于分类标准选取6种类型的样本数据,共计9018个样本点构建分类样本集,计算光谱指数NDVI、NDBI、NDWI,利用灰度共生矩阵方法计算纹理,结合DEM地形特征构建分类特征集。采用随机森林算法分类得到5期土地利用类型空间分布数据,每期数据的总体精度(Overall Accuracy,OA)均超过85%,Kappa系数均在0.85以上。(2)对塔里木河中下游土地利用时空变化进行分析。从2000-2020变化检测结果看,研究期间塔里木河中下游有72.63%土地利用类型未发生变化,主要发生的变化有未利用地转化为草地、大西海子水库以下河道附近新增大量林地以及台特玛湖大面积的水体重现。从时间上看,变化趋势表现为:未利用地面积大幅减少、草地面积持续增加、水体面积稳步上升、林地面积微减及耕地和建设用地面积微增。由于土地利用程度级别最小的未利用地面积持续缩减,因此塔里木河中下游土地利用程度变化综合指数随年份增长。从空间上看,水体空间分布状况主要表现为台特玛湖区域的面积持续扩张,水体主要变化面积集中分布于下游。林地空间分布状态较稳定,增长面积集中分布于水体增加区域附近,中游河道南岸林地分布明显减少。草地流转情况集中于未利用地、林地的转入以及草地向水体的转出。(3)基于5期土地利用分类数据与4期土地利用变化数据,在GEE平台支持下,设计开发了塔里木河中下游土地利用覆盖与变化信息可视化应用,实现放大或缩放、地理位置搜索、按时间查询5期土地利用覆盖情况及按时间查询2000-2005、2005-2010、2010-2015、和2015-2020年4期土地利用变化情况4个功能,直观、动态的展示研究区土地利用变化情况。
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