基于斑块的红树林空间演变机理分析方法

现有红树林空间动态分析多是从整体的角度分析其面积的变化情况及其影响因素,着重于面积变化的定量分析和影响因素的定性分析,对其变化的发生途径缺乏深入分析,也不研究其斑块数量的变化动态。由于一定区域范围内的红树林由成百上千甚至更多空间上相互分离的斑块组成,各斑块边界和面积变化动态构成了区域红树林整体的空间分布变化动态,因此,只有深入摸清各个斑块的变化情况及其影响因素,才能对区域红树林整体变化情况作出全面、详细和准确的分析评估。提出了基于斑块的红树林空间演变机理分析方法,首先通过两期高空间分辨率遥感图像提取红树林空间分布信息,在GIS支持下采用叠置分析方法,根据前、后两期各个斑块的空间位置、形状和面积变化情况以及图像表征,逐一分析确定每个斑块变化的主要驱动因子(即变化原因,包括自然过程、围垦、养殖塘和盐田建设、工程建设和人工造林5种)和变化途径(即变化类型,包括稳定、扩张、萎缩、碎化、消失和新增6种),在此基础上构建斑块数量和面积变化的驱动因子-变化途径状态矩阵,通过总驱动量、总驱动率、净驱动量、净驱动率、趋势驱动率、总流量、总流率、净流量、净流率、趋势净流率和作用力等系列指标定量地评估红树林斑块数量和面积的变化动态。该方法不但能够定量地表达了各个驱动因子对红树林斑块数量和面积变化的影响程度,而且能够准确地阐明了红树林斑块数量和面积发生变化的途径,并且还能够准确地反映了每个驱动因子通过何种途径影响斑块数量和面积的变化,实现了红树林空间动态变化分析的定位化、定量化和精确化。     

1960-2010年广西红树林空间分布演变机制

为全面摸清1960—2010年广西红树林空间分布及其演变机制,采用多源遥感数据提取不同年度的红树林空间分布信息,分析了广西红树林空间分布动态特点,采用基于斑块的红树林空间演变机理分析方法,研究了1960/1976—2010年广西红树林空间演变机制。结果表明:1960/1976年、1990s年、2001年、2007年和2010年广西红树林斑块数量分别为1020、829、1094、1718个和1712个,面积分别为9062.5、7430.1、7015.4、6743.2、7054.3 hm2,近50年间红树林面积减少了22.16%,年均减少0.53%,斑块数量增加了67.8%;斑块平均面积由1960/1976年的8.9 hm2减小至2010年的4.1 hm2,大斑块数量显著减少,斑块破碎化严重;不同时期、不同区域和海湾,红树林面积和斑块数量的变化量、变化速率均不同;1960/1976年的斑块中,只有24个斑块至2010年时尚保持稳定,占2.4%,绝大部分斑块都发生了某种程度的变化。进一步分析结果表明:1960/1976—2010年,斑块消失(46.1%)、碎化(40.4%)、萎缩(13.5%)是面积减少的主要途径,新增(70.0%)和碎化(29.9%)是斑块数量增加的主要途径,但在不同时期,斑块数量和面积在各个途径上发生的变化量不尽相同;养殖塘和盐田建设(80.0%)、工程建设(10.9%)和围垦(9.1%)是面积净减少的驱动因子,自然过程(92.6%)和人工造林(7.4%)是斑块数量净增加的驱动因子,不同驱动因子在不同时期对斑块数量和面积变化的影响程度不同;斑块数量变化主要由自然过程作用下通过新增(39.6%)、消失(-9.1%)两个途径,以及养殖塘和盐田作用下通过消失(-15.3%)、碎化(14.5%)两个途径发生,斑块面积变化主要由自然过程影响下通过新增(17.5%)、扩张(12.6%)、消失(-6.1%),以及养殖塘和盐田建设驱动下通过斑块消失(-14.8%)、碎化(-13.9%)、萎缩(-6.6%)3个途径发生。     

不同因子驱动下通过不同途径发生的红树林斑块数量和面积变化量的计量方法

为深入阐明区域红树林空间演变机理,需对红树林斑块数量和面积在不同因子驱动下通过不同途径发生的变化量进行准确计量。提出了在GIS平台支持下的通过空间叠置分析方法进行斑块数量和面积变化量计量的两种方法——精确计量法和整体计量法。首先将前后两期通过遥感图像提取的红树林斑块分布图、遥感图像进行叠合,采用视觉信息叠合方法,将全部斑块划分为众多具有相同主要驱动因子和变化途径的分析单元;若前后期遥感图像能够精确配准,采用精确计量法计量:通过线与多边形叠置方法,用前期斑块的线状图对后斑块的面状图、后期斑块的线状图对前斑块的面状图分别进行切割,每个分析单元得到多个亚斑块,逐一确定每个亚斑块的驱动因子、变化途径,据此统计每个分析单元中斑块数量和面积在不同因子驱动下通过不同途径发生的变化量;若前后期遥感图像难以精确配准,采用整体计量法计量:对于每个分析单元,根据斑块恢复的难易程度、面积和斑块数量变化量的大小,确定其主要驱动因子和主要变化途径,该分析单元前、后期斑块数量和面积之差即为其在监测期间由该因子驱动通过该途径发生的斑块数量和面积变化量。尽管整体计量法对红树林空间演变机制分析的结果与精确计量法存在一定差异,但也属于定量分析范畴,都能深刻阐明红树林空间演变机制,能够全面、准确地反映了区域红树林斑块数量和面积在监测期内增加、减少的动态过程。