3、生態(tài)變化遙感監(jiān)測分析

　　利用遙感等現(xiàn)代信息技術進行流域下游生態(tài)動態(tài)變化監(jiān)測非常必要，通過衛(wèi)星遙感手段提供準確的流域生態(tài)本底數(shù)據(jù)不僅事半功倍、快速有效，而且在一些無資料地區(qū)，對于大范圍的變化監(jiān)測又是不可替代的。為了解輸水效果及其對塔河下游的生態(tài)影響，中國水利水電科學研究院遙感技術應用中心針對連續(xù)3年的5次應急輸水，通過地面實地調(diào)查并結合遙感信息資料的分析應用，研究了塔河應急輸水，恢復下游河道以后生態(tài)改善狀況的變化。

　　研究資料主要包括Landsat7-ETM全波段圖像和中巴資源衛(wèi)星圖像。選取1999年、2001年和2003年7月3個時相的圖像數(shù)據(jù)進行分析。其中1999年代表應急輸水前的情況，2001年代表輸水過程中應急輸水對生態(tài)環(huán)境的影響，2003年代表輸水一段時間后（3年后）生態(tài)環(huán)境的情況。由于2003年5月，Landsat衛(wèi)星7號星發(fā)生故障，不能接收圖像，所以2003年的圖像選用中巴資源衛(wèi)星代替。

　　合成后的三幅假彩色影像一方面反映出在應急輸水工程實施后，塔河干流下游河道兩側(cè)植被有所改善。另一方面，從2003年的影像上可以明顯看出在部分原先干涸的河道中已經(jīng)有水，沿河兩側(cè)也出現(xiàn)了很多大小不一的湖泊，反映了河流生態(tài)的變化。除了通過宏觀上定性的觀察以外，通過遙感影像的解譯結果和植被指數(shù)等來定量探討應急輸水對生態(tài)環(huán)境的影響。

　　3.1　影像解譯和分類　根據(jù)衛(wèi)星遙感TM影像，進行土地利用分類解譯，分類包括：耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)、工礦、居民用地和未利用土地。其中林地包括有林地、灌木林和疏林地，草地包括高覆蓋度草地、中覆蓋度草地和低覆蓋度草地，水域包括河渠、湖泊和水庫，未利用土地包括沙地、戈壁等。

　　考慮到輸水影響范圍有限，經(jīng)過充分分析，提取從大西海子到臺特瑪湖之間的塔河干流，然后作緩沖區(qū)分析，將其兩側(cè)各10km的范圍作為影像解譯的區(qū)間，解譯結果形成專題圖。從分類圖可以看出，2001年與1999年的遙感影像相比，林地和草地的面積整體上變化不大，但沿著河道兩側(cè)局部范圍內(nèi)的林地面積有所增大（即局部綠色部分增多），2003年與2001年的遙感影像相比，林地和草地的面積整體上變化也不大，沿著河道兩側(cè)局部范圍內(nèi)的林地面積增加更為明顯。

　　根據(jù)圖1進行統(tǒng)計得到3個時相土地分類面積（表2），從中可以看出面積的變化，在塔河干流實施應急工程輸水后生態(tài)環(huán)境有所改善，如輸水處下游河道兩側(cè)10km范圍內(nèi)灌木林面積1999年為25.0km^{2，2001年增加到34.9km2，2003年增加到44.5km2，疏林地面積1999年為128.2km2，2001年增加到130.7km2，2003年增加到181.7km2.}

表2　3個時相土地分類面積變化（單位：km^2）

　　3.2　植被指數(shù)及植被覆蓋度分析　植被指數(shù)（VegetationIndex）指從多光譜遙感數(shù)據(jù)中提取的有關地球表面植被狀況的定量數(shù)值。通常是用紅波段（R）和近紅外（IR）波段通過數(shù)學運算進行線性或非線性組合得到的數(shù)值，用以表征地表植被的數(shù)量分配和質(zhì)量情況。常用的植被指數(shù)有很多種，如RVI、GVI、DDVI、PVI、EVI及NDVI等。據(jù)前人的研究，經(jīng)綜合比較，選用NDVI（歸一化植被指數(shù)）。它能更好地適應本地形區(qū)植被蓋度稀疏、蓋度差異懸殊的區(qū)域景觀特點，兼之其應用最廣，所以運算結果有較好的外延接軌前景，也容易從其他應用效果中取得補充和印證，為長期的脆弱生態(tài)環(huán)境監(jiān)測創(chuàng)造了方便條件。

　　求取NDVI前，進行圖像數(shù)據(jù)預處理，包括圖像增強、幾何配準、特征提取、統(tǒng)計分析等基礎性工作。需特別指出的是，由于兩種圖像的地面、光譜分辨率不同以及動態(tài)分析的需要，兩個時相的圖像各數(shù)據(jù)層像素間需嚴格配準，誤差必須小于一個像元，經(jīng)過計算后NDVI的值域在-1.0～1.0，將該值轉(zhuǎn)換成0～255[3].

　　以1999和2001年的NDVI圖像為例，圖像上NDVI值沿塔里河下游河道兩側(cè)距離近處值較高，反映了植被覆蓋較好，而離河道距離較遠處，植被覆蓋較差，為沙地。

　　將植被指數(shù)應用于資源環(huán)境的監(jiān)測和評價，最好是賦予NDVI值以相應的植被覆蓋度含義，由于植被指數(shù)既反映了特定景觀中群落面積同景觀總面積的比例關系，也反映了植物群落層片結構的特點，即反映了植被的蓋度分布，同時也間接反映了植物的生物量高低。所以把植物指數(shù)轉(zhuǎn)化為植被蓋度等級，實際上是對植被指數(shù)進行綜合和簡化，對于植被生態(tài)景觀面積變化的定量評價更為直觀。

　　為達到既不丟失信息少的灰度級，又便于等級劃分的目的，先將植被指數(shù)直方圖按高斯分布統(tǒng)一做直方圖規(guī)定化圖像增強處理，使二者輻射亮度值分布盡可能一致，利用Erdas遙感圖像處理軟件所提供的假彩色編輯功能在屏幕上進行彩色編碼，就完成了植被蓋度數(shù)字圖像的編制，供植被生態(tài)景觀格局質(zhì)量變化的評價[4].

　　表3的4個等級植被蓋度是根據(jù)國家《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術規(guī)程》，全國《草場資源調(diào)查技術規(guī)程》，《全國沙漠類型劃分原則》的有關條款為指導，并結合干旱區(qū)綠洲植被特有的生態(tài)特征來劃分的。

表3　植被指數(shù)灰度級與蓋度級的對應關系

表4　塔河下游河道兩側(cè)10km范圍內(nèi)植被覆蓋分類面積（單位:km^2）