基于GlobeLand數(shù)據(jù)的白河流域空間格局變化分析

郭邵萌 常遠(yuǎn)遠(yuǎn) 唐鑫泉

（1 黃河水文水資源科學(xué)研究院，河南 鄭州 450004；2 河南省測繪地理信息技術(shù)中心，河南 鄭州 450000）

1 全球30m 地表覆蓋數(shù)據(jù)

全球30m 地表覆蓋數(shù)據(jù)（GlobeLand30）是由國家基礎(chǔ)地理信息中心組織，多部門參與研制而成的30 米全球地表覆蓋遙感制圖數(shù)據(jù)，所采用的分類影像主要是30 米多光譜影像，包括LandsatTM5、ETM+多光譜影像和中國環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星多光譜影像，影像選取時段控制在目標(biāo)年±1 年內(nèi)，該數(shù)據(jù)覆蓋了南北緯80 度的陸地范圍，包括耕地、森林、草地、灌木地、濕地、水體、苔原、人造地表、裸地、冰川和永久積雪等10種地表覆蓋類型[1]，分類定義如表1 所示，對于非遙感專業(yè)人士來講，無需自行目視解譯即可使用，能滿足大多數(shù)科研工作對土地利用類型統(tǒng)計的需要。

表1 全球30m地表覆蓋數(shù)據(jù)地物類型定義

2 白河流域概況

人類活動會對地球生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)造成影響，最直觀的就是地表覆蓋的改變。地表覆蓋變化會影響地球生態(tài)的結(jié)構(gòu)和功能，改變地球循環(huán)，尤其是水循環(huán)，導(dǎo)致氣候變化[2]。

白河是黃河上游的一級支流[1]，位于四川省北部，發(fā)源于巴顏喀拉山東端的查勒肯，地理位置介于東經(jīng)102°～103°、北緯32°～34°，源頭高程為4460 米。白河自南向北流動，全長約187 公里，平均比降為3.8‰，流域面積為5488 平方公里，河道屬于彎曲形河道[3]，與黃河交匯處形成“九曲黃河第一灣”，白河流域把口站為唐克水文站，集水面積為5373 平方公里。

白河流域?qū)俅箨懶院疁貛夂?，氣候寒冷濕潤，氣候特點是“冬長、夏無、春秋短”，年平均氣溫只有0.7 ～1.1℃，極端最低氣溫達(dá)-33.7℃。白河流域年均日照時長為2212 小時，沒有絕對霜期，平均相對濕度為69%，有凍土覆蓋，約9 月下旬凍結(jié)，至來年5 月中旬解凍。白河流域年平均降水量為640 ～750毫米，是黃河流域年降水量的高值區(qū)之一，7 月至9月降水量約占全年降水量的三分之二，多年平均蒸發(fā)量為1200 ～1300 毫米，多年平均徑流量為18.4 億立方米。

3 白河流域土地利用分布

收集2000 年至2020 年間的GlobeLand30 影像數(shù)據(jù)，對白河流域的地物覆蓋類型進行分析，白河流域整體地物類型為草地占地分布最廣，占比接近90%，其次為濕地，占比約6%，耕地和人造地表分布較為分散，占比不足1%。其中草地主要分布在白河流域上游山區(qū)，濕地則分布在兩岸的山間谷底，較為破碎，森林亦非常稀疏，占比不到1%，零星散落分布于白河流域東部，耕地和人造地表主要分布在紅原縣城和白河下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)周邊。白河流域相關(guān)年份土地利用分布圖如圖1 所示。

圖1 白河流域2000-2010-2020年代土地利用分布圖

從圖表統(tǒng)計可以看出，2000 年以來，白河流域人類活動影響較大，隨著開發(fā)利用進程的加快，耕地比例從0.17%上升到3.85%，占比比例最高的草地變化最大，呈下降趨勢，從91.27%下降到88.15%，濕地和水域則表現(xiàn)為先減再增。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，白河流域人造地表面積逐漸增加，至2020 年，增至原來面積的2 倍多。白河流域不同時期的土地利用類型統(tǒng)計如表2 所示。

表2 白河流域不同時期土地利用類型統(tǒng)計

4 白河流域土地利用地類轉(zhuǎn)移

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來源于系統(tǒng)分析，可以定量化描述系統(tǒng)的原始狀態(tài)與轉(zhuǎn)移狀態(tài)，反映出研究區(qū)域內(nèi)地類具體流向與各種地類轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出面積，全面展示土地利用類型之間相互轉(zhuǎn)換趨勢和方向。對于前后兩個不同時段、地類種數(shù)不大于10 種的土地利用數(shù)據(jù)，可利用地圖代數(shù)運算，建立二維面積矩陣，具體計算公式如下：

公式中，Aij為時段k第i種土地利用類型轉(zhuǎn)化為時段k+1 第j種地類的面積（km2），n為土地利用類型的總數(shù)（n≤10），和分別為時段k和時段k+1 的土地利用矩陣。

根據(jù)白河流域土地利用變化矩陣（如表3 所示）得知，白河流域的地類轉(zhuǎn)換主要發(fā)生在草地與農(nóng)田之間，草地向耕地、濕地和人造地表分別轉(zhuǎn)出了192km2、53km2、17km2，同時也有少量森林和濕地轉(zhuǎn)入，人造地表由草地和濕地轉(zhuǎn)入，凈增12km2，可以看出，近20 年來白河流域草地退化現(xiàn)象加劇，土地利用開發(fā)程度變強。

表3 白河流域土地利用變化矩陣

5 結(jié)束語

本文以GlobeLand30 數(shù)據(jù)為依托，采用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣指標(biāo)，對白河流域2000 年以來的時空分布以及變化特征進行了研究與分析，得出結(jié)論：2000 年至2010 年，白河流域土地開發(fā)程度加強，土地利用變化相對明顯，2010 年后土地利用類型轉(zhuǎn)換放緩，草地是白河流域分布最廣的地類，占比達(dá)到90%以上。隨著城鎮(zhèn)化程度的提高，草地覆蓋面積大幅度減少，呈現(xiàn)退化趨勢，而人造地表凈增12km2，反映出白河流域人類活動現(xiàn)象豐富，土地利用開發(fā)程度活躍，城鎮(zhèn)化現(xiàn)象顯著。