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近年来,全球因地震引发的地质灾害频有发生[1-5],这些灾害对植被造成了巨大破坏,对当地自然环境和生态系统造成一定程度的影响. 地震灾区自然环境和生态系统的恢复是长期且复杂的过程,地表植被的生长状况是评价这一过程的极为重要的指标[6],因此对地震灾区植被生长情况的监测不仅能够为该地区生态系统恢复的评估提供依据,还能预测其未来的发展趋势. 遥感数据因其观测范围广、时效性强等特点在植被的动态监测和定量评估过程中体现出了巨大的优势,是植被覆盖恢复动态监测与评价最有效的数据来源[7].
学者们利用卫星影像和航空数据对地震灾区植被恢复做了大量研究,王飞龙等[8]利用多期Landsat影像数据分析了汶川地震震中附近震后崩滑体上的植被动态恢复变化,发现该地区经过近9年的恢复,植被覆盖度恢复到0.74,与震前相比差值为0.08,根据拟合模型预计,2022年植被覆盖度能恢复到震前水平;李明威等[9]利用不同来源的遥感影像分析了北川县泥石流流域崩滑体时空演变特征,流域内植被覆盖度在2008年“9.24”泥石流灾害后呈稳定恢复,到2016年研究区植被覆盖度已恢复至较高水平;李京忠等[10]利用中分辨率成像光谱仪—植被指数(MODIS-NDVI)对都江堰龙溪河流域植被恢复进行了定量评估,认为植被覆盖度对地震损害的响应存在滞后现象;田颖颖[11]利用多其次滑坡编目数据、MODIS-NDVI数据、无人机航拍数据等分析了2015年尼泊尔地震后地震区植被演化特征,结果发现震区植被在地震发生后以减少为主,并在震后前两年明显增加后逐渐减少,截至2019年,震区内的植被和松散斜坡物质仍没有达到稳定状态;赵旦等[12]利用机载高分影像对汶川地震影响较为严重区域的农田和森林进行监测,发现震后5年农田的恢复较低,森林恢复情况总体较好;Yang等[13]基于SPOT数据利用灰色预测模型预测台湾1999年“9.21”地震受损植被恢复情况,发现先锋植被恢复时间约为2年,相对实际情况约有2个月的滞后期;Chuang等[14]基于SPOT数据利用马尔科夫链模型对台湾“9.21”地震受损植被恢复状况做出了评估,结果表明草可以作为滑坡区植被恢复的参考指标和滑坡区植被恢复的先导物种进行单独提取;Verdonen等[15]基于QuickBird和WorldView数据利用NDVI来监测俄罗斯北部滑坡冻土的植被状况,结果显示,山体滑坡对苔原植被产生显著而持久的影响,随着气候持续变暖,热喀斯特滑坡及其对植被的影响可能会在西伯利亚西北部和其他北极地区变得越来越普遍;Yang等[16]利用多年滑坡调查数据和MODIS-NDVI数据对汶川地震震中附近受损植被恢复情况进行了研究,结果显示,震后植被恢复可能促进了震后滑坡活动的减少,汶川地震对区域地震后滑坡频率的影响可能在地震后20年内消失.
以上这些研究在地震后植被恢复监测和分析方面做出了重要贡献. 然而,通过时间序列遥感数据分析受损植被恢复情况并对其恢复到地震前水平做出预估的相关研究目前相对较少. 2008年5月12日,四川省汶川县发生了MS 8.0地震,震中位于四川省汶川县映秀镇(31.021°N,103.367°E),震源深度约14 km[17]. 汶川地震导致约56 000处同震滑坡发生,总面积约为811 km2[18],灾害造成相关地区植被损坏严重. 汶川地震所引发的北川县王家岩的同震滑坡,导致北川县大量的房屋被掩埋和人员伤亡[19],自然环境也受到重创,因此对该地区的植被恢复情况进行研究,可以为地震后自然环境和生态系统恢复、区域规划发展等提供借鉴.
Estimation of Vegetation Restoration in Wangjiayan Landslide after Wenchuan Earthquake Based on Multi-temporal Landsat Data
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摘要: 为研究汶川地震后发生严重同震滑坡的北川县王家岩受损植被恢复情况,利用遥感技术对王家岩震后地区进行长期植被动态监测,基于研究区2007-2020年多时相Landsat遥感影像,采用归一化植被指数(NDVI)和植被覆盖恢复率(VRR)来定量评价植被生长和恢复状态. 结果表明:研究区内滑坡区域受损植被已逐渐恢复,其NDVI由地震发生后的0.385上升至2020年8月的0.624;经过12年的演替,滑坡区域植被覆盖恢复率经季节性调整后接近91.8%;根据VRR回归模型预估,滑坡区域内的植被需要26年左右才能恢复到地震前的水平.Abstract: In order to study the restoration of damaged vegetation in Wangjiayan, Beichuan County, where serious co-seismic landslides occurred after the Wenchuan earthquake, remote sensing technology was used to monitor the long-term vegetation dynamics in the post-earthquake area of this region. Based on the multi-temporal Landsat remote sensing images of the study area from 2007 to 2020, the normalized difference vegetation index (NDVI) and vegetation coverage recovery rate (VRR) were used to quantitatively evaluate the vegetation growth and recovery status. The results indicated that the vegetation restoration in the studied landslide area showed an upward trend, and NDVI increased from 0.385 after the earthquake to 0.624 in August 2020. After 12 years of succession, the vegetation coverage recovery rate in landslide area was close to 91.8% after seasonal adjustment. According to the VRR regression model, it is estimated that the vegetation restoration in the landslide area needs to take about 26 years to reach the level before the earthquake.
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Key words:
- landslide /
- Landsat /
- NDVI /
- VRR /
- seasonal adjustment .
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表 1 研究区、非滑坡区以及滑坡区NDVI
成像时间 Landsat 距地震时间/年 NDVI 研究区 非滑坡区域 滑坡区域 2007/5/6 5 -1.02 0.654 0.646 0.732 2008/7/11 5 0.16 0.553 0.572 0.385 2009/6/12 5 1.08 0.582 0.601 0.424 2010/3/27 5 1.88 0.369 0.378 0.281 2011/5/17 5 3.01 0.563 0.573 0.481 2013/5/22 8 5.03 0.632 0.636 0.522 2014/7/12 8 6.16 0.631 0.641 0.563 2015/10/19 8 7.43 0.505 0.518 0.477 2016/4/28 8 7.96 0.613 0.628 0.591 2017/5/1 8 8.97 0.627 0.639 0.550 2018/6/5 8 10.06 0.671 0.676 0.607 2019/8/11 8 11.16 0.668 0.678 0.618 2020/8/13 8 12.17 0.671 0.675 0.624 表 2 研究区和滑坡区季节性调整前后的VRR
成像时间 NDVI VRR NDVI
偏移值调整后NDVI 调整后VRR 研究区 滑坡区 研究区 滑坡区 研究区 滑坡区 研究区 滑坡区 2007/5/6 0.654 0.732 0.031 0.685 0.764 2008/7/11 0.553 0.385 0 0 -0.008 0.545 0.377 0 0 2009/6/12 0.582 0.424 0.278 0.303 -0.009 0.574 0.415 0.349 0.351 2010/3/27 0.369 0.281 0.051 0.221 0.087 0.455 0.368 0.417 0.446 2011/5/17 0.563 0.481 0.357 0.431 -0.026 0.537 0.455 0.525 0.533 2013/5/22 0.632 0.522 0.440 0.494 0.001 0.633 0.523 0.643 0.614 2014/7/12 0.631 0.563 0.729 0.406 -0.013 0.618 0.550 0.632 0.606 2015/10/19 0.505 0.477 0.772 0.431 0.086 0.591 0.562 0.605 0.675 2016/4/28 0.613 0.591 0.427 0.521 -0.011 0.602 0.580 0.702 0.747 2017/5/1 0.627 0.550 0.546 0.602 0.059 0.685 0.609 0.749 0.705 2018/6/5 0.671 0.607 0.662 0.667 0.023 0.694 0.630 0.842 0.812 2019/8/11 0.668 0.618 0.537 0.593 0.015 0.683 0.633 0.830 0.886 2020/8/13 0.671 0.624 0.618 0.729 0.019 0.689 0.642 0.871 0.918 -
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