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基于高分遥感的可可西里自然保护区藏羚羊生境适宜性动态监测

本站小编 Free考研考试/2021-12-29

宋晓阳¹^,, 申文明², 万华伟², 侯鹏², 林刚¹^,

1.中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院, 北京 100083

2. 环境保护部卫星环境应用中心, 北京 100094

Dynamic monitoring of Tibetan antelope habitat suitability in the Hoh Xil Nature Reserve using remote sensing images

SONGXiaoyang¹^,, SHENWenming², WANHuawei², HOUPeng², LINGang¹^,

1. College of Geoscience and Surveying Engineering,China University of Mining & Technology,Beijing 100083,China

2. Satellite Environment Center,Ministry of Environment Protection,Beijing 100094,China

通讯作者:通讯作者:林刚, E-mail:ling@lreis.ac.
收稿日期:2016-01-10
修回日期:2016-04-5
网络出版日期:2016-08-25
版权声明:2016《资源科学》编辑部《资源科学》编辑部
基金资助:

国家高分辨率对地观测重大专项项目（30-Y30B13-9003-14/16-04;05-Y30B02-9001-13/15）。

作者简介:
-->作者简介:宋晓阳,女,河北邢台人, 博士生, 研究方向为资源开发遥感应用。E-mail:songxy@lreis.ac.cn

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摘要
动物的生境是动物生活环境因子的综合,是野生动物赖以生存的环境。藏羚羊是一种濒危动物,是中国国家一级保护动物,近年来,人为活动的增加严重破坏了藏羚羊的生境,藏羚羊生境适宜性的评价对藏羚羊生境保护具有重要意义。本文综合考虑藏羚羊生境需求和可可西里自然保护区的生态环境,构建了藏羚羊生境适宜性评价指标体系（生态系统结构、海拔、坡度、水源、人类活动和道路）,基于2013年和2014年的国产GF-1遥感卫星影像,提取了生境要素（生态系统结构、水源、人类活动和道路）,最后结合DEM数据对保护区内的藏羚羊生境进行了适宜性评价,分析了其动态变化。结果表明：藏羚羊最适宜生境主要分布在海拔为4100~5200m的草地区域,距水源500~2000m,且远离人类活动和道路;2014年可可西里国家级自然保护区藏羚羊生境适宜区和较适宜区的面积占保护区总面积14.78%,主要分布在核心区和缓冲区,相比2013年,适宜区、较适宜区的面积分别增加了161.00km²、60.82km²,总体生境质量略有提高。

关键词：藏羚羊;生境适宜性;可可西里自然保护区;高分辨率影像
Abstract
Animal habitat integrates various kinds of environment factors of life and is the basic condition for animal survival. Tibetan antelope （Genus species）are a grade I protected species in China and endangered. In recent years,Tibetan antelope habitat has been damaged by human activity. Therefore,the evaluation of Tibetan antelope habitat suitability is significant for the continued protection of its habitat. Here,in consideration of Tibetan antelope habitat needs and ecological environments in the Hoh Xil Nation Nature Reserve, we constructed an evaluation index system consisting of ecosystem structure,DEM,slope,water source,human activities and roads. Based on domestic GF-1 remote sensing satellite images of 2013 and 2014,we adopted remote sensing technology to extract habitat factors （ecosystem structure,water source, human activities and roads）. Then,combining with DEM data,the distribution of Tibetan antelope habitat suitability was evaluated using evaluation modeling. We found that suitable and the sub-suitable habitat for Tibetan antelope were mainly distributed in grassland where the elevation is 4100 to 5200m above sea level,and they are within 500 to 2000m of water resources and far from human activities and roads. The area of suitable and sub-suitable regions are mainly distributed in core and buffer zones accounting for 14.78% of the total area in Hoh Xil Nation Nature Reserve in 2014. Compared to 2013,the area of suitable regions and sub-suitable regions increased by 161.00km² and 60.82km² respectively,and this indicates that habitat quality has improved somewhat.

Keywords：Tibetan antelope;habitat suitability;Hoh Xil Nature Reserve;high resolution images

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宋晓阳, 申文明, 万华伟, 侯鹏, 林刚. 基于高分遥感的可可西里自然保护区藏羚羊生境适宜性动态监测[J]. , 2016, 38(8): 1434-1442 https://doi.org/10.18402/resci.2016.08.03
SONG Xiaoyang, SHEN Wenming, WAN Huawei, HOU Peng, LIN Gang. Dynamic monitoring of Tibetan antelope habitat suitability in the Hoh Xil Nature Reserve using remote sensing images[J]. 资源科学, 2016, 38(8): 1434-1442 https://doi.org/10.18402/resci.2016.08.03

1 引言

生境是由美国Grinnell于1917年首先提出的,其定义是生物居住的地方,或是生物生活的地理环境,是野生动物赖以生存的环境,生物在其空间完成生命过程^[1]。近几十年来,随着社会经济的发展,人为活动对坏境的破坏导致野生动物的生境面积逐渐减少,造成了不少物种的灭绝以及生物多样性的丧失。藏羚羊属中国国家一级保护动物,已列入《濒危动植物种国际贸易公约》附录Ⅰ中^[2]。藏羚羊由100多年前的100万只,到如今成为濒危保护动物,是道路蔓延、人口上升、车辆增加等大量的人类活动对藏羚羊生境的破坏造成的^[3],因此对作为藏羚羊重要栖息地的可可西里自然保护区进行生境监测,对藏羚羊保护具有重要意义。
近年来,藏羚羊的保护已经引起广泛关注,不少****的研究开始涉及藏羚羊保护问题。部分****对藏羚羊的习性、生理和繁殖等领域进行了研究,如殷宝法等通过分析藏羚羊等大型野生食草动物的食性确定了动物的营养生态位,探讨了竞争和共存关系^[4]。George B.Schaller等在可可西里保护区进行了长达1692km的野生动物调查,调查显示可可西里地区是几个藏羚羊种群重要的产仔地^[5]。Wangdwei M 等研究了西藏羌塘自然保护区内藏羚羊的生境选择,结果表明藏羚羊多选择低海拔、相对平地、针茅-非禾本群落的北坡,对低海拔苔草平地具有强烈的避开性^[6]。也有部分****探讨了人类活动对藏羚羊生存环境的影响,如戴魁等在新疆昆仑山地区进行的野生有蹄类种群研究证明了公路对动物行为有一定程度的影响^[7]。殷宝法等在不冻泉保护站至五道梁一带调查青藏公路和铁路的建设对野生动物活动的影响,认为藏羚羊对野生动物通道的利用频次和通道到公路的距离呈显著的正相关^[8]。Joseph L.FOX等研究发现藏羚羊成群分布的密度与人类和家畜活动的面积呈负相关关系^[9]。张洪峰等监测了2007年和2008年藏羚羊对西大滩至五道梁这一区间的青藏铁路小桥的利用情况,结果表明动物通道仍是野生动物穿越铁路的首选位置^[10]。吴晓民等通过分析3年的监测数据,表明了公路对藏羚羊的迁徙带来较大影响,且提出了保护措施^[11]。目前的研究多集中于藏羚羊习性、生理、繁殖等领域以及人类活动对藏羚羊的影响,对于藏羚羊整体生境适宜性的评价以及藏羚羊生境分布情况研究较少。
可可西里自然保护区位于青海西南部的玉树藏族自治州境内,是中国最大的自然保护区。本文以可可西里自然保护区为研究区,由于可可西里自然保护区面积较大,为提高监测效率,采用2013年和2014年高分辨率遥感卫星影像对其生境进行监测。在综合考虑藏羚羊生境需求和可可西里当地生态环境的基础上,构建藏羚羊生境适宜性评价指标,利用面向对象方法提取保护区内生境要素,并利用生境适宜性评价模型,计算可可西里自然保护区藏羚羊生境适宜性分布,分析研究区生境适宜性变化状况,为相关管理部门提供参考依据。

2 研究区概况、数据来源与研究方法

2.1 研究区概况

青海可可西里国家级自然保护区位于青海省玉树藏族自治州西部,东至青藏公路109国道,西至青海省界,北至昆仑山脉的博卡雷克塔克山,南至格尔木市唐古山乡与治多县界,界于34.19°N-36.16°N,89.25°E-94.05°E（见图1）。平均海拔为4600m以上,海拔高、气候干旱寒冷,为典型的高寒气候。可可西里国家级自然保护区,是中国建成的面积最大、海拔最高、野生动物资源最为丰富的自然保护区之一,拥有野牦牛、藏羚羊、野驴、白唇鹿、棕熊等青藏高原上特有的野生动物,尤其藏羚羊是中国特有物种。20世纪80年代,由于盗采盗猎严重,藏羚羊数量从原来的20万只锐减到不足2万只。通过这些年的保护和执法打击,截止2014年,藏羚羊已恢复到6万多只。藏羚羊是构成这个区域生态系统中的一个重要成分,是反映可可西里地区高寒生态环境的重要指标。

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图1可可西里国家级自然保护区位置
-->Figure 1Location of Hoh Xil Nature Reserve
-->

2.2 数据来源

本研究采用的数据主要包括遥感卫星影像、数字高程（DEM）和保护区边界数据。其中保护区边界数据和遥感卫星影像由环境保护部卫星环境应用中心提供^[12]。遥感卫星影像采用8m的国产GF-1卫星的多光谱影像,多光谱影像包含3个可见光波段（蓝0.45~0.52μm;绿0.52~0.59μm;红0.63~0.69μm）和1个近红外波段（0.77~0.89μm）。GF-1于2013年4月26日在酒泉卫星发射中心由长征二号丁运载火箭成功发射,是中国第一颗高分辨率对地观测卫星。在使用GF-1遥感影像前,对其进行辐射定标、图像增强和几何校正等预处理,处理后的影像用于提取可可西里自然保护区生境要素。DEM数据分辨率为90m,由中国科学院地理科学与资源研究所提供,用于坡度的提取,且作为可可西里国家级自然保护区生境适宜性评价的一种指标。

2.3 研究方法

2.3.1 评价指标体系
影响藏羚羊生境质量的因素可以划分为三类：物理环境因素、生物环境因素和人类活动因素,物理环境因素包括地貌类型、坡度、水域、坡向等,生物因素包括草地类型等,人类活动因素包括交通、农业活动、居民点和工矿开发^[13]。本文参考李晓晓等^[14]和诸葛海锦等^[15]采用的评价指标,在遥感卫星影像的基础上,基于藏羚羊的生活习性和生境需求,以及可可西里自然保护区自然环境的具体情况和人类活动情况^[16],构建了可可西里自然保护区藏羚羊生境适宜性评价指标,包括生态系统结构（草地、沼泽、冰川积雪）、海拔、坡度、水源、人类活动（居民点和工矿用地）和道路^[17,18],如表1所示。
Table 1
表1
表1藏羚羊生境质量评价指标
Table 1Evaluation index of Tibetan antelope habitat quality

	适宜	较适宜	不适宜
生态系统结构	草地	沼泽	冰川、积雪
海拔/m	4 100~5 200	5 200~6 000	>6 000
坡度/°	<15	15~30	$\begin{matrix} \geq \end{matrix}$ 30
距水源/m	500~2 000	2 000~4 000	<500或>4 000
距人类活动区域/m	>6 000	3 000~6 000	0~3 000
距道路/m	>3 000	1 000~3 000	<1 000

注：评价时,所有指标符合适宜级别,则为适宜区;任何一指标符合不适宜级别,则为不适宜区;其他则为较适宜区。

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可可西里国家级自然保护区中藏羚羊生境要素主要有生态系统结构（草地、沼泽、冰川积雪）、人类活动、道路、水源、海拔、坡度6类。生态系统结构方面,藏羚羊不喜河道地形,偏好草原地表类型,沼泽为较适宜区。海拔和坡度也是影响藏羚羊生活的重要因素,一般海拔较低、坡度小于15°的地区适合藏羚羊生活,海拔大于6000m或坡度大于30°的地区不适宜物种生存。就水源而言,距离水源500~2000m的区域适宜藏羚羊活动,距离水源2000~4000m的区域较适宜藏羚羊活动,其他的区域则不适宜藏羚羊活动。人类活动对藏羚羊的影响由距离决定,距离越远则影响越小。距离居民点和工矿用地等人类活动6000m以上且距离道路3000m以上的区域适宜藏羚羊居住;距离居民点和工矿用地等人类活动小于3000m或距离道路小于1000m的区域不适宜藏羚羊居住,其他区域较适宜藏羚羊居住。
本文所选定指标如表1所示。
2.3.2 生境要素信息提取
可可西里自然保护区藏羚羊生境要素中的生态系统结构、水源、人类活动和道路基于高分辨率遥感影像采用面向对象分类方法进行提取。坡度数据则利用DEM计算获得。
面向对象分类方法是由Baatz等^[19]提出以地物为对象的影像分类方法,该方法不但消除了传统基于像元分类方法所造成的“椒盐效应”,而且提高了分类精度,是目前应用最为广泛的分类方法。面向对象分类主要分为两个步骤,首先利用多尺度分割方法对影像进行分割,生成不同大小的斑块,这些斑块由具有相同或相似性质的像元组成,且形状不规则;然后计算所有斑块的光谱、形状和纹理特征,选择合适的特征进行斑块分类,提取生境要素信息^[20]。
多尺度分割是基于区域生长合并的自下而上的分割方法,经过多次迭代合并具有最小异质性的成对对象,得到相同或相似像元组成的地物对象。对象异质性由对象的光谱异质性和形状异质性加权计算,具体公式如下：

\begin{matrix} f = W \times h_{color} + （ 1 - W) \times h_{\begin{matrix} s & h ape \end{matrix}} \end{matrix}

（1）
式中

\begin{matrix} f \end{matrix}

为对象异质性;

\begin{matrix} W \end{matrix}

为光谱权重;

\begin{matrix} h_{color} \end{matrix}

为光谱异质性;

\begin{matrix} h_{\begin{matrix} s & h ape \end{matrix}} \end{matrix}

为形状异质性。
分割后需要计算对象的特征值,包括光谱特征,如光谱平均值、亮度值、归一化植被指数（NDVI）、归一化雪盖指数（NDSI）等;形状特征,如面积、长宽比等;纹理特征,如灰度共生矩阵同质性、对比度等。各特征值计算公式如表2所示。
Table 2
表2
表2分割后对象特征计算公式
Table 2Calculating formula of features of objects after segmentation

特征值	公式	说明
光谱平均值	$\begin{matrix} {\overset{ˉ}{C}}_{k} (v) = \frac{1}{N} \sum_{(x, y, k) ? v} C_{k} (x, y, k) \end{matrix}$	$\begin{matrix} {\overset{ˉ}{C}}_{k} (v) \end{matrix}$ 为k波段的光谱平均值;N为对象v中所有像元的个数; $\begin{matrix} C_{k} (x, y, k) \end{matrix}$ 为k波段(x,y)位置上的像元值
亮度值	$\begin{matrix} C (v) = \frac{1}{w^{b}} \overset{4}{\sum_{k = 1}} w_{k}^{b} {\overset{ˉ}{C}}_{k} (v) \end{matrix}$	$\begin{matrix} w^{b} \end{matrix}$ 为所有波段的权重和; $\begin{matrix} w_{k}^{b} \end{matrix}$ 为k波段权重; $\begin{matrix} {\overset{ˉ}{C}}_{k} (v) \end{matrix}$ 为k波段的光谱平均值; $\begin{matrix} C (v) \end{matrix}$ 为对象v的亮度值
NDVI	$\begin{matrix} NDVI = ({\overset{ˉ}{C}}_{4} (v) - {\overset{ˉ}{C}}_{3} (v)) / ({\overset{ˉ}{C}}_{4} (v) + {\overset{ˉ}{C}}_{3} (v)) \end{matrix}$	$\begin{matrix} {\overset{ˉ}{C}}_{3} (v) \end{matrix}$ 和 $\begin{matrix} {\overset{ˉ}{C}}_{4} (v) \end{matrix}$ 分别为对象v红光和近红外波段的光谱平均值
NDSI	$\begin{matrix} NDSI = ({\overset{ˉ}{C}}_{3} (v) - {\overset{ˉ}{C}}_{2} (v)) / ({\overset{ˉ}{C}}_{3} (v) + {\overset{ˉ}{C}}_{2} (v)) \end{matrix}$	$\begin{matrix} {\overset{ˉ}{C}}_{2} (v) \end{matrix}$ 和 $\begin{matrix} {\overset{ˉ}{C}}_{3} (v) \end{matrix}$ 分别为对象v绿光和红光波段的光谱平均值
面积	$\begin{matrix} A_{v} = N \times u^{2} \end{matrix}$	$\begin{matrix} A_{v} \end{matrix}$ 为对象v的面积;N为对象v中所有像元的个数;u为像元大小
长宽比	$\begin{matrix} γ = \frac{λ_{1} (v)}{λ_{2} (v)} \end{matrix}$ 或 $\begin{matrix} γ = \frac{l}{w} = \frac{a^{2} + ({(1 - f) \times b)}^{2}}{A_{v}} \end{matrix}$	$\begin{matrix} γ \end{matrix}$ 为对象v的长宽比;协方差矩阵为 $\begin{matrix} S = (\begin{matrix} Var (X) & Cov (XY) \\ Cov (XY) & Var (Y) \end{matrix}) \end{matrix}$ ,X、Y分别为对象v所有像元的x、y坐标, $\begin{matrix} λ_{1} (v) \end{matrix}$ 和 $\begin{matrix} λ_{2} (v) \end{matrix}$ 为矩阵的两个特征值;对象v的边界框长度为a;宽度为b;面积为 $\begin{matrix} a \times b \end{matrix}$ ;f为填充度,即对象面积 $\begin{matrix} A_{v} \end{matrix}$ 除以边界框的总面积。比较两个公式计算的 $\begin{matrix} γ \end{matrix}$ ,取较大值
边界指数	$\begin{matrix} BI = \frac{b_{v}}{2 (l_{v} + w_{v})} \end{matrix}$	BI为对象v的边界指数, $\begin{matrix} b_{v} \end{matrix}$ 为对象v的边界长度; $\begin{matrix} l_{v} \end{matrix}$ 为对象v的长度; $\begin{matrix} w_{v} \end{matrix}$ 为对象v的宽度
同质性	$\begin{matrix} GLCM_Hom = \overset{N - 1}{\sum_{i, j = 0}} \frac{P_{i, j}}{1 + {(i - j)}^{2}} \end{matrix}$	$\begin{matrix} GLCM_Hom \end{matrix}$ 为对象v的同质性; $\begin{matrix} P_{i, j} \end{matrix}$ 为对象v灰度共生矩阵第i行第j列的值;N为行或列的数量
对比度	$\begin{matrix} GLCM_Con = \overset{N - 1}{\sum_{i, j = 0}} P_{i, j} {(i - j)}^{2} \end{matrix}$	$\begin{matrix} GLCM_Con \end{matrix}$ 为对象v的对比度; $\begin{matrix} P_{i, j} \end{matrix}$ 为对象v灰度共生矩阵第i行第j列的值;N为行或列的数量

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通过分析分割后对象的光谱、形状和纹理特征,进行生境要素的提取。根据藏羚羊生境质量评价指标要求,并结合可可西里的实际情况,利用遥感卫星影像进行生态系统结构（草地和冰川积雪）、人类活动（居民点和工矿用地）、道路、水源4类生境要素的提取。结合分割后的影像和计算的特征信息,由于冰川积雪在影像上表现出来的特征比较明显,所以首先选用NDSI和亮度值提取冰川积雪。然后选用NDVI进行粗分类,提取其中的水体、草地和其他地物,其中草地中分布少数的人类活动。进一步利用光谱平均值、同质性、对比度及面积进行草地中人类活动的提取。其他地物主要包括道路和人类活动。在其他地物中利用亮度值、长宽比和边界指数提取道路,其他则为人类活动。以人工解译的生境要素提取结果作为标准,对面向对象生境要素提取结果进行精度验证,总体精度达到81%,Kappa系数达到0.75。该结果的精度符合要求,可以作为藏羚羊生境适宜性评价的生境要素因子。
2.3.3 评价模型
由上述可知,利用面向对象分类方法提取的生态系统结构、水源、人类活动、道路、DEM以及基于DEM计算的坡度共同组成了影响藏羚羊生境质量的6个因子。由于藏羚羊的特性,6种生境因子都满足时,才能最适宜藏羚羊的生存区域。因此在进行藏羚羊生境适宜性评价时,采用赋值求积的方法进行藏羚羊生境评价^[21],公式如下：

\begin{matrix} S_{j} = \overset{m}{\prod_{i = 1}} U_{i} \end{matrix}

（2）
式中

\begin{matrix} S_{j} \end{matrix}

为藏羚羊适宜性;j为适宜性分级,分为适宜、较适宜和不适宜;m为评价因子的个数;

\begin{matrix} U_{i} \end{matrix}

为第i个因子的符合度值,取值为0或1,0表示不符合,1表示符合。如果

\begin{matrix} S_{j} \end{matrix}

为1,则为第j种适宜度分级。

3 结果及分析

3.1 生境要素提取

根据GF-1遥感影像的可获取性和保护区监测的需求^[22],以2013年下半年与2014年下半年的GF-1卫星影像为基础,采用面向对象分类方法,提取了该保护区内藏羚羊生境要素空间分布信息,主要有生态系统结构（草地、沼泽和冰川积雪）、人类活动（居民点和工矿用地）、道路、水源4类,分布情况如图2所示。可以看出,可可西里国家级自然保护区中草地占主导地位,在草地中分布着众多湖泊,且湖泊多分布在西南部的核心区。保护区内部的居民点、工矿用地、道路较少,都分布在实验区以及实验区周边。

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图22013年、2014年可可西里自然保护区藏羚羊生境要素空间分布
-->Figure 2Spatial distribution of Tibetan antelope habitat factors in Hoh Xil Nature Reserve in 2013, 2014
-->

3.2 生境适宜性评价

以可可西里国家级自然保护区2013年与2014年的藏羚羊生境要素空间分布为基础,结合DEM和地形等辅助信息,采用上述评价指标,对藏羚羊生境质量适宜性进行评价,评价结果如图3所示。

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图32013年、2014年可可西里自然保护区藏羚羊生境质量空间分布
-->Figure 3Spatial distribution of Tibetan antelope habitat quality in Hoh Xil Nature Reserve in 2013, 2014
-->

从图3中可以看出藏羚羊适宜区域面积并不大,因为水源是藏羚羊生活的一个重要指标,适宜藏羚羊生存的区域围绕众多湖泊分布,且两年的分布情况基本一致。根据自然保护区的功能分区,对2014年藏羚羊生境质量空间分布进行分区统计,结果如表3。
Table 3
表3
表32014年可可西里自然保护区藏羚羊生境质量面积统计
Table 3Statistics of the Tibetan antelope habitat quality in Hoh Xil Nature Reserve in 2014 （km²）

区域	适宜区	较适宜区	不适宜区
核心区	1 788.01	3 011.62	20 766.48
缓冲区	822.90	1 711.98	21 134.10
实验区	0.00	5.37	421.29
总计	2 610.90	4 728.96	42 321.86

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从表3中可知,2014年可可西里国家级自然保护区内藏羚羊生境质量为适宜区的面积为2610.90km²,其中68.48%分布在核心区,其余分布在缓冲区。较适宜区的面积为4728.96km²,同核心区一样,主要分布在核心区（63.68%）和缓冲区（36.20%）。适宜区和较适宜区的面积分别占保护区面积的5.26%和9.52%。不适宜区的面积最大,为42 321.86km²,占保护区面积的85.22%。

3.3 生境质量变化分析

以2013年和2014年可可西里自然保护区藏羚羊生境质量监测结果为基础,通过空间分析进行该区藏羚羊生境质量变化信息监测,可可西里自然保护区藏羚羊生境质量变化空间分布监测图如图4所示。

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图42013-2014年可可西里自然保护区藏羚羊生境质量变化空间分布
-->Figure 4Spatial distribution of the changes of Tibetan antelope habitat quality in Hoh Xil Nature Reserve from 2013 to 2014
-->

根据2013年和2014年可可西里国家级自然保护区藏羚羊生境质量变化空间分布,统计分析可可西里国家级自然保护区藏羚羊生境质量变化信息,如表4所示。
Table 4
表4
表42013-2014年可可西里自然保护区藏羚羊生境质量变化信息统计
Table 4Statistics of changes of the Tibetan antelope habitat quality in HohXil Nature Reserve from 2013 to 2014（km²）

		2014年
		适宜区	较适宜区	不适宜区	总计
2013年	适宜区	1 802.32	107.33	540.25	2 449.90
	较适宜区	641.32	3 632.37	394.45	4 668.14
	不适宜区	167.26	989.26	41 387.16	42 543.68
	总计	2 610.90	4 728.96	42 321.86	-

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统计分析表明,与2013年相比,2014年可可西里自然保护区藏羚羊生境适宜区、较适宜区的总面积有所增加。适宜区的面积增加了161.00km²,其中由较适宜区转为适宜区的面积为641.32km²,由不适宜区转为适宜区的面积为167.26km²。较适宜区的面积增加了60.82km²,其中由适宜区转为不适宜区的面积为107.33km²,由不适宜区转为较适宜区的面积为989.26km²。不适宜区的面积减少221.82km²,其中由适宜区和较适宜区转为不适宜区的面积分别为540.25km²、394.45km²。总体看来,2014年可可西里国家级自然保护区藏羚羊生境适宜区面积略有增加,生境质量略有提高。
自可可西里国家级自然保护区建立以来,通过有效的保护和管理,野生动物逐年增多,盗猎、滥采事件逐年下降,藏羚羊的生境质量逐年提升。从本文研究结果来看,2013年、2014年可可西里自然保护区人类活动干扰（居民点和工矿用地）未有明显变化,由此可见,可可西里自然保护区的保护和管理具有一定成效。2013年、2014年生境质量变化主要是由可可西里保护区内的湖泊面积、生态系统结构变化引起的,湖泊总面积相对增加、冰川积雪面积减少,使得可可西里保护区内适宜区和较适宜区的面积增加。由于可可西里自然保护区常年被云层覆盖,遥感卫星数据有限,遥感影像获取日期并没有完全在同一个时期,因此在湖泊和冰川积雪面积变化的对比中存在一定误差。另一方面,高原湖泊和冰川积雪对气候变化极为敏感,2013年下半年和2014年下半年可可西里自然保护区降雨量和平均温度有明显变化,2013年下半年降雨量为179.38mm,2014年下半年的降雨量达到249.90mm,2013年可可西里自然保护区下半年平均温度为-3.82℃,2014年下半年平均温度为-3.47℃^[23]。降雨量增加使得湖泊面积的增加,平均温度的升高导致冰川积雪融水量增加,冰川积雪面积减少。由此可见,气候变化是可可西里自然保护区湖泊和冰川积雪面积变化的一个重要原因。进一步减少误差确定湖泊变化的面积及原因,有待深入研究。

4 结论

本文构建了一套基于高分遥感数据的藏羚羊生境适宜性监测体系,根据藏羚羊生活习性及生境需要,选择生态系统结构、海拔、坡度、水源、人类活动和道路作为藏羚羊适宜性评价指标。利用2013年和2014年的GF-1遥感卫星影像提取了可可西里国家自然保护区藏羚羊生境要素（草地、冰川积雪、人类活动、道路、水源）,并结合DEM和坡度,依据生境质量评价指标和评价模型,对两年的可可西里自然保护区藏羚羊生境质量以及生境质量变化进行了评价与分析。
可可西里国家级自然保护区藏羚羊生境质量主要取决于生态系统结构、地形、地貌等地理特征以及人类活动和道路。可可西里级自然保护区藏羚羊最适宜生境主要分布在海拔为4100~5200m的较为平缓的草地分布区,距离水源为500~2000m之间,并且远离人类活动和道路。
2014年可可西里国家级自然保护区藏羚羊生境质量评价结果表明：藏羚羊生境质量为适宜区和较适宜区的面积分别为2610.90km²和4728.96km²,占保护区总面积14.78%,且大多数分布在核心区,其余分布在缓冲区。
对比分析2013年和2014年可可西里国家自然保护区藏羚羊生境质量, 2014年适宜区的面积增加了161.00km²,较适宜区的面积增加了60.82km²,适宜区和较适宜区面积略微增加。相对2013年下半年,2014年下半年的降雨量有明显增加,平均温度也有所增高,这可能会导致可可西里保护区湖泊面积增加、冰川积雪面积减少,从而使可可西里自然保护区藏羚羊适宜区和较适宜区增加。由于遥感卫星数据资料有限,结果可能会存在一定的误差,仍需进一步研究。
藏羚羊生境适宜性的评价对藏羚羊生境保护具有重要意义。近年来,面向生态环境保护的迫切需求,中国环境保护部门提出了每年对主要国家级自然保护区进行遥感动态监测的要求,对于重点区域每年两次加密观测。本文综合考虑业务需求和可可西里自然保护区生态环境特点,提出了基于国产高分辨率影像（GF-1）进行藏羚羊生境适宜性监测的技术方法,并以2013年、2014两年的数据进行了应用,取得了预期的应用效果。研究过程中同时也发现,由于可可西里自然保护区生态环境的复杂性和遥感数据时空分辨率的局限性,在利用遥感进行目标解译和动态分析时难免会存在误差和不确定性,这有赖于保护区地面定位观测、调查资料的补充,以及国产多种遥感信息源的支持,这也是下一步工作的重点和努力方向。
The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献原文顺序
文献年度倒序
文中引用次数倒序
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基于高分遥感的可可西里自然保护区藏羚羊生境适宜性动态监测

本站小编 Free考研考试/2021-12-29

Dynamic monitoring of Tibetan antelope habitat suitability in the Hoh Xil Nature Reserve using remote sensing images

1 引言