基于遥感技术的三峡库区屏障带划分研究：以重庆市万州区为例

2012-02-23李春锋王旭红

地下水 2012年2期

李春锋，王旭红

(西北大学城市与环境学院，陕西西安710127)

三峡库区是一个复杂的自然—社会—经济复合系统区域，位于长江中上游结合部位，北依大巴山脉，南靠武陵山脉，东起湖北宜昌，西至重庆江津。三峡库区地质条件复杂，地处暴雨频繁的亚热带气候区，地质灾害具有点多、面广、突发性强、危害大等特点，是全国四大地质灾害最严重地区之一。随着三峡水利工程的竣工，新一轮库区生态环境评价也变的愈来愈重要，因此，科学、准确地划定三峡工程对库区生态环境的影响范围尤为关键。

当前三峡库区屏障带的划分主要有两种:以经济发展区域划分和按行政管辖区域划分。这两种划分方法各有特色，反应出三峡库区屏障带的不同特点，但均侧重于社会经济因素方面，对自然环境因素影响涉及较少。本文结合遥感技术与GIS的空间分析功能对库区自然环境进行综合分析，提取出研究区的亮度温度影响范围、地表湿度影响范围以及山脊线变化趋势，从而确定库区的生态屏障范围。

1 研究区域与数据源

实验选择重庆市万州区作为研究区域，以三期Landsat TM影像为数据源，以WGS－84作为空间参考体系，影像获取时间分别为1988年6月、2000年4月、2008年7月，空间分辨率均为30 m。

2 研究过程

生态屏障带的划分需考虑诸多影响因素，如地形、地貌、坡度、地质、气候等，选取的参考因素不同，同一区域屏障带的划分结果也具有一定的差异。本研究主要从地形地貌条件和热环境方面涉入，通过对研究区三个时相的地表湿度、亮度温度以及山脊线等特征的提取，模拟其变化趋势，为屏障带划分的提供依据。

2.1 地表温度反演

地表温度(land surface temperature，LST)是控制地球表面水分与热量平衡的重要参数，多种具有热红外波段的遥感数据都可以用来反演地表温度，在研究区域性的地表温度时，TM和ETM+数据由于具有较高空间分辨率的优点，使其成为研究区域地表温度的首选数据［1］。

自20世纪60年代以来，众多学者相继提出了多种地表温度反演算法，目前利用热红外波段反演地表温度的算法大体可以分为三大类:单通道算法、分裂窗算法和多波段算法［2］。本文选取覃志豪的单窗算法:

式中:Ts表示地表温度(K);T1表示卫星传感器所测得的星上亮度温度(K);Ta表示大气平均作用温度(K);t6表示大气透射率;e6表示地表比辐射率;L1表示辐亮度［3］。地表温度反演结果见图1。

通过对万州区三个时相的亮度温度分布图进行对比分析，提取出长江两岸地表亮温变化突变线，即三个时相三峡库区地表亮温变化趋势线，其区域面积为309.7 km2。如图3所示。

图1 万州区地表亮温分布图

2.2 地表湿度提取

地表湿度是地表土壤、植被等含水量的表征值。微波数据对土壤含水量具有较强的敏感性，因此目前利用微波遥感监测土壤含水量的研究试验结果已经引起国内外学者的普遍关注，美国农业部USDA制定的农业资源调查联合计划(AgRISTARS)中将微波遥感定为土壤水分监测的主要手段［4］。本文借助光学遥感信息分析研究区域三期影像数据的植被覆盖和土地利用结构，结合实验区的植被指数分布图，得到植被覆盖度分布数据;同时利用红外通道遥感数据通过植被指数阈值技术反演估算地表温度［5］，对于植被覆盖度介于0.1到0.8之间的像元，直接利用PI的线性关系来估算地表的湿度;而裸土和植被覆盖像元，将通过像元地表温度、地表粗糙度等信息作为地表微波辐射模型的输人量，结合地表微波辐射模型，叠代计算得到地表层湿度的估计值。研究区域三个时相的地表湿度估算结果如图2所示。