基于GlobeLand数据的白河流域空间格局变化分析

郭邵萌 常远远 唐鑫泉

（1 黄河水文水资源科学研究院，河南 郑州 450004；2 河南省测绘地理信息技术中心，河南 郑州 450000）

1 全球30m 地表覆盖数据

全球30m 地表覆盖数据（GlobeLand30）是由国家基础地理信息中心组织，多部门参与研制而成的30 米全球地表覆盖遥感制图数据，所采用的分类影像主要是30 米多光谱影像，包括LandsatTM5、ETM+多光谱影像和中国环境减灾卫星多光谱影像，影像选取时段控制在目标年±1 年内，该数据覆盖了南北纬80 度的陆地范围，包括耕地、森林、草地、灌木地、湿地、水体、苔原、人造地表、裸地、冰川和永久积雪等10种地表覆盖类型[1]，分类定义如表1 所示，对于非遥感专业人士来讲，无需自行目视解译即可使用，能满足大多数科研工作对土地利用类型统计的需要。

表1 全球30m地表覆盖数据地物类型定义

2 白河流域概况

人类活动会对地球生态环境系统造成影响，最直观的就是地表覆盖的改变。地表覆盖变化会影响地球生态的结构和功能，改变地球循环，尤其是水循环，导致气候变化[2]。

白河是黄河上游的一级支流[1]，位于四川省北部，发源于巴颜喀拉山东端的查勒肯，地理位置介于东经102°～103°、北纬32°～34°，源头高程为4460 米。白河自南向北流动，全长约187 公里，平均比降为3.8‰，流域面积为5488 平方公里，河道属于弯曲形河道[3]，与黄河交汇处形成“九曲黄河第一湾”，白河流域把口站为唐克水文站，集水面积为5373 平方公里。

白河流域属大陆性寒温带气候，气候寒冷湿润，气候特点是“冬长、夏无、春秋短”，年平均气温只有0.7 ～1.1℃，极端最低气温达-33.7℃。白河流域年均日照时长为2212 小时，没有绝对霜期，平均相对湿度为69%，有冻土覆盖，约9 月下旬冻结，至来年5 月中旬解冻。白河流域年平均降水量为640 ～750毫米，是黄河流域年降水量的高值区之一，7 月至9月降水量约占全年降水量的三分之二，多年平均蒸发量为1200 ～1300 毫米，多年平均径流量为18.4 亿立方米。

3 白河流域土地利用分布

收集2000 年至2020 年间的GlobeLand30 影像数据，对白河流域的地物覆盖类型进行分析，白河流域整体地物类型为草地占地分布最广，占比接近90%，其次为湿地，占比约6%，耕地和人造地表分布较为分散，占比不足1%。其中草地主要分布在白河流域上游山区，湿地则分布在两岸的山间谷底，较为破碎，森林亦非常稀疏，占比不到1%，零星散落分布于白河流域东部，耕地和人造地表主要分布在红原县城和白河下游乡镇周边。白河流域相关年份土地利用分布图如图1 所示。

图1 白河流域2000-2010-2020年代土地利用分布图

从图表统计可以看出，2000 年以来，白河流域人类活动影响较大，随着开发利用进程的加快，耕地比例从0.17%上升到3.85%，占比比例最高的草地变化最大，呈下降趋势，从91.27%下降到88.15%，湿地和水域则表现为先减再增。随着经济的发展，白河流域人造地表面积逐渐增加，至2020 年，增至原来面积的2 倍多。白河流域不同时期的土地利用类型统计如表2 所示。

表2 白河流域不同时期土地利用类型统计

4 白河流域土地利用地类转移

土地利用转移矩阵来源于系统分析，可以定量化描述系统的原始状态与转移状态，反映出研究区域内地类具体流向与各种地类转入与转出面积，全面展示土地利用类型之间相互转换趋势和方向。对于前后两个不同时段、地类种数不大于10 种的土地利用数据，可利用地图代数运算，建立二维面积矩阵，具体计算公式如下：

公式中，Aij为时段k第i种土地利用类型转化为时段k+1 第j种地类的面积（km2），n为土地利用类型的总数（n≤10），和分别为时段k和时段k+1 的土地利用矩阵。

根据白河流域土地利用变化矩阵（如表3 所示）得知，白河流域的地类转换主要发生在草地与农田之间，草地向耕地、湿地和人造地表分别转出了192km2、53km2、17km2，同时也有少量森林和湿地转入，人造地表由草地和湿地转入，净增12km2，可以看出，近20 年来白河流域草地退化现象加剧，土地利用开发程度变强。

表3 白河流域土地利用变化矩阵

5 结束语

本文以GlobeLand30 数据为依托，采用土地利用转移矩阵指标，对白河流域2000 年以来的时空分布以及变化特征进行了研究与分析，得出结论：2000 年至2010 年，白河流域土地开发程度加强，土地利用变化相对明显，2010 年后土地利用类型转换放缓，草地是白河流域分布最广的地类，占比达到90%以上。随着城镇化程度的提高，草地覆盖面积大幅度减少，呈现退化趋势，而人造地表净增12km2，反映出白河流域人类活动现象丰富，土地利用开发程度活跃，城镇化现象显著。