地震前后植被覆蓋變化與地震烈度關(guān)系探究

1、引言

地震災(zāi)情快速評(píng)估是震后應(yīng)急救援的**，它是對(duì)地震災(zāi)害損失情況的評(píng)估，是震后短時(shí)間內(nèi)反映地震災(zāi)情的有效手段，其準(zhǔn)確度、信息質(zhì)量和評(píng)估速度等直接影響震后應(yīng)急救援的效率。

地震會(huì)誘發(fā)山體崩塌、滑坡及泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害，致使災(zāi)區(qū)出現(xiàn)樹(shù)木折斷、倒伏及被埋等現(xiàn)象，會(huì)對(duì)地表植被造成巨大的破壞。已有研究結(jié)果表明，地震烈度與地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害之間存在正相關(guān)關(guān)系，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的敏感性隨著烈度的升高而增加由此可推出地震造成的植被覆蓋減少與烈度之間也可能存在正相關(guān)關(guān)系。對(duì)于烈度的評(píng)估，還未用到植被這一變化因素，但這一因素有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：植被覆蓋反演有成熟的手段和方法；計(jì)算簡(jiǎn)便，節(jié)約時(shí)間。

遙感是指非接觸的，遠(yuǎn)距離的探測(cè)技術(shù)。遙感技術(shù)具有數(shù)據(jù)獲取快速、多波段、多時(shí)相、大面積覆蓋等觀測(cè)能力，已成為監(jiān)測(cè)植被覆蓋變化的主要手段。

2、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與技術(shù)路線

2.1實(shí)驗(yàn)儀器

圖1無(wú)人機(jī)高光譜成像系統(tǒng)

2.2技術(shù)路線

將預(yù)處理后的影像通過(guò)植被覆蓋度的遙感估算方法計(jì)算得到每期影像的植被覆蓋度，對(duì)地震前后的植被覆蓋度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析，由于地震前后植被覆蓋度的變化可能是由地震引起的，也可能是由自然條件的逐漸變化引起的，在研究地震造成的覆蓋度變化時(shí)，應(yīng)盡量消除自然變化的影響。地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害會(huì)造成了大區(qū)域的植被損毀，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生受地形的嚴(yán)重影響，因此植被破壞的概率與地形密切相關(guān)，本文加入坡度進(jìn)行分析，考慮地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性（植被破壞的概率），分析地震前后植被覆蓋度變化區(qū)別于自然狀態(tài)下植被覆蓋度的一般變化，得到地震前后植被覆蓋度的特殊變化，即可能由地震造成的植被覆蓋度變化。

3、九寨溝地震震例分析

3.1研究區(qū)概況

2017年8月8日21時(shí)19分46秒，四川省阿壩州九寨溝縣發(fā)生7.0級(jí)地震，震中北緯33.20°，東經(jīng)103.82°。此次地震比較大烈度為Ⅸ度，Ⅸ度區(qū)面積139平方千米，涉及四川省阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣漳扎鎮(zhèn)。Ⅷ度區(qū)面積778平方千米，范圍包括四川省阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣漳扎鎮(zhèn)、大錄鄉(xiāng)、黑河鄉(xiāng)、陵江鄉(xiāng)、馬家鄉(xiāng)。Ⅶ度區(qū)面積3372平方千米，涉及四川省阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣、若爾蓋縣、松潘縣，綿陽(yáng)市平武縣。Ⅵ度區(qū)面積14006平方千米，涉及四川省阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣、若爾蓋縣、紅原縣、松潘縣，綿陽(yáng)市平武縣；甘肅省隴南市文縣，甘南藏族自治州舟曲縣、迭部縣。本文選取研究區(qū)范圍為圖2的矩形區(qū)域。

圖2九寨溝地震研究區(qū)

3.2數(shù)據(jù)選取

九寨溝地震發(fā)生時(shí)間為2017年8月8日，根據(jù)地震的發(fā)生時(shí)間，并監(jiān)測(cè)植被覆蓋隨時(shí)間的連續(xù)變化，選擇地震前、地震后、和地震前后同時(shí)相2012-2016年的影像數(shù)據(jù)如表1所示。

表1九寨溝地震數(shù)據(jù)選取

3.3像元點(diǎn)核密度分析

根據(jù)像元點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)，不同數(shù)值區(qū)間像元點(diǎn)數(shù)目使其大致均勻分配，將7.29-8.13MODIS-NDVI影像得到的像元點(diǎn)分為四個(gè)數(shù)值區(qū)間如表2所示，對(duì)不同數(shù)值區(qū)間的像元點(diǎn)做核密度分析，如圖（3、4、5、6）。

表2不同數(shù)值區(qū)間的像元點(diǎn)數(shù)目

圖3像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-1--0.9核密度分析

圖4像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-0.9--0.8核密度分析

圖5像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-0.8--0.7核密度分析

圖6像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-0.7--0.3核密度分析

通過(guò)像元點(diǎn)核密度分析結(jié)果可以看出，像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-1--0.9的核密度分析結(jié)果，烈度圖內(nèi)，像元點(diǎn)高密度區(qū)在烈度VI、VII、VIII、IX內(nèi)，并且密度衰減方向與烈度長(zhǎng)軸方向一致；烈度圖外存在密度數(shù)值比烈度圖內(nèi)更大的高密度區(qū)。

自然狀態(tài)植被覆蓋度變化大小平均值可以反映該區(qū)域植被覆蓋度變化的一般特征，地震前后變化情況異于自然狀態(tài)下的一般情況，視為地震造成的特有影響。對(duì)2012-2016年每年兩期與地震前后同時(shí)相的數(shù)據(jù)做差，差值取***值，并將5年得到的***值數(shù)據(jù)做平均，***得到植被覆蓋度變化大小平均值如圖（7），反映研究區(qū)內(nèi)植被覆蓋度的一般變化特征。

圖77.29-8.13MODIS-NDVI影像植被覆蓋度的一般變化

對(duì)照核密度分析結(jié)果，烈度圖外的高密度區(qū)，處于劇烈變化區(qū)，而烈度圖內(nèi)的高密度區(qū)少部分位于劇烈變化區(qū)，由此烈度圖外的高密度區(qū)，視為自然條件造成的植被覆蓋度變化，排除這一干擾信息，且該高密度區(qū)，離地震發(fā)生的地方相隔較遠(yuǎn)，也容易排除這一干擾信息。

像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-0.9--0.8的核密度分析結(jié)果，烈度圖外下方依然存在密度數(shù)值比其他區(qū)域更大的高密度區(qū)，通過(guò)以上分析，排除這一干擾信息。烈度圖內(nèi)，像元點(diǎn)高密度區(qū)在烈度VI內(nèi)，密度衰減方向與烈度圖長(zhǎng)軸方向一致，烈度圖上方還存在兩個(gè)高密度區(qū)，參考植被覆蓋度的一般變化，這兩個(gè)高密度區(qū)不屬于劇烈變化區(qū)，無(wú)法排除這兩個(gè)干擾信息，但其密度衰減方向與烈度圖長(zhǎng)軸方向一致。

像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-0.8--0.7的核密度分析結(jié)果，烈度圖外下方存在與其他區(qū)域密度數(shù)值相同的高密度區(qū)，通過(guò)以上分析，排除這一干擾信息。烈度圖內(nèi)，像元點(diǎn)高密度區(qū)在烈度VI內(nèi)，密度衰減方向與烈度圖長(zhǎng)軸方向一致，烈度圖上方還存在一個(gè)高密度區(qū)，參考植被覆蓋度的一般變化，這個(gè)高密度區(qū)不屬于劇烈變化區(qū)，無(wú)法排除這一干擾信息，但其密度衰減方向與烈度圖長(zhǎng)軸方向一致。

像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-0.7--0.3的核密度分析結(jié)果，烈度圖外下方存在與其他區(qū)域密度數(shù)值相同的高密度區(qū)，通過(guò)以上分析，排除這一干擾信息。烈度圖內(nèi)，像元點(diǎn)高密度區(qū)在烈度VI內(nèi)，密度衰減方向與烈度長(zhǎng)軸方向不一致，烈度圖上方還存在一個(gè)高密度區(qū)，參考植被覆蓋度的一般變化，這個(gè)高密度區(qū)不屬于劇烈變化區(qū)，無(wú)法排除這一干擾信息，但其密度衰減方向與烈度圖長(zhǎng)軸方向一致。

通過(guò)以上分析，像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-1--0.9的核密度分析結(jié)果與烈度圖擬合效果比較好，能反映烈度分布范圍和烈度衰減方向；像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-0.9--0.8、-0.8--0.7的核密度分析結(jié)果，存在無(wú)法排除的干擾信息，但高密度區(qū)的密度衰減方向與烈度長(zhǎng)軸方向一致；像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-0.7--0.3的核密度分析結(jié)果與烈度的擬合效果**差，處于烈度VI內(nèi)的高密度區(qū)其密度衰減方向與烈度長(zhǎng)軸方向不一致。

根據(jù)像元點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)，不同數(shù)值區(qū)間像元點(diǎn)數(shù)目使其大致均勻分配，將8.14-8.29MODIS-NDVI影像得到的像元點(diǎn)分為六個(gè)數(shù)值區(qū)間如表（3）所示，對(duì)不同數(shù)值區(qū)間的像元點(diǎn)做核密度分析，如圖（8、9、10、11、12、13）。

表3不同數(shù)值區(qū)間的像元點(diǎn)數(shù)目

圖8像元點(diǎn)數(shù)值為-1核密度分析

圖9像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-1--0.9核密度分析

圖10像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-0.9--0.8核密度分析

圖11像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-0.8--0.7核密度分析

圖12像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-0.7--0.6核密度分析

圖13像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-0.6--0.3核密度分析

通過(guò)像元點(diǎn)核密度分析結(jié)果可以看出，所有核密度分析結(jié)果，高密度區(qū)在烈度圖外分布較廣，自然狀態(tài)植被覆蓋度變化大小平均值可以反映該區(qū)域植被覆蓋度變化的一般情況，對(duì)2012-2016年每年兩期與地震前后同時(shí)相的數(shù)據(jù)做差，差值取***值，并將5年得到的***值數(shù)據(jù)做平均，***得到植被覆蓋度變化大小平均值如圖（14），反映研究區(qū)內(nèi)植被覆蓋度的一般變化特征。

圖148.14-8.29MODIS-NDVI影像植被覆蓋度的一般變化

對(duì)照核密度分析結(jié)果，所有核密度分析結(jié)果烈度圖外的高密度區(qū)，分布范圍與劇烈變化區(qū)重合度低，因此無(wú)法排除烈度圖外的干擾信息。

像元點(diǎn)數(shù)值為-1核密度分析結(jié)果，兩個(gè)高密度區(qū)位于烈度圖外，且離地震發(fā)生地點(diǎn)相隔較遠(yuǎn)。

像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-1--0.9的核密度分析結(jié)果，烈度VII內(nèi)有一個(gè)高密度區(qū)，其密度衰減方向與烈度圖長(zhǎng)軸方向一致，烈度VI內(nèi)有一個(gè)高密度區(qū)，分布范圍較大，其密度衰減方向與烈度長(zhǎng)軸方向一致，烈度圖外還存在多個(gè)高密度區(qū)。

像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-0.9--0.8的核密度分析結(jié)果，烈度VII內(nèi)有兩個(gè)高密度區(qū)，范圍較大的高密度區(qū)密度衰減方向與烈度圖長(zhǎng)軸方向一致，另一個(gè)范圍很小，密度衰減方向與烈度長(zhǎng)軸方向不一致；烈度VI內(nèi)有兩個(gè)高密度區(qū)，范圍較大的高密度區(qū)密度衰減方向與烈度長(zhǎng)軸方向一致，另一個(gè)密度衰減方向與烈度長(zhǎng)軸方向不一致；烈度圖上方存在一個(gè)高密度區(qū)，其密度衰減方向與烈度長(zhǎng)軸方向一致；其他區(qū)域存在兩個(gè)高密度區(qū)，離地震發(fā)生地點(diǎn)相隔較遠(yuǎn)。

像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-0.8--0.7的核密度分析結(jié)果，烈度圖內(nèi)，有兩個(gè)高密度區(qū)，范圍較大的分布在烈度VI、VII、VIII內(nèi)，另一個(gè)位于烈度VII內(nèi)，密度衰減方向均與烈度長(zhǎng)軸方向不一致；烈度圖上方的兩個(gè)高密度區(qū)密度衰減方向均與烈度長(zhǎng)軸方向一致；烈度圖下方的一個(gè)高密度區(qū)離地震發(fā)生地點(diǎn)相隔較遠(yuǎn)。

像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-0.7--0.6的核密度分析結(jié)果與像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-0.8--0.7的核密度分析結(jié)果基本一致。

像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-0.6--0.3的核密度分析結(jié)果，烈度圖內(nèi)，像元點(diǎn)高密度區(qū)在烈度VI、VII、VIII內(nèi)，并且密度衰減方向與烈度長(zhǎng)軸方向一致；烈度圖外存在兩個(gè)高密度區(qū)，離地震發(fā)生地點(diǎn)相隔較遠(yuǎn)。

通過(guò)以上分析，像元點(diǎn)數(shù)值區(qū)間為-0.6--0.3的核密度分析結(jié)果與烈度擬合效果比較好，能反映烈度分布范圍和烈度衰減方向；其他數(shù)值范圍的像元點(diǎn)核密度分析結(jié)果，分布多個(gè)高密度區(qū)，雖然有些密度衰減方向與烈度長(zhǎng)軸方向一致，但無(wú)法排除多個(gè)高密度區(qū)分布的影響，與烈度圖擬合效果較差。

4、總結(jié)

通過(guò)以上分析，地震前后的植被覆蓋變化能反映烈度的分布特征，即地震前后植被覆蓋的變化與烈度之間有一定的關(guān)系，對(duì)比震例的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)由地震造成的植被覆蓋減少在破壞嚴(yán)重的高烈度區(qū)現(xiàn)象明顯，在低烈度區(qū)現(xiàn)象不明顯。本文的方法在地震前后植被覆蓋度變化存在異與自然狀態(tài)下植被覆蓋度的變化時(shí)，與烈度有較好的擬合結(jié)果。文章中監(jiān)測(cè)了植被覆蓋度隨時(shí)間的連續(xù)變化，結(jié)果表明，不同的地震有不同的植被破壞特征，所以對(duì)于影像的時(shí)間選擇，需要根據(jù)具體震例進(jìn)行分析，當(dāng)?shù)卣鹪斐芍脖桓采w瞬時(shí)減少時(shí)，需要選擇時(shí)效性較好的影像。

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