基于GEE的曲靖市喀斯特石漠化时空演变过程

doi:10.11988/ckyyb.20230707

摘要/Abstract

摘要：

曲靖市位于长江上游和珠江源头,具有重要的生态区位,探究该地区长时间序列的石漠化变化动态与演变过程具有重要意义。基于Landsat5、Landsat8、DEM等数据,通过GEE云平台和决策树分类法获得1990—2020年的曲靖市石漠化分布,分析其石漠化时空变化特征和演变过程。结果表明:①曲靖市整体石漠化以潜在石漠化、无石漠化为主;31 a间曲靖市已石漠化面积减少1 728.38 km²,无石漠化面积增加1 936.61 km²,石漠化整体得到明显改善。②1990—2020年,曲靖市石漠化的总体变化速率是-57.61 km²/a,随石漠化加剧变化速率呈下降趋势;变化频率排序依次为极强度石漠化>强度石漠化>中度石漠化>轻度石漠化>无石漠化>潜在石漠化。③31 a间,曲靖市石漠化演变方向以不变型居多,面积达7 967.67 km²,占比61.39%;反映石漠化程度好转的持续好转型和波动好转型总面积达3 197.03 km²,占比24.63%;而表示石漠化程度加剧的恶化型面积最少,为558.52 km²,占比4.3%,表明研究区石漠化状况总体呈现好转趋势。

关键词: 岩溶石漠化, GEE, 演变轨迹, 曲靖市

Abstract:

Qujing City is located in the upper reaches of the Yangtze River and the source of the Pearl River holding an important ecological position. Exploring the dynamics and evolutionary process of rocky desertification over a long time series in this area is of great significance. In this study, using Landsat5, Landsat8, DEM, etc., we obtained the rocky desertification distribution from 1990 to 2020 through the Google Earth Engine(GEE) cloud platform and decision tree classification, and analyzed the spatial and temporal change characteristics and evolution process of the rocky desertification. The results show that: 1) the overall rocky desertification in Qujing City was primarily characterized potentially rocky and no rocky desertification; in 31 years, the rocky desertification area in Qujing City decreased by 1 728.38 km², while the no rocky desertification area increased by 1 936.61 km², and the overall rocky desertification was significantly improved.(2) From 1990 to 2020, the overall change rate of rocky desertification in Qujing City was -57.61 km²/a, and the change rate decreasd as the intensity of rocky desertification aggravated: extreme intensity > intensity > moderate > mild > no > potential desertification. (3)Over 31 years, the pattern of rocky desertification evolution in Qujing City remained mostly unchanged, covering an area of 7 967.67 km², accounting for 61.39%. Continuous and fluctuating transformations, reflecting improvements in rocky desertification, covered an area of 3 197.03 km², or 24.63%. The area of deterioration was 558.52 km², accounting for 4.3%. The results indicate a general improvement in rocky desertification in the study area.

Key words: karst rocky desertification, GEE, evolution track, Qujing City

中图分类号:

P931.5岩溶(喀斯特)地貌学

高伟杰, 周斯怡, 赵彩云, 王妍, 殷晓洁. 基于GEE的曲靖市喀斯特石漠化时空演变过程[J]. 长江科学院院报, 2024, 41(11): 75-81.

GAO Wei-jie, ZHOU Si-yi, ZHAO Cai-yun, WANG Yan, YIN Xiao-jie. Spatio-temporal Evolution of Karst Rocky Desertification in Qujing City Based on Google Earth Engine[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2024, 41(11): 75-81.

石漠化等级	植被覆盖度	岩石裸露率	坡度/(°)
无石漠化	[0.8,1.0]	[0,0.2)	[0,5)
潜在石漠化	[0.7,0.8)	[0.2,0.3)	[5,8)
轻度石漠化	[0.5,0.7)	[0.3,0.5)	[8,15)
中度石漠化	[0.3,0.5)	[0.5,0.7)	[15,25)
强度石漠化	[0.1,0.3)	[0.7,0.9)	[25,35)
极强度石漠化	[0,0.1)	[0.9,1.0]	[35,90]

石漠化等级	植被覆盖度	岩石裸露率	坡度/(°)
无石漠化	[0.8,1.0]	[0,0.2)	[0,5)
潜在石漠化	[0.7,0.8)	[0.2,0.3)	[5,8)
轻度石漠化	[0.5,0.7)	[0.3,0.5)	[8,15)
中度石漠化	[0.3,0.5)	[0.5,0.7)	[15,25)
强度石漠化	[0.1,0.3)	[0.7,0.9)	[25,35)
极强度石漠化	[0,0.1)	[0.9,1.0]	[35,90]

年份	无石漠化		潜在石漠化		轻度石漠化		中度石漠化		强度石漠化		极强度石漠化
年份	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%
1990	6 565.45	45.88	2 465.12	17.23	4 052.36	28.32	1 118.83	7.82	105.74	0.74	2.26	0.02
1995	6 595.45	46.09	2 551.18	17.83	3 999.18	27.95	1 028.35	7.19	131.50	0.92	4.10	0.03
2000	6 591.89	46.07	2 395.67	16.74	3 916.08	27.37	1 218.55	8.52	179.48	1.25	8.09	0.06
2006	6 955.89	48.61	2 441.54	17.06	3 706.78	25.90	1 020.51	7.13	168.85	1.18	16.19	0.11
2011	7 162.65	50.05	2 489.04	17.39	3 601.97	25.17	918.06	6.42	128.60	0.90	9.44	0.07
2016	7 856.09	54.90	2 320.47	16.22	3 244.57	22.67	795.10	5.56	89.89	0.63	3.64	0.03
2020	8 502.06	59.41	2 256.89	15.77	2 786.29	19.47	648.71	4.53	108.39	0.76	7.42	0.05

年份	无石漠化		潜在石漠化		轻度石漠化		中度石漠化		强度石漠化		极强度石漠化
年份	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%	面积/km²	占比/%
1990	6 565.45	45.88	2 465.12	17.23	4 052.36	28.32	1 118.83	7.82	105.74	0.74	2.26	0.02
1995	6 595.45	46.09	2 551.18	17.83	3 999.18	27.95	1 028.35	7.19	131.50	0.92	4.10	0.03
2000	6 591.89	46.07	2 395.67	16.74	3 916.08	27.37	1 218.55	8.52	179.48	1.25	8.09	0.06
2006	6 955.89	48.61	2 441.54	17.06	3 706.78	25.90	1 020.51	7.13	168.85	1.18	16.19	0.11
2011	7 162.65	50.05	2 489.04	17.39	3 601.97	25.17	918.06	6.42	128.60	0.90	9.44	0.07
2016	7 856.09	54.90	2 320.47	16.22	3 244.57	22.67	795.10	5.56	89.89	0.63	3.64	0.03
2020	8 502.06	59.41	2 256.89	15.77	2 786.29	19.47	648.71	4.53	108.39	0.76	7.42	0.05

石漠化等级	变化速率/(km²·a^-1)
石漠化等级	1990— 1995年	1995— 2000年	2000— 2006年	2006— 2011年	2011— 2016年	2016— 2020年
无石漠化	6.00	-0.71	60.67	41.35	138.69	161.49
潜在石漠化	17.21	-31.10	7.64	9.50	-33.71	-15.90
轻度石漠化	-10.64	-16.62	-34.88	-20.96	-71.48	-114.57
中度石漠化	-18.10	38.04	-33.01	-20.49	-24.59	-36.60
强度石漠化	5.15	9.60	-1.77	-8.05	-7.74	4.63
极强度石漠化	0.37	0.80	1.35	-1.35	-1.16	0.95
已石漠化	-23.21	31.81	-68.31	-50.85	-104.97	-145.60

基于GEE的曲靖市喀斯特石漠化时空演变过程

Spatio-temporal Evolution of Karst Rocky Desertification in Qujing City Based on Google Earth Engine

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序号	演变轨迹	面积/km²	占比/%
1	无-无-无-无	5 002.88	34.96
2	轻-轻-轻-轻	1 545.27	10.80
3	潜在-潜在-潜在-潜在	1 186.81	8.29
4	轻-轻-轻-无	551.77	3.86
5	潜在-潜在-潜在-无	284.41	1.99
6	轻-轻-轻-潜在	247.36	1.73
7	中-中-中-中	213.18	1.49
8	无-轻-无-无	199.28	1.39
9	轻-无-无-无	187.47	1.31
10	无-潜在-无-无	179.92	1.26
11	潜在-无-无-无	149.57	1.05
12	轻-轻-无-无	138.43	0.97
13	轻-无-轻-无	135.04	0.94
14	中-中-中-轻	120.64	0.84
15	无-无-轻-无	120.06	0.84
16	无-无-潜在-无	112.36	0.79
17	无-无-无-潜在	101.68	0.71
18	无-轻-轻-无	96.38	0.67
19	潜在-潜在-无-无	88.12	0.62
20	轻-无-轻-轻	87.33	0.61
21	无-轻-轻-轻	86.45	0.60
22	轻-轻-潜在-无	80.36	0.56
23	轻-潜在-轻-无	79.09	0.55
24	轻-中-中-中	71.51	0.50
25	无-无-无-轻	71.49	0.50
26	轻-潜在-轻-轻	68.25	0.48
27	中-中-中-无	68.23	0.48
28	潜在-轻-轻-轻-	68.15	0.48
29	无-潜在-潜在-无	67.92	0.47
30	潜在-无-潜在-无	61.99	0.43

石漠化等级	不变型		持续好转型		波动好转型		反复型		恶化型
石漠化等级	演变轨迹数量/ 条	占1990年的面积占比/ %	演变轨迹数量/ 条	占1990年的面积占比/ %	演变轨迹数量/ 条	占1990年的面积占比/ %	演变轨迹数量/ 条	占1990年的面积占比/ %	演变轨迹数量/ 条	占1990年的面积占比/ %
无石漠化	1	76.20			5	10.79	3	3.96
潜在石漠化	1	48.14	4	22.93	4	8.74	4	5.06	4	5.34
轻度石漠化	1	38.13	7	31.81	7	9.56	6	7.89	3	3.29
中度石漠化	1	19.05	14	41.18	13	18.98	8	8.35	3	2.77
强度石漠化	1	18.04	25	39.86	16	21.38	7	8.56	4	2.36
极强度石漠化	1	19.91	27	32.24	15	16.33	5		21.68
总面积/ km²		7 967.67		2 358.06		838.97		1 255.25		558.52

[1]	祁昌贤, 任燕, 彭海月, 魏加华, 王永强, 李琼. 基于GEE云平台的三江源湖泊面积提取及动态变化[J]. 长江科学院院报, 2023, 40(7): 179-185.
[2]	李晓英, 童泽淳, 王必磊, 雷声. 鄱阳湖湖泊与陆地水储量变化及相关分析[J]. 长江科学院院报, 2023, 40(5): 38-43.

石漠化等级	变化频率/(%·a^-1)
石漠化等级	1990— 1995年	1995— 2000年	2000— 2006年	2006— 2011年	2011— 2016年	2016— 2020年
无石漠化	0.09	-0.01	0.92	0.59	1.94	2.06
潜在石漠化	0.70	-1.22	0.32	0.39	-1.35	-0.68
轻度石漠化	-0.26	-0.42	-0.89	-0.57	-1.98	-3.53
中度石漠化	-1.62	3.70	-2.71	-2.01	-2.68	-4.60
强度石漠化	4.87	7.30	-0.99	-4.77	-6.02	5.15
极强度石漠化	16.28	19.46	16.69	-8.34	-12.29	25.96
已石漠化	-0.44	0.62	-1.28	-1.04	-2.25	-3.52

石漠化等级	变化频率/(%·a^-1)
石漠化等级	1990— 1995年	1995— 2000年	2000— 2006年	2006— 2011年	2011— 2016年	2016— 2020年
无石漠化	0.09	-0.01	0.92	0.59	1.94	2.06
潜在石漠化	0.70	-1.22	0.32	0.39	-1.35	-0.68
轻度石漠化	-0.26	-0.42	-0.89	-0.57	-1.98	-3.53
中度石漠化	-1.62	3.70	-2.71	-2.01	-2.68	-4.60
强度石漠化	4.87	7.30	-0.99	-4.77	-6.02	5.15
极强度石漠化	16.28	19.46	16.69	-8.34	-12.29	25.96
已石漠化	-0.44	0.62	-1.28	-1.04	-2.25	-3.52