臺風(fēng)“莫蘭蒂”對廈門島植被覆蓋度的影響

李夢為

（福建藝景生態(tài)建設(shè)集團(tuán)有限公司，福建廈門 361015）

近年來，我國許多城市持續(xù)推進(jìn)國家生態(tài)園林城市和國家森林城市建設(shè)，然而，在目前氣候環(huán)境變化的背景下，臺風(fēng)、強(qiáng)降雨等極端氣候?yàn)?zāi)害頻發(fā)，其對城市生態(tài)植被的破壞程度逐漸成為許多學(xué)者的研究熱點(diǎn)。對于植被情況的調(diào)查，目前往往采用人工抽樣的方法[1]。但采用人工抽樣法來調(diào)查植被破壞情況不僅耗時耗力，而且難以在整體范圍內(nèi)達(dá)到較高的預(yù)期精度。

2016 年9 月15 日晚，臺風(fēng)“莫蘭蒂”從廈門市登陸，作為1949 年以來登陸閩南的最強(qiáng)臺風(fēng)，給廈門市造成直接經(jīng)濟(jì)損失102 億元，同時倒伏65 萬棵樹木，對城市綠化造成了嚴(yán)重的破壞[2]。本文以臺風(fēng)“莫蘭蒂”造成的災(zāi)害為切入點(diǎn)，基于Landsat 遙感影像數(shù)據(jù)，采用ENVI5.3與ArcGIS10.2軟件，分析2016年臺風(fēng)“莫蘭蒂”登陸前、后及2022 年廈門島植被覆蓋度的變化規(guī)律，探討廈門島臺風(fēng)“莫蘭蒂”登陸前后的植被破壞及恢復(fù)情況，以此為研究該區(qū)域的植被恢復(fù)和保護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

廈門市地處北緯24°23′～24°54′、東經(jīng)117°52′～118°26′，位于我國東南沿海，屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均降水量1 200 mm，年平均氣溫21 ℃[3]。廈門島是廈門市第一大島嶼，由思明區(qū)和湖里區(qū)兩個行政區(qū)組成，與大、小金門島毗鄰，面積約158 km2，南北長13.7 km，東西寬12.5 km。廈門島建有多處城市森林公園，城市化建設(shè)程度及綠化水平較高，且在臺風(fēng)“莫蘭蒂”登陸后的城市植被覆蓋度破壞明顯[4-5]。因此，本文以廈門島為研究對象，分析受臺風(fēng)“莫蘭蒂”影響的植被破壞及現(xiàn)今植被恢復(fù)的情況。

1.2 研究方法

1.2.1 植被遙感影像數(shù)據(jù)的獲取及預(yù)處理

植被覆蓋遙感數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)站“地理空間數(shù)據(jù)云”（www.gscloud.cn）。根據(jù)影像數(shù)據(jù)應(yīng)滿足云量較少且不遮擋研究區(qū)域的原則，選擇臺風(fēng)“莫蘭蒂”登陸前（2016 年7 月27 日）、登陸后（2016 年10 月31 日）及2022 年（2022 年9 月22 日）的Landsat 8 OLI 影像（見表1）。使用ENVI5.3 軟件對遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包含裁剪、輻射定標(biāo)及FLAASH 大氣校正。

表1 研究區(qū)域遙感影像數(shù)據(jù)

1.2.2 植被指數(shù)的提取

植物葉面對紅外波段光譜具有較強(qiáng)的反射能力和吸收能力，根據(jù)該原理，可通過這兩個波段值來計(jì)算獲得植被指數(shù)。許多生態(tài)研究場景都將植被指數(shù)用作參考，它可以很好地反映植物生長情況和植被分布密度[6]。歸一化植被指數(shù)（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）值的計(jì)算原理為近紅外波段與可見光紅波段數(shù)值之差比上這兩個波段數(shù)值之和，計(jì)算公式為

式中：N為近紅外波段反射率，R為可見光紅波段反射率。

1.2.3 植被覆蓋度的計(jì)算

植被覆蓋度（Fraction Vegetation Coverage，F(xiàn)VC）可以通過像元二分模型計(jì)算得出。像元二分模型的主要特點(diǎn)是淺顯、適用。假設(shè)每一像元的INDV值由植被和土壤兩者組成，則植被覆蓋度的計(jì)算公式為

式中：Isoil為純土壤的植被指數(shù)值，Iveg為純植被的植被指數(shù)值。Isoil與Iveg分別由像元的INDVmin與INDVmax代替。為減小外界的因素干擾，在取值時設(shè)置一個置信區(qū)間，根據(jù)獲得的遙感影像清晰度、圖像大小、噪聲等因素，采用置信區(qū)間為累加百分比5%至95%，具體取值如表2 所示。

表2 研究區(qū)累計(jì)概率和INDV 的取值

進(jìn)一步利用ArcGIS 10.2 軟件將廈門島植被覆蓋度劃分為5 個等級，劃分標(biāo)準(zhǔn)如表3 所示。

表3 植被覆蓋度分級標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 植被覆蓋度總體空間分布特征

臺風(fēng)“莫蘭蒂”登陸前、后及2022 年廈門島植被覆蓋度如表4 所示。由表4 可看出，臺風(fēng)導(dǎo)致植被覆蓋度平均值下降了12.6 個百分點(diǎn)，經(jīng)過6 年的恢復(fù)，植被覆蓋度恢復(fù)到原植被覆蓋度的87%。

表4 臺風(fēng)災(zāi)害前后植被覆蓋度的變化 單位：%

由表5 可知，廈門島在臺風(fēng)“莫蘭蒂”登陸前較高及高植被覆蓋度的區(qū)域占35.06%，低及極低植被覆蓋度的區(qū)域占45.71%。在經(jīng)歷臺風(fēng)“莫蘭蒂”后，低及極低植被覆蓋度的區(qū)域增加了12.97 km2，比例提高到53.93%；而較高及高植被覆蓋度區(qū)域的比例降低到29.42%。經(jīng)過6 年的植被恢復(fù)后，廈門島總體植被覆蓋水平有所好轉(zhuǎn)，較高及高植被覆蓋度的區(qū)域比例恢復(fù)到33.82%，低及極低植被覆蓋度的區(qū)域下降到48.44%，但未達(dá)到“莫蘭蒂”襲擊前的水平。

表5 廈門島臺風(fēng)“莫蘭蒂”登陸前后植被覆蓋情況統(tǒng)計(jì)

2.2 植被覆蓋度變化檢測

對廈門島的“莫蘭蒂”期間及臺風(fēng)登陸后至2022 年的植被覆蓋情況相互作差值分析，研究植被變化情況。運(yùn)用ArcGIS 10.2 的柵格計(jì)算器分別計(jì)算“莫蘭蒂”臺風(fēng)前后和2022 年的植被覆蓋面積差值圖（見圖1），并將所獲得的影像情況按明顯退化、中度退化、基本穩(wěn)定、中度改善、明顯改善5 種進(jìn)行分類并統(tǒng)計(jì)（見表6）。

圖1 廈門島植被覆蓋度變化

表6 廈門島植被覆蓋度變化等級 單位：%

從表6 和圖1 可知，“莫蘭蒂”導(dǎo)致40%以上的區(qū)域植被是中度退化及以上，明顯退化區(qū)域呈清晰的帶狀分布，經(jīng)與路網(wǎng)比對，具有明顯的沿街道兩側(cè)分布的趨勢。這主要是由于城市植被根系較淺、多為引進(jìn)樹種，且臺風(fēng)沿著狹小的街道形成峽谷風(fēng)等，導(dǎo)致街道植被破壞較嚴(yán)重。經(jīng)過6 年的恢復(fù)，中度改善及以上的區(qū)域近25%，其分布與受臺風(fēng)破壞的植被較一致。

3 結(jié)論與討論

臺風(fēng)“莫蘭蒂”登陸后至2022 年的6 年間，廈門島植被覆蓋情況有所恢復(fù)，但仍不及臺風(fēng)“莫蘭蒂”登陸前的水平，需要通過以下措施提升植被覆蓋度。1）做好街道兩側(cè)調(diào)研工作，開展“見縫插綠”專項(xiàng)行動。臺風(fēng)過后，對原有樹穴小、種植空間狹小、硬化多、風(fēng)力大等街道，需科學(xué)合理規(guī)劃，做好設(shè)計(jì)，制訂“見縫插綠”的實(shí)施方案，督促責(zé)任單位做好綠化補(bǔ)植工作。2）充分發(fā)揮屋頂綠化的作用，提升植被覆蓋率。屋頂被稱為“建筑第五立面”，綠化應(yīng)以草坪、低矮灌木、地被植物、爬藤植物、花境植物等為主，適量種植小喬木，盡量少用闊葉大喬木。選擇抗風(fēng)、耐瘠薄、生長緩慢、易管養(yǎng)、須根發(fā)達(dá)的淺根性植物。3）堅(jiān)持因地制宜，優(yōu)化樹種搭配，合理選用抗風(fēng)的鄉(xiāng)土樹種和引種成功的植物，如表現(xiàn)較好的鳳凰木、三角梅、香樟、風(fēng)鈴木、夾竹桃、臺灣相思、木荷、楓香、火力楠及木麻黃等樹種。