臺風“莫蘭蒂”對廈門島植被覆蓋度的影響

李夢為

摘 要 選取廈門島2016年臺風“莫蘭蒂”登陸前、后及2022年共3期的Landsat遙感影像數據，運用ENVI5.3與ArcGIS10.2，在對影像預處理后提取歸一化植被指數（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI），并采用像元二分模型得出植被覆蓋度，結合差值法、均值法等方法分析“莫蘭蒂”臺風對廈門島植被破壞和恢復情況。結果表明：1）廈門島總體植被覆蓋水平較高，城市森林公園及高崎機場附近植被覆蓋度相對較高，居民區(qū)與公共區(qū)的植被覆蓋情況較差；2）“莫蘭蒂”對廈門島植被環(huán)境的影響較大，植被覆蓋度由40.3%降到27.7%，經過6年的恢復，2022年植被覆蓋度達到35.1%；3）“莫蘭蒂”對廈門島植被破壞存在沿街道分布的規(guī)律。

關鍵詞 臺風“莫蘭蒂”；植被覆蓋度；像元二分模型；歸一化植被指數；廈門島

中圖分類號 S424；Q948? ? 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.02.055

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

2016年9月15日晚，臺風“莫蘭蒂”從廈門市登陸，作為1949年以來登陸閩南的最強臺風，給廈門市造成直接經濟損失102億元，同時倒伏65萬棵樹木，對城市綠化造成了嚴重的破壞[2]。本文以臺風“莫蘭蒂”造成的災害為切入點，基于Landsat遙感影像數據，采用ENVI5.3與ArcGIS10.2軟件，分析2016年臺風“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“莫蘭蒂”登陸前后的植被破壞及恢復情況，以此為研究該區(qū)域的植被恢復和保護提供數據支持。

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117°52′～118°26′，位于我國東南沿海，屬于亞熱帶海洋性季風氣候，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，城市化建設程度及綠化水平較高，且在臺風“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“莫蘭蒂”影響的植被破壞及現今植被恢復的情況。

1.2 研究方法

1.2.1 植被遙感影像數據的獲取及預處理

植被覆蓋遙感數據來源于網站“地理空間數據云”（www.gscloud.cn）。根據影像數據應滿足云量較少且不遮擋研究區(qū)域的原則，選擇臺風“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軟件對遙感數據進行預處理，包含裁剪、輻射定標及FLAASH大氣校正。

植物葉面對紅外波段光譜具有較強的反射能力和吸收能力，根據該原理，可通過這兩個波段值來計算獲得植被指數。許多生態(tài)研究場景都將植被指數用作參考，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（Normalized Difference Vegetation?Index，NDVI）值的計算原理為近紅外波段與可見光紅波段數值之差比上這兩個波段數值之和，計算公式為

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 植被覆蓋度的計算

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

式中：Isoil為純土壤的植被指數值，Iveg為純植被的植被指數值。Isoil與Iveg分別由像元的INDVmin與INDVmax代替。為減小外界的因素干擾，在取值時設置一個置信區(qū)間，根據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。

進一步利用ArcGIS 10.2軟件將廈門島植被覆蓋度劃分為5個等級，劃分標準如表3所示。

2 結果與分析

2.1 植被覆蓋度總體空間分布特征

臺風“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，臺風導致植被覆蓋度平均值下降了12.6個百分點，經過6年的恢復，植被覆蓋度恢復到原植被覆蓋度的87%。

由表5可知，廈門島在臺風“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%。在經歷臺風“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%。經過6年的植被恢復后，廈門島總體植被覆蓋水平有所好轉，較高及高植被覆蓋度的區(qū)域比例恢復到33.82%，低及極低植被覆蓋度的區(qū)域下降到48.44%，但未達到“莫蘭蒂”襲擊前的水平。

2.2 植被覆蓋度變化檢測

對廈門島的“莫蘭蒂”期間及臺風登陸后至2022年的植被覆蓋情況相互作差值分析，研究植被變化情況。運用ArcGIS 10.2的柵格計算器分別計算“莫蘭蒂”臺風前后和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種進行分類并統(tǒng)計（見表6）。

從表6和圖1可知，“莫蘭蒂”導致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，經與路網比對，具有明顯的沿街道兩側分布的趨勢。這主要是由于城市植被根系較淺、多為引進樹種，且臺風沿著狹小的街道形成峽谷風等，導致街道植被破壞較嚴重。經過6年的恢復，中度改善及以上的區(qū)域近25%，其分布與受臺風破壞的植被較一致。

3 結論與討論

臺風“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，但仍不及臺風“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）做好街道兩側調研工作，開展“見縫插綠”專項行動。臺風過后，對原有樹穴小、種植空間狹小、硬化多、風力大等街道，需科學合理規(guī)劃，做好設計，制訂“見縫插綠”的實施方案，督促責任單位做好綠化補植工作。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、耐瘠薄、生長緩慢、易管養(yǎng)、須根發(fā)達的淺根性植物。3）堅持因地制宜，優(yōu)化樹種搭配，合理選用抗風的鄉(xiāng)土樹種和引種成功的植物，如表現較好的鳳凰木、三角梅、香樟、風鈴木、夾竹桃、臺灣相思、木荷、楓香、火力楠及木麻黃等樹種。

參考文獻：

[1]? 陳星澄，宋磊，趙慶，等.臺風對粵港澳大灣區(qū)城市森林群落結構的影響[J].林業(yè)與環(huán)境科學，2021，37（2）：12-20.

[2]? 秦一芳，林雙毅，高雅玲，等.臺風對城市道路行道樹的影響和對策：以福建省廈門市“莫蘭蒂”臺風為例[J].中國農學通報，2017，33（34）：135-140.

[3]? 郭子燕，柯雨沁，李海燕，等.基于臺風危害的廈門地區(qū)園林樹木受損原因研究[J].中國園林，2020，36（1）：122-127.

[4]? 李方舟，章臻，張昭天，等.廈門島內不同功能區(qū)土壤與灰塵重金屬污染的特征及評估[J].安全與環(huán)境學報，2017，17（2）：719-724.

[5]? 陳崢，黃頌誼.臺風對城市園林樹木的影響及災后景觀修復對策初探：以廈門“莫蘭蒂”臺風為例[J].現代園藝，2018（17）：93-96.

[6]? 林森，胡喜生，吳承禎，等.武夷山國家公園植被覆蓋演變的時空特征[J].森林與環(huán)境學報，2020，40（4）：347-355.

（責任編輯：劉寧寧）