地震前后植被覆蓋變化與地震烈度關系探究

1、引言

地震災情快速評估是震后應急救援的**，它是對地震災害損失情況的評估，是震后短時間內反映地震災情的有效手段，其準確度、信息質量和評估速度等直接影響震后應急救援的效率。

地震會誘發山體崩塌、滑坡及泥石流等次生地質災害，致使災區出現樹木折斷、倒伏及被埋等現象，會對地表植被造成巨大的破壞。已有研究結果表明，地震烈度與地震誘發的地質災害之間存在正相關關系，地質災害發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關系。對于烈度的評估，還未用到植被這一變化因素，但這一因素有以下幾個優點：植被覆蓋反演有成熟的手段和方法；計算簡便，節約時間。

遙感是指非接觸的，遠距離的探測技術。遙感技術具有數據獲取快速、多波段、多時相、大面積覆蓋等觀測能力，已成為監測植被覆蓋變化的主要手段。

2、實驗準備與技術路線

2.1實驗儀器

圖1無人機高光譜成像系統

2.2技術路線

將預處理后的影像通過植被覆蓋度的遙感估算方法計算得到每期影像的植被覆蓋度，對地震前后的植被覆蓋度進行動態監測分析，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，應盡量消除自然變化的影響。地震誘發的地質災害會造成了大區域的植被損毀，地質災害的發生受地形的嚴重影響，因此植被破壞的概率與地形密切相關，本文加入坡度進行分析，考慮地質災害的易發性（植被破壞的概率），分析地震前后植被覆蓋度變化區別于自然狀態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研究區概況

2017年8月8日21時19分46秒，四川省阿壩州九寨溝縣發生7.0級地震，震中北緯33.20°，東經103.82°。此次地震比較大烈度為Ⅸ度，Ⅸ度區面積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。Ⅷ度區面積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、大錄鄉、黑河鄉、陵江鄉、馬家鄉。Ⅶ度區面積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，綿陽市平武縣。Ⅵ度區面積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。本文選取研究區范圍為圖2的矩形區域。

圖2九寨溝地震研究區

3.2數據選取

九寨溝地震發生時間為2017年8月8日，根據地震的發生時間，并監測植被覆蓋隨時間的連續變化，選擇地震前、地震后、和地震前后同時相2012-2016年的影像數據如表1所示。

表1九寨溝地震數據選取

3.3像元點核密度分析

根據像元點的統計，不同數值區間像元點數目使其大致均勻分配，將7.29-8.13MODIS-NDVI影像得到的像元點分為四個數值區間如表2所示，對不同數值區間的像元點做核密度分析，如圖（3、4、5、6）。

表2不同數值區間的像元點數目

圖3像元點數值區間為-1--0.9核密度分析

圖4像元點數值區間為-0.9--0.8核密度分析

圖5像元點數值區間為-0.8--0.7核密度分析

圖6像元點數值區間為-0.7--0.3核密度分析

通過像元點核密度分析結果可以看出，像元點數值區間為-1--0.9的核密度分析結果，烈度圖內，像元點高密度區在烈度VI、VII、VIII、IX內，并且密度衰減方向與烈度長軸方向一致；烈度圖外存在密度數值比烈度圖內更大的高密度區。

自然狀態植被覆蓋度變化大小平均值可以反映該區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下的一般情況，視為地震造成的特有影響。對2012-2016年每年兩期與地震前后同時相的數據做差，差值取***值，并將5年得到的***值數據做平均，***得到植被覆蓋度變化大小平均值如圖（7），反映研究區內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

對照核密度分析結果，烈度圖外的高密度區，處于劇烈變化區，而烈度圖內的高密度區少部分位于劇烈變化區，由此烈度圖外的高密度區，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，離地震發生的地方相隔較遠，也容易排除這一干擾信息。

像元點數值區間為-0.9--0.8的核密度分析結果，烈度圖外下方依然存在密度數值比其他區域更大的高密度區，通過以上分析，排除這一干擾信息。烈度圖內，像元點高密度區在烈度VI內，密度衰減方向與烈度圖長軸方向一致，烈度圖上方還存在兩個高密度區，參考植被覆蓋度的一般變化，這兩個高密度區不屬于劇烈變化區，無法排除這兩個干擾信息，但其密度衰減方向與烈度圖長軸方向一致。

像元點數值區間為-0.8--0.7的核密度分析結果，烈度圖外下方存在與其他區域密度數值相同的高密度區，通過以上分析，排除這一干擾信息。烈度圖內，像元點高密度區在烈度VI內，密度衰減方向與烈度圖長軸方向一致，烈度圖上方還存在一個高密度區，參考植被覆蓋度的一般變化，這個高密度區不屬于劇烈變化區，無法排除這一干擾信息，但其密度衰減方向與烈度圖長軸方向一致。

像元點數值區間為-0.7--0.3的核密度分析結果，烈度圖外下方存在與其他區域密度數值相同的高密度區，通過以上分析，排除這一干擾信息。烈度圖內，像元點高密度區在烈度VI內，密度衰減方向與烈度長軸方向不一致，烈度圖上方還存在一個高密度區，參考植被覆蓋度的一般變化，這個高密度區不屬于劇烈變化區，無法排除這一干擾信息，但其密度衰減方向與烈度圖長軸方向一致。

通過以上分析，像元點數值區間為-1--0.9的核密度分析結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；像元點數值區間為-0.9--0.8、-0.8--0.7的核密度分析結果，存在無法排除的干擾信息，但高密度區的密度衰減方向與烈度長軸方向一致；像元點數值區間為-0.7--0.3的核密度分析結果與烈度的擬合效果**差，處于烈度VI內的高密度區其密度衰減方向與烈度長軸方向不一致。

根據像元點的統計，不同數值區間像元點數目使其大致均勻分配，將8.14-8.29MODIS-NDVI影像得到的像元點分為六個數值區間如表（3）所示，對不同數值區間的像元點做核密度分析，如圖（8、9、10、11、12、13）。

表3不同數值區間的像元點數目

圖8像元點數值為-1核密度分析

圖9像元點數值區間為-1--0.9核密度分析

圖10像元點數值區間為-0.9--0.8核密度分析

圖11像元點數值區間為-0.8--0.7核密度分析

圖12像元點數值區間為-0.7--0.6核密度分析

圖13像元點數值區間為-0.6--0.3核密度分析

通過像元點核密度分析結果可以看出，所有核密度分析結果，高密度區在烈度圖外分布較廣，自然狀態植被覆蓋度變化大小平均值可以反映該區域植被覆蓋度變化的一般情況，對2012-2016年每年兩期與地震前后同時相的數據做差，差值取***值，并將5年得到的***值數據做平均，***得到植被覆蓋度變化大小平均值如圖（14），反映研究區內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

對照核密度分析結果，所有核密度分析結果烈度圖外的高密度區，分布范圍與劇烈變化區重合度低，因此無法排除烈度圖外的干擾信息。

像元點數值為-1核密度分析結果，兩個高密度區位于烈度圖外，且離地震發生地點相隔較遠。

像元點數值區間為-1--0.9的核密度分析結果，烈度VII內有一個高密度區，其密度衰減方向與烈度圖長軸方向一致，烈度VI內有一個高密度區，分布范圍較大，其密度衰減方向與烈度長軸方向一致，烈度圖外還存在多個高密度區。

像元點數值區間為-0.9--0.8的核密度分析結果，烈度VII內有兩個高密度區，范圍較大的高密度區密度衰減方向與烈度圖長軸方向一致，另一個范圍很小，密度衰減方向與烈度長軸方向不一致；烈度VI內有兩個高密度區，范圍較大的高密度區密度衰減方向與烈度長軸方向一致，另一個密度衰減方向與烈度長軸方向不一致；烈度圖上方存在一個高密度區，其密度衰減方向與烈度長軸方向一致；其他區域存在兩個高密度區，離地震發生地點相隔較遠。

像元點數值區間為-0.8--0.7的核密度分析結果，烈度圖內，有兩個高密度區，范圍較大的分布在烈度VI、VII、VIII內，另一個位于烈度VII內，密度衰減方向均與烈度長軸方向不一致；烈度圖上方的兩個高密度區密度衰減方向均與烈度長軸方向一致；烈度圖下方的一個高密度區離地震發生地點相隔較遠。

像元點數值區間為-0.7--0.6的核密度分析結果與像元點數值區間為-0.8--0.7的核密度分析結果基本一致。

像元點數值區間為-0.6--0.3的核密度分析結果，烈度圖內，像元點高密度區在烈度VI、VII、VIII內，并且密度衰減方向與烈度長軸方向一致；烈度圖外存在兩個高密度區，離地震發生地點相隔較遠。

通過以上分析，像元點數值區間為-0.6--0.3的核密度分析結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；其他數值范圍的像元點核密度分析結果，分布多個高密度區，雖然有些密度衰減方向與烈度長軸方向一致，但無法排除多個高密度區分布的影響，與烈度圖擬合效果較差。

4、總結

通過以上分析，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系，對比震例的結果，發現由地震造成的植被覆蓋減少在破壞嚴重的高烈度區現象明顯，在低烈度區現象不明顯。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下植被覆蓋度的變化時，與烈度有較好的擬合結果。文章中監測了植被覆蓋度隨時間的連續變化，結果表明，不同的地震有不同的植被破壞特征，所以對于影像的時間選擇，需要根據具體震例進行分析，當地震造成植被覆蓋瞬時減少時，需要選擇時效性較好的影像。

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