基于各类突发性自然灾害的景观生态风险评估方法与流程

1.本发明涉及生态保护技术领域，更具体的说是涉及基于生态系统景观格局及自然灾害数据，构建基于自然灾害敏感性的景观生态风险指数，分析自然灾害敏感性背景下景观生态风险的空间特征。


背景技术：

2.近年来，全球自然灾害频发，常见的突发性自然灾害主要有地震灾害、地质灾害、洪涝灾害、干旱灾害与冰雪灾害等，自然灾害的发生对区域生态环境、生态系统进程带来巨大影响，因此，急需对目前自然灾害造成的生态风险进行评价。生态风险评价描述或评价了区域尺度上环境污染、人为活动或自然灾害对区域内的生态系统结构与功能等产生不利作用的可能性和危害程度。
3.一方面传统的区域自然灾害风险评估主要是对某一区域自然灾害的危险性、脆弱性、暴露度及社会影响等进行综合分析，另一方面传统的生态环境状况风险分析主要是从景观格局单一角度进行分析，尚缺乏自然灾害与区域生态系统环境状况之间关系探讨，以及某类自然灾害对区域生态系统影响风险分析的研究。
4.自然灾害对生态系统的影响主要表现为对区域生态系统景观格局的破坏，为揭示区域突发性自然灾害与景观格局的相关性，分析自然灾害敏感性背景下景观生态风险的空间特征，本发明提出了一种基于各类突发性自然灾害的景观生态风险评估方法，在分析自然灾害敏感性的基础上，对区域的景观生态风险进行定量化评价。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种基于各类突发性自然灾害的景观生态风险评估方法，融合了景观格局和自然灾害状况等信息，不仅丰富了区域生态风险评价方法，也为区域生态保护与修复提供了决策依据，可以应用在地震灾害、地质灾害、洪涝灾害、干旱灾害与冰雪灾害等几种类型。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.基于各类突发性自然灾害的景观生态风险评估方法，包括：
8.获取区域矢量边界和遥感影像数据；
9.基于所述遥感影像数据得到区域生态系统分类数据以及自然灾害破坏的景观生态系统面积；
10.基于所述区域生态系统分类数据获取区域景观格局指标；
11.基于所述区域景观格局指标和所述自然灾害破坏的景观生态系统面积分别计算得到区域景观生态损失指数和自然灾害敏感性指数；
12.基于区域景观生态损失指数、自然灾害敏感性指数和区域矢量边界总面积得到各类自然灾害景观生态风险指数；
13.结合业务需求，根据各类自然灾害景观生态风险指数展示自然灾害对景观生态影
响的空间分布图。
14.优选的，基于所述区域景观格局指标得到区域景观生态损失指数具体步骤为：
15.基于区域景观格局指标得到景观破碎度指数、景观分离度指数和景观优势度指数；
16.通过景观破碎度指数、景观分离度指数和景观优势度指数得到景观干扰指数；
17.基于景观干扰指数和景观敏感度指数计算得到区域景观生态损失指数。
18.优选的，景观破碎度指数计算公式为：
19.ci＝ni/ai20.其中，ci为第i类景观破碎度指数；ni为第i类景观斑块数量；ai为第i类景观的面积；
21.景观分离度指数计算公式为：
[0022][0023]
pi＝ai/a
[0024]
其中，si为第i类景观分离度指数，pi为第i类景观的面积比；ai为第i类景观的面积；a为研究区域总面积；
[0025]
景观优势度指数计算公式为：
[0026][0027]
其中，d为景观优势度指数；m为研究区域景观类型数目；i为各类景观类型；
[0028]
景观干扰指数计算公式为：
[0029]
ui＝aci+bsi+cd
[0030]
其中，ui为第i类景观干扰指数；ci为第i类景观破碎度指数；si为第i类景观分离度指数；d为景观优势度指数；a、b、c分别为景观破碎度指数、景观分离度指数与景观优势度指数的权重；
[0031]
区域景观生态损失指数计算公式为：
[0032]
eli＝10
×
ui×
sii[0033]
其中，eli为第i类景观生态损失指数，sii为第i类景观敏感度指数。
[0034]
优选的，自然灾害敏感性指数计算公式为：
[0035]
ns
ij
＝a
ij
/ai[0036]
其中，ns
ij
为第i类景观第j类自然灾害敏感性指数；a
ij
为第j类自然灾害破坏第i类景观的面积；ai为第i类景观的面积。
[0037]
优选的，各类自然灾害景观生态风险指数计算公式为：
[0038][0039]
其中，nerij为第j类突发性自然灾害景观生态风险指数；ai、a分别为第i类景观的面积和研究区总面积；m为研究区景观类型数目。
[0040]
优选的，遥感影像数据包括灾前遥感影像数据和灾后遥感影像数据，并对灾前遥感影像数据和灾后遥感影像数据进行预处理。
[0041]
优选的，自然灾害破坏的景观生态系统面积具体获取方法为：
[0042]
将预处理后的灾前遥感影像数据和灾后遥感影像数据进行对比分析得到自然灾害破坏的景观生态系统面积。
[0043]
优选的，自然灾害敏感性指数具体获取方法包括：
[0044]
基于区域生态系统分类数据得到灾前各类生态系统面积；
[0045]
将灾前各类生态系统面积和自然灾害破坏的景观生态系统面积进行比值分析，得到自然灾害敏感性指数。
[0046]
本发明具有以下有益效果：
[0047]
(1)基于各类突发性自然灾害的景观生态风险评估技术，可以有效填补自然灾害引起景观生态环境破坏风险评估的研究空白，解决传统生态风险评估流程繁杂、数据量少、数据获取困难等问题，可满足针对各类自然灾害的景观生态风险日常评估工作。
[0048]
(2)丰富了突发性自然灾害景观生态风险方面相关研究工作，为区域突发性自然灾害对景观生态环境造成的潜在生态损失和风险评估提供一种思路，同时为有针对性的管理区域土地利用分类提供科学依据。
[0049]
(3)从自然灾害敏感性的角度评价景观生态风险，融合了景观格局和自然灾害状况等信息，不仅丰富了区域生态风险评价方法，也为区域生态保护与修复提供了决策依据。
附图说明
[0050]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0051]
图1附图为本发明提供的基于各类突发性自然灾害的景观生态风险评估方法整体流程图。
[0052]
图2附图为本发明提供的基于各类突发性自然灾害的景观生态风险评估方法具体线路图。
具体实施方式
[0053]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0054]
本发明实施例公开了一种基于各类突发性自然灾害的景观生态风险评估方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0055]
获取区域矢量边界和遥感影像数据；
[0056]
基于遥感影像数据得到区域生态系统分类数据以及自然灾害破坏的景观生态系统面积；
[0057]
基于区域生态系统分类数据获取区域景观格局指标；
[0058]
基于区域景观格局指标和自然灾害破坏的景观生态系统面积分别计算得到区域
景观生态损失指数和自然灾害敏感性指数；
[0059]
基于区域景观生态损失指数、自然灾害敏感性指数和区域矢量边界总面积得到各类自然灾害景观生态风险指数；
[0060]
结合业务需求，根据各类自然灾害景观生态风险指数展示自然灾害对景观生态影响的空间分布图。
[0061]
在本实施例中，不同景观类型抵抗外界干扰能力差异较大，自然灾害发生将直接导致土地利用的变化，该过程将会干扰和影响生态环境，进而改变景观格局的空间特征。选取各类景观斑块数量、景观面积等为数据源，通过指数运算得到景观生态损失指数，反映不同景观生态系统在受到自然灾害干扰时造成的潜在生态损失和风险，具体技术方法步骤如下：
[0062]
基于区域景观格局指标得到景观破碎度指数、景观分离度指数和景观优势度指数；
[0063]
景观破碎度指数计算公式为：
[0064]ci
＝ni/ai[0065]
其中，ci为第i类景观破碎度指数；ni为第i类景观斑块数量；ai为第i类景观的面积；
[0066]
景观分离度指数计算公式为：
[0067][0068]
pi＝ai/a
[0069]
其中，si为第i类景观分离度指数，pi为第i类景观的面积比；ai为第i类景观的面积；a为研究区域总面积；
[0070]
景观优势度指数计算公式为：
[0071][0072]
其中，d为景观优势度指数；m为研究区域景观类型数目；i为各类景观类型；
[0073]
通过景观破碎度指数、景观分离度指数和景观优势度指数得到景观干扰指数；
[0074]
景观干扰指数计算公式为：
[0075]
ui＝aci+bsi+cd
[0076]
其中，ui为第i类景观干扰指数；ci为第i类景观破碎度指数；si为第i类景观分离度指数；d为景观优势度指数；a、b、c分别为景观破碎度指数、景观分离度指数与景观优势度指数的权重，在本实施例中取值设为0.6、0.3、0.1，i为生态系统各类景观类型，如未利用地、水域、耕地、草地、林地、工矿、居民用地等；
[0077]
基于景观干扰指数和景观敏感度指数计算得到区域景观生态损失指数。区域景观生态损失指数计算公式为：
[0078]
eli＝10
×
ui×
sii[0079]
其中，eli为第i类景观生态损失指数，sii为第i类景观敏感度指数，在本实施例中，参考未利用地为6，水域为5，耕地为4，草地为3，林地为2，工矿、居民用地为1设置各类景观的敏感度指数。
[0080]
在本实施例中，基于某类自然灾害对灾前某类景观生态系统影响面积、及对应类型景观生态系统面积，计算获得各类自然灾害敏感性指数，具体计算公式如下：
[0081]
ns
ij
＝a
ij
/ai[0082]
其中，ns
ij
为第i类景观第j类自然灾害敏感性指数；a
ij
为第j类自然灾害破坏i类景观的面积；ai为第i类景观的面积。
[0083]
在本实施例中，基于各类突发性自然灾害景观生态风险评估技术，结合各类景观类型面积、研究区总面积、各类景观生态损失指数、及各类景观自然灾害敏感性指数，计算得到区域某类突发性自然灾害的景观生态风险指数，具体计算公式如下：
[0084][0085]
其中，nerij为第j类突发性自然灾害景观生态风险指数；ai、a分别为第i类景观的面积和研究区总面积；m为研究区景观类型数目。
[0086]
如图2所示，以2017年8月8日四川省九寨沟ms7.0地震灾害为例，开展了该区域地震灾害造成的景观环境破坏，评估了四川省九寨沟地区地震灾害景观生态风险。
[0087]
步骤一：数据准备：获取灾前、灾后两期覆盖四川省九寨沟地区的modis遥感影像数据，云量低于15％，灾害发生时间为2017年8月；同时统计四川省九寨沟地区面积。
[0088]
步骤二：遥感影像预处理：对灾前、灾后遥感影像数据进行预处理，包括辐射定标、大气校正、几何精校正、融合、镶嵌等操作。
[0089]
步骤三：生态系统分类数据遥感解译：基于预处理后的灾前modis遥感影像数据，解译得到四川省九寨沟地区生态系统分类数据，包括未利用地、耕地、林地、草地、水域、工矿、居民用地等；依托文献资料或其他公开成果数据对分类解译结果精度进行验证，同时统计灾前区域各类生态系统类型数量、面积。
[0090]
步骤四：景观格局指标获取：基于灾前生态系统分类数据，计算得到研究区各类生态系统的斑块数量、景观面积等景观格局指标结果。
[0091]
步骤五：景观生态损失指数计算：该指数主要基于景观干扰指数与景观敏感度指数两个指标运算得到。
[0092]
①
景观干扰指数：通过各类景观斑块数量、景观面积、生态系统各类型数量、研究区总面积等参数，获取研究区景观干扰指数。
[0093]
②
景观敏感度指数：参考未利用地为6，水域为5，耕地为4，草地为3，林地为2，工矿、居民用地为1设置各类景观的敏感度指数。
[0094]
基于以上结果，最终得到区域某类景观生态损失指数结果。
[0095]
步骤六：地震灾害敏感性指数：基于预处理后的灾前、灾后两期遥感影像数据，解译地震灾害破坏某类生态系统面积占灾前该类生态系统总面积的比例，即可获得研究区地震灾害敏感性指数。
[0096]
步骤七：地震灾害景观生态风险指数：结合景观生态损失指数及地震灾害敏感性指数，即可获得突发性地震灾害的四川省九寨沟地区景观生态风险指数。
[0097]
步骤八：成果展示：根据监管业务需求，展示区域地震灾害造成的景观生态系统破坏空间分布图等成果。
[0098]
本实施例中，步骤一-步骤八并没有严格意义上的顺序，本发明只是为了清楚简要
说明，并不作具体顺序上的限定。
[0099]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0100]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。