地震前后植被覆盖变化与地震烈度关系探究

地震前后的植被覆盖变化能反映烈度的分布特征，即地震前后植被覆盖的变化与烈度之间有一定的关系，但不同地震植被破坏现象不同，能反映出的烈度分布特征也不同，可以选择不同的遥感数据源，得到地震造成的植被覆盖变化，并分析其与地震烈度之间的关系。

1、引言

地震灾情快速评估是震后应急救援的核心，它是对地震灾害损失情况的评估，是震后短时间内反映地震灾情的有效手段，其准确度、信息质量和评估速度等直接影响震后应急救援的效率。

地震会诱发山体崩塌、滑坡及泥石流等次生地质灾害，致使灾区出现树木折断、倒伏及被埋等现象，会对地表植被造成巨大的破坏。已有研究结果表明，地震烈度与地震诱发的地质灾害之间存在正相关关系，地质灾害发生的敏感性随着烈度的升高而增加由此可推出地震造成的植被覆盖减少与烈度之间也可能存在正相关关系。对于烈度的评估，还未用到植被这一变化因素，但这一因素有以下几个优点：植被覆盖反演有成熟的手段和方法；计算简便，节约时间。

遥感是指非接触的，远距离的探测技术。遥感技术具有数据获取快速、多波段、多时相、大面积覆盖等观测能力，已成为监测植被覆盖变化的主要手段。

2、实验准备与技术路线

2.1实验仪器

图1无人机高光谱成像系统

2.2技术路线

将预处理后的影像通过植被覆盖度的遥感估算方法计算得到每期影像的植被覆盖度，对地震前后的植被覆盖度进行动态监测分析，由于地震前后植被覆盖度的变化可能是由地震引起的，也可能是由自然条件的逐渐变化引起的，在研究地震造成的覆盖度变化时，应尽量消除自然变化的影响。地震诱发的地质灾害会造成了大区域的植被损毁，地质灾害的发生受地形的严重影响，因此植被破坏的概率与地形密切相关，本文加入坡度进行分析，考虑地质灾害的易发性（植被破坏的概率），分析地震前后植被覆盖度变化区别于自然状态下植被覆盖度的一般变化，得到地震前后植被覆盖度的特殊变化，即可能由地震造成的植被覆盖度变化。

3、九寨沟地震震例分析

3.1研究区概况

2017年8月8日21时19分46秒，四川省阿坝州九寨沟县发生7.0级地震，震中北纬33.20°，东经103.82°。此次地震最大烈度为Ⅸ度，Ⅸ度区面积139平方千米，涉及四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县漳扎镇。Ⅷ度区面积778平方千米，范围包括四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县漳扎镇、大录乡、黑河乡、陵江乡、马家乡。Ⅶ度区面积3372平方千米，涉及四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县、若尔盖县、松潘县，绵阳市平武县。Ⅵ度区面积14006平方千米，涉及四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县、若尔盖县、红原县、松潘县，绵阳市平武县；甘肃省陇南市文县，甘南藏族自治州舟曲县、迭部县。本文选取研究区范围为图2的矩形区域。

图2九寨沟地震研究区

3.2数据选取

九寨沟地震发生时间为2017年8月8日，根据地震的发生时间，并监测植被覆盖随时间的连续变化，选择地震前、地震后、和地震前后同时相2012-2016年的影像数据如表1所示。

表1九寨沟地震数据选取

3.3像元点核密度分析

根据像元点的统计，不同数值区间像元点数目使其大致均匀分配，将7.29-8.13MODIS-NDVI影像得到的像元点分为四个数值区间如表2所示，对不同数值区间的像元点做核密度分析，如图（3、4、5、6）。

表2不同数值区间的像元点数目

图3像元点数值区间为-1--0.9核密度分析

图4像元点数值区间为-0.9--0.8核密度分析

图5像元点数值区间为-0.8--0.7核密度分析

图6像元点数值区间为-0.7--0.3核密度分析

通过像元点核密度分析结果可以看出，像元点数值区间为-1--0.9的核密度分析结果，烈度图内，像元点高密度区在烈度VI、VII、VIII、IX内，并且密度衰减方向与烈度长轴方向一致；烈度图外存在密度数值比烈度图内更大的高密度区。

自然状态植被覆盖度变化大小平均值可以反映该区域植被覆盖度变化的一般特征，地震前后变化情况异于自然状态下的一般情况，视为地震造成的特有影响。对2012-2016年每年两期与地震前后同时相的数据做差，差值取绝对值，并将5年得到的绝对值数据做平均，最后得到植被覆盖度变化大小平均值如图（7），反映研究区内植被覆盖度的一般变化特征。

图77.29-8.13MODIS-NDVI影像植被覆盖度的一般变化

对照核密度分析结果，烈度图外的高密度区，处于剧烈变化区，而烈度图内的高密度区少部分位于剧烈变化区，由此烈度图外的高密度区，视为自然条件造成的植被覆盖度变化，排除这一干扰信息，且该高密度区，离地震发生的地方相隔较远，也容易排除这一干扰信息。

像元点数值区间为-0.9--0.8的核密度分析结果，烈度图外下方依然存在密度数值比其他区域更大的高密度区，通过以上分析，排除这一干扰信息。烈度图内，像元点高密度区在烈度VI内，密度衰减方向与烈度图长轴方向一致，烈度图上方还存在两个高密度区，参考植被覆盖度的一般变化，这两个高密度区不属于剧烈变化区，无法排除这两个干扰信息，但其密度衰减方向与烈度图长轴方向一致。

像元点数值区间为-0.8--0.7的核密度分析结果，烈度图外下方存在与其他区域密度数值相同的高密度区，通过以上分析，排除这一干扰信息。烈度图内，像元点高密度区在烈度VI内，密度衰减方向与烈度图长轴方向一致，烈度图上方还存在一个高密度区，参考植被覆盖度的一般变化，这个高密度区不属于剧烈变化区，无法排除这一干扰信息，但其密度衰减方向与烈度图长轴方向一致。

像元点数值区间为-0.7--0.3的核密度分析结果，烈度图外下方存在与其他区域密度数值相同的高密度区，通过以上分析，排除这一干扰信息。烈度图内，像元点高密度区在烈度VI内，密度衰减方向与烈度长轴方向不一致，烈度图上方还存在一个高密度区，参考植被覆盖度的一般变化，这个高密度区不属于剧烈变化区，无法排除这一干扰信息，但其密度衰减方向与烈度图长轴方向一致。

通过以上分析，像元点数值区间为-1--0.9的核密度分析结果与烈度图拟合效果最好，能反映烈度分布范围和烈度衰减方向；像元点数值区间为-0.9--0.8、-0.8--0.7的核密度分析结果，存在无法排除的干扰信息，但高密度区的密度衰减方向与烈度长轴方向一致；像元点数值区间为-0.7--0.3的核密度分析结果与烈度的拟合效果最差，处于烈度VI内的高密度区其密度衰减方向与烈度长轴方向不一致。

根据像元点的统计，不同数值区间像元点数目使其大致均匀分配，将8.14-8.29MODIS-NDVI影像得到的像元点分为六个数值区间如表（3）所示，对不同数值区间的像元点做核密度分析，如图（8、9、10、11、12、13）。

表3不同数值区间的像元点数目

图8像元点数值为-1核密度分析

图9像元点数值区间为-1--0.9核密度分析

图10像元点数值区间为-0.9--0.8核密度分析

图11像元点数值区间为-0.8--0.7核密度分析

图12像元点数值区间为-0.7--0.6核密度分析

图13像元点数值区间为-0.6--0.3核密度分析

通过像元点核密度分析结果可以看出，所有核密度分析结果，高密度区在烈度图外分布较广，自然状态植被覆盖度变化大小平均值可以反映该区域植被覆盖度变化的一般情况，对2012-2016年每年两期与地震前后同时相的数据做差，差值取绝对值，并将5年得到的绝对值数据做平均，最后得到植被覆盖度变化大小平均值如图（14），反映研究区内植被覆盖度的一般变化特征。

图148.14-8.29MODIS-NDVI影像植被覆盖度的一般变化

对照核密度分析结果，所有核密度分析结果烈度图外的高密度区，分布范围与剧烈变化区重合度低，因此无法排除烈度图外的干扰信息。

像元点数值为-1核密度分析结果，两个高密度区位于烈度图外，且离地震发生地点相隔较远。

像元点数值区间为-1--0.9的核密度分析结果，烈度VII内有一个高密度区，其密度衰减方向与烈度图长轴方向一致，烈度VI内有一个高密度区，分布范围较大，其密度衰减方向与烈度长轴方向一致，烈度图外还存在多个高密度区。

像元点数值区间为-0.9--0.8的核密度分析结果，烈度VII内有两个高密度区，范围较大的高密度区密度衰减方向与烈度图长轴方向一致，另一个范围很小，密度衰减方向与烈度长轴方向不一致；烈度VI内有两个高密度区，范围较大的高密度区密度衰减方向与烈度长轴方向一致，另一个密度衰减方向与烈度长轴方向不一致；烈度图上方存在一个高密度区，其密度衰减方向与烈度长轴方向一致；其他区域存在两个高密度区，离地震发生地点相隔较远。

像元点数值区间为-0.8--0.7的核密度分析结果，烈度图内，有两个高密度区，范围较大的分布在烈度VI、VII、VIII内，另一个位于烈度VII内，密度衰减方向均与烈度长轴方向不一致；烈度图上方的两个高密度区密度衰减方向均与烈度长轴方向一致；烈度图下方的一个高密度区离地震发生地点相隔较远。

像元点数值区间为-0.7--0.6的核密度分析结果与像元点数值区间为-0.8--0.7的核密度分析结果基本一致。

像元点数值区间为-0.6--0.3的核密度分析结果，烈度图内，像元点高密度区在烈度VI、VII、VIII内，并且密度衰减方向与烈度长轴方向一致；烈度图外存在两个高密度区，离地震发生地点相隔较远。

通过以上分析，像元点数值区间为-0.6--0.3的核密度分析结果与烈度拟合效果最好，能反映烈度分布范围和烈度衰减方向；其他数值范围的像元点核密度分析结果，分布多个高密度区，虽然有些密度衰减方向与烈度长轴方向一致，但无法排除多个高密度区分布的影响，与烈度图拟合效果较差。

四、总结

通过以上分析，地震前后的植被覆盖变化能反映烈度的分布特征，即地震前后植被覆盖的变化与烈度之间有一定的关系，对比震例的结果，发现由地震造成的植被覆盖减少在破坏严重的高烈度区现象明显，在低烈度区现象不明显。本文的方法在地震前后植被覆盖度变化存在异与自然状态下植被覆盖度的变化时，与烈度有较好的拟合结果。文章中监测了植被覆盖度随时间的连续变化，结果表明，不同的地震有不同的植被破坏特征，所以对于影像的时间选择，需要根据具体震例进行分析，当地震造成植被覆盖瞬时减少时，需要选择时效性较好的影像。

推荐：

无人机高光谱成像系统iSpecHyper-VM100

iSpecHyper-VM系列无人机高光谱成像系统配合定制开发的高性能稳定云台，能够有效降低飞行过程中无人机抖动引起的图像扭曲与模糊。该系统与大疆M350RTK无人机完美适配，广泛应用于农业、林业、水环境等行业领域，系统支持配件升级及定制化开发，为教育科研、智慧农业、目标识别、军事反伪装等行业高端应用领域提供了高性价比解决方案。

审核编辑 黄宇