Giám sát sự phục hồi thực vật sau trận động đất Wenchuan tháng 5 năm 2008 tại Trung Quốc bằng dữ liệu chuỗi thời gian Landsat TM: một nghiên cứu trường hợp tại Huyện Mao

Tao Lu1, Hongcheng Zeng2, Yan Luo1, Qian Wang1, Fusun Shi1, Geng Sun1, Yan Wu1, Ning Wu1,3
1Key Laboratory of Mountain Ecological Restoration and Bioresource Utilization, Chengdu Institute of Biology, Chinese Academy of Sciences, Chengdu, China
2Faculty of Forestry, University of Toronto, Toronto, Canada
3International Centre for Integrated Mountain Development (ICIMOD), Kathmandu, Nepal

Tóm tắt

Trận động đất Wenchuan (thang Richter 8) vào ngày 12 tháng 5 năm 2008 tại tây nam Trung Quốc đã gây ra thiệt hại lớn cho hệ sinh thái trong khu vực Longmenshan. Việc đánh giá các quy trình phục hồi thảm thực vật tự nhiên và cung cấp thông tin cơ bản về các khía cạnh sinh thái của môi trường đang phục hồi sau trận động đất là rất quan trọng. Để vượt qua các giới hạn thời tiết của viễn thám tại những khu vực bị ảnh hưởng bởi trận động đất Wenchuan và đáp ứng nhu cầu phân tích quan sát khu vực, ba hình ảnh Landsat TM trước và sau trận động đất tại Huyện Mao đã được sử dụng cho việc phân tích. Giá trị chỉ số khác biệt thực vật chuẩn hóa (NDVI) sau trận động đất đã được so sánh với giá trị trước trận động đất thông qua phương pháp khác biệt chỉ số dựa trên NDVI để xác định mức độ thiệt hại của thảm thực vật so với mẫu hình trước trận động đất, và tỷ lệ phục hồi đã được đánh giá. Các đặc điểm không gian của việc mất mát thực vật và các mô hình phục hồi tự nhiên đã được phân tích liên quan đến độ cao, độ dốc và phương hướng. Kết quả cho thấy những nơi thiệt hại nặng nề chủ yếu nằm trong các thung lũng sông, trong khoảng độ cao từ 1.500–2.500 m và trên các sườn dốc từ 25–55°. Khoảng cách từ sông, thay vì khoảng cách từ các đứt gãy hoạt động, kiểm soát các mẫu thiệt hại. Sau 1 năm tái sinh tự nhiên, 36% các khu vực bị phá hủy cho thấy sự giảm giá trị NDVI, 28,8% cho thấy sự thay đổi rất ít, 19,1% cho thấy sự gia tăng, và 16,1% cũng gia tăng với tỷ lệ phục hồi lớn hơn 100%. Hơn nữa, có một mối tương quan tốt giữa tỷ lệ phục hồi và cả độ dốc và độ cao, nhưng các mẫu phục hồi trong khu vực bị thiệt hại là phức tạp. Các kết quả của chúng tôi cho thấy rằng sự phục hồi tự nhiên trong thung lũng khô cằn này là một quá trình chậm.

Từ khóa

#động đất Wenchuan #phục hồi thực vật #NDVI #Landsat TM #phân tích không gian #môi trường sinh thái

Tài liệu tham khảo

Allen RB, Bellingham PJ, Wiser SK (1999) Immediate damage by an earthquake to a temperate montane forest. Ecology 80:708–714 Attiwill PM (1994) The disturbance of forest ecosystems: the ecological basis for conservative management. Forest Ecol Manag 63:247–300 Carlson TN, Ripley DA (1997) On the relation between NDVI, fractional vegetation cover, and leaf area index. Remote Sens Environ 62:241–252 Chang KT, Chiang SH, Hsu ML (2007) Modeling typhoon- and earthquake-induced landslides in a mountainous watershed using logistic regression. Geomorphology 89:335–347 Cochard R, Ranamukhaarachchi SL, Shivakoti GP, Shipin OV, Edwards PJ, Seeland KT (2008) The 2004 tsunami in Aceh and Southern Thailand: a review on coastal ecosystems, wave hazards and vulnerability. Perspect Plant Ecol 10:3–40 Cohen W, Goward S (2004) Landsat’s role in ecological applications of remote sensing. Bioscience 54:535–545 Dai FC, Lee CF (2002) Landslide characteristics and slope instability modeling using GIS, Lantau Island, Hong Kong. Geomorphology 42:213–228 de Jong R, de Bruin S, de Wit A, Schaepman ME, Dent DL (2011) Analysis of monotonic greening and browning trends from global NDVI time-series. Remote Sens Environ 115:692–702 Di BF, Zeng HJ, Zhang MH, Ustin SL, Tang Y, Wang ZY, Chen NS, Zhang B (2010) Quantifying the spatial distribution of soil mass wasting processes after the 2008 earthquake in Wenchuan, China: a case study of the Longmenshan area. Remote Sens Environ 114:761–771 Díaz-Delgado R, Lloret F, Pons X (2003) Influence of fire severity on plant regeneration by means of remote sensing imagery. Int J Remote Sens 24:1751–1763 Ge Y, Xu J, Liu QS, Yao YH, Wang RB (2009) Image interpretation and statistical analysis of vegetation damage caused by the Wenchuan earthquake and related secondary disasters. J Appl Remote Sens 3:031660 Huang RQ, Li WL (2009) Analysis of the geo-hazards triggered by the 12 May 2008 Wenchuan earthquake, China. B Eng Geol Environ 68:363–371 Huete A, Didan K, Miura T, Rodriguez EP, Gao X, Ferreira LG (2002) Overview of the radiometric and biophysical performance of the MODIS vegetation indices. Remote Sens Environ 83:195–213 Jenks GF, Coulson MR (1963) Class intervals for statistical maps. Int Yearbook Cartography 3:119–134 Ju JC, Roy DP (2008) The availability of cloud-free Landsat ETM plus data over the conterminous United States and globally. Remote Sens Environ 3:1196–1211 Khazai B, Sitar N (2004) Evaluation of factors controlling earthquake-induced landslides caused by Chi–Chi earthquake and comparison with the Northridge and Loma Prieta events. Eng Geol 71:79–95 Lawrence RL, Ripple WJ (1999) Calculating change curves for multitemporal satellite imagery: Mount St. Helens 1980–1995. Remote Sens Environ 67:309–319 Lee S (2005) Application of logistic regression model and its validation for landslide susceptibility mapping using GIS and remote sensing data. Int J Remote Sens 26:1477–1491 Liao JJ, Shen GZ (2009) Detection of land surface change due to the Wenchuan earthquake using multitemporal advanced land observation satellite-phased array type L-band synthetic aperture radar data. J Appl Remote Sens 3:031680 Lin CY, Lo HM, Chou WC, Lin WT (2004) Vegetation recovery assessment at the Jou–Jou Mountain landslide area caused by the 921 Earthquake in Central Taiwan. Ecol Model 176:75–81 Lin WT, Chou WC, Lin CY, Huang PH, Tsai JS (2005) Vegetation recovery monitoring and assessment at landslides caused by earthquake in Central Taiwan. Forest Ecol Manag 210:55–66 Lin WT, Lin CY, Chou WC (2006) Assessment of vegetation recovery and soil erosion at landslides caused by a catastrophic earthquake: a case study in Central Taiwan. Ecol Eng 28:79–89 Lin YP, Chu HJ, Wu CF (2010) Spatial pattern analysis of landslide using landscape metrics and logistic regression: a case study in Central Taiwan. Hydrol Earth Syst Sci 7:3423–3451 Lindenmayer DB, Foster DR, Franklin JF, Hunter ML, Noss RF, Schmiedelow FA, Perry D (2004) Salvage harvesting policies after natural disturbance. Science 303:1303 Liu GX, Li J, Xu Z, Wu JC, Chen Q, Zhang HX, Zhang R, Jia HG, Luo XJ (2010) Surface deformation associated with the 2008 Ms8.0 Wenchuan earthquake from ALOS L-band SAR interferometry. Int J Appl Earth Obs 12:496–505 Lozano FJ, Suárez-Seoane S, de Luis E (2007) Assessment of several spectral indices derived from multi-temporal Landsat data for fire occurrence probability modelling. Remote Sens Environ 107:533–544 Lu T, Ma KM, Zhang WH, Fu BJ (2006) Differential responses of shrubs and herbs present at the Upper Minjiang River basin (Tibetan Plateau) to several soil variables. J Arid Environ 67:373–390 Lu T, Shi FS, Sun G, Luo Y, Wang Q, Wu Y, Wu N (2010) Reconstruction of the Wenchuan earthquake-damaged ecosystems: four important questions. Chin J Appl Environ Biol 16(3):301–304 Meng M, Ni J (2011) Zong MJ (2011) Impacts of changes in climate variability on regional vegetation in China: NDVI-based analysis from 1982 to 2000. Ecol Res 26:421–428 Minchella A, Del-Frate F, Capogna F, Anselmi S, Manes F (2009) Use of multitemporal SAR data for monitoring vegetation recovery of Mediterranean burned areas. Remote Sens Environ 113:588–597 Owen LA, Kamp U, Khattak GA, Harp E, Keefer DK, Bauer M (2008) Landslides triggered by the October 8, 2005, Kashmir earthquake. Geomorphology 94:1–9 Parsons T, Ji C, Kirby E (2008) Stress changes from the 2008 Wenchuan earthquake and increased hazard in the Sichuan basin. Nature 454:509–510 Peduzzi P (2010) Landslides and vegetation cover in the 2005 North Pakistan earthquake: a GIS and statistical quantitative approach. Nat Hazard Earth Sys 10:623–640 Schroeder TA, Wulder MA, Healey SP, Moisen GG (2011) Mapping wildfire and clearcut harvest disturbances in boreal forests with Landsat time series data. Remote Sens Environ 115(6):1421–1433 Song CH, Woodcock CE, Seto KC, Lenney MP, Macomber SA (2001) Classification and change detection using Landsat TM Data: when and how to correct atmospheric effects? Remote Sens Environ 75:230–244 Tømmervik H, Høgda KA, Solheim I (2003) Monitoring vegetation changes in Pasvik (Norway) and Pechenga in Kola Peninsula (Russia) using multitemporal Landsat MSS/TM data. Remote Sens Environ 85:370–388 Turner MG, Dale VH (1998) Comparing large, infrequent disturbances: what have we learned? Ecosystems 1:493–496 Turner BL, Lambin EF, Reenberg A (2007) The emergence of land change science for global environmental change and sustainability. Proc Natl Acad Sci USA 104:20666–20671 Wang HB, Sassa K, Xu WY (2007) Analysis of a spatial distribution of landslides triggered by the 2004 Chuetsu earthquakes of Niigata Prefecture, Japan. Nat Hazards 41:43–60 Wang XZ, Xu WH, Ouyang ZY (2009) Integrating population size analysis into habitat suitability assessment: implications for giant panda conservation in the Minshan Mountains, China. Ecol Res 24:1101–1109 Woodcock CE, Allen R, Anderson M, Belward A, Bindschadler R, Cohen W, Gao F, Goward SN, Helder D, Helmer E, Nemani R, Oreopoulos L, Schott J, Thenkabail PS, Vermote EF, Vogelmann J, Wulder MA, Wynne R (2008) Free access to Landsat imagery. Science 320:1011 Wulder MA, White JC, Goward SN, Masek JG, Irons JR, Herold M, Cohen WB, Loveland TR, Woodcock CE (2008) Landsat continuity: issues and opportunities for land cover monitoring. Remote Sens Environ 112:955–969 Xiao JF, Moody A (2005) A comparison of methods for estimating fractional green vegetation cover within a desert-to-upland transition zone in central New Mexico, USA. Remote Sens Environ 98:237–250 Xu Q, Fan XM, Huang RQ, Cee VW (2009a) Landslide dams triggered by the Wenchuan Earthquake, Sichuan Province, south west China. Bull Eng Geol Environ 68:373–386 Xu WH, Wang XZ, Ouyang ZY, Zhang JD, Li ZQ, Xiao Y, Zheng H (2009b) Conservation of giant panda habitat in South Minshan, China, after the May 2008 earthquake. Front Ecol Environ 7:353–358 Yang XJ, Chen LD (2010) Using multi-temporal remote sensor imagery to detect earthquake-triggered landslides. Int J Appl Earth Obs 12(6):487–495 Zhang B, Jiao QJ, Wu YH, Zhang WJ (2009) Estimating soil erosion changes in the Wenchuan earthquake disaster area using geo-spatial information technology. J Appl Remote Sens 3:031675 Zhang WJ, Lin JY, Peng J, Lu Q (2010) Estimating Wenchuan earthquake induced landslides based on remote sensing. Int J Remote Sens 31(13):3495–3508 Zhang JD, Hull V, Xu WH, Liu JG, Ouyang ZY (2011) Impact of the 2008 Wenchuan earthquake on biodiversity and giant panda habitat in Wolong Nature Reserve, China. Ecol Res 26:523–531