埃塞俄比亚班巴斯韦里达土地利用对天气和植被的影响外文翻译资料

 2022-12-22 17:20:42

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埃塞俄比亚班巴斯韦里达土地利用对天气和植被的影响

Tamam Emiru， Hasan Raja Naqvi，Mohammed Abdul Athick

摘要：土地利用土地覆盖变化（LULCC）对广泛的环境和景观属性产生影响，包括土地，水和空气的质量。本研究的主要目的是分析人类活动和LULCC对研究区28年来天气（降雨和温度）和植被的影响。该研究采用时间LANDSAT传感器数据，通过人为影响识别LULC和植被指数的变化。此外，Bambasi站还进行了温度和降雨数据的统计分析（1985-2015）。结果发现，平均气温上升了约2.2°C，整个期间的平均降雨量都有所下降。在第一个区间（1987-2001），通过NDVI在LULC，植被健康及其面积中发现了剧烈的变化，但在第二个区间（2001-2015）土地变化增长较少。越来越多的人口，城市化和难民安置计划是变化的负责因素。该案例研究表明，在埃塞俄比亚半干旱地区，人类活动的影响导致了LULC的变化，气候受到影响，反之亦然。

关键词：

1 引言

土地利用土地覆盖变化（LULCC）可以影响广泛的环境和景观属性，包括水质，土地和空气资源，生态系统过程和功能，气候系统本身通过温室气体通量和地表反照率效应[1]。由于人类对陆地的压力越来越大，生态系统越来越受到干扰。城市化，荒漠化和农业是人类驱动的土地利用变化的一些例子，这些变化显着改变了全球的气候模式，LULC是全球变化的重要因素之一[2]。全球，区域和地方范围的研究引起了人们对碳循环特征的极大关注[3]。 LULC变化的正确识别和解释对环境变化研究至关重要[4]。 LULC的变化是人类对自然系统最普遍的影响[5]，而城市化是最严重的因素，它对这些变化负有高度的责任，因为它与原生栖息地的不同及其稳定性[6]。

由于人类活动，地球表面正在发生显着变化，人类在地球上的存在及其对土地的利用对自然环境产生了深远的影响，从而导致LULCC随着时间的推移出现了可观察的模式[7]。另一方面，气候变化的直接影响，如平均温度升高或降雨模式的变化，已在全世界引起严重问题。其中，气候（温度和降雨）在相对较短的时间内对LULC产生严重影响。长期后果包括：改变影响农业的降雨模式，减少粮食安全，加剧水安全，减少因温度上升造成的大型湖泊鱼类资源，转移媒介传播疾病，海平面上升影响低洼沿海地区人口众多，水资源压力上升[8,9]。

NDVI是测量绿色植被量最受欢迎的模型之一。已经进行了多项研究来检验NDVI与气候因子之间的关系，并且已经显示出NDVI与降雨之间的强相关性，然而，温度与NDVI之间的关系很弱，尽管很显着[10-13]。植被一般受气候影响，但陆地生态系统与大气之间的反馈意味着植被也会影响气候。这意味着LULCC可能具有气候意义。具体而言，森林清除可能会减缓降雨[14]。任何地区的气候都可能对LULCC产生影响，而且显然，其变化可能会影响（负面和正面）模式。人类诱导的活动是影响LULCC的主要因素[15]，人口压力的增加导致了无计划和不受控制的LULCC。这反过来又通过排放影响地球水文和其他地质过程的温室气体来控制气候和碳循环[16]。

联合国环境规划署（联合国环境规划署）的埃塞俄比亚报告提到1972年至2005年期间埃塞俄比亚的森林砍伐严重，使森林的空中范围减少了54％[17]。气候变化还通过直接影响植被生长或结构以及通过人类适应气候变化间接影响LULC。例如，干旱可能会导致植被的水分胁迫，从而导致更高的地表热量和更少的蒸发蒸腾。受胁迫的植被可能会受到火灾，这会在火灾后立即影响辐射平衡，也许会影响不同反照率的植被[18]。

在目前的研究区域，由于农业土地和城镇的发展和扩张等人为活动，森林砍伐，重新安置，轮作，森林火灾和许多其他人类活动导致土地消费，修改和改造LULC一时间自1991年以来，森林对社区开放，并且改变种植方式以适应新的肥沃土地，目的是提高玉米，高粱和芝麻等油料作物的产量[19]。此外，在研究区域发现的Anbessa森林的变化非常大，即天然茂密森林转化为退化

农田在相对较短的时间内。主要推动力是国家重新安置计划以及随之而来的人口和牲畜数量的增加。 LULC的改变通常由农业，城市，牧场和林地管理不善引起，导致严重的环境问题。人为干扰是LULCC的责任，它可以改变当地，区域和全球层面的天气和气候[20,21]。因此，多种因素之间的强相关性可能会进一步加剧这一问题[22-24]。研究旨在评估和识别导致当地环境和气候异常的因素可以为决定更好的环境规划和后代管理提供关键的投入[25,26]。

2 材料与方法

2.1 研究区概况

Bambasi Wereda是Benis-hangul-Gumuz地区的20个weredas之一，占地面积1455.49平方公里。 它是Asosa区的一部分，与西南部的Mao-Komo特殊wereda，西北部的Asossa，东北部的Oda Buldigilu和东南部的Oromia地区接壤。 Bambasi Wereda的行政中心是Bambasi镇。 在地理位置上，Bam-basi wereda位于9°320 -10°050 N纬度和34°240°-34°500°E纬度之间（图1）。 该地区的气候受到印度洋热带季风的影响，潮湿期（5月至4月）降雨量大，11月至3月为干旱期。 该地区的年平均温度在20至25°C之间变化，总降雨量记录在900至2000毫米之间，根据该地区的平均值（1000-2300米）波动。

2.2 资料获取与处理

Landsat TM，ETM？ 从USGS地球资源观测系统数据中心（表1）下载了分别为1987年，2001年和2015年的8个OLI传感器数据。 简单的差分方法用于更准确的变化检测技术[27]。 使用最大似然分类器（MLC）算法[28]进行监督分类方法。 卫星图像的LULC映射按照I级分类[29]编制，包括城市或建成的土地，牧场，林地，水体和贫瘠土地。

另一方面，从Bambasi Wereda的气象站收集降雨和温度数据（1984-2015），以分析当地天气条件的变化。 人口数据同时存在获得区间来量化城市增长，其影响以及与LULC变化和当地环境建立关系。

2.3 数据处理与分析

植被健康及其通过NDVI的扩张或收缩反映了当地天气的影响。 健康植被在光谱的近红外部分强烈反射，同时在可见红色中强烈吸收。 使用以下等式[30]从Landsat 5和Landsat 7的红色（波段3）和红外波段（波段4）估计NDVI。

使用以下等式[31]对红色（带4）和近红外（带5）波长的Landsat 8 OLI传感器进行NDVI映射。

使用后分类比较方法进行变化检测，以从多时相图像中识别LULC的变化率。 基于像素的比较用于以像素为基础产生变化信息，因此，利用“从，到”信息[32]更有效地解释变化。 比较了不同数据的分类图像对使用交叉制表来确定期间（1987年至2015年）变化的定性和定量方面。 由此产生的变化（或重叠）地图伴随着显示变化路径的相应交叉制表矩阵，以确定转换的数量[33]。 使用以下等式[34]计算LULC的百分比变化：

3 结果分析

3.1在检查的时间段内发生LULC状态的变化

1987年的分类图像显示了水体（0.34％），建筑面积（1.91％）和森林（3.96％）等特征。 大部分森林覆盖物位于Bambasi镇南部，海拔较高，称为Bambasi山或当地语言的Abba mottii terara。 结果还表明，牧场和荒地分别占47.91和46.88％。 牧场主要分布在Bambasi镇的东北和南北两侧。 另一方面，2001年和2015年的图像分类结果显示出与1987年相似的特征，但面积有所不同，结果总结在表2中。

我们观察到（图3b，c），随着时间的推移，建筑物和范围陆地面积迅速增加，而其他地区阶级，即水体，森林和贫瘠土地被摧毁。 研究期间（1987年，2001年和2015年）LULC的总体计算分类准确度和kappa统计量分别为89.57,88.60,86.59％和0.8641,0.8538,0.8294。 根据研究人员的说法，这些分类值是可以接受的[35,36]。

3.2土地利用土地覆盖变化（LULCC）分析

在1987年至2001年和2001年至2015年期间，LULC变化结果显示，在整个研究期间，与森林，水体和贫瘠土地相比，建成用地和牧场土地持续增加（表3和图3）。 4）。面积的这种变化是由于国家重新安置计划，伴随着人类，牲畜数量和森林砍伐的增加。

建成后的土地比例在2001年后几乎增加了两倍。因此，社区居民的食物和生活需求增加，因此森林和荒地的退化分别出现13％和3％的负增长。

交叉制表矩阵显示了由荒地，牧场和林地改造的新建筑区域。土地范围的增加归因于林地的转变。不断增长的人口和他们的粮食需求推动了新的城市转型。因此，整个时期森林面积减少（图4和表4）。

表2 LULC的统计结果

图3 LULC在1987年，2001年和2015年的空间分布

表3 LULC变化率：1987-2015

图4 Bambasi Wereda的LULC变化，1987-2001和2001-2015

3.3 NDVI分析

NDVI图像差分具有很大的潜力，可以通过NDVI值向正面显示植被健康信息及其空间分布，但缺乏详细的变化信息。 NDVI值支持LULC变化的空间相关性，特别是森林覆盖，范围土地和贫瘠土地。 1987年，2001年和2015年的最高NDVI值分别为0.75,0.72和0.50。这些值及其空间分布（图5a）表明，在整个研究期间，植被下的健康和面积正在减少（图5c）。植物和非植物区域的这些变化在整个28年中支持了LULC变化下几乎相似的模式。植被健康状况良好，其NDVI结果的空间分布更为均匀（植物指数显示[1987年和2001年为0.15像素]，裸地覆盖率较低（图5a，b）。 2015年，仅在少数地方发现了植被斑块，但在裸露和开阔的土地上观察到了剧烈的变化，而且，最高的指数值也与

以前的时间段（图5c）。这些研究结果表明，过度放牧，轮作种植，森林砍伐，农田扩张导致植被退化。研究区对木材燃料和木炭生产，建筑物扩建和故意森林火灾发生的需求增加是扰乱植被区及其树冠的主要因素。

3.4人为活动对土地利用/覆盖变化的影响

人为活动是导致LULC变化的关键因素之一[37]。在1987年期间，这个Wereda的总人口约为2911.5万。由于难民专员办事处2012年的重新安置方案和新的难民营开放，CSA报告研究区的人口为64.25万人，直至2015年。此外，根据研究期间，家庭数量增加到8577。该地区政府对Bambasi wereda的第三个难民营进行了调查和选择，该难民营足够容纳40,000人

表4 1987年至2015年LULCC的制表矩阵

BUL建成或城市土地，RL范围土地，FL林地，WB水体，BL荒地

自1987年以来，人口增长贡献率提高了近3.5％。人口迁移的信息直接关系到规划和实施机构以及学术机构，因为迁移直接影响到地理分布。人口[39]。在研究区域，火灾定期发生，社区故意点燃火灾。利用火来捕杀野生生物，收获蜂蜜，木材和木炭，退化的森林地点，特别是在人类定居点附近，开采利用自然资源。这是28年研究期间Bambasi Wereda清理森林覆盖面积1320.93公顷的主要原因。此外，根据1987年至2015年的NDVI分析，植被覆盖及其健康状况已经下降。这可能是由于气候干燥和火灾的定期发生[40]。早些时候，森林砍伐主要是由于埃塞俄比亚1984 - 1985年严重饥荒导致政府援助阿姆哈拉地区人民的法律和解。仅在那一年，约有2万户家庭被安置在Bembasi wereda。

3.5气候变化

1987年至2015年的温度和降雨量数据的比较表明，记录的平均最低和最高温度分别为15.3°C（1994年）和32.01°C（1989年）（图6a，b）。年度总降雨量在710至2094毫米之间，并记录了整个研究期间Bambasi wereda年平均降雨量的类似模式。四个月（十二月

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