基于NDVI的黃岡市植被覆蓋度時(shí)空變化特征分析

胡紫君 胡紅兵

（黃岡師范學(xué)院 旅游文化與地理科學(xué)學(xué)院，湖北 黃岡 438000）

植被是生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的組成部分，在能量與物質(zhì)轉(zhuǎn)換中起著重要作用[1]，是大空間尺度氣候和環(huán)境變化的重要驅(qū)動(dòng)因子之一，與地區(qū)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有著密切的聯(lián)系。植被覆蓋度是指植被 （包括葉、莖、枝）在地面的垂直投影面積占統(tǒng)計(jì)區(qū)總面積的百分比，常用于植被變化、生態(tài)環(huán)境研究、水土保持、氣候等方面的研究。

植被覆蓋度的測(cè)量可分為地面測(cè)量和遙感估算兩種方法。地面測(cè)量常用于田間尺度，但耗時(shí)長(zhǎng)、成本高；遙感估算常用于區(qū)域尺度，并能進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)。目前已經(jīng)發(fā)展了很多利用遙感測(cè)量植被覆蓋度的方法，較為實(shí)用的方法是利用植被指數(shù)估算植被覆蓋度，常用的植被指數(shù)為歸一化植被指數(shù)NDVI。

本文利用2000年9月、2005年8月和2010年10月3個(gè)時(shí)相的陸地資源衛(wèi)星遙感圖像，在計(jì)算NDVI的基礎(chǔ)上，提取湖北省黃岡市近10年來植被覆蓋度的時(shí)空變化信息，為政府與相關(guān)部門的制定區(qū)域發(fā)展規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)和決策參考。

1 研究區(qū)概況

黃岡市地處湖北省東部，大別山南麓，長(zhǎng)江中游北岸，京九鐵路中段，位于東經(jīng) 114°25′-116°8′，北緯 29°45′-31°35′。 現(xiàn)轄一區(qū)（黃州）、二市（武穴、麻城）、七縣（紅安、羅田、英山、浠水、蘄春、黃梅、團(tuán)風(fēng)）和一個(gè)縣級(jí)龍感湖農(nóng)場(chǎng)，面積為1.74萬平方公里，總?cè)丝跒?30萬。本市屬亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候，江淮小氣候區(qū)。四季光熱界線分明，光照豐富，雨量充足，年平均降雨量1223-1493毫米。本區(qū)自北向南逐漸傾斜、東北部與豫皖交界為大別山脈，主脊呈西北—東南走向；中部為丘陵區(qū)，海拔多在300米以下，高低起伏；南部為狹長(zhǎng)的平原湖區(qū)，海拔高度在10-30米之間，河港、湖泊交織。

2 數(shù)據(jù)來源

2.1 遙感圖像

2000年9月Landsat5 TM、2005年8月Landsat7 ETM+和2010年10月Landsat5 TM3個(gè)時(shí)相的遙感圖像，空間分辨率30m×30m，圖像條帶號(hào)為 122-38、122-39、123-38、123-39。

2.2 數(shù)字高程模型

選用空間分辨率為30m的ASTER GDEM數(shù)據(jù)。

2.3 矢量數(shù)據(jù)

黃岡市行政邊界圖，黃岡市縣域邊界圖，矢量數(shù)據(jù)來源于國(guó)家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)網(wǎng)站。

3 研究方法

本文的研究流程如圖1所示，具體的研究方法包括：

3.1 遙感圖像預(yù)處理

分別讀取三個(gè)時(shí)期相鄰的四景圖像，并進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正。在同一時(shí)期的四景圖像中，以其中一景為基準(zhǔn)，通過幾何校正的方法與基準(zhǔn)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，然后進(jìn)行鑲嵌，用黃岡市的行政邊界矢量圖去裁剪，得到該時(shí)期的黃岡市遙感圖像。用同樣方法得到另外兩個(gè)時(shí)期的黃岡市遙感圖像。

3.2 遙感圖像分類

對(duì)三個(gè)時(shí)期的黃岡市遙感圖像進(jìn)行監(jiān)督分類，得到各個(gè)時(shí)期黃岡市土地覆蓋分類圖。

圖1 研究流程圖

3.3 植被覆蓋度估算

3.3.1 NDVI計(jì)算

NDVI被定義為近紅外波段（NIR）與可見光紅波段（R）數(shù)值之差和這兩個(gè)波段數(shù)值之和的比值，它在運(yùn)用遙感圖像進(jìn)行植被及植物物候研究方面得到廣泛應(yīng)用，是植物生長(zhǎng)狀態(tài)及空間分布密度的最佳指示因子。

NDVI=(NIR-R)/(NIR+R) （1）

式中，NIR為近紅外波段的反射率，R為紅光波段的反射率。

3.3.2 植被覆蓋度估算

利用像元二分模型估算三個(gè)時(shí)期黃岡市的植被覆蓋度。像元二分模型是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的遙感估算模型，它假設(shè)一個(gè)像元的地表由有植被覆蓋部分地表與無植被覆蓋部分地表組成，而遙感傳感器觀測(cè)到的光譜信息也由這2個(gè)組分因子線性加權(quán)合成，各因子的權(quán)重是各自的面積在像元中所占的比率，如其中植被覆蓋度可以看作是植被的權(quán)重。

fc=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil) （2）

式中，NDVIsoil為無植被像元的NDVI值，NDVIveg為為純植被像元的NDVI值。

根據(jù)遙感圖像的可解譯程度以及當(dāng)?shù)氐闹脖粻顩r等[2]，對(duì)植被覆蓋度進(jìn)行分級(jí)，其中1級(jí)（低植被覆蓋）的植被覆蓋度為0-0.2，對(duì)應(yīng)于撂荒地、居民點(diǎn)及交通用地等；2級(jí)（較低植被覆蓋）的植被覆蓋度為0.2-0.4，對(duì)應(yīng)于低產(chǎn)草地、林地、農(nóng)田等植被；3級(jí)（平均植被覆蓋）的植被覆蓋度為0.4-0.6，對(duì)應(yīng)于農(nóng)田、林地、中高產(chǎn)草地等植被，屬中覆蓋度植被，4級(jí)（較高植被覆蓋）的植被覆蓋度為0.6-0.8，對(duì)應(yīng)于高產(chǎn)草地、林地、農(nóng)田等植被；5級(jí)（高蓋度植被覆蓋）的植被覆蓋度為0.8-1，對(duì)應(yīng)于保護(hù)良好森林，良田等植被，屬高覆蓋度植被。

4 結(jié)果分析

4.1 黃岡市植被覆蓋度總體特征

2000、2005年黃岡市植被狀況很好。其中黃岡市低植被和較低植被所占比例較小，2000年這兩項(xiàng)所占的比例為4.35%和11.25%，2005年這兩項(xiàng)所占的比例為，2.18%和6.20%。這一狀況反映2000年和2005年植被狀況好，而且這種良好的趨勢(shì)還得到了保持和增長(zhǎng)。與此形成對(duì)比的是，這個(gè)時(shí)相的植被覆蓋等級(jí)主要分布在較高植被和高植被中，其中2000年這兩項(xiàng)所占的比例為27.27%和37.13%；2005年這兩項(xiàng)所占的比例為29.30%和46.30%。這一數(shù)據(jù)反映2000年和2005年植被狀況好，而且這種良好的趨勢(shì)還得到了保持和增長(zhǎng)。到了2010年這一良好的態(tài)勢(shì)則發(fā)生的退化。2010年低植被上升到了16.12%，較低植被則急劇上升到42.38%；同期的較高植被和高植被則快速下降，分別下降到了14.68%和17.09%。

4.2 黃岡市植被覆蓋度時(shí)間變化特征

黃岡市的植被覆蓋度從2000年到2005年處于上升趨勢(shì)。相對(duì)于2000年，2005年的低植被下降了9.77%，較低植被下降了22.80%，平均值這一級(jí)下降了為18.22%，較高植被上升了8.67%，高植被上升了40.54%。

黃岡市的植被覆蓋度從2005年到2010年處于下降趨勢(shì)。相對(duì)于2005年，2010年的低植被上升了11.78%，較低植被上升了30.50%，平均值這一級(jí)下降了7.94%，較高植被下降了17.23%，高植被下降了32.54%。

4.3 黃岡市植被覆蓋度空間分布特征

2000年黃岡市的植被覆蓋區(qū)域變化明顯，植被覆蓋度由高到低依次是：英山縣、羅田縣、蘄春縣、武穴市、黃梅縣、麻城市、浠水縣、黃州市、紅安縣。

2005年黃岡市植被覆蓋度由高到低依次是：英山縣、羅田縣、蘄春縣、武穴市、麻城市、黃梅縣、浠水縣、黃州市、紅安縣。

2010年黃岡市植被覆蓋度由高到低依次是：英山縣、紅安縣、羅田縣、蘄春縣、麻城市、浠水縣、武穴市、黃州市、黃梅縣。

5 結(jié)語

5.1 利用遙感影像進(jìn)行植被覆蓋度估算是生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)，植被覆蓋度是反映地表植被生長(zhǎng)與覆蓋狀況的特征指標(biāo)，通過對(duì)TM影像不同波段信息的組合計(jì)算NDVI指數(shù)，總結(jié)分析黃岡市的植被覆蓋度的變化，評(píng)價(jià)結(jié)果能揭示區(qū)域植被生態(tài)的空間格局與動(dòng)態(tài)特征，可為城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與生態(tài)規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

5.2 通過研究區(qū)植被覆蓋的圖像對(duì)比分析，黃岡市在2000年到2005年植被狀況保持著良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，但在2005年到2010年植被覆蓋下降的區(qū)域面積與幅度都較大。黃岡市所在的大別山區(qū)是我國(guó)重要的生態(tài)功能區(qū)，其植被覆蓋度的變化理應(yīng)引起相關(guān)部門的足夠重視。

［1］陳晉,陳云浩,何春陽,等.基于土地覆蓋分類的植被覆蓋率估算亞像元模型與應(yīng)用[J].遙感學(xué)報(bào),2001,5(6)∶416-422.

［2］劉志紅,郭偉玲,楊勤科,等.近20年黃土高原不同地貌類型區(qū)植被覆蓋變化及原因分析[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2011,9(1)：16-23.