基于TM NDVI的庫爾勒市域植被覆蓋動態(tài)變化

蔡朝朝，安沙舟，蒲 智，淮永建(.北京林業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，北京 0008； .新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)計算機與信息工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 8005；.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆草地資源與生態(tài)重點實驗室，新疆 烏魯木齊 8005)

基于TM NDVI的庫爾勒市域植被覆蓋動態(tài)變化

蔡朝朝1，2，安沙舟3，蒲 智2，淮永建1
(1.北京林業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，北京 100083； 2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)計算機與信息工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆草地資源與生態(tài)重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830052)

以庫爾勒市域為研究區(qū)，基于1990、1998、2006和2011共4期TM遙感影像提取歸一化植被指數(shù)(NDVI)，將NDVI結(jié)果輸入到像元二分模型中計算得到研究區(qū)各時期植被覆蓋度，然后根據(jù)研究需要將植被覆蓋度劃分為4個等級，最后計算覆蓋度差值并結(jié)合各級覆蓋度轉(zhuǎn)移矩陣和土地利用情況分析了庫爾勒市域植被覆蓋度動態(tài)變化特征。結(jié)果表明，在1990、1998、2006和2011年間，庫爾勒市域總體植被覆蓋情況有所改善，植被恢復(fù)改善面積比退化面積多23.8%，其中東南部的扇形綠洲平原植被狀況改善明顯，北部和南部區(qū)域植被有所退化。

庫爾勒；植被覆蓋度；NDVI；像元二分模型

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)計區(qū)總面積的百分比，是描述生態(tài)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，作為重要的生態(tài)參數(shù)常用于植被變化、生態(tài)環(huán)境、水土保持、氣候等方面研究。植被覆蓋變化具有明顯的年際和季節(jié)變化特征，是區(qū)域環(huán)境變化的重要指標(biāo)[1]。

遙感技術(shù)的大范圍獲取數(shù)據(jù)及連續(xù)觀測能力為獲取植被覆蓋及其變化信息提供了可能，而遙感技術(shù)獲取的遙感影像具有多空間分辨率、多光譜分辨率和多時相特征等特點，使遙感技術(shù)成為估算植被覆蓋度的主要技術(shù)手段[2]。目前常用的植被覆蓋度遙感估算方法有回歸模型法、混合像元分解法、機器學(xué)習(xí)法等，其中混合像元分解法理論基礎(chǔ)較好，其不依賴于實測數(shù)據(jù)，不受地域限制，并可削弱大氣、土壤背景和植被類型等影響，易于推廣[3]。像元二分模型是混合像元分解模型中最簡單的模型，其假設(shè)像元只由植被與裸土覆蓋地表兩部分構(gòu)成，對影像輻射校正影響不敏感，計算模型簡單可靠、輸入?yún)?shù)通用易得，被廣泛應(yīng)用[4]。近年來，已有大量研究采用像元二分模型估算植被覆蓋度，如全國范圍內(nèi)的植被覆蓋度變化[5]，區(qū)域尺度上的植被覆蓋動態(tài)變化及空間格局特征[6-7]，縣市級植被覆蓋變化[8]等研究。在對植被覆蓋動態(tài)變化的已有研究中，多集中在北部內(nèi)蒙古、西部青藏高原和西北干旱半干旱地區(qū)，在對塔里木河流域植被覆蓋的研究中主要集中在上中游土地利用變化、生態(tài)輸水對下游植被的影響等方面。對流域附近綠洲城市的植被變化研究較少，而了解掌握流域附近綠洲城市的植被覆蓋及變化情況，對促進西部干旱地區(qū)城市健康發(fā)展，建立良好的城市人居、生態(tài)環(huán)境具有重要的現(xiàn)實意義。

本研究以塔里木河流域的重要綠洲城市庫爾勒為研究對象，利用1990、1998、2006和2011年4期遙感影像，采用像元二分模型估算庫爾勒市域不同時期植被覆蓋度，揭示其空間分布特征及動態(tài)變化，以期為塔河流域及其周邊綠洲城市的生態(tài)環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

庫爾勒市位于天山支脈霍拉山南麓、塔里木盆地東北緣、塔里木河下游，地處85°12′-86°27′ E，41°11′-42°14′ N之間，市域總面積7 116.89 km2，南接尉犁縣，北連焉耆縣、和靜縣，西與輪臺縣毗鄰，東和博湖縣相接[9]。地勢北高南低，西高東低，庫爾勒綠洲平原的南部、西部與塔里木盆地相連，形成一個廣闊的扇形綠洲帶。庫爾勒屬暖溫帶大陸性干旱氣候，四季分明，光照資源十分豐富，夏季炎熱少雨，冬季寒冷少雪，晝夜溫差大。年平均氣溫10.5 ℃(南部)～11.5 ℃(北部)，平均降水量62.7 mm，總?cè)照諗?shù)2 990 h，無霜期210 d。全市土地總面積71.2萬hm2，其中耕地總面積約5.4萬hm2、天然草地34.9萬hm2、天然林及荒漠灌木林4.5萬hm2、各類荒地22萬hm2(其中宜農(nóng)荒地9.3萬hm2)[10]。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

1.2.1 數(shù)據(jù)來源 研究選用的遙感影像為Landsat 5衛(wèi)星的四期TM數(shù)字產(chǎn)品，軌道號為143/31，成像時間分別為1990年10月16日、1998年7月2日、2006年6月22日和2011年6月4日。數(shù)據(jù)為經(jīng)過系統(tǒng)輻射校正和地面控制點幾何校正的L1T級數(shù)字產(chǎn)品，地圖投影坐標(biāo)為UTM-WGS 84投影坐標(biāo)系。研究使用的新疆維吾爾自治區(qū)1∶10萬土地利用數(shù)據(jù)集來源于寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://westdc.westgis.ac.cn)，該數(shù)據(jù)集中，土地利用類型共分為6大類、25個二級類，本研究使用1990年和2000年的土地利用數(shù)據(jù)結(jié)合植被覆蓋度數(shù)據(jù)進行分析。

1.2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理 首先在ENVI 5.1軟件中利用與遙感影像投影坐標(biāo)系統(tǒng)一后的庫爾勒市域行政邊界Shapefile矢量圖對各時期的遙感影像進行研究區(qū)域裁剪，提取庫爾勒市域行政范圍內(nèi)的影像數(shù)據(jù)。再以庫爾勒市域行政邊界Shapefile矢量圖為掩膜，利用ENVI 5.1軟件中適合動態(tài)監(jiān)測研究且相對簡單的快速大氣校正工具(簡稱QUAC)對裁剪后的研究區(qū)各期數(shù)據(jù)進行大氣校正處理(圖1)。在完成數(shù)據(jù)的預(yù)處理后，分別利用影像中第3和第4波段的數(shù)據(jù)開展植被覆蓋度的研究工作。

1.3 研究方法

1.3.1 像元二分模型原理 像元二分模型是基于線性混合像元分解模型中簡單實用的模型[11-12]，其假設(shè)像元只由植被與裸土兩種地表覆蓋構(gòu)成，則遙感傳感器觀測到一個像元的光譜信息S為植被覆蓋所貢獻的信息Sv與裸土覆蓋所貢獻的信息Ss之和。假設(shè)上述像元全由植被所覆蓋的純像元遙感信息為Sveg，則混合像元中植被覆蓋所貢獻的信息Sv為Sveg與植被覆蓋面積比例(即該像元的植被覆蓋度)fc之積；同理，假設(shè)上述像元全由裸土所覆蓋的純像元遙感信息為Ssoil，則混合像元中裸土覆蓋所貢獻的信息Ss為Ssoil與裸土覆蓋面積比例1-fc之積。通過公式變換，得到計算像元植被覆蓋度fc的公式為：

圖1 各時期研究區(qū)影像Fig.1 Image of the study area in different periods

(1)

式中，Sveg和Ssoil是像元二分模型的兩個重要參數(shù)，即只要計算出植被和土壤的純像元遙感信息，就可以根據(jù)公式(1)估算出植被的覆蓋度。

1.3.2 基于NDVI估算植被覆蓋度 歸一化植被指數(shù)(NDVI)是遙感圖像中近紅外波段的反射值與紅光波段的反射值之差比上兩者之和的定量值，是反映植被生長狀態(tài)的重要參數(shù)之一[13-14]。研究發(fā)現(xiàn)NDVI與植被覆蓋度有顯著的正相關(guān)關(guān)系[15]，因此將NDVI與像元二分模型相結(jié)合計算植被覆蓋度[16-17]，得到基于NDVI的植被覆蓋度像元二分模型，表達為公式(2)：

(2)

式中，NDVIveg為完全被植被所覆蓋區(qū)域的NDVI值，NDVIsoil為完全被裸土所覆蓋區(qū)域的NDVI值。目前對于NDVIveg和NDVIsoil這兩個值的確定主要是通過對NDVI數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析來獲取，在沒有實測數(shù)據(jù)做參考的情況下，一般選取NDVIveg與NDVIsoil為圖像中給定置信度的置信區(qū)間內(nèi)的最大值NDVImax與最小值NDVImin。像元二分模型的關(guān)鍵在于確定NDVImax與NDVImin的值，參考學(xué)者們已有的研究[18-19]，本研究分別對四期NDVI影像數(shù)據(jù)進行直方圖統(tǒng)計分析，確定NDVImax和NDVImin在累積概率95%和5%處，因此植被覆蓋度計算公式可轉(zhuǎn)變?yōu)楣?3)：

(3)

根據(jù)公式(3)可反演得到庫爾勒市各時期的植被覆蓋度。

1.4 植被覆蓋度變化的計算

1.4.1 植被覆蓋度等級劃分 由于植被覆蓋度Fc介于[0,1]之間，根據(jù)已有研究[20-21]，并結(jié)合研究區(qū)土地利用覆蓋調(diào)查數(shù)據(jù)和塔河流域植被覆蓋的實際情況，將庫爾勒市域植被覆蓋度分為4個等級：①低覆蓋植被區(qū)(戈壁、零星植被、稀疏林地等)，F(xiàn)c<0.3，等級值為1；②中覆蓋植被區(qū)(中等郁閉灌木林地、中產(chǎn)草地等)，0.3≤Fc<0.5，等級值為2；③中高覆蓋植被區(qū)(灌木林地、中高產(chǎn)草地等)，0.5≤Fc<0.8，等級值為3；④高覆蓋植被區(qū)(密灌木地、密林地、耕地等)，F(xiàn)c≥0.8，等級值為4。研究根據(jù)分類指標(biāo)計算得到庫爾勒市各時期植被覆蓋度的空間格局。

1.4.2 植被覆蓋度動態(tài)變化分析 采用差值法量化各個年份之間的植被覆蓋度變化，將變化值記為△Fg，用后一時期的植被覆蓋度等級值減去前一時期的植被覆蓋度等級值[22]，如公式(4)：

△Fg=Fgyear2-Fgyear1

(4)

式中，F(xiàn)gyear1和Fgyear2分別為前一時期year1年和后一時期year2年的植被覆蓋度等級，△Fg為year2年相對于year1年的植被覆蓋度等級變化量。植被覆蓋度變化的程度可以利用植被覆蓋度等級的差值來反映，將覆蓋度等級差值劃分如下：①當(dāng)△Fg=-3時記為嚴(yán)重退化；②當(dāng)△Fg=-2時記為中度退化；③當(dāng)△Fg=-1時記為輕微退化；④當(dāng)△Fg=0時記為未變化；⑤當(dāng)△Fg=1時記為輕微改善；⑥當(dāng)△Fg=2時記為中度改善；⑦當(dāng)△Fg=3時記為極度改善。

研究方法及計算流程如圖2所示：

圖2 研究流程Fig.2 Research process

2 結(jié)果與分析

2.1 植被指數(shù)特征

利用ENVI 5.1軟件計算研究區(qū)各時期的NDVI值(圖3)，對由于特殊地形或地貌影響大氣校正結(jié)果產(chǎn)生不在[-1,1]之間的異常值進行掩膜處理后，分別計算不同時期NDVI的累積直方圖，選擇累積百分比5%和95%為置信區(qū)間，取置信區(qū)間中的最小值為全裸土覆蓋區(qū)域值，最大值為全植被覆蓋區(qū)域值，并取對應(yīng)的NDVI值為NDVIsoil和NDVIveg(表1)。

表1 NDVIsoil和NDVIvegTable 1 NDVIsoilandNDVIveg

2.2 植被覆蓋度特征

將NDVIsoil和NDVIveg代入基于NDVI的像元二分模型計算庫爾勒市域各時期的植被覆蓋度。在ENVI 5.1軟件中利用band math生成植被覆蓋度圖，并按照植被覆蓋度等級對其進行密度分割，得到庫爾勒市域各時期植被覆蓋度空間格局圖(圖4)。植被覆蓋度空間格局特征分析結(jié)果表明，庫爾勒市域植被覆蓋度總體分布特征是西南部植被覆蓋度小，東南部、北部覆蓋度較大，覆蓋等級較高的植被主要集中在東南部扇形綠洲平原和北部山區(qū)?？梢钥闯?，庫爾勒市域在1990-2011年之間整體植被覆蓋度呈現(xiàn)增加的趨勢，但不同時間段之間的覆蓋度有上升，也有下降，反映出植被覆蓋度在時間序列上會發(fā)生變化。其中，21年間高覆蓋植被區(qū)有顯著的增加，東南部的綠洲平原增加較為明顯，而南部區(qū)域和北部區(qū)域的植被有退化的現(xiàn)象。

通過對4期的植被覆蓋度空間格局圖進行統(tǒng)計，得到各覆蓋度等級的面積和百分比(表2)，并以植被覆蓋度等級面積加權(quán)平均估算庫爾勒市域各時期植被平均覆蓋度。假設(shè)覆蓋度等級由低到高的植被面積分別為S1、S2、S3、S4，對應(yīng)的覆蓋度取值分別為1、2、3、4，則根據(jù)公式(5)，得出庫爾勒市域各時期植被平均覆蓋度變化(圖5)。

圖3 庫爾勒市域四期NDVI值Fig.3 Normalized difference vegetation index of Korla City in four periods

平均值=(S1×1+S2×2+S3×3+S4×4)/(S1+S2+S3+S4)

(5)

庫爾勒市域21年來植被覆蓋度先下降后增長，1990年到1998年期間植被覆蓋度有所降低，其后植被覆蓋度不斷上升，植被有所恢復(fù)和改善(圖5)。21年間植被高覆蓋區(qū)域有明顯的增加，面積從1990年的7.94%增加到2011年的19.12%，尤其在1998年到2011年間增加速度較快(表2)。植被低覆蓋區(qū)域除1990年到1998年間有所增加，1998年后面積不斷減少。植被中覆蓋區(qū)域在1990年到1998年間有明顯減少，其后變化不大，而植被中高覆蓋區(qū)域變化最小，面積略有減少。

圖4 庫爾勒市域各時期植被覆蓋度空間格局Fig.4 Vegetation coverage degree of Korla City in different periods

表2 庫爾勒市域各時期植被覆蓋度特征表Table 2 Characters of vegetation coverage of Korla City in different periods

圖5 庫爾勒市域各時期植被覆蓋度變化Fig.5 Vegetation coverage changes of Korla City in different periods

2.3 植被覆蓋度動態(tài)變化特征分析

利用植被覆蓋度等級的差值量化分析1990-2011年間的4期數(shù)據(jù)(圖6)，揭示了庫爾勒市域21年間植被覆蓋度動態(tài)變化特征，并對其植被覆蓋度變化的面積和比例進行具體統(tǒng)計(圖7和表3)?？梢钥闯?，1990-1998年間庫爾勒市域中部和北部的植被覆蓋度降低區(qū)域大于增加區(qū)域，植被狀況有所下降，但在北部霍拉山區(qū)除少部分區(qū)域植被覆蓋度有所減少外，大部分區(qū)域的植被覆蓋度都有所增加(圖6)。1998-2006年北部山區(qū)植被狀況明顯下降，東南部綠洲平原植被明顯增加，南部區(qū)域植被也有所恢復(fù)。2006-2011年北部地區(qū)部分植被狀況有所好轉(zhuǎn)，東南部綠洲平原植被除少數(shù)地區(qū)有所減少外，大部分地區(qū)持續(xù)增加，南部區(qū)域的植被覆蓋度有所下降。統(tǒng)計結(jié)果表明(圖7和表3)，1990-2011年間庫爾勒市域植被的改善與退化并存，南部和北部山區(qū)植被總體呈退化特征，東南部綠洲平原植被總體呈改善特征。1990-2011年間植被退化總面積有1 121.27 km2，占庫爾勒市域總面積的15.22%。其中嚴(yán)重退化面積為38.84 km2，僅占退化總面積的3.5%，庫爾勒市域總面積的0.53%。退化植被中77.6%為輕度退化，18.9%為中度退化。21年間1 398.95 km2的植被狀況得到改善，占總面積的18.99%。其中32.2%為極度改善，31.2%為中度改善，36.5%為輕度改善，植被總體改善面積比退化面積多出24.76%，說明庫爾勒市域的植被覆蓋狀態(tài)有所好轉(zhuǎn)。但北部和南部區(qū)域植被總體退化比較嚴(yán)重，東南部的扇形綠洲平原植被整體狀況明顯改善，也有小部分區(qū)域出現(xiàn)植被覆蓋度急劇下降的態(tài)勢。

圖6 庫爾勒市域各時期植被覆蓋度差值圖Fig.6 Vegetation coverage changes of Korla City in different periods

圖7 1990-2011年庫爾勒市植被覆蓋度變化的空間差異Fig.7 Spatial difference of vegetation coverage changes of Korla City in 1990-2011

植被覆蓋度的變化量只能衡量總體變化情況，并不能很好地反映各級植被覆蓋區(qū)的轉(zhuǎn)化情況和變化過程。轉(zhuǎn)移矩陣不但可以定量說明植被覆蓋等級之間的相互轉(zhuǎn)化狀況，而且能夠揭示不同植被覆蓋度之間的轉(zhuǎn)移概率，從而更準(zhǔn)確地了解植被覆蓋的時空變化情況[23]。因此，利用ENVI 5.1軟件中Change Detection Statistics工具分別對4期數(shù)據(jù)的植被蓋度等級圖進行運算，得到1990-2011年間研究區(qū)各時間段內(nèi)各等級植被覆蓋度轉(zhuǎn)移矩陣(表4-7)，進一步了解各等級植被相互轉(zhuǎn)移面積和比例。

表4 1990-1998年植被覆蓋度等級面積轉(zhuǎn)移矩陣Table 4 Transfer matrix of vegetation coverage from 1990-1998

表5 1998-2006年植被覆蓋度等級面積轉(zhuǎn)移矩陣Table 5 Transfer matrix of vegetation coverage from 1998-2006

表6 2006-2011年植被覆蓋度等級面積轉(zhuǎn)移矩陣Table 6 Transfer matrix of vegetation coverage from 2006-2011

表7 1990-2011年植被覆蓋度等級面積轉(zhuǎn)移矩陣Table 7 Transfer matrix of vegetation coverage from 1990-2011

統(tǒng)計分析結(jié)果表明，1990-1998年間植被狀況下降的主要原因是62.56%的中覆蓋植被區(qū)轉(zhuǎn)移為低覆蓋植被區(qū)，48.59%的中高覆蓋植被區(qū)轉(zhuǎn)移為低覆蓋和中覆蓋植被區(qū)。1998-2006年間有44.15%的中高覆蓋植被區(qū)轉(zhuǎn)移為高覆蓋植被區(qū)，使植被退化的狀況得到了緩解。2006-2011年間植被退化與改善并存，35.60%的中高覆蓋植被區(qū)轉(zhuǎn)移為高覆蓋植被區(qū)，但同時也有32.92%的中覆蓋植被區(qū)轉(zhuǎn)移為低覆蓋植被區(qū)。1990-2011年的21年間高覆蓋植被區(qū)增加明顯，總面積增加了822.97 km2(表2,表7)，高覆蓋植被區(qū)中有近32%的植被是由低覆蓋植被區(qū)轉(zhuǎn)移的，21%由中覆蓋植被區(qū)轉(zhuǎn)移的，20%為中高覆蓋植被區(qū)轉(zhuǎn)移的,中高覆蓋植被區(qū)和中覆蓋植被區(qū)的面積分別減少237.00和668.31 km2，低覆蓋植被區(qū)的面積增加了82.34 km2表明21年來庫爾勒市域植被覆蓋狀況表現(xiàn)出上升的特征。

2.4 結(jié)合土地利用分析植被覆蓋變化

基于1995年和2000年的土地利用數(shù)據(jù)，根據(jù)土地利用屬性將研究區(qū)劃分為草地、林地、耕地、建設(shè)用地、水域和未利用地6種土地利用類型，利用ArcGIS軟件的空間分析功能研究不同時期不同土地類型的利用情況(圖8)，并對1995年和2000年的土地利用數(shù)據(jù)進行運算。 從1995-2000年庫爾勒市域土地利用類型轉(zhuǎn)移概率矩陣(表8)中可以看出，研究區(qū)的土地利用以草地、林地和耕地為主要的轉(zhuǎn)化類型，5年間草地有所增加，林地出現(xiàn)退化，耕地基本保持不變(圖8)。庫爾勒市域北部和南部的草地、林地均有所退化，也有部分林地轉(zhuǎn)化為草地，由于此地區(qū)人類活動較少，因此氣候變化是影響此區(qū)域植被變化的重要因素。在人類活動集中的東南部綠洲平原地區(qū)，由于城市建設(shè)用地擴張侵占周邊植被等人類活動導(dǎo)致部分區(qū)域植被覆蓋度退化或轉(zhuǎn)移為耕地，毀林、毀草和荒地開墾使部分林地、草地和未利用地等類型用地也轉(zhuǎn)移為耕地。

圖8 庫爾勒市域土地利用圖Fig.8 Land use of Korla City

表8 1995-2000年庫爾勒市域土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣Table 8 Transfer matrix of land use of Korla City from 1995-2000

3 討論與結(jié)論

研究以庫爾勒市域為例，通過對1990-2011年間的4期TM數(shù)據(jù)進行分析計算，利用像元二分模型對21年間庫爾勒市域的植被覆蓋度動態(tài)變化進行了分析：

1)從4期遙感影像分析得到，庫爾勒市域植被分布主要集中在北部霍拉山、東部庫魯克山和東南部的扇形綠洲平原一帶，北部霍拉山一帶主要以中覆蓋和中高覆蓋植被為主，東部庫魯克山以高覆蓋植被為主，東南部的綠洲平原主要以高覆蓋的植被和耕地為主。

2)通過分析1990-2011年植被覆蓋度動態(tài)變化得出，庫爾勒市域植被覆蓋總體以改善為主，平均覆蓋度先下降后增長，植被恢復(fù)重建面積大于植被退化面積。但不同地區(qū)植被覆蓋度等級表現(xiàn)出不同的變化特征，東南部的扇形綠洲平原植被狀況改善明顯，北部和南部區(qū)域植被有所退化。

3)1990-2011年間庫爾勒市域植被覆蓋度的變化與塔里木河流域的植被覆蓋度變化大體一致，尤其與塔里木河下游的植被覆蓋度變化相一致[14，24]。氣候變化是影響植被覆蓋的因素之一，而庫爾勒市近年來平均氣溫上升，降水量偏少的氣候特點[25]并不利于植被覆蓋度的改善，因此耕地擴張[26]、輸水工程[20]等人類活動是引起庫爾勒市域植被覆蓋度變化的主要因素。

盡管本研究利用了簡單有效、且經(jīng)過驗證的像元二分模型計算植被覆蓋度，同時得到了研究區(qū)植被覆蓋度的空間格局變化動態(tài)，但本研究仍然存在問題和不足。首先，該方法存在著自身的缺陷，不能揭示植被覆蓋所體現(xiàn)的生態(tài)和物理過程。如果有條件，應(yīng)結(jié)合有關(guān)遙感生態(tài)機理模型及不同土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，開展對比分析和驗證研究。其次，本研究只分析了1990年到2011年間4個時間節(jié)點上的植被覆蓋狀態(tài)，且由于在時間點上不完全統(tǒng)一，研究時段內(nèi)部的精細(xì)變化過程尚不清楚。未來在數(shù)據(jù)獲取許可的條件下，可以對研究區(qū)開展更長的時間段(如1978年以來)、更細(xì)的時間度(如逐年分析)的植被覆蓋度格局及動態(tài)變化研究，以便完整地分析研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演化趨勢，為進一步研究塔河流域植被覆蓋度格局及動態(tài)變化提供借鑒。

[1] 樸士龍,方精云.最近18年來中國植被覆蓋的動態(tài)變化[J].第四紀(jì)研究,2001,21(4):294-302.

[2] Liang S,Li X,Wang J.Advanced Remote Sensing:Terrestrial Information Extraction and Applications[M].Pennsylvania:Academic Press,2012:58-160.

[3] 賈坤,姚云軍,魏香琴,高帥,江波,趙祥.植被覆蓋度遙感估算研究進展[J].地球科學(xué)進展,2013,28(7):774-782.

[4] 陳愛京,傅瑋東,肖繼東,張旭,王蕾,沙依然.基于像元二分模型的和布克賽爾縣植被覆蓋動態(tài)變化分析[J].草業(yè)科學(xué),2012,29(6):857-862.

[5] 周偉,剛成誠,李建龍,章超斌,穆少杰,孫政國.1982-2010年中國草地覆蓋度的時空動態(tài)及其對氣候變化的響應(yīng)[J].地理學(xué)報,2014,69(1):15-30.

[6] 胡玉福,蔣雙龍,劉宇,李翔,王鈺婷,陳波.基于RS的安寧河上游植被覆蓋時空變化研究[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2014,45(5):205-215.

[7] 廖清飛,張鑫,馬全,姚瑤,于東平.青海省東部農(nóng)業(yè)區(qū)植被覆蓋時空演變遙感監(jiān)測與分析[J].生態(tài)學(xué)報,2014,34(20):5936-5943．

[8] 程先富,張方方,鄧良,楊偉偉,王詩晨,徐光來.安徽省霍山縣植被覆蓋度動態(tài)變化及預(yù)測[J].水土保持通報,2014,34(4):104-109.

[9] 庫爾勒人民政府.庫爾勒概況[EB/OL].(2013-03-01)[2014-11-01].http://www.xjkel.gov.cn/zjkel/kelgl/29568.htm.

[10] 庫爾勒市城鄉(xiāng)規(guī)劃局.庫爾勒市城鄉(xiāng)總體規(guī)劃(2012-2030年)[S].庫爾勒:中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院庫爾勒市城鄉(xiāng)規(guī)劃局,2012.

[11] 陳晉,陳云浩,何春陽,史培軍.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,2001,5(6):416-422.

[12] 李苗苗,吳炳方,顏長珍,周為峰.密云水庫上游植被覆蓋度的遙感估算[J].資源科學(xué),2004,26(4):153-159.

[13] 周兆葉,儲少林,王志偉,陳全功.基于NDVI的植被覆蓋度的變化分析——以甘肅省張掖市甘州區(qū)為例[J].草業(yè)科學(xué),2008,25(12):23-29.

[14] 萬紅梅,李霞,董道瑞.基于多源遙感數(shù)據(jù)的荒漠植被覆蓋度估測[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2012,23(12):3331-3337.

[15] 顧祝軍,曾志遠,史學(xué)正,鄭偉,張振龍,胡子付.基于ETM+圖像的植被覆蓋度遙感估算模型[J].生態(tài)環(huán)境,2008,17(2):771-776.

[16] 陳云浩,李曉兵,史培軍,周海麗.北京海淀區(qū)植被覆蓋的遙感動態(tài)研究[J].植物生態(tài)學(xué)報,2001,25(5):588-593.

[17] 甘春英,王兮之,李保生,梁釗雄,李志文,溫小浩.連江流域近18年來植被覆蓋度變化分析[J].地理科學(xué),2011,31(8):1019-1024.

[18] 李苗苗.植被覆蓋度的遙感估算方法研究[D].北京:中國科學(xué)院研究生院(遙感應(yīng)用研究所)碩士論文,2003.

[19] Gutman G G.Vegetation indices from AVHRR:An update and future prospects[J].Remote Sensing of Environment,1991,35(2-3):121-136.

[20] 萬紅梅,李霞,董道瑞,林海軍.塔里木河下游植被覆蓋變化遙感定量分析[J].自然資源學(xué)報,2013,28(4):668-677.

[21] 黎良財,鄧?yán)?曹穎,肖萬娟,陳翠玉,李宏志.基于NDVI像元二分模型的礦區(qū)植被覆蓋動態(tài)監(jiān)測[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報,2012,32(6):18-23.

[22] 賈寶全.基于TM衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的北京市植被變化及其原因分析[J].生態(tài)學(xué)報,2013,33(5):1654-1666.

[23] 周湘山,孫保平,趙巖,李錦榮,周文淵,王同順,王引乾,鐘曉娟.土地利用/植被覆蓋動態(tài)變化及其預(yù)測——以河北省涉縣為例[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2010,26(19):306-311.

[24] 楊光華,包安明,陳曦,劉海隆,黃瑩,代述勇.氣候和土地利用變化對塔里木河干流區(qū)植被覆蓋變化的影響[J].中國沙漠,2010,30(6):1389-1397.

[25] 熱依蘭·爾肯,努爾巴依·阿不都沙力克.近60年新疆庫爾勒市的氣候變化特點分析[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2012,21(9):1548-1552.

[26] 繆麗娟,劉強,何斌,崔雪鋒.庫爾勒城市化進程對土地利用格局變化的影響[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2012,26(10):162-168.

(責(zé)任編輯 張瑾)

A study on vegetation coverage change in Korla City based on the TM NDVI

CAI Zhao-zhao1,2, AN Sha-zhou3, PU Zhi2, HUAI Yong-jian1
(1.School of Information Science & Technology, Beijing Forestry University，Beijing 100083，China；2.College of Computer and Information Engineering，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052, China； 3.College of Pratacultural and Environment Science，Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China)

The vegetation coverage changes in Korla region have crucial impacts on local and regional climate, agriculture and economy. This study uses the Landsat TM data to investigate the vegetation coverage changes in this region from 1990 to 2011 (four periods in 1990, 1998, 2006, and 2011). The vegetation coverage is calculated using the NDVI data, derived from raw TM images, and a mixed pixel model. We further classify the vegetation coverage into four categories and analyze the main characteristics of its changes using transpose matrices of each vegetation coverage category and land use data. The results show that, overall, the vegetation coverage has improved from 1990 to 2011 in the Korla City region. The area with increased vegetation is 23.8% higher than that with decreased vegetation. The vegetation coverage in southeastern sector oasis plain greatly increased, while vegetation degraded in the north and south region.

Korla; vegetation coverage; NDVI; dimidiate pixel model

HUAI Yong-jian E-mail:huaiyj@bjfu.edu.cn

10.11829j.issn.1001-0629.2014-0500

2014-11-14 接受日期：2015-04-24

國家自然科學(xué)基金項目(41361082)

蔡朝朝(1978-)，女，福建閩侯人，講師，在讀博士生，研究方向為數(shù)據(jù)庫和可視化技術(shù)。E-mail:czz@xjau.edu.cn

淮永建(1970-)，男，山西萬榮人，教授，博士后，研究方向為數(shù)字林業(yè)和信息可視化。E-mail：huaiyj@bjfu.edu.cn

S127;X171.4

A

1001-0629(2015)07-1069-10*

蔡朝朝,安沙舟,蒲智,淮永建.基于TM NDVI的庫爾勒市域植被覆蓋動態(tài)變化[J].草業(yè)科學(xué),2015,32(7):1069-1078.

CAI Zhao-zhao,AN Sha-zhou,PU Zhi,HUAI Yong-jian.A study on vegetation coverage change in Korla City based on the TM NDVI[J].Pratacultural Science，2015,32(7)：1069-1078.