基于遙感數(shù)據(jù)的根河市火燒跡地植被覆蓋度時(shí)空分析1)

包月梅 孫紫英 趙鵬武 王梓璇 周梅

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，呼和浩特，010018)

谷俊杰

(內(nèi)蒙古師范大學(xué))

森林火災(zāi)是一種破壞性較大的自然災(zāi)害，也是森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能退化的重要原因之一［1－2］。林區(qū)經(jīng)過(guò)火燒后的林地叫火燒跡地［3］。近年來(lái)，我國(guó)森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)雖有減少，但對(duì)森林資源破壞嚴(yán)重。大興安嶺是我國(guó)最大的林區(qū)之一，也是我國(guó)林火發(fā)生最頻區(qū)［4］和“東北亞”環(huán)境敏感區(qū)［5－6］?；馂?zāi)后林區(qū)植被的恢復(fù)是非常必要的，不及時(shí)更新，會(huì)形成新的荒地、荒山［7］。植被覆蓋度變化能很好的反映火燒跡地植被恢復(fù)情況。

植被覆蓋度是指植被的葉、莖、枝在地面的垂直投影面積占據(jù)研究區(qū)總面積的百分比，是衡量地表植被狀況的一個(gè)最重要的指標(biāo)［8］，是森林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的前提和必要的基礎(chǔ)［9－11］。植被覆蓋度變化對(duì)全球能量循環(huán)及物質(zhì)的生物化學(xué)循環(huán)具有重要的影響，對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)具有現(xiàn)實(shí)的意義［12］。

植被覆蓋度測(cè)量方法，可分為地面實(shí)測(cè)法和遙感估算法［13］。隨著3S技術(shù)的發(fā)展，利用遙感技術(shù)來(lái)分析植被覆蓋度已成為一種重要的方法。本文引用混合像元分解模型中的像元二分線型模型法［14－15］，估算2003年金河－根河地區(qū)森林火災(zāi)后，火燒跡地森林植被覆蓋度。此模型的應(yīng)用實(shí)例較多［16－20］，估算結(jié)果精度較高、操作簡(jiǎn)單、適用于大尺度范圍。

基于當(dāng)?shù)胤阑疝k的森林火災(zāi)記錄，以2003年金河－根河森林火災(zāi)后植被覆蓋度的動(dòng)態(tài)變化為研究?jī)?nèi)容，選取 2000、2003、2006、2010 和 2014 年 5 個(gè)時(shí)相的影像數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，以NDVI像元二分法為植被覆蓋度估算模型，估算出研究區(qū)火燒跡地不同時(shí)空的植被覆蓋度動(dòng)態(tài)變化信息。

1 研究區(qū)概況

根河市地處呼倫貝爾盟東北部、大興安嶺北段西坡，地理坐標(biāo)為東經(jīng) 120°12'～122°55'，北緯 50°20'～52°30'。海拔 98～1 276 m。自然特點(diǎn)是高緯度、高寒冷地區(qū)，是中國(guó)緯度最高的城市之一。氣候?qū)俸疁貛駶?rùn)型森林氣候，并具有大陸季風(fēng)性氣候的特征。年降水量為450～500 mm(12%來(lái)自于降雪)，每年的雨季主要集中在7—8月份，降雪期從9月下旬至次年5月上旬，降雪厚度20～40 cm。年平均氣溫為－5.4℃，歷史最高氣溫為40℃，最低氣溫為－52.6℃。地形為東北高、西南低。根河市以森林資源為主，森林覆蓋率75%，居內(nèi)蒙古自治區(qū)之首，屬典型的國(guó)有林區(qū)。植被分為森林植被和林下植被，以森林植被為主。主要樹(shù)種為興安落葉松(Larix gmelinii)、白樺(Betula platyphylla)、樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)、楊(Populus)、柳(Salix matsudana)等。2003年，內(nèi)蒙古大興安嶺根河林業(yè)局施業(yè)區(qū)和金河林業(yè)局施業(yè)區(qū)發(fā)生森林火災(zāi)，總過(guò)火面積為 1 086.73 km2。

圖1 研究區(qū)位置圖

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源和數(shù)據(jù)預(yù)處理

選取 2000、2003、2006、2010、2014 年植被生長(zhǎng)最佳的6、7、8月份的Landsat TM影像數(shù)據(jù)和DEM影像數(shù)據(jù)為遙感數(shù)據(jù)源，影像分辨率為30 m，以根河市的行政區(qū)劃文件和研究區(qū)隨機(jī)分布的實(shí)測(cè)樣點(diǎn)資料等為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

運(yùn)用ENVI5.0和 ArcGIS10.0及辦公軟件 excel進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理。首先通過(guò)對(duì)Google earth簡(jiǎn)單的設(shè)置成通用橫軸墨卡托投影，投影坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)單位為米。以Google earth影像上選取的控制點(diǎn)作為參考，在每期TM影像上選取50個(gè)控制點(diǎn)，采用二次多項(xiàng)式及雙線內(nèi)插值法對(duì)遙感影像進(jìn)行幾何校正和配準(zhǔn)。由于一景影像無(wú)法滿足研究區(qū)范圍，因而對(duì)覆蓋研究區(qū)范圍的每一景影像進(jìn)行精糾正和配準(zhǔn)后，按地理坐標(biāo)進(jìn)行影像鑲嵌，在利用根河市的行政區(qū)劃圖進(jìn)行裁剪，獲取根河市的影像圖。

依據(jù)各個(gè)波段間合成的效果和前人研究的火燒跡地提取的方法［21－25］，對(duì) Band5、Band 4、Band 3 做波段合成并與實(shí)測(cè)樣點(diǎn)位置核對(duì)，通過(guò)目視解譯得到2003年金河－根河地區(qū)森林火災(zāi)火燒跡地，分析植被覆蓋度［26］。

2.2 分析方法

通過(guò)遙感技術(shù)估算植被覆蓋度時(shí)，常利用歸一化植被指數(shù)(INDV)與植被覆蓋度之間的關(guān)系模型來(lái)估算研究區(qū)的植被覆蓋度［27］。很多學(xué)者運(yùn)用Landsat TM/ETM+影像計(jì)算植被覆蓋度時(shí)，采用了NDVI像元二分模型法，取得了很好的結(jié)果［28－29］。用這個(gè)模型時(shí)，根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況首先要確定植被指數(shù)(VI)，其次是植被指數(shù)與植被覆蓋度轉(zhuǎn)換關(guān)系的確定。

歸一化植被指數(shù)為近紅外波段 NIR(0.7～1.1 μm)與可見(jiàn)光紅波段 R(0.47～0.7 μm)數(shù)值之差和數(shù)值之和的比值［30］，在ENVI5.0下有專門獲取歸一化植被指數(shù)的工具(Transform→NDVI)。公式為:

像元二分模型原理:假設(shè)影像上一個(gè)像元的反射率R可分為純植被部分反射率Rv和非植被部分Rs兩部分，那么，任一像元的反射率值可以由植被覆蓋部分與非植被覆蓋部分的線性加權(quán)的之和來(lái)表示。

假設(shè)一個(gè)像元中植被覆蓋的面積比例fc，即植被覆蓋度。1－fc是非植被覆蓋度。一個(gè)像元中純植被覆蓋的反射率Rveg，無(wú)植被覆蓋的反射率Rsoil，則反射率與植被覆蓋度相乘，表示混合像元中植被覆蓋部分和非植被覆蓋部分的貢獻(xiàn)信息。

根據(jù)公式(2)、(3)、(4)得到的植被覆蓋度公式為:

由公式可知Rsoil、Rveg像元二分模型的參數(shù)，求得兩個(gè)參數(shù)就能利用公式(5)估算出植被覆蓋度。

根據(jù)像元二分模型，一個(gè)像元的INDV能表示為純植被部分和無(wú)植被部分的形式［31－32］。

式中:INDVsoil代表裸土或無(wú)植被覆蓋區(qū)域的 INDV，INDVveg代表純植被像元的INDV值。

理論上裸地植被覆蓋INDVsoil為0，純植被覆蓋像元INDVveg為100，但由于受到各種因素的制約，即使是同一景影像的INDVsoil和INDVveg也不能取固定值。公式(6)也適合用于植被覆蓋處葉面積指數(shù)較均勻的場(chǎng)合，也可得

式中:INDVminl為INDV最小值;INDVmax為INDV最大值。

借鑒李苗苗［33］、Gutman［34］提出的估算 INDVmin和INDVmax的方法，將植被指數(shù)直方圖與實(shí)際相結(jié)合，從INDV的統(tǒng)計(jì)直方圖數(shù)值中讀取INDV累計(jì)頻率數(shù)為5%和95%對(duì)應(yīng)的值作為INDV的最小值和最大值，文中借助此標(biāo)準(zhǔn)，在ENVI5.0環(huán)境下Band math工具計(jì)算出每年的植被覆蓋度。根據(jù)1996年水利部頒布的《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL190－96)［35］和火燒跡地影像分布情況與實(shí)際情況相結(jié)合的結(jié)果，把火燒跡地植被覆蓋度分為低度、中低、中度、中高、高度等5個(gè)級(jí)別［36］，并分析不同級(jí)別的分布及變化情況。

不同時(shí)期植被覆蓋度間的變化可由前一時(shí)相的植被覆蓋度減去后一時(shí)相的植被覆蓋度來(lái)表示，公式(8)來(lái)表示。

其中:fCc表示兩個(gè)時(shí)相間的植被覆蓋度變化值，fCn為前一時(shí)相的研究區(qū)植被覆蓋度值，fC(n+1)為后一時(shí)相的研究區(qū)植被覆蓋度。

3 結(jié)果與分析

3.1 火燒跡地植被覆蓋度和等級(jí)結(jié)構(gòu)

本文中對(duì)2000年至2014年的TM影像數(shù)據(jù)做幾何校正、配準(zhǔn)、影像鑲嵌，利用火燒跡地的矢量文件裁剪根河市的影像，得到火燒跡地影像范圍，并計(jì)算火燒跡地的INDV值，以累積頻率5%和95%的值作為 INDVmin和 INDVmax，基于 ENVI5.0 的在 Band math 工具獲取到2000年至2014年的火燒跡地植被覆蓋度影像圖(見(jiàn)圖2)。

圖2 根河市火燒跡地2000—2014年植被覆蓋度

從火燒跡地植被覆蓋度影像圖中獲取到年平均植被蓋度和標(biāo)準(zhǔn)差(見(jiàn)表1)。從圖2、表1可知，火燒前研究區(qū)的平均植被覆蓋度為0.542 2，標(biāo)準(zhǔn)差為0.289 6;經(jīng)火燒后，2003年的平均植被覆蓋度下降到 0.332 7，標(biāo)準(zhǔn)差為 0.310 9;2006 年的平均植被覆蓋度為 0.505 3，標(biāo)準(zhǔn)差為 0.275 2;2010 年平均植被覆蓋度為0.488 1，標(biāo)準(zhǔn)差為 0.297 7;2014 年的平均植被覆蓋度為 0.472 4，標(biāo)準(zhǔn)差為 0.290 9。

表1 火燒跡地植被覆蓋度年平均值和標(biāo)準(zhǔn)差

根據(jù)1996年水利部頒布的《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL190－96)和火燒跡地影像分布情況與實(shí)際情況相結(jié)合的結(jié)果，運(yùn)用ENVI5.0決策樹(shù)［37］工具將火燒跡地植被覆蓋度分為5個(gè)級(jí)別:植被覆蓋度為0～30%視作低度覆蓋植被;30%～40%為中低度覆蓋植被;40%～55%為中度覆蓋植被;55%～75%為中高度覆蓋植被;75%～100%為高度覆蓋植被，并獲得了2000—2014年的火燒跡地植被覆蓋度等級(jí)圖(見(jiàn)圖3)。

分析結(jié)果得到各時(shí)期不同等級(jí)植被覆蓋度面積(見(jiàn)表2)。

研究區(qū)的面積為1 086.73 km2，含有1 207 474個(gè)像元。其中2000年的高度植被覆蓋面積最大，為298.69 km2，占研究區(qū)總面積的 27.49%，其次是中高度、低度和中度植被覆面積分別為 272.63、251.15 和169.90 km2，分別占研究區(qū)總面積的 25.09%、23.11%和15.63%，面積最小的為中低度植被覆面積為94.35 km2，占研究區(qū)總面積的8.68%。由于2003年的森林火災(zāi)，研究區(qū)的2003年的植被覆蓋度明顯下降，覆蓋度等級(jí)分布也發(fā)生了變化。2003年的低度植被覆蓋度的面積最大(640.18 km2)，占研究區(qū)總面積的58.91%，其次為高度、中高度、中度、中低度植被覆面積分別為 163.19、107.52、96.05、79.78 km2，分別占研究區(qū)總面積的 15.02%、9.89%、8.84%和7.34%。隨著火災(zāi)后植被恢復(fù)工作的開(kāi)展，2006年與2003年植被覆蓋度相比較，低度植被覆蓋面積降低，其余的植被覆蓋類型的面積均有增大的趨勢(shì)，低度植被覆蓋面積降低到 262.27 km2，占 24.13%，其余的高度、中高、中度和中低植被覆蓋度的面積占研究區(qū)總面積的 21.60%、20.44%、20.73%和 13.10%。2010年和2014年的平均植被覆蓋度小于2006年的平均植被覆蓋度，其中:2010年的高度、中高度、中度、中低度、低度植被覆蓋度面積所占比例為23.27%、19.71%、15.49%、9.20%和 32.34%;2014 年的所占比例為 20.36%、17.96%、12.76%和 31.08%。

圖3 根河市火燒跡地2000—2014年植被覆蓋度等級(jí)圖

表2 火燒跡地植被覆蓋度等級(jí)面積 km2

綜上所述，火燒后經(jīng)過(guò)自然更新和人工更新工作開(kāi)展，火燒后2003—2006年的植被恢復(fù)速度大于2006—2014年植被恢復(fù)速度，火燒后近10年里中度和中低度植被覆蓋度已恢復(fù)到原狀態(tài)，其余的植被覆蓋度等級(jí)還未恢復(fù)火燒前的值，覆蓋度均值反應(yīng)出火燒后植被通過(guò)近10年的更新演替過(guò)程還未恢復(fù)到火燒前的狀態(tài)。

3.2 火燒跡地植被覆蓋度年際變化

分析2000—2014年間植被覆蓋度的變化，將變化情況分為三種:正向變化、負(fù)向變化和穩(wěn)定。

表3 火燒跡地植被覆蓋度變化百分比 %

統(tǒng)計(jì)各時(shí)期的植被覆蓋度變化面積百分比可知，2000—2003年正向變化面積占32.83%，負(fù)向變化面積占66.89%，穩(wěn)定為很少，只占0.28%，從而可知2000—2003年間植被覆蓋下降幅度比較大。2003—2006年正向變化面積占70.31%，負(fù)向變化面積占27.01%，穩(wěn)定只占2.69%，這3 a里火燒跡地的植被覆蓋度明顯地增大。2006—2010年正向變化面積占50.94%，負(fù)向變化面積占46.75%，穩(wěn)定占2.31%。2010—2014 年正向變化面積占 48.43%，負(fù)向變化面積占48.17%，穩(wěn)定占3.40%?？傮w上除了2000—2003年的植被覆蓋度正向變化小于負(fù)向變化外，2003—2014年植被覆蓋度的正向變化大于負(fù)向變化，而穩(wěn)定只占很少的一部分。

研究區(qū)具體的植被覆蓋度等級(jí)間變化如表4所示。從火燒跡地不同時(shí)期的各植被覆蓋度等級(jí)的轉(zhuǎn)移矩陣中可知，2000—2003年間高度覆蓋植被面積的87.27%負(fù)向轉(zhuǎn)移為中高度、中度、中低度、低度覆蓋植被，共有260.66 km2，其中轉(zhuǎn)移為低度植被覆蓋度的面積為最大(190.59 km2)，占轉(zhuǎn)移面積的63.81%。中高度植被覆蓋度面積的90.09%轉(zhuǎn)移為其他植被覆蓋度，其中正向轉(zhuǎn)移面積為49.55 km2，占總面積的18.17%，負(fù)向轉(zhuǎn)移為中度、中低度、低度覆蓋植被分別為 21.99、17.91、156.17 km2，負(fù)向總的轉(zhuǎn)移面積為196.07 km2。中度植被覆蓋面積的28.18%正向轉(zhuǎn)移為高度和中高度覆蓋植被，其面積分別為30.71、17.19 km2，63.45%負(fù)向轉(zhuǎn)移為中低度和低度植被覆蓋度，轉(zhuǎn)移面積分別為11.81、96 km2。中低度覆蓋植被面積的36.60%正向轉(zhuǎn)移為高度、中高度和中度覆蓋植被，轉(zhuǎn)移面積分別為 15.78、10.27、8.48 km2，55.90%負(fù)向轉(zhuǎn)移為低度覆蓋植被，轉(zhuǎn)移面積為52.74 km2。低度覆蓋植被面積的42.40%正向轉(zhuǎn)移為高度、中高度、中度、中低度覆蓋植被，共轉(zhuǎn)移面積為106.48 km2。由于2003年的火災(zāi)，森林植被大面積被燒毀，高度、中高度、中度和中低度覆蓋植被的轉(zhuǎn)出總面積大于轉(zhuǎn)入總面積，低度覆蓋植被的轉(zhuǎn)入總面積大于轉(zhuǎn)出總面積，低度植被覆蓋面積增大，其余等級(jí)的覆蓋面積減少，森林生態(tài)環(huán)境惡化。

表4 火燒跡地2000—2014年植被覆蓋度轉(zhuǎn)移矩陣 km2

由于火災(zāi)后火燒跡地的自然恢復(fù)和人工治理，2003—2006年研究區(qū)的植被覆蓋度的恢復(fù)效果比較明顯，有好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。由表4可知，高度覆蓋植被面積的32.593%負(fù)向轉(zhuǎn)移為中高度、中度、中低度、低度覆蓋植被，共有53.19 km2，轉(zhuǎn)移面積都不大。中高度植被面積的71.56%轉(zhuǎn)移為其他植被覆蓋度，其中正向轉(zhuǎn)移面積為36.21 km2，占總面積的33.68%，負(fù)向轉(zhuǎn)移為中度、中低度、低度覆蓋植被，轉(zhuǎn)移面積分別為 17.73、8.42、11.73 km2。中度覆蓋植被面積的45.71%正向轉(zhuǎn)移為高度和中高度覆蓋植被，其面積分別為 17.96、25.94 km2，32.66%負(fù)向轉(zhuǎn)移為中低度和低度植被覆蓋度，轉(zhuǎn)移面積分別為11.31、20.06 km2。中低度覆蓋植被面積的59.65%正向轉(zhuǎn)化為高度、中高度和中度覆蓋植被，轉(zhuǎn)移面積分別為8.86、19.46、19.27 km2，26.02%負(fù)向轉(zhuǎn)移為低度覆蓋植被，轉(zhuǎn)移面積為20.76 km2。低度覆蓋植被面積的68.20%正向轉(zhuǎn)移為高度、中高度、中度、中低度覆蓋植被，共轉(zhuǎn)移面積為436.59 km2。2003—2006年的高度、中高度、中度、中低度植被覆蓋度轉(zhuǎn)入量大于轉(zhuǎn)出量，低度植被覆蓋度的轉(zhuǎn)入量小于轉(zhuǎn)出量。2003－2006年間火燒跡地植被恢復(fù)較好。

2006—2010年和2010—2014年植被覆蓋度變化分析如表4，2006—2010年高度和低度覆蓋植被的轉(zhuǎn)入總量大于轉(zhuǎn)出總量，中高度、中度、中低度轉(zhuǎn)入總量小于轉(zhuǎn)出總量?？傮w上2010年高度植被覆蓋面積和低度覆蓋面積比2006年分別增加了18.21、89.13 km2，而中高度、中度和中低度植被覆蓋面積分別減少了 7.99、56.98、42.37 km2。2010—2014 年的高度、中高度和低度覆蓋植被的轉(zhuǎn)出量大于轉(zhuǎn)入量，中度和中低度植被覆蓋度轉(zhuǎn)出量小于轉(zhuǎn)入量?？傮w上2010—2014年，高度、中高度和低度覆蓋植被的面積減少趨勢(shì)，減少的面積分別為31.66、19、13.69 km2，中度和中低度植被覆蓋度的增加面積分別為 25.59、38.76 km2。

3.3 火燒跡地植被覆蓋度空間變化

為了分析火燒跡地植被覆蓋度的空間變化，從研究區(qū)的DEM影像獲取到高程、坡度和坡向圖(見(jiàn)圖 4－6)。

圖4 研究區(qū)高程圖

圖5 研究區(qū)坡度圖

圖6 研究區(qū)坡向圖

3.3.1 不同高程帶的植被覆蓋度的變化

本文中對(duì)已預(yù)處理好的DEM影像重分類，以200為分類間距獲取7個(gè)高程帶分別為:海拔98～200 m為1級(jí)，200～400 m為2級(jí)，400～600 m為3級(jí)，600～800 m 為4級(jí)，800～1 000 m 為5級(jí)，1 000～1 200 m為6級(jí)，1 200～1 276 m為7級(jí)。運(yùn)用ENVI5.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示，海拔400～600 m上沒(méi)有像元。

從表5中可知，由于2003年火災(zāi)對(duì)不同海拔上的植被的影響程度的不一，導(dǎo)致火燒跡地當(dāng)年不同海拔的植被覆蓋度變化各異。2003年的平均植被覆蓋度除了在海拔600～800 m時(shí)增加到0.399 1外，其余的海拔 98～200、＞200～400、＞800～1 000、＞1 000～1 200、＞1 200～1 276 m 上平均植被覆蓋度均降低，分別降低到 0.224 1、0.284 6、0.298 8、0.368 4、0.532 4;災(zāi)后隨著植被恢復(fù)工作的開(kāi)展，2006年的各個(gè)高程帶上的平均植被覆蓋度比2003年都大，分別為 0.423 3、0.4600、0.6394、0.4926、0.4150、0.5683。其中海拔600～800 m時(shí)，植被覆蓋度增加值最大，植被恢復(fù)最好，其余平均植被覆蓋度的增加值，隨著海拔的升高而減少，高海拔較低海拔地區(qū)的植被恢復(fù)情況差;而海拔＞600～800 m和＞800～1 000 m范圍內(nèi)，2010年平均植被覆蓋度值比2006年減少，分別減少了 0.243 5、0.024 3，其余的都分別增加了0.143 0、0.099 4、0.192 6、0.072 8;2014 年的平均植被覆蓋度分別為 0.343 2、0.370 8、0.291 2、0.478 2、0.578 7、0.738 5。從不同海拔上植被覆蓋度比較可知，火燒后2003—2006年，在海拔0～1 000 m植被恢復(fù)速度大于＞1 000～1 276 m，而2006—2014年在海拔＞1 000～1 276 m上植被恢復(fù)速度較快。

表5 火燒跡地不同高程帶平均植被覆蓋度年際變化值

3.3.2 不同坡度植被覆蓋度的變化

本文中用ENVI5.0對(duì)已預(yù)處理好的DEM影像中獲取到坡度和坡向圖，并參照水利部頒布的《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL190－96)，根據(jù)臨界值坡度分級(jí)法和研究區(qū)實(shí)際的情況，用決策樹(shù)將研究區(qū)火燒跡地的坡度重分類為6級(jí)，即:＞0～5°為 1 級(jí)，＞5°～8°為 2 級(jí)，＞8°～13°為 3 級(jí)，＞13°～20°為 4級(jí)，＞20°～35°為 5 級(jí)，＞35°～87°為 6 級(jí)，統(tǒng)計(jì)不同坡度下植被覆蓋度。表6表示了研究區(qū)不同坡度2000—2014年的平均植被覆蓋度。

表6 火燒跡地不同坡度平均植被覆蓋度年際變化值坡度(度)

從表6中可以看出研究區(qū)的火燒前坡度＞5°～20°上的覆蓋度值相差很小，植被分布比較均勻。2000年的平均植被覆蓋度值在坡度＞0～5°最小(0.401 2)，坡度＞5°～8°平均植被覆蓋度值為 0.621 0，坡度＞8°～13°上平均植被覆蓋度值最大(0.656 7)，植被長(zhǎng)勢(shì)最好。災(zāi)后，在每個(gè)坡度范圍內(nèi)，2003年較2000植被覆蓋度有減少的趨勢(shì)，其中＞5°～35°坡度上植被退化最嚴(yán)重。2003年在坡度范圍內(nèi)的植被覆蓋度分別減小到 0.3050、0.3278、0.35076、0.3590、0.3975、0.411 7。隨著時(shí)間推移，2006年每個(gè)坡度范圍內(nèi)的植被覆蓋度依次為 0.565 1、0.477 8、0.458 9、0.428 3、0.405 7、0.473 6，植被覆蓋度在每個(gè)坡度范圍內(nèi)都有增加趨勢(shì)，其中坡度＞0～20°上植被恢復(fù)較好。而2010年在坡度＞0～5°范圍的植被覆蓋度減少了0.187 7，其余的坡度范圍內(nèi)依次增加了0.0486、0.1241、0.141 9、0.132 6、0.063 1。2014 年每一坡度范圍內(nèi)植被覆蓋度分別比2010年的植被覆蓋度都低，表明2010年到2014年研究區(qū)受不同因素的影響。由此可知，火燒后，坡度＞5°～8°，2003—2006 年的植被恢復(fù)速度大于 2006—2014 年，坡度＞8°～35°，2003—2006年的植被恢復(fù)速度小于2006—2014年。在火燒后通過(guò)近10年的更新恢復(fù)，坡度＞5°～20°的植被覆蓋度情況還未恢復(fù)到火燒前的狀態(tài)。

3.3.3 不同坡向植被覆蓋度變化

從DEM影像中提取坡向，對(duì)其用ENVI5.0決策樹(shù)下以45°為間隔，把坡向分為 8朝向，即:0～22.5°和 337.5°～360°為正北，22.5°～67.5°為東北，67.5°～112.5°為正東，112.5°～157.5°東南，157.5°～ 202.5°為正南，202.5°～247.5°為西南，247.5°～292.5°為正西，292.5°～337.5°為西北，并統(tǒng)計(jì)每一坡向上的植被覆蓋度的年際變化情況［38］。表7為研究區(qū)不同坡向的2000—2014年的年際平均植被覆蓋度。

表7 火燒跡地不同坡向平均植被覆蓋度年際變化值坡向

由表7可知，同一坡向上植被覆蓋度的年際差異比較明顯?；馃暗闹脖桓采w度明顯大于火燒當(dāng)年的植被覆蓋度，2000年的植被覆蓋度最高，2003年植被覆蓋度最低。隨著植被恢復(fù)年限的增加，植被覆蓋度逐漸增加趨勢(shì)。2000—2003年的每個(gè)坡向上植被覆蓋度分別降低了 0.148 6、0.187 6、0.226 6、0.235 9、0.238 5、0.188 4、0.152 1。2003—2006 年每個(gè)坡向的植被覆蓋度分別增加了0.191 6、0.174 4、0.157 3、0.163 2、0.165 2、0.174 9、0.200 6。而2010 年各個(gè)坡向上的植被覆蓋度分別降低了0.0314、0.019 0、0.006 5、0.013 1、0.013 9、0.007 5、0.025 9。2010—2014年植被覆蓋度變化不大，正北方向增加了0.027 6，東北、正東、正南方向和西南方向分別降低了 0.006 2、0.040 0、0.042 1、0.037 6，正西方向和西北方向分別增加了 0.001 2、0.022 8。

不同坡向上的植被覆蓋度的變化不明顯。2000年植被覆蓋度最大的正南方向的蓋度為0.590 5，與最小的西北方向的蓋度 0.436 5只相差 15.4%。2003年在不同坡向上的植被覆蓋度間的最大差值為7.74%。2006年在不同坡向上的植被覆蓋度間的最大差值為3.96%。2010年在不同坡向上的植被覆蓋度間的最大差值為5.71%。2014年在不同坡向上的植被覆蓋度間的最大差值為2.2%。火燒后，2003—2006年的植被恢復(fù)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2006—2014年，并且正東、正南、西南方向上的植被覆蓋度還未恢復(fù)到火燒前的狀態(tài)。

4 結(jié)論與討論

以2003年金河－根河森林火災(zāi)的火燒跡地為研究對(duì)象，統(tǒng)計(jì)2000—2014年火燒跡地火災(zāi)前后的NDVI的變化，通過(guò)植被指數(shù)與植被覆蓋度間關(guān)系模型——像元二分模型估算出像元植被覆蓋度，分析根河市火燒跡地植被覆蓋度的時(shí)空變化趨勢(shì)。

2000—2014年間火燒跡地的年均植被覆蓋度2000年為0.542 2，經(jīng)火燒后2003年的平均植被覆蓋度下降到0.332 7，2006年的平均植被覆蓋度為0.505 3，2010 年平均植被覆蓋度為 0.488 1，2014 年的平均植被覆蓋度為0.472 4?；馃暗闹脖桓采w度大于火燒后的植被覆蓋度，火燒后隨著植被恢復(fù)年限的推移，植被覆蓋度有增加的趨勢(shì)。

火燒前，高度、中高度、中度、中低度和低度植被覆蓋度的面積占研究區(qū)面積的比例分別27.49%、25.09%、15.63%、8.68%、23.11%，2003 年火燒后，高度、中高度、中度和中低度的植被覆蓋度占研究區(qū)面積的比例分別減少到 15.02%、9.89%、8.84%、7.34%，而低度植被覆蓋面積占研究區(qū)面積的比例增加到58.91%?；馃螅S著植被的恢復(fù)，除了低度植被覆蓋面積減少外，其余的都有增加的趨勢(shì)?？傮w上2000—2003年間植被覆蓋度正向轉(zhuǎn)化小于負(fù)向轉(zhuǎn)化，2003—2010年植被覆蓋度正向轉(zhuǎn)化大于負(fù)向轉(zhuǎn)化，到2010—2014年正向轉(zhuǎn)化與負(fù)向轉(zhuǎn)化百分比相差不大。

從DEM影像中提取高程、坡度和坡向。根據(jù)研究區(qū)實(shí)際的情況，對(duì)高程、坡度和坡向重分類，分析不同海拔、坡度和坡向得火燒前后的植被覆蓋度變化。除了在海拔600～800 m，2000年的平均植被覆蓋度小于2003年的平均植被覆蓋度以外，其余不同海拔、坡度和坡向，火燒前植被覆蓋度均大于火燒后植被覆蓋度，且隨著植被恢復(fù)年限的增加，植被覆蓋度有逐年增加的趨勢(shì)。

火燒跡地在不同高程、坡度和坡向的恢復(fù)速度各異，但總體上，火燒后2003—2006年的植被恢復(fù)速度大于2006—2014年，較低海拔和較小坡度區(qū)植被恢復(fù)比較明顯。在2006—2014年間較高海拔和較大坡度上的植被恢復(fù)比較明顯。

隨著衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的逐漸豐富，遙感測(cè)量植被覆蓋度的方法已發(fā)展了很多種，其中植被指數(shù)像元二分線性模型法具有估算簡(jiǎn)便、精度高、多適用性、易于推廣的特點(diǎn)，在長(zhǎng)時(shí)間序列的遙感觀測(cè)上較準(zhǔn)確和可靠［39］，已成為通用植被覆蓋度估算方法。Quarmby et al［40］、Qi J et al［31］、萬(wàn)紅梅等［41］、宋挺等［42］、劉廣峰等［43］、黃秋燕等［44］、郭芬芬等［45］利用多源遙感數(shù)據(jù)與像元二分模型估算出研究區(qū)的植被覆蓋度情況，估算精度達(dá)80%以上。植被覆蓋度是表征地表植被覆蓋狀況的一個(gè)指標(biāo)，是植被生產(chǎn)力變化的重要反應(yīng)［39］，所以能很好的反應(yīng)出火燒前后的森林植被恢復(fù)情況。

火燒跡地森林恢復(fù)的研究，主要以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，選取能實(shí)測(cè)的典型的火燒區(qū)，并從不同尺度及更新方式對(duì)其進(jìn)行分析［1］。很少有學(xué)者對(duì)一整個(gè)火燒區(qū)的植被恢復(fù)情況做詳細(xì)的分析，主要通過(guò)分析遙感影像獲取到植被指數(shù)，再通過(guò)歸一化植被指數(shù)與植被覆蓋度的關(guān)系模型——像元二分線性模型估算出2000—2014年火燒前后的植被覆蓋度，并分析火燒跡地的植被覆蓋度時(shí)空動(dòng)態(tài)變化。

本文獲取影像時(shí)由于云量等不可避免的原因，出現(xiàn)不可用的影像時(shí)，用最近年的影像代替，這可能影響到分析結(jié)果?；馃?003—2006年的植被恢復(fù)速度相對(duì)大于2006—2014年，導(dǎo)致這個(gè)結(jié)果的原因還需進(jìn)一步的研究。

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