基于Landsat8_NDVI的荒漠化地區(qū)植被動(dòng)態(tài)分析

張佳　謝玉鳳　李權(quán)

摘 要：遙感技術(shù)的發(fā)展，為土地變化、氣象觀測及資源探查等提供了有效的手段。該文利用Landsat8影像，以寧夏回族自治區(qū)為研究區(qū)域，提取了研究區(qū)域的NDVI值，并對(duì)NDVI結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，以期達(dá)到監(jiān)測植被生長狀態(tài)的目的。結(jié)果表明，寧夏回族自治區(qū)的植被生長狀態(tài)及植被覆蓋度得到了進(jìn)一步的改善與提高，寧夏自治區(qū)雖采取了一系列荒漠化治理的措施，取得了一定的成果，但對(duì)植被的監(jiān)測仍不可放松。

關(guān)鍵詞：NDVI；植被生長狀態(tài)；監(jiān)測

中圖分類號(hào) X144 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2017）12-0160-03

荒漠化是指發(fā)生在干旱、半干旱甚至是半濕潤地區(qū)的土地退化現(xiàn)象，荒漠化的最直接表現(xiàn)為耕地、草地、林地等植被退化而引起的土地沙漠化、水土流失等。植被的生長狀況直接影響著環(huán)境的變換，植被在可見光紅光波段強(qiáng)吸收，在近紅外波段高反射，通過這兩個(gè)波段的不同組合，可以得到不同的植被指數(shù)。歸一化植被指數(shù)是這兩個(gè)通道的反射率之差除以它們的和，NDVI（歸一化植被指數(shù)）對(duì)綠色植被表現(xiàn)敏感，能夠較好地反映植被變化，是目前使用最廣泛的植被指數(shù)[1-2]。

寧夏回族自治區(qū)歷史上是“絲綢之路”的要道，素有“塞上江南”的美稱。但不可忽略的是寧夏位處東部季風(fēng)區(qū)，西北干旱區(qū)和青藏高寒地區(qū)的交匯和過度地帶，在長期的墾殖過程中，生態(tài)環(huán)境逐年惡化，植被破壞與水土流失問題嚴(yán)峻。因此，本文采用2013—2016年4年夏季的Landsat8影像，分析寧夏自治區(qū)植被生長狀態(tài)的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化，旨在為寧夏自治區(qū)的環(huán)境監(jiān)測及城市規(guī)劃提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

寧夏自治區(qū)位于中國西部黃河上游，東鄰陜西省，西、北部接內(nèi)蒙古自治區(qū)，西南、南部和東南部與甘肅省相連。地理坐標(biāo)為104°E～107°E、35°N～39°N，總面積約為6.6萬km2。由西北東三面分別由騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠和毛烏素沙地相圍，南面與黃土高原相連。地形南北狹長，地勢南高北低。屬于溫帶干旱區(qū)，全年平均氣溫在5～9℃，降水量南多北少，大都集中在夏季，常年干旱，年降水量大約在300mm左右。區(qū)內(nèi)包含山脈、高原、平原和丘陵等多種地貌，形成了豐富的自然景觀。

2 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

數(shù)據(jù)來源為美國NASA的Landsat8，全國行政區(qū)劃矢量圖，以及空間分辨率為30m的DEM?？紤]到寧夏的實(shí)際情況及植被長勢等情況，所用Landsat影像都是夏季的。

數(shù)據(jù)預(yù)處理包括影像的輻射定標(biāo)、大氣校正、幾何校正及圖像拼接裁剪等。輻射定標(biāo)和大氣校正是消除大氣散射，吸收和反射引起的誤差。幾何校正主要是為了消除由衛(wèi)星傳感器性能及地球曲率、地形起伏、地球旋轉(zhuǎn)等因素影響所產(chǎn)生的幾何形變[3-5]。

3 信息提取

植被的光譜特征是藍(lán)光和紅光波段有吸收，綠色與近紅外有反射峰，植被覆蓋度越高，紅光反射越小，近紅外反射越大，歸一化植被指數(shù)NDVI利用植被的光譜特征，強(qiáng)化紅光和近紅外波段的差別，以達(dá)到描述植被生長狀態(tài)與植被覆蓋度的目的[6]。

4 植被動(dòng)態(tài)分析

根據(jù)寧夏自治區(qū)DEM，將寧夏分為低海拔、中海拔和高海拔地區(qū)，海拔在0～1400m之間為低海拔地區(qū)，主要集中在寧夏石嘴山市、銀川市、吳忠市市區(qū)、青銅峽市等；海拔在1400～1900m之間為中海拔地區(qū)，包括中衛(wèi)縣、鹽池縣、同心縣、固原縣等；海拔在1900～3528m之間為高海拔地區(qū)，主要包括西吉縣、隆德縣及涇源縣等。低海拔地區(qū)地勢平緩，主要是沖積平原及引黃灌區(qū)，地勢平坦，土壤肥沃，素有“塞上江南”的美譽(yù)，植被主要以荒漠草原和農(nóng)作物為植被覆蓋。中海拔地區(qū)集中在中部干旱帶，干旱少雨，風(fēng)大沙多，土地貧瘠，生存條件較差，主要是黃河的沖積平原，沙漠和山地，植被主要以沙生，旱生草原植被為主。高海拔地區(qū)集中在南部山區(qū)，丘陵起伏，溝壑縱橫，部分地域陰濕高寒，植被主要以針葉林、落葉闊葉林、禾草雜草等為主要覆蓋。

由NDVI的結(jié)果分別統(tǒng)計(jì)得出全區(qū)及低、中、高海拔地區(qū)四年的NDVI最大值（見表1），折線圖見圖3。

由表1及圖2可以的得出以下結(jié)論：（1）根據(jù)NDVI結(jié)果統(tǒng)計(jì)可以得到從2013年到2016年的植被生長狀態(tài)持續(xù)保持增長，增長速度略有減緩。（2）從整體上看，植被的覆蓋度低海拔地區(qū)>高海拔地區(qū)>中海拔地區(qū)。這是因?yàn)橹泻０蔚貐^(qū)主要集中在寧夏的中部，中部土地貧瘠，干旱少雨，不利于植被的生長，植被主要也以沙生旱生的植被為主，而低海拔地區(qū)處于黃河的引灌區(qū)，土地肥沃，地勢平坦，利于農(nóng)作物的生長，高海拔地區(qū)主要為溫帶大陸性氣候，氣候溫和，光照資源豐富，境內(nèi)的六盤山國家森林公園既有水平地帶性的森林、草原，又有山地植被垂直帶譜中出現(xiàn)的低山草甸草原、闊葉混交林、針闊混交林、闊葉矮林等，植被豐富，生態(tài)環(huán)境良好。（3）從整體上看，中海拔地區(qū)NDVImax整體處于下降趨勢，這一結(jié)果表明，中部地區(qū)的荒漠化依然處于嚴(yán)峻狀態(tài)，植被退化嚴(yán)重，雖然取得了一定的成績，但總體還是處于生態(tài)環(huán)境極度脆弱的狀態(tài)。（4）高海拔地區(qū)及中海拔地區(qū)NDVImax處于上漲趨勢。

5 結(jié)論

從全區(qū)及高低海拔地NDVImax上漲，可以明確得出寧夏自治區(qū)的植被生長狀態(tài)呈上升趨勢，植被覆蓋度提高，這些年來采取封山禁牧、退耕還林草，制止采集銷售發(fā)菜、亂挖甘草和麻黃草等行為，建設(shè)綠色長廊等大型生態(tài)環(huán)境工程的治理措施及依托國家三北防護(hù)林、退耕還林、天然林保護(hù)等重點(diǎn)林業(yè)工程，從減少人為的植被破壞，加大人工造林的力度等方面，開展了寧夏的荒漠化治理，并取得了明顯的成效，生態(tài)環(huán)境正在進(jìn)一步得到改善。但不可忽視的是，寧夏的荒漠化治理還需我們的共同努力，不可以輕易放松對(duì)環(huán)境的監(jiān)測及治理。

參考文獻(xiàn)

[1]王正興，劉闖，Huete A R.植被指數(shù)研究進(jìn)展：從AVHRR-NDVI 到MODIS-EVI[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，23（5）：980-987.

[2]丁寶章，王遂義，葉永忠.河南植物志[M].鄭州：河南人民出版社，1998.

[3]孫家抦，舒寧，關(guān)澤群.遙感原理，方法和應(yīng)用[M].北京：測繪出版社，1999.

[4]萬發(fā)貫，柳健，文灝.遙感圖像數(shù)字處理[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，1991.

[5]梁順林.定量遙感[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[6]LYON J G，YUAN D.LUNETTA R S，et al.A change detection experiment using vegetation indices[J].Photogram metric Engineering and Remote Sensing，1998，64（2）；143-150.

（責(zé)編：張宏民）