安慶市2007—2016年植被覆蓋度時(shí)空動(dòng)態(tài)分析研究

趙 陽，黎 慧，王先霞

（阜陽師范學(xué)院歷史文化與旅游學(xué)院，安徽阜陽236037）

通過研究某區(qū)的植被覆蓋度來分析該區(qū)的植被變化情況，對(duì)該區(qū)制定生態(tài)環(huán)境保護(hù)、發(fā)展策略以及制定區(qū)域的發(fā)展規(guī)劃等都具有十分重要的意義。有很多方法可以估算植被覆蓋度，例如傳統(tǒng)的地面測量法、基于遙感影像的提取方法、植被指數(shù)轉(zhuǎn)換等[1-3]。遙感監(jiān)測能夠同步獲取大范圍內(nèi)的遙感信息，數(shù)據(jù)精度高，因此，基于遙感影像的提取方法克服了傳統(tǒng)地面測量法的許多不足[4]。植被指數(shù)轉(zhuǎn)換法常被認(rèn)為是計(jì)算植被覆蓋度的主要方法，該方法根據(jù)遙感影像判斷植被類型并對(duì)植被的分布特征進(jìn)行分析，然后構(gòu)建歸一化植被指數(shù)（NDVI）與植被覆蓋度之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系[5]。NDVI可以通過ERDAS或ENVI軟件實(shí)現(xiàn)。國內(nèi)一些學(xué)者對(duì)各地的植被覆蓋度及其變化進(jìn)行了深入的研究，對(duì)其概念、特征、類型劃分和變化原因等進(jìn)行了探究，并得出了一定的理論結(jié)果。

安慶市坐落在安徽省西南部，地處北緯29°47′～31°16′、東經(jīng) 115°45′～117°44′之間。全市共有7縣1市3區(qū)（樅陽縣2016年劃到銅陵市，因此，2016年后安慶市只有6個(gè)縣級(jí)行政區(qū)），土地總面積為1.54萬平方公里（如圖1）。安慶市為亞熱帶季風(fēng)季候，這種氣候類型的典型特點(diǎn)是夏季濕潤多雨、全年雨量充沛、熱量充足，因此非常適宜發(fā)展農(nóng)林牧漁業(yè)。本文將基于ERDAS軟件對(duì)所獲取的14景遙感影像進(jìn)行處理，計(jì)算安慶市2007年和2016年的植被覆蓋度，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析安慶市2007—2016年植被覆蓋度的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化特征，為安慶市的生態(tài)發(fā)展規(guī)劃提供有效建議。

圖1 安慶市行政區(qū)劃圖

1 安慶市植被覆蓋度的計(jì)算

1.1 遙感數(shù)據(jù)的獲取與數(shù)據(jù)預(yù)處理

選擇遙感影像時(shí)要綜合考慮各方面因素：要選擇相同類型的衛(wèi)星遙感影像；要想得到安慶市完整的遙感影像圖，必須通過多副影像的拼接合成，通過與安慶市行政區(qū)劃矢量圖進(jìn)行掩膜處理操作，才能得到完整的安慶市遙感影像圖；除了獲取遙感影像圖外，還需要安慶市的行政區(qū)劃矢量圖，此矢量圖由ArcGIS軟件操作獲得。7、8月份是植物生長茂盛的時(shí)期，選擇7、8月份的Landsat遙感影像圖，有利于獲得植被的信息，因此，從遙感數(shù)據(jù)共享網(wǎng)統(tǒng)一下載衛(wèi)星遙感影像作為源數(shù)據(jù)，主要包括2007年7景Landsat 5安慶市遙感影像和2016年7景Landsat 8遙感影像圖，共14景。

獲取到衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)后，要進(jìn)行一系列預(yù)處理工作，如對(duì)遙感影像進(jìn)行大氣校正、輻射校正、幾何校正等處理（先進(jìn)行輻射校正，再進(jìn)行幾何校正）[3]。首先，利用ERDAS將2007年7個(gè)波段的遙感影像合成一副影像；然后，對(duì)其進(jìn)行遙感影像預(yù)處理操作；最后進(jìn)行植被指數(shù)提取。應(yīng)用ArcGIS軟件將安慶市行政區(qū)劃矢量圖層轉(zhuǎn)為柵格圖層，將提取好的2007年植被指數(shù)圖層導(dǎo)入到ArcGIS中，點(diǎn)擊“按掩膜提取”工具，將安慶市行政區(qū)劃矢量圖與操作好的2007年安慶市植被指數(shù)圖進(jìn)行切割，得到2007年安慶市植被指數(shù)分布圖。然后使用ArcGIS軟件工具欄中的柵格計(jì)算器工具，輸入植被覆蓋度常用的計(jì)算公式（下文（2）式），得到安慶市2007年植被覆蓋度的分布圖，并制作成專題圖。為了數(shù)量化表示安慶市10年間植被覆蓋度的變化，還需對(duì)計(jì)算出的植被覆蓋度分布圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)面積的計(jì)算操作。2016年植被覆蓋度的操作流程與2007年的相同。

1.2 植被覆蓋度的提取

植被指數(shù)是反映植被的長勢、地區(qū)生物量等指示意義的數(shù)值[5]。歸一化植被指數(shù)是利用近紅外波段與紅光波段灰度值之差，除以近紅外波段與紅光波段灰度值之和[5]。

在植被遙感中，若想得到某區(qū)的植被覆蓋度數(shù)值，首先要基于遙感影像計(jì)算出該區(qū)的歸一化植被指數(shù)（NDVI），然后再來研究該區(qū)域的植被生長狀況。植被指數(shù)作為衡量地區(qū)生態(tài)環(huán)境的重要指標(biāo)之一，它能很好地反映出植被的生長狀態(tài)，精確地估算出植被覆蓋度。NDVI和植被覆蓋度計(jì)算出的取值范圍都是0～1，數(shù)值越接近1，說明植被覆蓋度越高、植被覆蓋率也越高，從而反映出該區(qū)的植被生長狀況越好、生態(tài)環(huán)境越優(yōu)越。

植被指數(shù)的計(jì)算公式為

INDVI為歸一化植被指數(shù)值，IR為紅外波段的灰度值，INIR為近紅外波段的灰度值。

植被覆蓋度指植被的重要投影面積占據(jù)地面總面積的比例，植被覆蓋度的取值范圍通常為0～1，數(shù)值越大，表明植被覆蓋度越高[6]。植被覆蓋度的計(jì)算公式[7]：

其中，F(xiàn)v為像元的植被覆蓋度，INDVI為像元的植被指數(shù)數(shù)值，INDVIveg和INDVIsoil分別為植被覆蓋部分和非植被覆蓋部分的數(shù)值[7]。在植被覆蓋度的計(jì)算過程中，INDVIveg和INDVIsoil這兩個(gè)指標(biāo)的取值非常關(guān)鍵，將會(huì)直接影響到植被覆蓋度的估算結(jié)果。在實(shí)際工作中，因?yàn)楹茈y同時(shí)監(jiān)測到大面積的地表實(shí)測數(shù)據(jù)，所以，通常需要對(duì)統(tǒng)計(jì)出的NDVI數(shù)值劃分出一個(gè)區(qū)間，分別將該區(qū)間內(nèi)的最大值作為NDVIveg的值，最小值作為NDVIsoil的值，然后利用（2）式估算植被指數(shù)。

理論上來說，NDVIveg（植被指數(shù)最大值）和NDVIsoil（植被指數(shù)最小值）的值是固定不變的，但是在實(shí)際測量中，NDVIveg和NDVIsoil的值會(huì)受到諸多因素的影響，例如，植被的類型、所處的季

圖2 安慶市2007年植被覆蓋度分布圖

1.3 植被覆蓋度等級(jí)劃分

基于ArcGIS軟件里的重分類工具分別對(duì)2007年和2016年安慶市的植被覆蓋度圖像做重分類操作，劃分為6級(jí)。具體劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1。然后對(duì)6種不同級(jí)別的植被覆蓋度圖相應(yīng)賦予不同的顏色，生成不同級(jí)別植被覆蓋度圖像；再對(duì)其進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，插入圖例、比例尺并調(diào)整大小；最后導(dǎo)出地圖，得到完整的植被覆蓋度分布圖。

表1 植被覆蓋度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.4 植被覆蓋度面積計(jì)算

為了更好地說明安慶市2007—2016年10年節(jié)以及植物背景即土壤因素存在差異等[8]。NDVIsoil理論上應(yīng)為裸露地表的植被指數(shù)，其值應(yīng)接近于零，但由于被測量的地區(qū)不同或者同一地區(qū)衛(wèi)星的監(jiān)測時(shí)間不同，不同地區(qū)或者同一地區(qū)不同時(shí)間的地表濕度、土壤類型、土壤粗糙度等各不相同，所以，NDVIsoil值會(huì)發(fā)生變化。不能簡單地將計(jì)算出的植被指數(shù)最大值作為NDVIveg的值，而將NDVIsoil取0值。正因如此，本文統(tǒng)一取0.05和0.95分別作為NDVIveg和NDVIsoil值，然后依據(jù)ERDAS和ArcGIS軟件，操作出2007年和2016年安慶市的植被覆蓋度分布圖，如圖2和圖3所示。來植被覆蓋狀況的變化，本文應(yīng)用ArcGIS分別計(jì)算2007年和2016年安慶市植被覆蓋度分布圖的面積字段，從而得到各等級(jí)植被覆蓋度的面積大小。通過比較各等級(jí)植被覆蓋度的面積，來分析比較安慶市10年來的植被覆蓋度時(shí)空變化特征。

圖3 安慶市2016年植被覆蓋度分布

2 結(jié)果與分析

2.1 安慶市植被覆蓋度的時(shí)間變化

根據(jù)上文所得安慶市2007年和2016年植被覆蓋度各等級(jí)分布圖，可以觀察到安慶市2007—2016年植被覆蓋度10年間的變化。從表2可以看出，2007年植被覆蓋度的面積為5 900.58 km2，2016 年為 7 083.60 km2，增加了 1 183.02 km2，其中，2007年極低、低等級(jí)植被覆蓋度面積和為3 528.09 km2，2016年下降到 2 280.58 km2。安慶市10年來植被覆蓋度的面積總體呈增加趨勢，極低、低植被覆蓋度的面積顯著減少，減少了1 247.51 km2，中、中高以及高植被覆蓋度面積增加了2 030.53 km2。中、中高以及高植被覆蓋度的面積在2007年為2 372.49 km2，2016年增加到4 403.02 km2，低等級(jí)的植被覆蓋度區(qū)域都漸漸發(fā)展到高植被覆蓋的行列。

表2 各等級(jí)植被覆蓋度面積變化（單位：km2）

2.2 安慶市植被覆蓋度的空間變化

差值圖像法是指對(duì)兩個(gè)不同時(shí)相遙感圖像之間通過減法或者加權(quán)減法運(yùn)算生成的圖像[9]。為了分析安慶市植被覆蓋度空間變化的情況，在EDARS里利用差值圖像法對(duì)安慶市2007年和2016年兩期不同時(shí)相植被覆蓋度圖像進(jìn)行差值運(yùn)算。從圖像上可以觀察到，安慶市整個(gè)行政區(qū)域范圍內(nèi)植被覆蓋度面積相對(duì)于2007年都增加了，中、中高以及高植被覆蓋度的面積顯著增加，大部分區(qū)域植被覆蓋度都由低等級(jí)變?yōu)楦叩燃?jí)。其中桐城縣、岳西縣、太湖縣、潛山縣增加最多。這種結(jié)果表明安慶市10年來在環(huán)境保護(hù)、生態(tài)恢復(fù)上做了不少工作，政府注重對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

3 結(jié)論

本文利用植被指數(shù)轉(zhuǎn)換法，得到安慶市2007和2016年的植被覆蓋度圖，綜合分析了這10年間安慶市植被覆蓋度的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化。研究表明，安慶市植被覆蓋度呈增長趨勢，這表明安慶市在促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中注重對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，這種規(guī)劃是科學(xué)合理的。但是空間分布上出現(xiàn)了不均衡的現(xiàn)象，這對(duì)安慶市今后的發(fā)展規(guī)劃起到了警示作用。市區(qū)也要加大植被覆蓋的比例，采取措施保護(hù)好生態(tài)環(huán)境，注重城市的綠化設(shè)施建設(shè)。政府部門及相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)要提供資金和技術(shù)支持，使安慶市在發(fā)展的過程中，既能保護(hù)經(jīng)濟(jì)繁榮發(fā)展，又能保護(hù)和重建生態(tài)環(huán)境。

[1]龔建周,夏北成.廣州市1990—2005年植被覆蓋度的時(shí)空變化特征[J].生態(tài)環(huán)境,2006,15(6)：1289-1293.

[2]陳效逑,王恒.1982—2003年內(nèi)蒙古植被帶和植被覆蓋度的時(shí)空變化[J].地理學(xué)報(bào),2009(1):84-94.

[3]隋悅,鹿琳琳,張熙,等.2000-2013年新疆植被覆蓋變化多尺度遙感分析[J].氣象與環(huán)境科學(xué),2016,39(3)：1-8.

[4]王愛蕓,陸馳.昆明市植被覆蓋變化特征分析：基于Landsat遙感影像數(shù)據(jù)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2015(18)：326-328.

[5]趙英時(shí).遙感應(yīng)用分析原理與方法[M].北京：科學(xué)出版社,2013.

[6]熊春泥.基于遙感的廣州市2005-2014年植被覆蓋度時(shí)空動(dòng)態(tài)分析[J].城市環(huán)境與城市生態(tài)，2015,(4)：7-10.

[7]李雄飛.基于遙感技術(shù)的西安市植被變化特真二像分析[J].陜西水利,2014(1)：140-141.

[8]邢著榮,馮幼貴,楊貴軍,等.基于遙感的植被覆蓋度估算方法述評(píng)[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用,2009,24（6）：849-854.

[9]李京忠,劉詠梅,馮非凡,等.河南省植被覆蓋度的時(shí)空變化特征[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2015(16):3908-3910.

[10]安慶市人民政府.安慶市2006—2020年土地利用總體規(guī)劃（大綱）[S].安慶：安慶市人民政府,2009.