基于RS和GIS的雅安市植被覆蓋度與地形因子相關分析

陳家良 夏建國 余雨紅

摘要 以雅安市為研究區(qū)，以2001、2009和2016年相同時像的Landsat遙感影像為數據源，采用基于植被指數的像元二分法分別計算雅安市的植被覆蓋度，并且結合DEM數據，分析不同海拔帶、坡度帶和坡向的植被覆蓋分布及變化特征。結果表明，雅安市植被覆蓋度2001—2016年不斷遞增;在海拔0～3 000 m區(qū)域植被覆蓋度較高，在海拔>3 000 m地區(qū)，植被覆蓋度依次降低。研究區(qū)植被覆蓋度具有明顯的坡度分宜特征，總體上呈現出隨坡度的增加植被覆蓋度先增加后減少的特征。研究區(qū)域總體來看陰坡、半陰坡、陽坡、半陽坡4個坡相植被覆蓋度差異不顯著，陰坡植被覆蓋度較高。

關鍵詞 植被覆蓋度;RS;GIS;海拔;坡度;坡向;相關分析;雅安市

中圖分類號 X87 ?文獻標識碼 A ?文章編號 0517-6611（2020）05-0088-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.05.024

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract With a research on Yaan City and the data collection of landsat remote sensing images of the same time in 2001，2009 and 2016， the vegetation coverage of Yaan City had been calculated by the dichotomy of pixels based on vegetation index.And combined with DEM data， the distribution and change characteristics of vegetation cover in different altitude zones， slope zones and aspect were analyzed.The results showed that the vegetation coverage in Yaan City increased continuously from 2001 to 2016.The areas with altitude between 0 m and 3 000 m had a higher vegetation coverage while the vegetation coverage of areas with more than 3 000 m altitude reduces gradually. The vegetation coverage in Yaan City also showed an obvious gradient characteristic， which the vegetation coverage increases first and then decreases among increased slope gradients. In terms of this area， there was a slight difference about the vegetation coverage of four slope facies， including shady slope， semishady slope， sunny slope and semisunny slope， with relatively high vegetation coverage on the shady slope.

Key words Vegetation coverage;RS;GIS;Altitude;Gradient;Aspect;Correlation analysis;Yaan City

植被作為陸地生態(tài)系統的主體，是連接土壤、大氣和水分的紐帶，在維持氣候、保持水土、調節(jié)大氣和整個生態(tài)系統穩(wěn)定等方面都具有特別重要的作用[1]。植被覆蓋度是植被的直觀量化指標，在特別大的程度上反映了植被的基本情況，是研究氣象、水文、生態(tài)等方面區(qū)域或全球性問題的基礎數據[2-3]。遙感技術作為對地觀測的強有力工具，其數據源具有在空間與時間上的絕對優(yōu)勢，因而成為植被覆蓋動態(tài)監(jiān)測及全球變化研究的有效手段[4-5]，特別在大尺度土地利用與植被覆蓋變化規(guī)律的研究方面。隨著遙感技術的發(fā)展，對植被覆蓋動態(tài)監(jiān)測成為定量遙感技術的發(fā)展方向之一。遙感與地理信息為快速獲取大范圍、多時相的地表信息和高效的處理地物空間關系提供了可能[6]。利用多源遙感對植被變化進行動態(tài)監(jiān)測大大提高了植被監(jiān)測精度[7]。植被覆蓋度的變化在防治區(qū)域干旱、風沙等自然危害以及改良區(qū)域氣候方面有著重要的作用[8]。

地形特征是一個包括海拔、坡向和坡度等因子的多維變量，它不僅決定光、熱、水、土壤等植被生境中其他要素的空間分布，而且還是直接影響植被垂直帶譜、群落分布以及種群格局的主導因子[9]。目前，利用地形特征的差異性來揭示植被空間分布規(guī)律以及了解自然因素對植被分布的影響已經在景觀和群落尺度的植被格局分析中引起關注，逐漸成為植被生態(tài)學研究的一個重點領域[10]。

通過植被覆蓋度與地形因子的研究，可以得到坡度、坡向、高程和植被覆蓋度的關系，更加直觀地了解研究區(qū)的植被覆蓋情況，對研究區(qū)的生態(tài)保護、綠化工程等都有重要作用，有利于研究區(qū)的環(huán)境生態(tài)保護。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

雅安市位于四川盆地西部邊緣，長江上游，域跨28°51′10″～30°56′40″N、101°56′26″～103°23′28″E，東北鄰成都市、東鄰眉山市、東南鄰樂山市、西連甘孜藏族自治州，南界涼山彝族自治州、北接阿壩藏族羌族自治州，面積共 15 314 km2，人口 153萬。氣候屬亞熱帶濕潤季風氣候，年均降雨量900～1 800 mm。全市北、西、南地勢較高、東部地勢較低。西北、西南邊緣地帶的極高山終年積雪。大渡河、青衣江是雅安市的主要河流，其大小支流有近百條。

1.2 數據來源

數據主要來源于中國資源衛(wèi)星應用中心、遙感圖像數據庫、地理空間數據云、國際科學數據服務平臺，影像數據主要包括雅安市2001年5月Landsat 5、2009年5月Landsat 5、2016年5月Landsat 8的遙感影像數據，以及雅安市GDEM（30 m分辨率）DEM影像。

1.3 數據處理和研究方法

1.3.1 幾何校正。

以雅安市谷歌地形圖為基準，選地面同名地物作為控制點，配準獲取的影像資料圖;用三角網格方法，經雙線性內插進行幾何校正，校正精度優(yōu)于1個像元。以校正后的影像作為基準影像，同法校正其余影像，校正精度優(yōu)于0.5個像元。

1.3.2 植被覆蓋度的研究方法。

通過植被指數信息提取和估算建立相應模型，再利用NDVIveg值和NDVIsoil值縮減影響誤差，最終通過疊加分析獲得植被覆蓋度的變化情況。

1.3.3 地貌要素對植被覆蓋變化的影響。

運用SPSS軟件對2001、2009和2016年植被覆蓋度3年均值分別與海拔、坡度、坡向進行相關性分析。

運用ArcGIS對雅安市DEM影像海拔按照0～2 000、>2 000～3 000、>3 000～4 000、>4 000～5 000及>5 000 m以上分成5類，然后用2001、2009和2016年3年均值植被覆蓋圖和分段海拔專題圖進行疊加統計，得到植被覆蓋變化與海拔的相關關系。

運用ArcGIS使雅安市DEM影像生成坡度（S）文件，分成0°≤S<5°、5°≤S<8°、8°≤S<15°、15°≤S<25°、25°≤S<45°、45°≤S<90°，并與3年均值植被覆蓋專題圖進行疊加統計分析，得到坡度與植被覆蓋變化的相關關系。

運用ArcGIS由雅安市DEM影像生成坡向文件，分為陰坡、陽坡、半陰坡、半陽坡4個分類，在坡向數據分級中，以正北方向為0°，按照45°夾角，順時針計算劃分為北坡（337.5°～22.5°）、東北坡（22.5°～67.5°）、東坡（67.5°～112.5°）、東南坡（112.5°～157.5°）、南坡（157.5°～202.5°）、西南坡（202.5°～247.5°）、西坡（247.5°～292.5°）、西北坡（292.5°～337.5°），南、西南為陽坡;北、東北為陰坡;西、東南為半陽坡;西北、東為半陰坡。并與3年均值植被覆蓋專題圖進行疊加統計分析，得到植被覆蓋變化與坡向的相關關系。

2 結果與分析

2.1 植被覆蓋度總體變化特征

在參考相關文獻的基礎上，結合雅安市特有的生態(tài)環(huán)境特點，將植被覆蓋度等級劃分成5級進行研究：Ⅰ級高植被覆蓋度，Fc≥0.7;Ⅱ級中植被覆蓋度，0.5≤Fc<0.7;Ⅲ級中低植被覆蓋度，0.3≤Fc<0.5;Ⅳ級地植被覆蓋度，0.1≤Fc<0.3;Ⅴ級裸地植被覆蓋度，Fc<0.1。

從圖1可以看出，雅安市植被覆蓋度總體較高，研究區(qū)中部植被覆蓋度總體來說較高，西北邊緣植被覆蓋度較低。2001—2016年研究區(qū)植被覆蓋度總體上在不斷增加，其中，據表1可得Ⅰ級植被覆蓋區(qū)域面積增加159 029.6 hm2，增幅為59.61%，呈主導上升趨勢;Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級和Ⅴ級區(qū)域面積分別減少60 373.3、75 266.7、13 993.8和9 395.8 hm2，分別降低為6.59%、29.92%、23.61%和90.38%。

從不同時段來看，研究區(qū)域內植被覆蓋度的變化特征也不同，2001—2009年研究區(qū)植被度蓋度總體呈現緩慢上升的變化特征，表現在低植被覆蓋區(qū)域面積減少，尤其Ⅴ級降幅顯著，面積減少6 597.10 hm2，降幅為63.46%;Fc≥0.5植被覆蓋度面積都有不同程度的增加，但增幅不顯著;研究區(qū)植被覆蓋度呈緩慢上升趨勢，特別是1998年長江下游發(fā)生了重大洪水災害，人們逐漸意識到河流上游地區(qū)植被保護與生態(tài)環(huán)境建設的重要性，退耕還林政策和天然林保護等國家級工程開始實施，大面積的植樹造林和植被保護，亂砍濫伐現象減少，以及公益林補貼政策，使其該研究區(qū)植被覆蓋度呈現增長趨勢。

2009—2016年研究區(qū)植被覆蓋度總體呈現急劇上漲趨勢，其中Ⅰ級面積增加了15 0633.3 hm2，增幅為54.74%;Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級和Ⅴ級區(qū)域面積分別減少66 770.4、71 368.4、8 796.1和2 798.7 hm2，分別降低7.23%、28.81%、16.27%和73.68%（表1）。在此研究時段，國家對植被保護更加高度重視，退耕還林政策的進一步實施以及前幾批植樹造林的成林，且隨著時代進步，人們植被保護的意識有所提高，濫砍亂伐的行為得以顯著減少，使得研究區(qū)植被覆蓋度比前十幾年上升得更快。

2.2 不同海拔帶植被覆蓋度分布及變化特征

SPSS相關性結果顯示，植被覆蓋度與海拔、坡度、坡向呈極顯著相關關系，相關系數分別為-0.371、0.043、0.036。雅安市東部海拔較低，西北和西南海拔較高，全市海拔總體較高，2 000～4 000 m海拔區(qū)域分布廣泛（圖2、圖3）。雅安北部邛崍山脈南延到西部二郎山，與北部南延的夾金山會合。南部和東南部有大相嶺與小相嶺。西南、西北邊緣地帶分布極高山，海拔為5 793 m的無名山頂是該市最高峰。雅安市中山面積總達69%，面積大，分布廣泛。低山僅占4%，主要在雨城區(qū)和名山區(qū)一帶。河谷兩側多為丘陵與平壩，占總面積的6%。

從表2可看出，海拔低于3 000 m區(qū)域植被覆蓋度較高，Ⅰ、Ⅱ級植被覆蓋度占比分別高達27%和67%，海拔0～2 000 m區(qū)域的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級植被覆蓋度面積占比比海拔2 000～3 000 m區(qū)域高;在海拔>3 000 m區(qū)域，植被覆蓋度依次降低，總體來看植被覆蓋度較低。在海拔>5 000 m區(qū)域，Ⅰ、Ⅱ級植被覆蓋度已經沒有面積占比，Ⅴ級占比最高，達42.86%。不同的海拔帶，受到不同程度的水熱分配條件和不同程度人類活動的影響，植被覆蓋度就會有所不同。在海拔差異大的多山地區(qū)，隨著高程的升高，植被會呈現明顯的垂直地帶性分布[11]。降水、氣溫和人類活動是造成植被覆蓋度變化的主要因素，而在人類活動比較少量的地區(qū)，影響植被覆蓋度短期或長期變化的主要是氣象因子[12-13]。在研究區(qū)域內，海拔相對較低區(qū)域（0～3 000）m，水熱條件較好，退耕還林地較多，植被覆蓋度較高，但低海拔區(qū)域同時受到人類農業(yè)和工業(yè)活動的影響，城市及周邊區(qū)域植被覆蓋度較低;而高海拔地區(qū)水熱條件不足，且易受冰雪天氣影響，冬季常年積雪，植被生長條件不好，故而植被覆蓋度較低。

2.3 不同坡度帶植被覆蓋度分布及變化特征

在大尺度上，地形因素特別是坡度因子參與水分再分配的過程，并在再分配過程中對土壤鹽分和水分進行控制，從而影響植被生長[14]。不僅如此，坡度還影響其他有機質和能量流動方向和方式，改變土壤特性研究區(qū)坡度信息[15]。從圖4可看出，雅安市坡度主要在8°～45°，占全市總面積的83.27%。0°～8°面積占比為7.52%，而大于45°面積占比僅有9.21%，總體來看雅安市地形起伏較大，平地較少。研究區(qū)的植被覆蓋度具有明顯的坡度分宜特征，總體上呈現出隨坡度的增加植被覆蓋度先增加后減少的特征。由表3可知，Ⅱ級植被覆蓋度在6個坡度區(qū)間占比都是最大，其次為Ⅰ級，再者依次為Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ。Ⅰ級植被覆蓋度在0°～45°面積占比依次提高，在>45°區(qū)間，面積占比有所下降;Ⅱ、Ⅲ級植被覆蓋度隨坡度增大依次遞減，Ⅱ級植被覆蓋度在0°～5°面積占比最大，為70.28%;而Ⅳ、Ⅴ級植被覆蓋度面積占比隨坡度的增加占比依次增加。

這說明研究區(qū)植被覆蓋的坡度分異特征很明顯，地勢平緩的地區(qū)受人口分布、工農業(yè)分布的影響較大，植被覆蓋度相對較低;坡度較陡的區(qū)域由于受人類影響較小，植被生長環(huán)境自然，覆蓋度較高;而坡度陡的區(qū)域因其受地形影響，植被覆蓋度有一定程度的降低。

2.4 不同坡向帶植被覆蓋度分布及變化特征

坡向一定程度上決定了區(qū)域的光照條件及水熱狀況，從表4來看，研究區(qū)域總體來看陰坡、半陰坡、陽坡、半陽坡4個坡相植被覆蓋度差異不顯著，Ⅰ、Ⅱ級植被覆蓋度面積比例大致來看陰坡>半陰坡>半陽坡>陽坡，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級植被覆蓋度面積比例大致來看陽坡>半陽坡>半陰坡>陰坡。總結來看，研究區(qū)陰坡植被覆蓋度較高一些，陰坡溫度較低，水分蒸發(fā)量較少，土壤腐殖質層較厚，土層厚度較大，植被生長狀況較好，植被覆蓋度較高。

3 結論

（1）總體來看，雅安市植被覆蓋度較高，植被覆蓋度總體狀況較好，其植被覆蓋度2001—2016年不斷增長，2001—2009年研究區(qū)植被度蓋度總體呈現緩慢上升的變化特征;2009—2016年研究區(qū)植被覆蓋度總體呈現急劇上升趨勢。

（2）雅安市植被覆蓋垂直分異特征顯著，在海拔0～3 000 m區(qū)域植被覆蓋度較高，在海拔>3 000 m地區(qū)，植被覆蓋度依次降低。

（3）研究區(qū)的植被覆蓋度具有明顯的坡度分宜特征，總體上呈現出隨坡度的增加植被覆蓋度先增加后減少的特征。

（4）研究區(qū)域總體來看陰坡、半陰坡、陽坡、半陽坡4個坡相植被覆蓋度差異不顯著，陰坡植被覆蓋度較高。

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