延安市2008年-2018年植被覆蓋度的變化比較分析

李光輝 董耀 劉冰 楊志 程繼峰 王海俠

摘要：研究分別使用2008年及2018年兩個年份的Landsat數(shù)據(jù)，經(jīng)過遙感圖像的預處理，根據(jù)歸一化植被指數(shù)（NDVI）近似估算植被覆蓋度的原理，分別估算2008年及2018年的植被覆蓋度并對植被覆蓋度進行了五種等級區(qū)分。通過比較兩期植被覆蓋度的五種等級的面積，分析了植被覆蓋度五種等級的變化情形及轉(zhuǎn)化程度。最后進一步闡述了2018年以來延安市五種等級植被覆蓋度分布區(qū)域的特征。

關鍵詞：Landsat數(shù)據(jù);植被覆蓋度;植被覆蓋度等級

中圖分類號：P90 ? ?文獻標志碼：A

一、引言

植被作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要成分之一，對陸地氣候變化具有重要調(diào)節(jié)作用，因而對植被信息的監(jiān)測具有重要的生態(tài)和社會意義[1]。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。植被覆蓋度是描述地表植被的重要參數(shù)與生態(tài)環(huán)境的基本指標，在大氣圈土壤圈水圈和生物圈中都占據(jù)著重要的地位[2]。植被覆蓋度是土地覆蓋的最主要部分，是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境變化的重要指示，因此獲取地表植被覆蓋度變化信息，對于揭示地表空間變化規(guī)律，探討其變化因素，分析區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重要意義[3]。

遙感技術是獲取植被覆蓋信息的主要手段，估算方法主要有回歸模型法、混合像元分解法及機器學習法等方法[4]。張燦等[5]基于Landsat影像構(gòu)造了四端元（植被-高反射率地物-低反射率地物-土壤）模型，并以此建立LSMM來分析丘陵區(qū)植被覆蓋情況，取得較好的結(jié)果。

通過使用延安市2008年及2018年的Landsat數(shù)據(jù)反演了兩期期的植被覆蓋度，并對反演后的植被覆蓋度進行比較，得出了從2008年到2018年延安市植被覆蓋度的變化趨勢是低覆蓋度的面積不斷地減少，高覆蓋度的面積不斷地增加的漸進變化趨勢。

二、研究區(qū)概況

研究選擇的區(qū)域為延安市。延安市位于陜西省北部，地處黃河中游，黃土高原的中南地區(qū)，西安以北371千米。市境介于北緯35°21′—37°31′，東經(jīng)107°41′—110°31′之間，總面積37037平方千米。

三、研究方法

1.數(shù)據(jù)來源

根據(jù)需要分別下載2008年及2018年的landsat影像數(shù)據(jù)，每一期最少需要5景影像才能完全覆蓋延安市。2008年的數(shù)據(jù)為landsat5的L4產(chǎn)品數(shù)據(jù);2018年的數(shù)據(jù)為landsat8 OLI的L4產(chǎn)品數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)選擇了5-10月份之間的無云或少云數(shù)據(jù)。

2.數(shù)據(jù)預處理

數(shù)據(jù)預處理包括幾何校正、輻射定標大氣校正、圖像鑲嵌、圖像裁剪等。

3.植被覆蓋度

（1）植被覆蓋度的計算

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[6]。植被覆蓋度常用于植被變化、生態(tài)環(huán)境研究、水土保持、氣候等方面。

目前已經(jīng)發(fā)展了很多利用遙感測量植被覆蓋度的方法，較為實用的方法是利用植被指數(shù)近似估算植被覆蓋度，常用的植被指數(shù)為NDVI。下面是李苗苗等[7]在像元二分模型的基礎上研究的模型：

VFC = （NDVI-NDVIsoil）/（NDVIveg-NDVIsoil） ?（1）

其中， NDVIsoil為完全是裸土或無植被覆蓋區(qū)域的NDVI值，NDVIveg則代表完全被植被所覆蓋的像元的NDVI值，即純植被像元的NDVI值。兩個值的計算公式為：

NDVIsoil=（VFCmax*NDVImin- VFCmin*NDVImax）/（VFCmax- VFCmin） ?（2）

NDVIveg=（（1-VFCmin）*NDVImax-（1-VFCmax）*NDVImin）/（VFCmax- VFCmin） ?（3）

植被覆蓋度的取值范圍理論上為0～1，但經(jīng)統(tǒng)計，計算出的植被覆蓋度存在異常值，因此，要進行去異常值的步驟，將小于0的值變?yōu)?，大于1的值變?yōu)?。

（2）植被覆蓋度分級標準及等級圖

針對信息提取結(jié)果，結(jié)合區(qū)內(nèi)植被的基本特征，按照植被覆蓋度分級標準表，如表1所示，將植被覆蓋度分為五級，分別得到延安市的2008年及2018年的兩年年植被覆蓋度等級圖，如圖2、圖3所示。

（3）植被覆蓋度分級面積統(tǒng)計表

對區(qū)內(nèi)植被覆蓋度按照面積大小排序，從高到低為高覆蓋度、中高覆蓋度、中覆蓋度、極低覆蓋度和低覆蓋度，各級植被覆蓋度面積及比例統(tǒng)計分別見表2、表3。

（4）比較分析

對兩期植被覆蓋度分級面積統(tǒng)計表進行比較，延安市的極低覆蓋度面積從2008年到2018年先是增加，然后減少;低覆蓋度的面積從2008年到2018年先是減少，然后增加;中覆蓋度的面積從2008年到2018年先是大幅度減少，然后是大幅度增加;中高覆蓋度的面積從2008年到2018年先是大幅度減少，然后是大幅度增加;高覆蓋度的面積從2008年到2018年是持續(xù)的增加。

四、建議

1.研究對2008年及2018年兩個個時間節(jié)點上的植被覆蓋度行了分析，沒有研究整個時段內(nèi)每年植被覆蓋度的具體變化過程。未來如有條件，考慮合理增加影像的數(shù)量，以便更加精確、真實的分析延安植被覆蓋度生態(tài)變化情況。

2.研究對延安市近10年的植被覆蓋的時空變化特征和內(nèi)部轉(zhuǎn)移變化特征進行了分析，今后的研究應結(jié)合人類活動因素和氣溫、降水等自然因素來分析影像植被覆蓋度變化的驅(qū)動因子，進而尋求完善延安市植被覆蓋度漸進變化的原因。

五、結(jié)語

1.從2018年最近年份來看，區(qū)內(nèi)植被覆蓋度整體較高，中高覆蓋度以上覆蓋面積超過50%。其中高覆蓋度的植被主要集中在延安市的西南角及東南角地區(qū)的中低山等海拔較高的地區(qū)，多為茂密的林地。中高覆蓋度的植被主要分布在延安市西南地區(qū)、中部地區(qū)及東南地區(qū)的丘陵崗地，多為林地和灌草地。中覆蓋度的植被主要分布在延安市平原及周圍的丘陵與平原過渡帶，多為耕地。低覆蓋度和極低覆蓋度地區(qū)多為建設用地所占比例較高的地區(qū)。

2.使用LandsatTM遙感圖像，結(jié)合遙感技術，可較為準確地提取研究區(qū)植被覆蓋度信息，滿足研究需要。植被覆蓋度作為水土流失、景觀格局等研究的重要影響因子，對生態(tài)環(huán)境監(jiān)測保護與可持續(xù)發(fā)展都有著重要意義。

參考文獻：

[1]溫興平，胡光道，楊曉峰.基于光譜特征擬合的高光譜遙感影像植被覆蓋度提取[J].地理與地理信息科學，2008，24（1）：27-30.

[2]張學玲，張瑩，牛德奎，等.基于TM NDVI的武功山山地草甸植被覆蓋度時空變化研究[J].生態(tài)學報，2018，38（7）：1-10.

[3]黃瑾，楊武年，張敏，等.普格縣植被覆蓋度遙感動態(tài)監(jiān)測分析[J].地理空間信息，2009，7（2）：51-53.

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

[5]張燦，徐涵秋，張好，等.南方紅壤典型水土流失區(qū)植被覆蓋度變化及其生態(tài)效應評估：以福建省長汀縣為例[J].自然資源學報，2015，30（6）：917-928.

[6]田慶久，閔祥軍.植被指數(shù)研究進展[J].地球科學進展，1998，13（4）：327-333.

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

基金項目：國家自然科學基金資助項目（41901289）;中國科學院青年創(chuàng)新促進會（2019130）。

作者簡介：李光輝，男，碩士，工程師。研究領域為遙感地質(zhì)、遙感技術應用。