2015- 2021 年臨沂市植被覆蓋度動(dòng)態(tài)變化遙感監(jiān)測(cè)與分析

高聰 王莉雯

（遼寧師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，遼寧大連 116000）

植被覆蓋度是反映植被生長狀況的重要指標(biāo)，同時(shí)也能反映局部地區(qū)的環(huán)境健康情況。目前，在大面積植被覆蓋度提取方面，TM、SPOT、MSS 等遙感影像得到廣泛使用，并取得大量的研究成果，為植被覆蓋度的準(zhǔn)確獲取奠定基礎(chǔ)[1]。

已有研究表明，回歸分析法[2]、光譜混合分析法（SMA）、植被指數(shù)法（VI）[3]、像元二分模型法[4]等是當(dāng)前通過遙感影像提取植被覆蓋度信息的主要方法。其中像元二分模型法僅僅需要確定研究區(qū)裸土和純植被區(qū)域的光譜反射值，無需大量實(shí)地考察和人為參數(shù)設(shè)置[5-7]。

本文采用像元二分模型分析臨沂市2015-2021 年植被時(shí)空變化，以期為臨沂市生態(tài)環(huán)境的合理規(guī)劃與發(fā)展提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

臨沂市位于山東省東南部，轄蘭山等3 區(qū)和沂水等9 縣，地跨34° 22' ～36°13'N，117°24' ～119°11'E，東臨黃海，總面積為17191. 2 km2。區(qū)域內(nèi)地勢(shì)西北高東南低，北部主要以山地、丘陵為主，南部以平原為主。此地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，陽光充足，雨量豐沛。

臨沂市是山東省地區(qū)中心城市，是具有濱水特色的宜居城市、，是現(xiàn)代工貿(mào)城市和商貿(mào)物流中心。作為山東省面積最大、人口最多的市，近年來城市發(fā)展迅速（圖1）。

圖1 研究區(qū)地理位置

2 數(shù)據(jù)與研究方法

采用landsat 8 OLI 系列影像數(shù)據(jù)，以2015 年6 月5 日、2018 年6 月13 日、2021 年6 月5 日生長季的遙感影像為數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云。使用遙感圖像處理平臺(tái)ENVI5.3 和ArCGIS10. 2 對(duì)遙感影像進(jìn)行了輻射定標(biāo)、大氣校正及影像鑲嵌，并且根據(jù)臨沂市的矢量數(shù)據(jù)，對(duì)遙感圖像進(jìn)行了相應(yīng)的裁剪，結(jié)合DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2.1 歸一化植被指數(shù)（NDVI）計(jì)算

歸一化植被指數(shù)( NDVI) 是目前應(yīng)用最為普遍的植被指數(shù)。這個(gè)指數(shù)對(duì)于植被在不同時(shí)期的動(dòng)態(tài)變化分析得比較全面[8]。由于本研究主要是對(duì)2015-2021 年臨沂市的植被覆蓋度整體的變化情況進(jìn)行相應(yīng)的分析，所以在計(jì)算時(shí)選擇歸一化植被指數(shù)NDVI 較為適宜，計(jì)算公式為:

式中:NIR 代表的是近紅外波段；Red 代表的是紅色波段。Landsat OLI 影像對(duì)應(yīng)的是5 波段和4 波段。

2.2 像元二分模型

像元二分模型假設(shè)地表單元是由裸土與植被構(gòu)成，是混合像元分解模型中最簡單的模型，被廣泛應(yīng)用于植被覆蓋度估算研究中。

式中:VFC 是植被覆蓋度；NDVIveg代表的純植被覆蓋像元的NDVI 值；NDVIsoil代表的是純裸土覆蓋像元的NDVI 值。

由于地表濕度、粗糙度、土壤的類型顏色等一系列因素的影響，NDVIveg和NDVIsoil也會(huì)隨著時(shí)間不斷變化，這兩個(gè)參數(shù)的值將直接影響植被覆蓋度估算的結(jié)果。所以選取影像中的NDVI后，確定置信區(qū)間; 選取出累計(jì)概率為5%左右的值為NDVIsoil，95%左右的值為NDVIveg，并將計(jì)算小于NDVIsoil的值賦為0，計(jì)算大于NDVIveg的值賦為1[9]。

2.3 圖像差值比較法

為了反映研究區(qū)不同時(shí)期植被覆蓋動(dòng)態(tài)變化，利用圖像差值比較法計(jì)算不同時(shí)期植被覆蓋變化量ΔFVC，差值變化量等于0 是未發(fā)生變化，>0 是植被覆蓋增大，<0 是植被覆蓋減小。計(jì)算公式為：

式中：VFCyear1、VFCyear2分別為不同時(shí)期的植被覆蓋度等級(jí)。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 植被覆蓋度總體分布特征

基于NDVI 與像元二分模型，利用ENVI5.3 計(jì)算得到的臨沂市三期的植被覆蓋度及2015-2021 年平均植被覆蓋度。參考相關(guān)文獻(xiàn)，將植被覆蓋度分為5 級(jí)，分別為較低植被覆蓋度（<0.2）、低植被覆蓋度(0.2～0.4)、中植被覆蓋度(0.4～0.6)、高植被覆蓋度(0.6～0.8)、較高植被覆蓋度(>0.8)，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 平均植被覆蓋度分布圖

由圖2 可以看出總體上臨沂市植被覆蓋度分布呈現(xiàn)中間低四周高、西北部植被覆蓋度遠(yuǎn)高于其他區(qū)域植被覆蓋度。這是由于蘭山區(qū)、羅莊區(qū)、河?xùn)|區(qū)三區(qū)作為臨沂市的中心城區(qū)，其常住人口數(shù)量及GDP 均居全市之首，這就導(dǎo)致以蘭山區(qū)為首的三區(qū)的城鎮(zhèn)化建設(shè)遠(yuǎn)高于其他區(qū)縣。而西北處的蒙陰縣一直以來常住人口數(shù)量及GDP 低于其他區(qū)縣，且其地形以山地丘陵為主，地勢(shì)較高，所以植被覆蓋度遠(yuǎn)高于其他地方。

3.2 植被覆蓋度時(shí)間變化分析

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，臨沂市2015、2018、2021 年植被覆蓋度均值分別為0.27、0.26、0.26?？傮w上植被覆蓋度呈先下降后穩(wěn)定的趨勢(shì)。并對(duì)三期各級(jí)別的植被覆蓋度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到表1。

表1 各級(jí)植被覆蓋度所占的比例

由表1 可以得出以下結(jié)論：

2015 年～2018 年期間，較低植被覆蓋度和低植被覆蓋度所占的面積呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，分別由51.06%、14.66%上升到54.54%和15.40%；中植被覆蓋度和高植被覆蓋度所占的面積呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，分別由15.10%、10.04%下降到11.40%和8.26%；而較高植被覆蓋度所占的面積呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，由9.14%上升到10.39%。

2018 年～2021 年期間，較低植被覆蓋度和高植被覆蓋度所占的面積呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，分別由54.55%、8.26%上升到54.97%和9.18%；低植被覆蓋度、中植被覆蓋度和較高植被覆蓋度所占的面積呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，分別由15.40%、11.40%、10.39%下降到14.87%、11.04%和9.94%。

分析其原因是近幾年臨沂市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城區(qū)建設(shè)得到了更多的發(fā)展，所以較低植被覆蓋度所占的比例持續(xù)增加，在2015-2018 年期間植被覆蓋度均值有所下降，在2018-2021 年期間城區(qū)建設(shè)的同時(shí)更加注重綠化面積的保持和擴(kuò)大，所以植被覆蓋度均值保持穩(wěn)定。

3.3 植被覆蓋度空間演化分析

為了反映研究區(qū)不同時(shí)期植被覆蓋度空間的動(dòng)態(tài)變化，利用圖像差值比較法計(jì)算2015-2021 年不同時(shí)期植被覆蓋變化情況，將變化情況分為退化、穩(wěn)定、改善三類，結(jié)合行政區(qū)劃圖與DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果如圖3 所示。

從圖3 可知，臨沂市植被覆蓋度改善區(qū)域在總體上分布在臨沂北部，2018-2021 年北部的蒙陰縣、沂水縣和沂南縣，南部的郯城縣與蘭陵縣植被覆蓋度有明顯的改善。植被覆蓋度穩(wěn)定區(qū)域主要分布在北部，平邑縣、蒙陰縣與費(fèi)縣的交界處有明顯的分布，在2018-2021 年沂水縣南部與沂南縣東部有明顯的分布；植被覆蓋度退化區(qū)域在2015-2018 年在南部的蘭陵縣、郯城縣有明顯的分布，在2018-2021 年分布較均勻，主要集中在臨沂南部，蘭陵縣東南部依舊退化明顯。

圖3 植被覆蓋度變化圖

分析其原因，蒙陰縣和沂水縣地勢(shì)較高，近年來大力發(fā)展旅游業(yè)，重視生態(tài)環(huán)境建設(shè)，所以植被覆蓋度有明顯的改善；而平邑縣、蒙陰縣與費(fèi)縣的交界處地勢(shì)高達(dá)1000m，以大洼景區(qū)與沂蒙山為中心發(fā)展旅游業(yè)，所以植被覆蓋度比較穩(wěn)定；臨沂南部地勢(shì)低平以平原為主，有益于城市發(fā)展與建設(shè)，所以植被覆蓋度退化區(qū)域由少數(shù)中心城市擴(kuò)大到整個(gè)南部地區(qū)，

而蘭陵縣與郯城縣由于經(jīng)濟(jì)較落后，近年來大力發(fā)展城市建設(shè)，所以2015-2018 年植被覆蓋度有明顯的下降，在2018-2021 年植被覆蓋雖有明顯改善，但蘭陵縣東南部仍需要不斷關(guān)注。

4 結(jié)論

本文利用臨沂市2015、2018、2021 年三期Landsat8 OLI 遙感影像數(shù)據(jù)，采用歸一化植被指數(shù)NDVI、像元二分模型、圖像差值比較法等方法對(duì)臨沂市植被覆蓋度（VFC）變化進(jìn)行研究，分析其時(shí)空分布特征及演化規(guī)律。結(jié)果表明：

4.1 總體上臨沂市植被覆蓋度分布呈現(xiàn)中間低四周高、西北部植被覆蓋度遠(yuǎn)高于其他區(qū)域植被覆蓋度。

4.2 2015-2021 年臨沂市植被覆蓋度呈先下降后穩(wěn)定的趨勢(shì)。

4.3 臨沂市植被覆蓋度有明顯改善，南部地區(qū)更加注重城市建設(shè)下的綠色均衡，但蘭陵縣東南部依舊退化尤為明顯，需要采取措施多加關(guān)注。

為了繼續(xù)保持臨沂市植被覆蓋度水平，本文認(rèn)為臨沂市在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)發(fā)展城區(qū)建設(shè)時(shí)，需要更加注重土地類型的轉(zhuǎn)變，尤其關(guān)注蘭陵縣，倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展理念，重視環(huán)境保護(hù)，增加綠化面積，提高環(huán)境質(zhì)量。