基于GIS和RS的雅安市植被覆蓋度時空變化特征

李紅梅

摘 要：植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要成分，是生態(tài)系統(tǒng)變化的指示器。植被覆蓋度作為植被生長變化的直觀量化指標(biāo)，在水文、氣象、生態(tài)等方面的研究中占有重要地位。整合遙感和地理信息技術(shù)，利用DEM（數(shù)字高程模型）提取的地形信息與氣溫、降水等因子建立植被評價指標(biāo)體系，簡單分析和評價了植被覆蓋度的時空變化特征。

關(guān)鍵詞：NDVI；植被覆蓋度；RS；GIS；時空差異

植被覆蓋度的研究在國內(nèi)外都引起了重視，特別是植被覆蓋度數(shù)值的估算方法有很多，大致經(jīng)歷了簡單目測估算、儀器測量計算、遙感解譯分析3個階段的發(fā)展。迄今為止，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)研究了幾十種不同的植被指數(shù)，大多以遙感影像為基礎(chǔ)，利用NDVI（歸一化植被指數(shù)）來估算植被覆蓋度。本文借鑒了相應(yīng)文獻(xiàn)中的方法和技術(shù)，選擇以四川雅安為代表區(qū)域，針對雅安近幾年來退耕還林、生態(tài)變化、土地利用、城市規(guī)劃發(fā)展等概況，具體分析了其植被覆蓋度的時空變化特征，得出了相應(yīng)結(jié)果。

一、研究區(qū)概況

雅安市位于北緯28°51′-30°56′，東經(jīng)101°55′-103°23′，面積共15314平方千米，人口153萬。氣候?qū)賮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，但大相嶺南北氣候有顯著差異。年均降雨量1800毫米左右，有雨城之稱，是四川降雨量最多的區(qū)域。全市地形呈北、西、南地勢高，東部地勢較低的地理格局。西南、西北邊緣地帶的極高山（海拔超過5000米以上）終年積雪。主要河流大渡河、青衣江均屬岷江水系，其大小支流近百條。

二、數(shù)據(jù)與方法

1.數(shù)據(jù)

本文數(shù)據(jù)主要來源于百度上下載的雅安市行政區(qū)劃，國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺下載的美國陸地衛(wèi)星Landsat的TM遙感影像，兩種影像分別成像時間為2002年7月10號和2010年8月15號，季節(jié)差不多相同，利于進(jìn)行比較；中國氣象數(shù)據(jù)平臺中的雅安氣溫、降水?dāng)?shù)據(jù)，此外還下載了整個四川的DEM（數(shù)字高程模型），作為數(shù)字地形信息的提取及經(jīng)緯度坐標(biāo)的匹配的參照。

2.基本原理

研究結(jié)果表明，植被在紅光、近紅外波段分別具有強(qiáng)吸收、高反射的特征，利用紅外（R）、近紅外（NIR）波段組合得到的遙感影像賦含90%的植被信息。這些波段間的線性和非線性組合構(gòu)成的值統(tǒng)稱植被指數(shù)，目前，植被指數(shù)的理論研究體系已很成熟，常見有比值植被指數(shù)（RVI）、差值植被指數(shù)（DVI）、歸一化植被指數(shù)（NDVI）等?？梢岳弥脖恢笖?shù)（本文利用的是歸一化植被指數(shù)（NDVI））通過一定的模型轉(zhuǎn)化為植被覆蓋度。進(jìn)而反映雅安的植被覆蓋情況并揭示其變化趨勢。

3.植被指數(shù)與植被覆蓋度的定義及計算

（1）植被指數(shù)的定義、計算

根據(jù)20年的研究，已出現(xiàn)了20幾種植被指數(shù)。根據(jù)本文的實(shí)際需要，采取歸一化植被指數(shù)（NDVI），計算公式為：

其中，TM4、TM3分別為Landsat TM中的第四（近紅外）、第三（紅外）波段亮度值。

（2）植被覆蓋度的定義、計算

植被覆蓋度（fc）是指植被（包括葉、莖、枝）在地面的垂直投影面積占植被區(qū)總面積的比例，又稱投影蓋度。本文主要采取相應(yīng)文獻(xiàn)（李苗苗，《植被覆蓋度的遙感估算方法研究》；2003）的結(jié)果，公式為：

其中fc為植被覆蓋度，NDVImin和NDVImax分別為最小的NDVI和最大的NDVI。

三、植被覆蓋度的時空變化分析

1.2002年到2010年雅安植被時間變化

從實(shí)際角度分析，八年來雅安市植被覆蓋在0～15%、15%～35%、35%～65%、65%～85%中面積呈上升趨勢；在85%～100%、>85%中面積呈下降趨勢。特別是較高植被覆蓋中，2002年面積為8284.31 km2，而2010年面積下降為217.65 km2。這些數(shù)學(xué)說明八年來雅安市大部分地區(qū)都有較大范圍的城市擴(kuò)張現(xiàn)象。

2.雅安各地植被覆蓋空間變化

坡度、坡向、海拔、氣溫、降水等因素制約著植被生長變化，下面以2002年的相關(guān)數(shù)據(jù)為依據(jù)具體分析研究影響植被覆蓋空間變化的因素：

（1）坡度、坡向、高程

地貌對植被的生長起著重要作用，利用雅安市DEM（數(shù)字高程模型）提取出坡度、坡向、高程信息，主要在Spatial analyst模版里面的Surface Analyst中進(jìn)行。高程主要是利用等高線展示出來，等高線密集，說明地形越陡，相對高程就大。具體如下：

雅安的坡度大致都為89.9998以上，雅安的地形以山地為主；雅安的坡向看出，不同的位置造成坡向的不同，東、南、西、北等十個方向皆有，根據(jù)植被生長所需不同，對其覆蓋也不同。坡向?yàn)闁|南的植被覆蓋最多：原因在于雅安位于緯度23度26分以上，全年不能夠受到太陽的直射，固北部陽光少，植被覆蓋就少。

（2）降水、氣溫

氣候是地理中一個重要的因子，它包括氣溫和降水兩部分，直接關(guān)系著植被的生長狀況。利用2002年雅安地理志中相關(guān)數(shù)據(jù)，在ARCGIS作出相應(yīng)氣溫、降水并與2002年植被覆蓋相疊加：

從實(shí)際角度分析，雨城區(qū)是降水最多的縣，漢源縣的降水量最少而氣溫是最高的。雨城區(qū)、名山縣植被覆蓋度基本為較高覆蓋，而石棉、漢源、滎經(jīng)縣植被覆蓋還夾雜其他的中高覆蓋等，天全、寶興、蘆山縣北部明顯有大面積較低、低植被覆蓋。究其原因：雨城區(qū)、名山縣氣溫適宜，降水豐富，適合植被生長；石棉縣、漢源縣氣溫相較高，降水稀少，因此夾雜中高植被覆蓋；寶興縣最特殊，降水特別少，植被多為中低、低覆蓋。究其原因：可以用NDVI值與氣候變化有耦合性來說明。

（3）社會因素

各縣區(qū)為了發(fā)展，不停加大規(guī)劃；郊區(qū)的農(nóng)民亂砍濫伐；未響應(yīng)國家政策，實(shí)施退耕還林；許多人缺乏相應(yīng)節(jié)水意識，不合理的利用水資源：綜上所述，很多人為因素都會造成植被覆蓋變化。

①利用雅安市遙感影像提取了2002年和2010年的NDVI，分析發(fā)現(xiàn)2010年與2002年的NDVI相比大部分呈下降趨勢。

②利用植被覆蓋度的估算方法得出：2010年植被覆蓋與2002年植被覆蓋相比，大部分地區(qū)植被覆蓋上升比較快。

③利用雅安市的DEM，提取了地形信息——坡度、坡向、等高線。分析得出雅安市各縣區(qū)因地形上的差異造成了同一時間段植被覆蓋在空間上的差異。

④進(jìn)行植被覆蓋估算的時候注意：計算的時候NDVImin取0，2002年NDVImax取的0.6，2010年的NDVImax取的0.998。因此估算出來的結(jié)果可能存在一定的誤差。

⑤技術(shù)上的欠缺導(dǎo)致沒有把植被覆蓋具體在哪些坡度、坡向、等高線、氣溫、降水量上的分布面積求出來。

參考文獻(xiàn)：

[1]李苗苗.植被覆蓋度的遙感估算方法研究[D].中國科學(xué)院研究生院，2011.

[2]秦偉，朱清科，張雪霞，等.植被覆蓋度及其測算方法研究進(jìn)程[A].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010（9）.

[3]刑著榮，馮友貴，楊貴軍等.基于遙感的植被覆蓋度估算方法述評[A].山東科技大學(xué)攝影測量與遙感系，2009（06）.

（作者單位 四川省雅安市石棉縣中學(xué)）