天水市植被覆蓋變化動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)

李代成　孫青　何回麗

摘要：植被覆蓋變化對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境有重要的指示作用。本文以2006年6月和2013年6月的遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用遙感技術(shù)定量估算植被覆蓋度的模型計(jì)算并分析了近7年天水市植被覆蓋變化情況及變化的原因。結(jié)果表明：最近7年，天水市植被覆蓋面積明顯增加，整體的植被覆蓋面積呈增加趨勢(shì)。因此應(yīng)該繼續(xù)加強(qiáng)植被覆蓋度的保護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：天水市；植被覆蓋；動(dòng)態(tài)變化；遙感監(jiān)測(cè)

植被是地表生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，有水土保持，調(diào)節(jié)氣候和改善環(huán)境質(zhì)量等作用。近10年來(lái)，隨著關(guān)中—天水經(jīng)濟(jì)區(qū)的建設(shè)和發(fā)展，天水市區(qū)域植被覆蓋度有著很大的變化。但天水植被覆蓋面積有限，區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱，植被覆蓋在生態(tài)功能中扮演著重要的角色，生態(tài)保護(hù)顯得尤為重要。分析植被覆蓋變化可為該區(qū)域人地和諧發(fā)展及生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)參考。

植被覆蓋度是指植被植株冠層或葉面在地面的垂直投影面積占植被區(qū)總面積的比例，是評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境優(yōu)劣的重要指標(biāo)，可反映地表植被分布規(guī)律，有利于分析和監(jiān)測(cè)植被動(dòng)態(tài)變化。[1]

其范圍分布在0-1之間，數(shù)值越大表明植被覆蓋度越高。

遙感技術(shù)是用先進(jìn)的對(duì)地觀測(cè)探測(cè)器為技術(shù)手段，對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行遙遠(yuǎn)感知的整個(gè)過(guò)程。已廣泛應(yīng)用于資源、環(huán)境、生態(tài)研究的眾多領(lǐng)域[2]

與實(shí)地調(diào)查和觀測(cè)法相比，其在投入成本與及時(shí)監(jiān)測(cè)植被覆蓋變化等方面有著明顯優(yōu)勢(shì)。

1 研究區(qū)概況

天水市位于甘肅東南部，屬溫帶大陸性氣候和亞熱帶氣候的過(guò)渡地帶，年平均氣溫11.5℃，年平均降水量574mm，海拔在1000到2100m之間。地貌區(qū)域分異很明顯：東部與南部由于古老地層褶皺而隆起，形成了山地地貌；北部受地質(zhì)沉陷和紅土層、黃土層沉積的原因，形成了黃土丘陵地貌；中部受緯向構(gòu)造帶的斷裂原因，形成了渭河地塹，經(jīng)過(guò)第四紀(jì)河流發(fā)育與侵蝕堆積作用，形成了渭河河谷地貌。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理平臺(tái)

本文數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院對(duì)地觀測(cè)與數(shù)字地球科學(xué)中心。遙感數(shù)據(jù)采用的是2006年6月Landsat7 ETM 和2013年6月 Landsat4-5 TM影像數(shù)據(jù)。使用Arcgis軟件和Erdas軟件處理數(shù)據(jù)。天水市2006年和2013年原始遙感圖像如下：

圖1 2006年原始圖像 圖2 2013年原始圖像

3研究區(qū)植被變化遙感分析

關(guān)于遙感測(cè)量植被覆蓋度的方法，Purevdorj等人將其歸結(jié)為三種，分別是蓋度—幅射關(guān)系模型法，植被指數(shù)法和混合模型法。其中植被指數(shù)法是使用植被指數(shù)直接來(lái)估算植被覆蓋度的一種方法，其所用的植被指數(shù)可能是現(xiàn)有的植被指數(shù)，也可能是研究者為了測(cè)量植被覆蓋度所發(fā)展出來(lái)的新植被指數(shù)。

本研究采用的方法是NDVI植被指數(shù)法，NDVI植被指數(shù)法經(jīng)常被用來(lái)監(jiān)測(cè)植被變化的情況，也是通過(guò)遙感來(lái)估算植被覆蓋度的研究中常用的植被指數(shù)。其計(jì)算公式為：NDVI=NIR-R/NIR+R 其中，NIR為近紅外波段（0.7～1.1?m），R為紅波段（0.4～0.7?m）。NDVI計(jì)算結(jié)果會(huì)分布在0至1之間，一般說(shuō)來(lái)，NDVI數(shù)值越高說(shuō)明植被覆蓋度越高、長(zhǎng)勢(shì)越好。

圖像預(yù)處理包括圖像幾何校正，圖像裁剪處理和圖像鑲嵌處理三個(gè)部分。由于遙感系統(tǒng)波譜、空間、時(shí)間及輻射分辨率的限制，因而很難精確地記錄相對(duì)復(fù)雜地表的信息，所以數(shù)據(jù)獲取過(guò)程中可能存在著一些誤差。這些誤差降低了遙感數(shù)據(jù)的圖像分析的精度和質(zhì)量。因此在圖像處理和分析之前，先對(duì)遙感原始圖像進(jìn)行了預(yù)處理。通過(guò)圖像增強(qiáng)技術(shù)，改善圖像質(zhì)量，突出所需要的信息，為進(jìn)一步的圖像判讀做好準(zhǔn)備，如下圖：

圖3 預(yù)處理后的2006年圖像 圖4 預(yù)處理后的2013年圖像

然后利用NDVI提取植被指數(shù)，最后得到的NDVI指數(shù)圖如下：

圖5 2006年植被DNVI指數(shù)圖 圖6 2013年植被DNVI指數(shù)圖

4結(jié)果分析

用Arcgis對(duì)得到的NDVI指數(shù)進(jìn)行重分類，分為5類，依次為0-0.2；0.2-0.4；0.4-0.6；0.6-0.8；0.8-1.0，得到各類指數(shù)對(duì)應(yīng)的面積，如表1所示：

表1 2006年和2013年天水市植被覆蓋面積

植被覆蓋指數(shù) 2006年植被覆蓋面積（km2） 2013年植被覆蓋面積（km2）

0～0.2 10110 5048

0.2～0.4 1933 4177

0.4～0.6 1999 2340

0.6～0.8 1207 4827

0.8～1.0 916 1358

從上表可看出，2006—2013年，天水市植被覆蓋發(fā)生了明顯變化，植被覆蓋面積呈增加趨勢(shì)，其中植被指數(shù)低于0.2的低植被覆蓋區(qū)域減少了將近一半。不同植被覆蓋度等級(jí)變化中，高植被覆蓋度面積有所增加，中植被覆蓋區(qū)域和低植被覆蓋區(qū)域的變化趨勢(shì)主要是由低植被覆蓋度向中植被覆蓋度轉(zhuǎn)變，表明天水市植被覆蓋面積越來(lái)越大。

植被覆蓋面積呈增加趨勢(shì)的結(jié)果與天水市的植被變化調(diào)查結(jié)果相一致。這個(gè)變化很大程度上和土地利用的變化、相關(guān)政策與人類對(duì)資源的需求量與是否對(duì)資源進(jìn)行了合理的開發(fā)利用等人為因素有關(guān)。近幾年在相關(guān)政策的引導(dǎo)與推動(dòng)下，天水市在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)每年進(jìn)行植樹造林，植被覆蓋面積增加的同時(shí)大氣環(huán)境也有所改善。在今后的經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)該完善并加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施，且須繼續(xù)加強(qiáng)植樹造林與種草面積，盡可能實(shí)現(xiàn)土地的合理利用。

參考文獻(xiàn)