薛曉坡, 龍植豪, 何 見

(1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)院， 廣西 南寧 530011； 2.國(guó)家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410014)

南寧市興寧區(qū)植被覆蓋度變化分析

薛曉坡1, 龍植豪1, 何 見2

(1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)院， 廣西 南寧 530011； 2.國(guó)家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410014)

基于2008年ALOS和2010年“天繪一號(hào)”兩期南寧市興寧區(qū)遙感數(shù)據(jù)，應(yīng)用NDVI像元二分方法得出研究區(qū)域的植被覆蓋度情況，并與2010年林地利用類型圖進(jìn)行疊加對(duì)比分析。結(jié)果表明：南寧市興寧區(qū)2010年植被覆蓋度與2008年相比，中高植被覆蓋度的面積增加，低覆蓋度的面積減少；林地的植被覆蓋度面積整體由高向低變化，由于林地面積的確定，林地對(duì)研究區(qū)域植被覆蓋度的提高影響不明顯。

植被覆蓋度； NDVI； 像元二分法

土地利用/覆被變化(LUCC)研究是全球變化研究的核心內(nèi)容，也是區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要內(nèi)容，在全球環(huán)境變化和可持續(xù)發(fā)展中占有重要地位[1]。作為重要的生態(tài)氣候參數(shù)，植被覆蓋率是許多全球及區(qū)域氣候數(shù)值模型中所需的重要信息，也是描述生態(tài)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[2]。植被覆蓋度通常定義為綠葉的垂直投影面積與土壤總面積之比，它是評(píng)估生態(tài)環(huán)境的一個(gè)重要參數(shù)。植被覆蓋度具有顯著的時(shí)空分異的特點(diǎn), 依靠傳統(tǒng)的地面樣方實(shí)測(cè)的方法來估算植被覆蓋度須花費(fèi)巨大的人力、財(cái)力而精度又不高, 因此探討利用遙感數(shù)據(jù)提取區(qū)域植被覆蓋度的方法已成為當(dāng)前建立區(qū)域生態(tài)模型的基礎(chǔ)工作之一[3]。許多專家和學(xué)者研究了基于遙感的植被覆蓋度計(jì)算模型的研建[5-7]，一些學(xué)者利用遙感估算了不同區(qū)域的植被覆蓋度[8-15]，并取得了顯著效果，為研究區(qū)植被覆蓋度的估算提供了新的方法。

遙感覆蓋度測(cè)量方法主要有地面測(cè)量和遙感估算，前者費(fèi)時(shí)費(fèi)力，結(jié)果主要是分散的測(cè)點(diǎn)，后者省時(shí)省力，測(cè)量結(jié)果成面分布。隨著技術(shù)的進(jìn)步，利用遙感估算植被覆蓋度成為目前的主要技術(shù)方法和研究方向。我們利用遙感技術(shù)中NDVI像元二分法計(jì)算植被覆蓋度，對(duì)比分析2008年與2010年植被覆蓋度的變化情況，并分析了林地對(duì)植被覆蓋度變化的影響及其原因。

1 研究區(qū)概況

南寧市興寧區(qū)位于東經(jīng)108°18′—108°46′，北緯22°48′—23°06′。是廣西壯族自治區(qū)南寧市所轄的一個(gè)市轄區(qū)，面積751km2，人口31萬。興寧區(qū)是南寧市最老的城區(qū)之一，也是城市的商貿(mào)中心，轄區(qū)內(nèi)商賈云集，商貿(mào)服務(wù)業(yè)十分發(fā)達(dá)。研究區(qū)向東北方向延伸，北部為高低丘為主的丘陵區(qū)，南部屬大片沖積平原。屬南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和、光照充足、雨量充沛。年平均氣溫20.8℃，年平均日照1566.6h，無霜期長(zhǎng)達(dá)350天，年降水量1589mm，相對(duì)濕度81%。境內(nèi)溪澗密布，小河溪江縱橫，流量豐富。

2 研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源

用于研究區(qū)覆蓋度變化檢測(cè)的數(shù)據(jù)有2008年12月14日的ALOS數(shù)據(jù)和2010年11月29日的“天繪一號(hào)”衛(wèi)星數(shù)據(jù)?！疤炖L一號(hào)”衛(wèi)星是我國(guó)于2010年8月24日發(fā)射的第一代傳輸型立體測(cè)繪衛(wèi)星， “天繪一號(hào)”衛(wèi)星的第三波段(0.61～0.69μm)和第四波段(0.76～0.90μm)分別為紅光波段和近紅外波段。ALOS數(shù)據(jù)和“天繪一號(hào)”的第三及第四波段的波長(zhǎng)一致，分別是紅光波段和近紅外波段，是計(jì)算歸一化差異植被指數(shù)( NDVI)的常用波段。

2.2數(shù)據(jù)處理

以1∶1萬地形圖作為參考影像，分別將ALOS影像和“天繪一號(hào)”影像校正到地形圖，控制精度在2個(gè)像元內(nèi)。然后，建立影像處理模型，分別計(jì)算出ALOS影像及“天繪一號(hào)”影像的歸一化差異植被指數(shù)( NDVI)圖和植被覆蓋度圖，并對(duì)植被覆蓋度圖分級(jí)制作植被覆蓋度分布圖。

2.3植被覆蓋度估算方法

2.3.1 NDVI像元二分法

植被指數(shù)是根據(jù)植被反射波段的特性計(jì)算出來反映地表植被生長(zhǎng)情況、覆蓋情況、生物量情況和植被種類情況的間接指標(biāo)。歸一化差異植被指數(shù)(NDVI) 對(duì)綠色植被表現(xiàn)敏感，它可以對(duì)農(nóng)作物和半干旱地區(qū)降水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，該指數(shù)常被用來進(jìn)行區(qū)域和全球的植被狀態(tài)研究。對(duì)低密度植被覆蓋，NDVI對(duì)于觀測(cè)和照明幾何非常敏感[4]。根據(jù)像元中植被覆蓋結(jié)構(gòu)的不同，可以分為均一像元和混合像元兩類。當(dāng)像元完全被植被覆蓋時(shí)，其植被覆蓋度為1(100%)，屬于均一像元；如植被不能完全覆蓋整個(gè)像元，其植被覆蓋度小于1，是植被與非植被構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)，屬于混合像元[3]。植被覆蓋度通過NDVI指數(shù)計(jì)算得到：

f= (NDVI-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin)

2.3.2 植被指數(shù)最小值與最大值選取

在NDVI圖像中，為避免選中NDVImin和NDVImax異常的極值，NDVImin取NDVI圖像中累計(jì)頻率為5%的NDVI值，NDVImax取NDVI圖像中累計(jì)頻率為95%的NDVI值[5]。

3 結(jié)果與分析

3.1植被覆蓋度劃分

利用NDVI像元二分方法計(jì)算出研究區(qū)域的NDVI圖和植被覆蓋圖，按等距離方法對(duì)植被覆蓋圖進(jìn)行分類，植被覆蓋圖被劃分為5個(gè)等距離級(jí)別，分別為0%～20%，20%～40%，40%～60%，60%～80%和80%～100%，如圖1和圖2所示。

3.2覆蓋度變化情況

對(duì)覆蓋圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分別得到2008年12月和2010年11月的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，詳見表1。

2008年植被覆蓋度在60%的地方主要集中在興寧區(qū)的北部和東北部的林區(qū)，西部和中部平原地區(qū)主要是居民區(qū)和農(nóng)作區(qū)，植被覆蓋度較低。2010年植被覆蓋度在60%的地方仍然主要集中在興寧區(qū)的北部和東北部的林區(qū)，但是西部和中部平原地區(qū)的植被覆蓋度在面積和覆蓋等級(jí)上都有了很大提高。

根據(jù)結(jié)果分析可知，2010年植被覆蓋度與2008年相比，植被覆蓋度整體提高。達(dá)到40%植被覆蓋度以上的面積均得到增加，最為明顯的是40%～60%覆蓋類型的面積，兩年間增加了5093.4hm2，年變化2546.7hm2，其次是20%～40%覆蓋類型的面積，兩年間減少了3827.0hm2，年變化1913.5hm2。無覆蓋類型的土地面積增加了408.7hm2，主要位于興寧區(qū)西部的城區(qū)部分，由城鎮(zhèn)擴(kuò)張建設(shè)，住房、公路和工廠等建設(shè)引起，另一個(gè)主要原因是2008年南方發(fā)生了嚴(yán)重的冰凍自然災(zāi)害，興寧區(qū)氣溫與往年同期相比下降較大，12月份植被受到顯著影響，特別是非林地上的植被，如草叢、農(nóng)作物等。從圖1和圖2的對(duì)比分析可知，興寧區(qū)2008年中西部植被覆蓋度明顯比2010年時(shí)的覆蓋度低。

圖1 2008年植被覆蓋度分布圖Fig.1 Vegetation coverage map in 2008

圖2 2010年植被覆蓋度分布圖Fig.2 Vegetation coverage map in 2010

表1 各個(gè)覆蓋度等級(jí)表Tab1 Vegetationcoveragelevel(hm2)年度(年)無覆蓋0%～20%20%～40%40%～60%60%～80%80%～100%2008291767354517493417641814685212289420103326349181136664227351148161129198變化情況4087-24364-382705093413096304

3.3林地覆蓋度分析

為了分析林地植被覆蓋度及其變化情況，利用2010年7月份林地保護(hù)數(shù)據(jù)分別與2008年和2010年植被覆蓋度分布圖疊加分析，得到林地植被覆蓋度等級(jí)面積變化結(jié)果，詳見表2。

表2 林地各個(gè)覆蓋度等級(jí)表Tab2 Forestrycoveragelevel(hm2)年度(年)無覆蓋0%～20%20%～40%40%～60%60%～80%80%～100%200821161239040893102687131284120240201054362033461591100058101443120748變化情況3320794420698-2629-29841508

林地主要分布海拔相對(duì)較高的北部和東北部山地丘陵地區(qū)，無論是在總面積上還是植被覆蓋度在60%以上的區(qū)域均遠(yuǎn)高于非林地。但是，從2008年至2010年植被覆蓋度變化情況看，林地在興寧區(qū)植被覆蓋度提高上貢獻(xiàn)不大。興寧區(qū)植被覆蓋度提高主要由于非林地植被覆蓋度的提高。林地受2008年自然災(zāi)害的影響較非林地低，林地植被覆蓋度變化幅度比非林地植被覆蓋度變化幅度小。

根據(jù)林地覆蓋度等級(jí)面積變化分析可知，林地覆蓋度整體由高植被覆蓋度向低變化，植被覆蓋度低于40%的面積增加3196.2hm2。利用遙感圖和林地類型圖對(duì)這種現(xiàn)象分析發(fā)現(xiàn)，2008年至2010年間，森林生長(zhǎng)達(dá)到了一個(gè)生長(zhǎng)收獲周期，森林明顯經(jīng)過森林采伐、森林更新等人為干預(yù)和自然生長(zhǎng)變化過程。林地植被覆蓋度由低向高變化所需要的時(shí)間相對(duì)于非林地要長(zhǎng)。經(jīng)過2年的時(shí)間，部分林地的采伐跡地已經(jīng)變?yōu)橛辛值?，但植被覆蓋度仍未恢復(fù)到未采伐前的覆蓋度，部分有林地變化為采伐跡地或者覆蓋度降低。

4 結(jié)論與討論

(1) 利用NDVI像元二分法較好的估算了興寧區(qū)植被覆蓋度，真實(shí)地反映了研究區(qū)的植被覆蓋度狀況。2008年與2010年的估算結(jié)果表明，研究區(qū)總植被覆蓋度明顯提高。

(2) 自然災(zāi)害對(duì)非林地植被覆蓋度影響較林地影響大，但非林業(yè)用地的覆蓋度與林地相比恢復(fù)快，植被覆蓋度提高明顯。林地主要由于采伐森林等因素影響，林地的植被覆蓋度降低。

(3) 在林地面積確定的情況下，林地對(duì)研究區(qū)覆蓋率的提高影響不明顯，其原因主要是在不考慮森林采伐與更新等人為影響的情況下，林地的覆蓋度變化相對(duì)比較穩(wěn)定。

[1] 李曉兵. 國(guó)際土地利用-土地覆蓋變化的環(huán)境影響研究[J].地球科學(xué)進(jìn)展，1999，14(4): 395-400.

[2] Sellers P J，Los S O， Tucker C J，et al. A revised land surface parameterization ( Sib2 ) for atmospheric gcms. Part II: The generation of global fields of terrestrial biophysical parameters from satellite data[J]. Journal of Climate，1996(9): 706-737.

[3] 牛寶茹，劉俊榮，王正偉.干旱半干旱地區(qū)植被覆蓋度遙感信息提取研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào):信息科學(xué)版, 2005,30(1):28-30.

[4] 田慶久，閔祥軍.干旱半干旱地區(qū)植被覆蓋度遙感信息提取研究[J].地球科學(xué)進(jìn)展,1998,13(1):28-30.

[5] 劉亞嵐，任玉環(huán), 陳濤,等. 基于“北京一號(hào)”小衛(wèi)星數(shù)據(jù)的密云水庫(kù)流域植被覆蓋度估算方法比較[J].遙感技術(shù)應(yīng)用, 2007, 22(5):580-585.

[6] 趙英時(shí). 遙感應(yīng)用分析原理與方法[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2003.

[7] 陳晉,陳云浩, 何春陽(yáng), 等.基于土地覆蓋分類的植被覆蓋率估算亞像元模型與應(yīng)用[J].遙感學(xué)報(bào), 2001, 5(6): 416-422.

[8] 張?jiān)葡迹瑥堅(jiān)骑w, 李曉兵.地面測(cè)量與ASTER影像綜合計(jì)算植被蓋度[J].生態(tài)學(xué)報(bào), 2007, 27(3):965-974.

[9] 王瑞強(qiáng)，史建康, 林彰文, 等. 海南省五指山市植被覆蓋度估算[J].林業(yè)資源管理, 2010(5):81-85.

[10] 王強(qiáng), 張勃, 戴聲佩, 等. 基于GIMMS AVHRR NDVI數(shù)據(jù)的三北防護(hù)林工程區(qū)植被覆蓋動(dòng)態(tài)變化[J].資源科學(xué), 2011, 33(8):1613-1620.

[11] 祁燕，王秀蘭, 馮仲科, 等. 基于RS與GIS的北京市植被覆蓋度變化研究[J].林業(yè)調(diào)查規(guī)劃, 2009, 34(2):1-4.

[12] 楊丹,馮仲科.北京市森林資源覆蓋率遙感統(tǒng)計(jì)及其分析[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 27(2): 133-137.

[13] 張興昌，劉國(guó)彬, 付會(huì)芳. 不同植被覆蓋度對(duì)流域氮素徑流流失的影響[J]. 環(huán)境科學(xué), 2000,21(6):16-19.

[14] 田靜,閻雨, 陳圣波.植被覆蓋率的遙感研究進(jìn)展[J].國(guó)土資源遙感,2004, 1(59): 1-5.

[15] 劉瑤,江輝, 吳春波. 鄱陽(yáng)湖區(qū)植被覆蓋度的遙感估算[J].南昌工程學(xué)院學(xué)報(bào), 2006, 25(1): 52-56.

(文字編校：張 珉)

AnalysisonvegetationcoveragechangeinXingningareaofNanningCity

XUE Xiaopo1, LONG Zhihao1, HE Jian2

(1.Forestry Survey and Design Institute of Guangxi Autonomous Region, Nanning 530011, China; 2.Zhong-nan Forestry Survey Planning and Design Institute of State Forestry Administration, Changsha 410014, China)

Based on ALOS in 2008 and Tianhui data in 2010 of Xingning area of Nanning City, the area vegetation coverage was studied using NDVI pixel bisection method. Meanwhile，the thematic maps of area vegetation coverage were compared to the thematic maps of forestry land using in 2010.The results showed that, the area of medium-high vegetation coverage in 2010 compared to 2008 was increased, but the area of low vegetation coverage was reduced. The area of forestry vegetation coverage was decreased, due to the stability of forestry area, the forestry showed little influence on the vegetation coverage increase in the total area.

vegetation coverage; NDVI; pixel bisection method

2013-10-07

薛曉坡(1982-)，男，河南省南陽(yáng)市人，碩士研究生，主要從事遙感與地理信息應(yīng)用。

P 237; Q 948

A

1003 — 5710(2014)01 — 0090 — 04

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2014. 01. 017