張嵐彪 張嵐晶 馮一帆

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020；2.呼和浩特市氣象局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020；3.青州耐威智能科技有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

1 研究區(qū)概況

巴林左旗地處于內(nèi)蒙古自治區(qū)東南部，赤峰市北部，經(jīng)緯度范圍在東經(jīng) 118°44′00″～119°48′02″，北緯43°36′53″～48°48′22″之間，研究區(qū)東西寬約 52km，南北長(zhǎng)約126km，全旗土地總面積為6644km2。

巴林左旗全年四季分明，屬于溫帶半干旱氣候，年均降水400mm，年均風(fēng)速3～4m/s，地形地貌相對(duì)復(fù)雜，具有山地、丘陵、川地這三種類(lèi)型用地，山地主要集中于巴林左旗北部和西北部，海拔范圍在800～1720m之間，山勢(shì)陡峭，溝谷縱橫，坡度范圍較大，主要在25°～45°之間；中南部是丘陵分布區(qū)，山勢(shì)低緩，坡度均小于20°，海拔在500～1000m之間；剩余地區(qū)為河谷川地，地勢(shì)平坦。整個(gè)巴林左旗范圍內(nèi)植被覆蓋度的獲取值分布較為均勻，其中北部和西北部廟子溝——葦子溝——昆都勒——老爺洞一線植被覆蓋率接近1，東南部城區(qū)植被覆蓋度較低，整個(gè)東南部區(qū)域植被覆蓋度在0～0.2之間。巴林左旗的復(fù)雜地類(lèi)導(dǎo)致了植被覆蓋度的區(qū)域分布相對(duì)獨(dú)立，且特點(diǎn)顯著。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

多光譜數(shù)據(jù)為美國(guó)Landsat8衛(wèi)星的OLI（陸地成像儀）于2014年7月27日的成像數(shù)據(jù)，包括9個(gè)波段，空間分辨率為30m，其中包括一個(gè)15m的全色波段，成像寬幅為185km×185km。經(jīng)查詢后發(fā)現(xiàn)需要同一天的兩景數(shù)據(jù)拼接才能實(shí)現(xiàn)研究區(qū)與全覆蓋，故此次選擇植被狀況良好且無(wú)云的數(shù)據(jù)。

傳感器 波段 波長(zhǎng)(?m) 分辨率(m)b a n d 1-C o a s t a l(氣溶膠) 0.43-0.45 30陸地成像儀(O L I)b a n d 2-B l u e 0.45-0.51 30 b a n d 3-G r e e n 0.53-0.59 30 b a n d 4-R e d 0.64-0.67 30 b a n d 5-N I R 0.85-0.88 30 b a n d 6-S W I R 1 1.57-1.65 30 b a n d 7-S W I R 2 2.11-2.29 30 b a n d 8-P a n(全色) 0.50-0.68 15 b a n d 9- C i r r u s(卷云) 1.36-1.38 30

DEM選取了ASTERGDEM的全球30mDEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)，一方面更方便與Landsat8數(shù)據(jù)進(jìn)行分辨率擬合，另一方面也是作為制作坡度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源。

2.2 數(shù)據(jù)處理

通過(guò)ENVI軟件，將Landsat8數(shù)據(jù)進(jìn)行包括輻射定標(biāo)、大氣校正、地形校正、影像拼接、直方圖匹配、裁剪等一系列步驟。值得一提的是，由于研究山區(qū)地形植被相關(guān)的內(nèi)容，故由于地形起伏以及太陽(yáng)直射形成的陰坡陽(yáng)坡而產(chǎn)生的陰影情況對(duì)植被影響比較大，而植被在山坡兩端出現(xiàn)的的“同物異譜”現(xiàn)象會(huì)在很大程度上影響植被光譜特性，故通過(guò)太陽(yáng)高度角、太陽(yáng)方位角等參數(shù)對(duì)研究區(qū)域地形情況進(jìn)行校正顯得尤為重要。

植被覆蓋度選取像元二分模型，公式中對(duì)于NDVIsoil和NDVIveg這兩個(gè)值該實(shí)驗(yàn)中分別取NDVI統(tǒng)計(jì)值0值以上5%和95%的數(shù)據(jù)。

對(duì)于土地類(lèi)型的獲取則使用了準(zhǔn)確度較高的基于最大似然法的監(jiān)督分類(lèi)，通過(guò)選擇訓(xùn)練區(qū)定義針葉林、闊葉林、低植被區(qū)域、耕地以及城鎮(zhèn)共五種地物。

而坡度數(shù)據(jù)的獲取則使用了DEM數(shù)據(jù)重投影后在ArcGIS軟件中的坡度計(jì)算工具，其原理可大致概括為通過(guò)計(jì)算高度變化與水平距離變化的比率的反正切值得出以度為單位的坡度，以百分比形式表示的坡度等于高度變化除以水平距離變化再乘100，即得到水平方向的坡度分布。

3 結(jié)果與分析

3.1 植被覆蓋率與土地覆蓋

植被覆蓋度時(shí)通常定義下的自然植被面積占地區(qū)總面積的比值。在本文中通過(guò)歸一化植被指數(shù)來(lái)表示，并進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算，而歸一化植被指數(shù)NDVI是遙感影像近紅外與紅外波段進(jìn)行歸一化的結(jié)果參數(shù)。利用綠色植物強(qiáng)吸收可見(jiàn)光波段（0.6～0.7μm）和高反射近紅外波段（0.7～1.1μm）的特性。通過(guò)變換，增強(qiáng)植被信號(hào)，削弱噪聲組合而成。NDVI被定義為近紅外波段與可見(jiàn)光波段數(shù)值之差和這兩個(gè)波段數(shù)值之和和比值，計(jì)算公式：

其中，b(NIR)為近紅外波段，b(RED)為紅光波段。

植被覆蓋度則由以下公式表示：

其中，NDVI即為研究區(qū)域的NDVI值，NDVIsoil和NDVIveg分別為裸土和完全被植被覆蓋的地表的歸一化植被指數(shù)。

植被覆蓋指數(shù) 0 0-0.2 0.2-0.4 0.5-0.8 0.8-1

植被覆蓋度如上表所示,整個(gè)研究區(qū)的總面積為647068公頃，植被覆蓋度的分布整體呈現(xiàn)出西北高，東南低的特點(diǎn)，由西北向東南植被覆蓋度逐漸降低，其中植被覆蓋度低于0.2的面積為163491公頃，占總面積的25.27%，低覆蓋率的地區(qū)主要集中在巴林左旗的東南部野豬溝鄉(xiāng)、毛寶力格鄉(xiāng)、隆昌鎮(zhèn)、白音敖包鄉(xiāng)、查干哈達(dá)蘇木、白音溝鄉(xiāng)、福山地鄉(xiāng)、寶力罕吐鄉(xiāng)、哈達(dá)英格鄉(xiāng)北部和豐水山鄉(xiāng)部分地區(qū)，其中又以豐水山鄉(xiāng)、查干哈達(dá)蘇木、白音溝鄉(xiāng)和毛寶力格鄉(xiāng)的植被覆蓋度最差；植被覆蓋度高于0.8的面積為100520公頃，占總面積的15.53%，主要分布在研究區(qū)西北部和西部的白音烏拉蘇木，浩爾吐鄉(xiāng)和烏蘭達(dá)壩蘇木；剩余地區(qū)的植被覆蓋度在0.2～0.8之間，主要分布在四方城鄉(xiāng)，三山鄉(xiāng)，碧流臺(tái)鄉(xiāng)，楊家營(yíng)子鎮(zhèn)和哈拉哈達(dá)鄉(xiāng)。

通過(guò)對(duì)整個(gè)巴林左旗研究區(qū)的植被覆蓋度的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)該研究區(qū)的植被覆蓋度從0到1囊括整個(gè)區(qū)間，且五類(lèi)分布區(qū)間的對(duì)應(yīng)面積樣本足夠大，有利于開(kāi)展相應(yīng)研究；植被覆蓋度在研究區(qū)的空間分布上較為均勻，且較為整齊，有利于從整個(gè)研究區(qū)宏觀的角度分析植被覆蓋度與地面高程、坡度等因子的相關(guān)性和未來(lái)的演變趨勢(shì)。

根據(jù)巴林左旗的實(shí)際土地覆蓋情況，將其按不同的植被覆蓋類(lèi)型分為五類(lèi)：針葉林、闊葉林、耕地、低植被土地、城鎮(zhèn)。由土地覆蓋類(lèi)型圖可以看出，巴林左旗的植被覆蓋率較高。且植被類(lèi)型較為豐富，針葉林集中在巴林左旗北部和西北部的白音烏拉蘇木，浩爾吐鄉(xiāng)和烏蘭達(dá)壩蘇木，相對(duì)應(yīng)也是植被覆蓋對(duì)最高的的區(qū)域，植被覆蓋指數(shù)達(dá)到80%以上；闊葉林占據(jù)北部大部分地區(qū)，其中間或存在低植被區(qū)域，主要是一些灌木和矮喬木；中南部的大面積范圍是低植被地區(qū)，主要分布在白音溝鄉(xiāng)、豐水山鄉(xiāng)、寶力罕吐鄉(xiāng)和白音敖包鄉(xiāng)。城鎮(zhèn)在巴林左旗的分布范圍較小，主要集中在林東鎮(zhèn)和福山地鄉(xiāng)附近；耕地在研究區(qū)范圍內(nèi)的分布較少，將土地利用數(shù)據(jù)與地面高程數(shù)據(jù)相對(duì)比，可以明確耕地主要分布在城鎮(zhèn)附近及中北部山腳下。由于本文著重研究植被覆蓋度與影響因子的關(guān)系，從另外的角度考量耕地與植被覆蓋的關(guān)系。

對(duì)比植被覆蓋指數(shù)和土地利用分類(lèi)圖，在城鎮(zhèn)較為集中的林東鎮(zhèn)和福山地鄉(xiāng)地區(qū)，植被覆蓋度很低，因此，在對(duì)植被覆蓋度和其他因子進(jìn)行相關(guān)性分析時(shí)，要盡量去除這部分地區(qū)對(duì)于相關(guān)性分析的影響。耕地在植被覆蓋度的圖像上也顯示有較高的植被覆蓋指數(shù)，但本文的研究?jī)?nèi)容為植被，因此，要排除耕地的影響。

3.2 DEM與植被覆蓋度相關(guān)性分析

地面高程（DEM）數(shù)據(jù)反映的是對(duì)應(yīng)柵格點(diǎn)的高程值，在巴林左旗研究區(qū)范圍內(nèi)，DEM的取值范圍是376～1727m。通過(guò)ArcGIS軟件按照自然間隔分級(jí)的方法重分類(lèi)為十類(lèi)，分類(lèi)區(qū)間如下表，各類(lèi)高程分別占 總 面 積 的 11.77% 、13.92% 、15.40% 、16.20% 、15.34%、10.95%、7.61%、4.68%、2.91%、1.12%。

由下圖可看出，DEM小于1000m的面積占大多數(shù)，其中主要分布在研究區(qū)的東南部和中部野豬溝鄉(xiāng)、毛寶力格鄉(xiāng)、隆昌鎮(zhèn)、白音敖包鄉(xiāng)、白音溝鄉(xiāng)、福山地鄉(xiāng)、寶力罕吐鄉(xiāng)、哈達(dá)英格鄉(xiāng)、豐水山鄉(xiāng)，十三敖包鄉(xiāng)和碧流臺(tái)鄉(xiāng)，又以白音敖包鄉(xiāng)、隆昌鎮(zhèn)和毛寶力格鄉(xiāng)的DEM最??；DEM 大于1000m主要分布在西北部和西部的白音烏拉蘇木，浩爾吐鄉(xiāng)和烏蘭達(dá)壩蘇木地區(qū)。

高程(m) 植被覆蓋 0 0-0.2 0.2-0.5 0.5-0.8 0.8-1 11.77%376-524 9035 30899 20394 12910 2903 76141524-635 11381 34792 30474 10002 3765 90414635-736 8741 28995 41963 17114 2866 99679736-826 3085 18082 49410 30365 3872 104814826-916 1252 10729 45092 35868 6304 99245916-1011 697 4003 22228 27836 16102 708661011-1112 332 852 7274 16274 24486 492181112-1223 40 231 2741 7165 20121 302981223-1372 18 120 765 2925 15039 188671372-1727 12 120 610 1530 4970 7242

分析植被覆蓋度和DEM的相關(guān)性。為規(guī)避太多小值點(diǎn)和非自然植被植被因素的結(jié)果，影響相關(guān)性分析，故在針葉林、闊葉林以及低植被區(qū)域提取500個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的植被覆蓋度和DEM，進(jìn)而分析二者之間的關(guān)系。將所提取的植被覆蓋度以及DEM數(shù)據(jù)導(dǎo)入統(tǒng)計(jì)軟件SPSS中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)散點(diǎn)圖展現(xiàn)二者的相關(guān)性如下圖：

通過(guò)散點(diǎn)圖和統(tǒng)計(jì)表可分析得出植被覆蓋指數(shù)和地面高程具有線性相關(guān)的特性。當(dāng)DEM的取值范圍較小，在376～524m,524～635m,635～736m這三個(gè)DEM分類(lèi)時(shí)，對(duì)應(yīng)地區(qū)白音敖包鄉(xiāng)，豐水山鄉(xiāng)，白音溝鄉(xiāng)和隆昌鎮(zhèn)的植被覆蓋對(duì)應(yīng)值也在0和0～0.2之間；地面高程在 1112～1223m，1223～1372m，1372～1727m的區(qū)間時(shí)，對(duì)應(yīng)地區(qū)白音烏拉蘇木，浩爾吐鄉(xiāng)和烏蘭達(dá)壩蘇木的植被覆蓋指數(shù)的取值范圍在0.8～1之間。因此，DEM和植被覆蓋指數(shù)具有正相關(guān)性。

由分析可得植被覆蓋指數(shù)和地面高程的強(qiáng)相關(guān)性，在某段DEM的取值范圍內(nèi)，隨著地面高程的增加，植被覆蓋度也在提高。隨著高程的升高，人類(lèi)對(duì)于森林木材的開(kāi)發(fā)和利用的成本率大大提高，再加上人類(lèi)生產(chǎn)生活主要集中在高程較低的林東鎮(zhèn)，福山地鄉(xiāng)，白音敖包鄉(xiāng)等地，使得西北部山區(qū)的植被覆蓋度達(dá)到一個(gè)很高的數(shù)值。同時(shí)，西北部山地的土壤侵蝕較輕，沒(méi)有農(nóng)牧業(yè)對(duì)植被的破壞，所以，這部分地區(qū)植被覆蓋度較高。

3.3 坡度與植被覆蓋度相關(guān)性分析

本文坡度分級(jí)按照 0～5°，5～10°，10～15°，15～25°，25～65°這5級(jí)劃分。并根據(jù)分級(jí)整理出巴林左旗的坡度分布圖(上圖)：

由巴林左旗坡度分布可知，西北地區(qū)多山，地勢(shì)陡峭，東南地區(qū)相對(duì)平坦，坡度多小于10°，適合農(nóng)耕或放牧。

V F C S l o p e(°) 0～5 5～10 10～15 15～25 25～65 合計(jì)0 12540 11800 5261 3831 1163 345940-0.2 46951 45408 19853 13214 3398 1288230.2-0.5 66711 73672 39656 31228 9682 2209500.5-0.8 46101 48564 28842 28140 10341 1619890.8-1 14381 22706 22697 30084 10560 100428合計(jì) 186683 202149 116309 106497 35144 646783

坡度分布反映了該地區(qū)的山川走勢(shì)，根據(jù)坡度-植被覆蓋度分布可知，按照坡度分級(jí)，坡度小于25o時(shí)，植被覆蓋度在0.2～0.5占比最多，分別占36%、36%、34%、29%；植被覆蓋度為0占比最小，分別占7%、6%、5%、4%；坡度大于25°時(shí)，植被覆蓋度大于0.8占比最大，為30%，植被覆蓋度為0占比最小，為3%。且隨著坡度的增加，植被覆蓋度逐漸上升，尤以昌隆鎮(zhèn)和毛寶力格鄉(xiāng)最為明顯，這兩個(gè)地區(qū)的坡度低于10°植被覆蓋度均在0.2左右，而浩爾吐鄉(xiāng)和白音烏拉蘇木，坡度多大于15°，植被覆蓋度均大于0.2，且多數(shù)大于0.5。四城相比，明顯在巴林左旗中，坡度與植被覆蓋度呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系。但是由于林東鎮(zhèn)周?chē)墓こ碳叭藶楦深A(yù)，兩者之間的相關(guān)關(guān)系減弱。

整體而言，植被覆蓋度在0.5～0.8之間的地區(qū)在不同坡度分布比較均勻，分別為25%、24%、25%、26%和29%。隨著坡度增加，植被覆蓋度大于0.8的比例增加，植被覆蓋度低于0.2的比例降低，且植被覆蓋度在0.2～0.8之間的地區(qū)占比均大于50%，分別為60%、60%、59%、56%和 57%。

以查干哈達(dá)蘇木——哈達(dá)英格鄉(xiāng)——林東鎮(zhèn)——寶力罕吐鄉(xiāng)——花加拉嘎鄉(xiāng)為界，西北地區(qū)坡度明顯大于東南，植被覆蓋度顯著占優(yōu)，全巴林左旗植被覆蓋度在0.2～0.5最多，有220950公頃，占整體的34%，植被覆蓋度為0的最少，只有34594公頃，占整體的5%。且由于人為的開(kāi)發(fā)利用，除了位于浩爾吐鄉(xiāng)的水庫(kù)外，多數(shù)的裸地（植被覆蓋度為0）分布于東南部的地勢(shì)平緩地區(qū)。

4 結(jié)論

利用遙感影像和數(shù)字影像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)遙感處理（輻射定標(biāo)、大氣校正、地形校正、影像拼接、直方圖匹配、圖像裁剪），提取地表植被覆蓋度信息——NDVI和通過(guò)監(jiān)督分類(lèi)提取的土地利用數(shù)據(jù)。結(jié)合空間分析軟件ArcGIS，對(duì)地面高程DEM，植被覆蓋率和土地利用的空間分布進(jìn)行分析：DEM在空間范圍內(nèi)呈現(xiàn)北高南低的特點(diǎn)，并從西北山地向東南平原漸次降低；植被覆蓋率在西北部山地區(qū)接近與1，南部人類(lèi)活動(dòng)區(qū)植被覆蓋率較低，在城鎮(zhèn)中心附近約為0；從土地利用的角度來(lái)對(duì)比植被覆蓋率，植被覆蓋率由針葉林——闊葉林——耕地——低植被土地——城鎮(zhèn)依次降低。

將植被覆蓋率與DEM和坡度兩個(gè)地形元素進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)統(tǒng)計(jì)軟件SPSS分析兩個(gè)因子分別與植被覆蓋度的相關(guān)性。將DEM分為七級(jí)，通過(guò)分析植被覆蓋度與DEM的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)這兩者之間具有強(qiáng)相關(guān)性，在某段DEM的取值范圍內(nèi)，地面高程的增加，植被覆蓋度也隨之提高。將坡度分為五級(jí)，整體范圍內(nèi)分析得出兩者之間的相關(guān)性并不強(qiáng)，但在坡度低于10°的昌隆鎮(zhèn)和毛寶力格鄉(xiāng)，坡度大于15°浩爾吐鄉(xiāng)和白音烏拉蘇木，坡度與植被覆蓋度呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系。但是由于人為開(kāi)發(fā)等各種因素的影響，林東鎮(zhèn)附近兩者之間的相關(guān)關(guān)系大大減弱。整體而言，大部分植被覆蓋度較低的區(qū)域分布于東南部的地勢(shì)平緩地區(qū)。

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