方 煒,劉艷平

(甘肅省基礎(chǔ)地理信息中心，甘肅 蘭州 730000)

植被覆蓋度(Fractional Vegetation Cover,FVC)是指植被的葉、莖和枝在地面的垂直投影面積占統(tǒng)計(jì)區(qū)面積的百分比[1]。其是評價(jià)區(qū)域地表植被狀況的重要指標(biāo)之一,對生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境變化評價(jià)也具有重要的意義[2]。而歸一化差值植被指數(shù)(NDVI) 又是區(qū)域植被生長狀況和植被覆蓋度的最佳指示因子[3]，因此本文基于歸一化差值植被指數(shù)(NDVI)對嘉峪關(guān)市的植被覆蓋度變化進(jìn)行研究，為掌握區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

嘉峪關(guān)市是甘肅省的地級市，地處河西走廊中部偏西，北連酒泉市的金塔縣，南依張掖市的肅南裕固族自治縣，東臨酒泉市的肅州區(qū)，西接酒泉市的玉門市[4]。其在甘肅省行政轄區(qū)內(nèi)總面積約為1 224.16 km2，位于北緯39°10′～39°59′，東經(jīng) 97°25′ ～ 98°30′[5]。區(qū)域內(nèi)年平均降水量為85.3 mm，蒸發(fā)量2 149 mm, 年平均氣溫在6.7℃～7.7℃之間，屬于典型的溫帶大陸性荒漠氣候，地勢平坦，海拔平均1 700 m左右[6]。位置示意圖如圖1所示。

圖1 嘉峪關(guān)市位置示意圖

2 數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)介紹

從地理空間數(shù)據(jù)云平臺[7]下載敦煌市 2013年、2015年和2017年 Landsat8 OLT_TIRS 1350322影像數(shù)據(jù)共3景。

為了保持?jǐn)?shù)據(jù)對比分析的準(zhǔn)確性，Landsat8 影像選取遵守以下幾個(gè)原則：(1)盡量選擇在相同或相近月份的影像數(shù)據(jù)；(2)盡量選擇該區(qū)域植被覆蓋生長繁盛時(shí)期6～9月份的影像；(3)選擇云量較少的影像。依據(jù)以上3個(gè)影像選取原則，并結(jié)合地理空間數(shù)據(jù)云平臺中該區(qū)域現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，本次研究選取了2013年8月、2015年7月、2017年8月的3景影像作為本次數(shù)據(jù)處理的底圖，且云覆蓋量低于6%。

2.2 研究方法介紹

本次研究選用的軟件為ENVI5.3。首先，利用該軟件對下載的3景遙感影像分別依次進(jìn)行波段組合、輻射校正(輻射定標(biāo)和大氣校正)和幾何校正等一系列影像處理操作后，并按照嘉峪關(guān)市行政區(qū)劃范圍對影像進(jìn)行裁剪；然后,利用該軟件中的工具分別計(jì)算每期影像的歸一化植被指數(shù)(NDVI)和其相對應(yīng)的植被覆蓋度(FVC)，并進(jìn)行分類；最后，對3期的分類處理數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

(1)歸一化植被指數(shù)(NDVI)計(jì)算

近紅外波段(NIR)與可見光紅波段(RED)數(shù)值之差和這兩個(gè)波段數(shù)值之和的比值[2]被定義為歸一化植被指數(shù)(NDVI)。

NDVI=(NIR-RED)/(NIR+RED)

(1)

(2)植被覆蓋度(FVC)計(jì)算

利用NDVI 的像元二分模型法反演計(jì)算植被覆蓋度[8]。

FVC=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)

(2)

式中，NDVIsoil為無植被覆蓋區(qū)域或完全是裸土的NDVI值；NDVIveg為完全被植被所覆蓋的像元的NDVI值[9]。

(3) 植被覆蓋度(FVC)分級

參考植被覆蓋度分級[10-11]，依據(jù)研究區(qū)域生態(tài)特征和實(shí)際情況，將植被覆蓋度分為以下5個(gè)等級，如表1所示。

表1 植被覆蓋度分級表

3 嘉峪關(guān)市植被覆蓋度結(jié)果分析

3.1 植被覆蓋度特征分析

統(tǒng)計(jì)2013 年、2015年和 2017 年嘉峪關(guān)市植被覆蓋度分級類型面積及面積占比情況，如表2和圖2所示。

表2 2013年、2015年、2017年嘉峪關(guān)市植被覆蓋度分級類型面積、面積占比統(tǒng)計(jì)表

圖2 2013年、2015年、2017年嘉峪關(guān)市植被覆蓋度分級類型面積圖

由表2和圖2可知，嘉峪關(guān)市植被覆蓋度總體上呈東部高于西部，主要以極低覆蓋度和高覆蓋度為主，二者占嘉峪關(guān)市總面積的 95%以上。其中，極低覆蓋度區(qū)域面積約占嘉峪關(guān)市總面積的91%左右，主要以荒漠與裸露地、人工堆掘地、道路、水域、房屋建筑區(qū)和構(gòu)筑物等地物為主；高覆蓋度區(qū)域面積占比約為5%左右，以種植土地、林地等為主，主要分布在嘉峪關(guān)市的東北部和東南部。低覆蓋度區(qū)域面積占比在1.5%～3.5%之間，以低覆蓋草地、稀疏灌草叢、疏林地等為主，主要集中在嘉峪關(guān)市西北部的山區(qū)和東北部的平原區(qū)，如圖3～圖5所示。中覆蓋度區(qū)域面積占比在0.60%～0.85%之間，主要以中覆蓋草地、林地等為主；中高覆蓋度區(qū)域面積占比最小，約為0.5%，主要以高覆蓋度草地、林地為主。

圖3 2013年嘉峪關(guān)市植被覆蓋度分布圖

圖4 2015年嘉峪關(guān)市植被覆蓋度分布圖

圖5 2017年嘉峪關(guān)市植被覆蓋度分布圖

3.2 植被覆蓋度時(shí)空變化特征及變化原因分析

嘉峪關(guān)市植被覆蓋度在2013～2017年間總體上稍微有下降趨勢，但下降趨勢不明顯。5年期間，極低覆蓋度區(qū)域面積總共增加了10.14 km2，增加幅度為0.83%；低覆蓋度區(qū)域面積總共減少了11.24km2，減少幅度為0.92%，如表3所示。高覆蓋度、中高覆蓋度、中覆蓋度區(qū)域植被覆蓋度略有增加，但變化幅度不大。

表3 2013～2017年嘉峪關(guān)市植被覆蓋度分級類型面積、面積占比變化統(tǒng)計(jì)表

引起植被覆蓋度變化的原因主要有：(1)氣候認(rèn)為是引起植被覆蓋度變化的主要環(huán)境因素之一，以氣溫和降水等表現(xiàn)尤為明顯[12-13]。2013～2017年，嘉峪關(guān)市年平均氣溫、降水、蒸發(fā)量總體略有上升趨勢，如圖6所示,會引起該區(qū)域植被覆蓋度總體變化。(2)近些年，當(dāng)?shù)亻_展了封灘育林工程、農(nóng)村人工植樹造林和全民義務(wù)植樹等活動，有利于區(qū)域高覆蓋度、中高覆蓋度、中覆蓋度的增加。

圖6 2013～2017年嘉峪關(guān)市氣溫、降水量、蒸發(fā)量變化圖

4 結(jié) 語

該文基于Landsat8遙感影像，分析了嘉峪關(guān)市2013～2017年期間植被覆蓋度時(shí)空特征和變化特征情況。通過分析得出：(1)該區(qū)域植被覆蓋度總體上呈東部高于西部，主要以高覆蓋度和極低覆蓋度為主，高覆蓋度區(qū)域主要分布在嘉峪關(guān)市的東北地區(qū)和東南地區(qū)。(2)5年間，嘉峪關(guān)市植被覆蓋度總體上稍微略有下降趨勢，但下降趨勢不明顯。(3)建議當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門采取相應(yīng)措施，加大中植被覆蓋度、中高植被覆蓋度和高植被覆蓋度區(qū)域的面積占比，促使區(qū)域植被覆蓋度向有利于改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)壞境的方向發(fā)展。

由于受氣候、影像資料的限制，對該區(qū)域研究時(shí)間僅限于2013年、2015年和2017年3個(gè)時(shí)間段，在今后的研究中，可以延長研究的時(shí)間序列，來更詳盡的研究該區(qū)域植被覆蓋度的特征，為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)的參考依據(jù)。