張　勇

天然林資源保護(hù)區(qū)植被覆蓋度遙感估算及變化分析

張勇

（普安縣林業(yè)局貴州黔西南561500）

天然林資源作為地球生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)于維持生物多樣性、調(diào)節(jié)氣候和保持水土平衡等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。貴州省黔西南地區(qū)作為中國西南部的一個(gè)重要生態(tài)區(qū)域，其天然林資源的保護(hù)與監(jiān)測尤為關(guān)鍵。遙感技術(shù)作為一種高效的地表監(jiān)測手段，為天然林資源的保護(hù)和管理提供了新的視角和工具。文章旨在通過遙感技術(shù)對(duì)黔西南地區(qū)的天然林植被覆蓋度進(jìn)行精確估算和變化分析，提出植被覆蓋度優(yōu)化建議，以期提升該區(qū)域的生態(tài)保護(hù)工作成效。

天然林資源保護(hù)區(qū)；植被覆蓋度；遙感估算；變化分析；貴州省

植被覆蓋度（FVC）是描述地表植被狀況的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)于生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)、資源管理、氣候變化研究等領(lǐng)域具有重要意義。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，通過衛(wèi)星影像分析植被覆蓋度已成為一種有效方法。然而，如何根據(jù)不同地區(qū)的具體環(huán)境特點(diǎn)選擇合適的遙感數(shù)據(jù)和分析方法，以及如何將遙感技術(shù)應(yīng)用于具體的區(qū)域生態(tài)保護(hù)策略，仍然是一個(gè)值得深入研究的課題。貴州省黔西南地區(qū)作為一個(gè)生態(tài)敏感區(qū)，其天然林覆蓋度變化對(duì)于區(qū)域生態(tài)平衡和水土保持具有重要影響。因此，深入研究該區(qū)域的植被覆蓋度變化，并提出有效的生態(tài)保護(hù)策略，對(duì)于做好該區(qū)域的生態(tài)保護(hù)工作和促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 貴州省黔西南地區(qū)植被覆蓋度的遙感估算

1.1 區(qū)域概況

普安縣位于貴州省西南部烏蒙山區(qū)，黔西南布依族苗族自治州西北部。普安縣地處云貴高原向黔中過渡的梯級(jí)狀斜坡地帶，縣境呈不同規(guī)則南北向長條形。其地勢特點(diǎn)是中部較高，四面較低，烏蒙山脈橫穿中部，將全縣分為南北兩部分，南部地勢由東北向西南傾斜，北部地勢由西南向東北傾斜。普安縣屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，其特點(diǎn)是四季分明，雨熱同期，春秋溫和，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑。普安縣地處珠江上游，地勢起伏，地形破碎，立體氣候明顯，適宜多種植物生長，森林覆蓋率為27.3%，是珠江防護(hù)林的重要生態(tài)建設(shè)區(qū)域。普安縣植被類型復(fù)雜多樣，呈垂直帶發(fā)育。其主要植被帶有高山灌叢草甸帶、落葉闊葉與常綠闊葉混交林帶和針葉常綠、闊葉落葉混交林帶。近年來，普安縣的自然環(huán)境面臨一定的挑戰(zhàn)。因此，對(duì)普安縣的植被覆蓋度進(jìn)行準(zhǔn)確的遙感估算，對(duì)于掌握其生態(tài)系統(tǒng)的變化具有重要意義。借助遙感技術(shù)，可以在不干擾自然環(huán)境的情況下，對(duì)該區(qū)域植被覆蓋情況進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，從而提高該地區(qū)的生態(tài)保護(hù)工作成效。

本文將重點(diǎn)關(guān)注普安縣的植被覆蓋度及其時(shí)間序列變化，通過分析多期衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，探究該地區(qū)植被變化趨勢及原因。

1.2 遙感數(shù)據(jù)源選取與數(shù)據(jù)處理

針對(duì)貴州省黔西南布依族苗族自治州普安縣的植被覆蓋度遙感估算，本文精心選擇了Landsat 8 OLI和MODIS兩種遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)源。Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)以其30 m的高空間分辨率優(yōu)勢，非常適合進(jìn)行詳細(xì)的植被覆蓋度分析。2018—2023年的Landsat 8 OLI遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)源，覆蓋普安縣全域，特別確保了這些影像在清晰、無云的條件下被捕獲，以保障數(shù)據(jù)質(zhì)量。此外，MODIS數(shù)據(jù)以其每天的觀測頻率和500 m的空間分辨率，為捕捉植被動(dòng)態(tài)變化提供了寶貴的視角。我們特別關(guān)注了MODIS的植被指數(shù)產(chǎn)品，如MOD13Q1，它提供了16 d 1次的歸一化植被指數(shù)（NDVI），適用于分析長期的植被覆蓋度趨勢。在數(shù)據(jù)處理流程中，首先進(jìn)行了預(yù)處理，包括輻射定標(biāo)、大氣校正和幾何校正，以消除數(shù)據(jù)中的誤差和偏差。接下來，采用了影像融合技術(shù)，結(jié)合了Landsat 8 OLI的高空間分辨率和MODIS的高時(shí)間分辨率的優(yōu)勢，以獲得更全面的植被覆蓋度信息。計(jì)算了NDVI能有效反映植被的健康狀況和覆蓋程度。最后，應(yīng)用了監(jiān)督和非監(jiān)督分類方法對(duì)植被覆蓋度數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，并進(jìn)行時(shí)間序列分析，以識(shí)別植被變化的模式和趨勢[1]。

1.3 植被覆蓋度估算方法

在植被覆蓋度估算中，綜合采用了多種遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)源和方法。首先，使用歸一化植被指數(shù)（NDVI）作為主要的遙感指標(biāo)，通過計(jì)算Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)中的近紅外波段（NIR）和紅光波段（RED）的反射率差值得到的，其公式為DVI=(IR-ED)/(IR+ED)。NDVI能夠反映出植被的密度和健康狀況，是估算植被覆蓋度的關(guān)鍵因素。接下來，通過像素二分模型來計(jì)算植被覆蓋度，該模型假設(shè)每個(gè)像素由植被和非植被兩部分組成。植被覆蓋度的計(jì)算公式為VC=(DVI-DVI,min)/(DVI,max-DVI,min)。其中，DVI,max和DVI,min分別代表研究區(qū)域內(nèi)植被和裸土的NDVI的最大值和最小值。為進(jìn)一步分析植被覆蓋度的變化趨勢，利用MODIS提供的長時(shí)間序列NDVI數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間序列分析。這種分析有助于揭示植被覆蓋度的季節(jié)性變化和年際變化，為理解植被變化提供了重要的視角。

1.4 估算結(jié)果與分析

如表1所示，通過結(jié)合Landsat 8 OLI和MODIS數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2018—2023年，普安縣的平均植被覆蓋度從60%增至64.5%。這反映出該區(qū)域植被覆蓋度的總體增加，尤其在春季和夏季，植被增長更為顯著，與該地區(qū)的降雨模式和生長季節(jié)相一致。此外，我們還觀察到在特定區(qū)域（如靠近水源的地方），植被覆蓋度的增長尤為突出。雖然整體上植被覆蓋度呈增長趨勢，但在不同區(qū)域之間存在差異，例如山區(qū)和丘陵區(qū)的植被恢復(fù)較為明顯，而人口密集和農(nóng)業(yè)活動(dòng)頻繁的區(qū)域則增長較慢。影響植被覆蓋度變化的主要因素包括自然因素（如降水量和氣溫變化），以及人為因素（如植樹造林活動(dòng)、農(nóng)業(yè)管理改進(jìn)和生態(tài)保護(hù)政策）。這些結(jié)果表明普安縣的植被覆蓋度在近年來整體呈現(xiàn)增長趨勢，顯示了該地區(qū)生態(tài)環(huán)境的整體改善。但為了持續(xù)保護(hù)和改進(jìn)該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，需要注意區(qū)域間的差異，并根據(jù)這些差異采取相應(yīng)的措施。

表1　植被覆蓋度數(shù)據(jù)表

2 貴州省黔西南地區(qū)植被覆蓋度的變化分析

2.1 分析方法

在本研究中，首先，本文利用時(shí)間序列分析，分析了MODIS提供的長期NDVI數(shù)據(jù)，以識(shí)別和量化植被覆蓋度隨時(shí)間的變化。該方法能有助于觀察到植被覆蓋度的季節(jié)性變化和年際變化，特別是能夠揭示植被生長的周期性模式。其次，運(yùn)用變化檢測技術(shù)，比較了不同時(shí)間點(diǎn)的Landsat衛(wèi)星影像，以便識(shí)別在特定時(shí)間段內(nèi)植被覆蓋度的顯著變化，如由于城市化、自然災(zāi)害或農(nóng)業(yè)活動(dòng)引起的變化。此外還借助地理信息系統(tǒng)（GIS），以空間分析的形式，更詳細(xì)地研究了植被覆蓋度變化的地理分布。通過GIS，我們能夠可視化植被變化，并將其與地形、氣候和人類活動(dòng)等因素進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析[2]。

2.2 時(shí)間序列變化分析

在普安縣進(jìn)行的植被覆蓋度時(shí)間序列變化分析中，本文通過MODISNDVI數(shù)據(jù)識(shí)別了幾個(gè)關(guān)鍵事件，這些事件顯著影響了該地區(qū)植被的生長。2019年春季，與2018年同期相比，NDVI值顯著增加，這與當(dāng)年春季異常增多的降水量密切相關(guān)，為植被生長提供了充足的水分。然而，到了2020年夏季，該地區(qū)遭受了嚴(yán)重干旱，導(dǎo)致夏季NDVI值比前一年同期下降了5%，干旱對(duì)植被生長產(chǎn)生了顯著的負(fù)面影響，尤其是在未灌溉的農(nóng)田和草地區(qū)域。到了2021年，隨著降水量恢復(fù)并實(shí)施了一系列植樹造林和水土保持措施，普安縣的植被覆蓋度恢復(fù)到正常水平，夏季NDVI值較2020年同期增長了約7%。2022年，得益于持續(xù)的生態(tài)保護(hù)措施和良好的氣候條件，普安縣的植被覆蓋度繼續(xù)增長，特別是在山區(qū)和丘陵區(qū)，NDVI值顯示出比前幾年更高的水平。這些具體事件的分析不僅揭示了植被覆蓋度變化的復(fù)雜性，也顯示了自然條件和人為干預(yù)如何共同影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)，為未來的環(huán)境管理和生態(tài)恢復(fù)提供了重要的參考。

2.3 影響因素變化分析

在普安縣植被覆蓋度變化分析中，通過綜合氣候數(shù)據(jù)、MODISNDVI時(shí)間序列、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展記錄和實(shí)地調(diào)查結(jié)果，確定了幾個(gè)關(guān)鍵影響因素。如表2所示，首先，氣候變化對(duì)植被覆蓋度產(chǎn)生了顯著影響，這一點(diǎn)通過對(duì)比NDVI數(shù)據(jù)和氣象記錄得到證實(shí)。例如，2019年春季的降水量增加帶來了植被增長，而2020年夏季的干旱事件則導(dǎo)致了植被覆蓋度的顯著下降。其次，自然災(zāi)害，如干旱，通過年際NDVI數(shù)據(jù)變化也顯示了對(duì)植被的直接影響。人類活動(dòng)的影響體現(xiàn)在生態(tài)保護(hù)措施和植樹造林項(xiàng)目上，這些措施在2021年和2022年促進(jìn)了植被覆蓋度的恢復(fù)和增長。地理和地形因素的影響通過植被覆蓋度數(shù)據(jù)和GIS分析得出，尤其是山區(qū)和丘陵區(qū)域的植被覆蓋度較高，這與這些區(qū)域的自然生態(tài)條件更為適宜有關(guān)。最后，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)植被狀態(tài)的影響是通過對(duì)比社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)和植被覆蓋度趨勢得出的。這些綜合分析揭示了普安縣植被覆蓋度變化的復(fù)雜性，強(qiáng)調(diào)了在未來制定環(huán)境保護(hù)政策和管理措施時(shí)需要考慮多方面因素的重要性。

表2　普安縣植被覆蓋度變化影響因素

3 天然林資源保護(hù)區(qū)植被覆蓋度優(yōu)化建議

第一，針對(duì)普安縣天然林資源保護(hù)區(qū)植被覆蓋度的優(yōu)化，結(jié)合分析出的關(guān)鍵影響因素，建議采取綜合策略，加強(qiáng)氣候變化適應(yīng)工作，特別是加強(qiáng)應(yīng)對(duì)極端天氣事件的預(yù)警系統(tǒng)，并開發(fā)適應(yīng)氣候變化的農(nóng)業(yè)和林業(yè)管理模式。例如，在干旱易發(fā)區(qū)域建立灌溉系統(tǒng)；在洪水易發(fā)區(qū)域?qū)嵤┖影吨脖环€(wěn)固和水土保持工程[3]。

第二，持續(xù)和擴(kuò)大生態(tài)保護(hù)項(xiàng)目，如植樹造林和水土保持項(xiàng)目，同時(shí)提倡可持續(xù)的土地利用和管理實(shí)踐?？紤]到地理和地形因素的差異，應(yīng)實(shí)施差異化的生態(tài)保護(hù)和管理措施，特別是在山區(qū)和丘陵地帶加強(qiáng)自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)和管理。

第三，平衡社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)系，推廣生態(tài)友好型的發(fā)展模式，如生態(tài)農(nóng)業(yè)和綠色城市建設(shè)，以促進(jìn)普安縣生態(tài)環(huán)境的持續(xù)改善。

4 結(jié)語

針對(duì)貴州省黔西南布依族苗族自治州普安縣植被覆蓋度的全面分析，揭示了該地區(qū)植被覆蓋度變化的復(fù)雜性及其背后的多種影響因素。從氣候變化的影響、自然災(zāi)害的挑戰(zhàn)，到人類活動(dòng)的積極作用，以及地理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的綜合影響，這些因素共同塑造了普安縣植被的當(dāng)前狀態(tài)和未來趨勢。本研究不僅為普安縣的環(huán)境保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)提供了科學(xué)依據(jù)，也為類似地區(qū)的自然資源管理提供了參考。普安縣需要采取相應(yīng)的策略，包括加強(qiáng)氣候適應(yīng)、實(shí)施有效的生態(tài)保護(hù)措施、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)植被覆蓋度的持續(xù)提升和天然林資源的有效保護(hù)。

[1]余濤，龐勇，蒙詩櫟，等. 天然林資源保護(hù)工程區(qū)植被覆蓋度遙感估算及變化分析[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2023，45（5）：1-13.

[2]李超，羅棟梁，李雪梅，等. 2000—2018年天山植被生態(tài)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)[J]. 蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，57（4）：528-536.

[3]周旗，張海寧，任源鑫. 1961—2016年渭河流域極端降水事件研究[J]. 地理科學(xué)，2020，40（5）：833-841.

10.3969/j.issn.2095-1205.2024.03.08

TP751;Q948

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2095-1205(2024)03-28-03

張勇（1991—），男，云南魯?shù)榭h人，本科，助理工程師，研究方向?yàn)榱謽I(yè)調(diào)查規(guī)劃。