基于NDVI的黄冈市植被覆盖度时空变化特征分析

【摘 要】利用2000年9月、2005年8月和2010年10月3个时相的陆地资源卫星遥感图像，在计算NDVI的基础上，提取湖北省黄冈市近10年来植被覆盖度的时空变化信息。结果表明：黄冈市植被覆盖度总体较好，覆盖率较高，但从2000年到2010年有一个先上升后下降的过程，表明植被覆盖度近期有下降的趋势，应该引起相关部门的重视。

【关键词】NDVI；植被覆盖度；黄冈市

植被是生态系统不可或缺的组成部分，在能量与物质转换中起着重要作用[1]，是大空间尺度气候和环境变化的重要驱动因子之一，与地区可持续发展战略有着密切的联系。植被覆盖度是指植被（包括叶、茎、枝）在地面的垂直投影面积占统计区总面积的百分比，常用于植被变化、生态环境研究、水土保持、气候等方面的研究。

植被覆盖度的测量可分为地面测量和遥感估算两种方法。地面测量常用于田间尺度，但耗时长、成本高；遥感估算常用于区域尺度，并能进行定期监测。目前已经发展了很多利用遥感测量植被覆盖度的方法，较为实用的方法是利用植被指数估算植被覆盖度，常用的植被指数为归一化植被指数NDVI。

本文利用2000年9月、2005年8月和2010年10月3个时相的陆地资源卫星遥感图像，在计算NDVI的基础上，提取湖北省黄冈市近10年来植被覆盖度的时空变化信息，为政府与相关部门的制定区域发展规划提供科学依据和决策参考。

1 研究区概况

黄冈市地处湖北省东部，大别山南麓，长江中游北岸，京九铁路中段，位于东经114°25′-116°8′，北纬29°45′-31°35′。现辖一区（黄州）、二市（武穴、麻城）、七县（红安、罗田、英山、浠水、蕲春、黄梅、团风）和一个县级龙感湖农场，面积为1.74万平方公里，总人口为730万。本市属亚热带大陆性季风气候，江淮小气候区。四季光热界线分明，光照丰富，雨量充足，年平均降雨量1223-1493毫米。本区自北向南逐渐倾斜、东北部与豫皖交界为大别山脉，主脊呈西北―东南走向；中部为丘陵区，海拔多在300米以下，高低起伏；南部为狭长的平原湖区，海拔高度在10-30米之间，河港、湖泊交织。

2 数据来源

2.1 遥感图像

2000年9月Landsat5 TM、2005年8月Landsat7 ETM+和2010年10月Landsat5 TM3个时相的遥感图像，空间分辨率30m×30m，图像条带号为122-38、122-39、123-38、123-39。

2.2 数字高程模型

选用空间分辨率为30m的 ASTER GDEM数据。

2.3 矢量数据

黄冈市行政边界图，黄冈市县域边界图，矢量数据来源于国家基础地理信息系统网站。

3 研究方法

本文的研究流程如图1所示，具体的研究方法包括：

3.1 遥感图像预处理

分别读取三个时期相邻的四景图像，并进行辐射定标、大气校正。在同一时期的四景图像中，以其中一景为基准，通过几何校正的方法与基准图像进行配准，然后进行镶嵌，用黄冈市的行政边界矢量图去裁剪，得到该时期的黄冈市遥感图像。用同样方法得到另外两个时期的黄冈市遥感图像。

3.2 遥感图像分类

对三个时期的黄冈市遥感图像进行监督分类，得到各个时期黄冈市土地覆盖分类图。

图1 研究流程图

3.3 植被覆盖度估算

3.3.1 NDVI计算

NDVI被定义为近红外波段（NIR）与可见光红波段（R）数值之差和这两个波段数值之和的比值，它在运用遥感图像进行植被及植物物候研究方面得到广泛应用，是植物生长状态及空间分布密度的最佳指示因子。

NDVI=（NIR-R）/（NIR+R）（1）

式中，NIR为近红外波段的反射率，R为红光波段的反射率。

3.3.2 植被覆盖度估算

利用像元二分模型估算三个时期黄冈市的植被覆盖度。像元二分模型是一种简单实用的遥感估算模型，它假设一个像元的地表由有植被覆盖部分地表与无植被覆盖部分地表组成，而遥感传感器观测到的光谱信息也由这2个组分因子线性加权合成，各因子的权重是各自的面积在像元中所占的比率，如其中植被覆盖度可以看作是植被的权重。

fc=（NDVI-NDVIsoil）/（NDVIveg-NDVIsoil）（2）

式中，NDVIsoil为无植被像元的NDVI值，NDVIveg为为纯植被像元的NDVI值。

根据遥感图像的可解译程度以及当地的植被状况等[2]，对植被覆盖度进行分级，其中1级（低植被覆盖）的植被覆盖度为0-0.2，对应于撂荒地、居民点及交通用地等；2级（较低植被覆盖）的植被覆盖度为0.2-0.4，对应于低产草地、林地、农田等植被；3级（平均植被覆盖）的植被覆盖度为0.4-0.6，对应于农田、林地、中高产草地等植被，属中覆盖度植被，4级（较高植被覆盖）的植被覆盖度为0.6-0.8，对应于高产草地、林地、农田等植被；5级（高盖度植被覆盖）的植被覆盖度为0.8-1，对应于保护良好森林，良田等植被，属高覆盖度植被。

4 结果分析

4.1 黄冈市植被覆盖度总体特征

2000、2005年黄冈市植被状况很好。其中黄冈市低植被和较低植被所占比例较小，2000年这两所占的比例为4.35%和11.25%，2005年这两所占的比例为，2.18%和6.20%。这一状况反映2000年和2005年植被状况好，而且这种良好的趋势还得到了保持和增长。与此形成对比的是，这个时相的植被覆盖等级主要分布在较高植被和高植被中，其中2000年这两项所占的比例为27.27%和37.13%；2005年这两项所占的比例为29.30%和46.30%。这一数据反映2000年和2005年植被状况好，而且这种良好的趋势还得到了保持和增长。到了2010年这一良好的态势则发生的退化。2010年低植被上升到了16.12%，较低植被则急剧上升到42.38%；同期的较高植被和高植被则快速下降，分别下降到了14.68%和17.09%。

4.2 黄冈市植被覆盖度时间变化特征

黄冈市的植被覆盖度从2000年到2005年处于上升趋势。相对于2000年，2005年的低植被下降了9.77%，较低植被下降了22.80%，平均值这一级下降了为18.22%，较高植被上升了8.67%，高植被上升了40.54%。

黄冈市的植被覆盖度从2005年到2010年处于下降趋势。相对于2005年，2010年的低植被上升了11.78%，较低植被上升了30.50%，平均值这一级下降了7.94%，较高植被下降了17.23%，高植被下降了32.54%。

4.3 黄冈市植被覆盖度空间分布特征

2000年黄冈市的植被覆盖区域变化明显，植被覆盖度由高到低依次是：英山县、罗田县、蕲春县、武穴市、黄梅县、麻城市、浠水县、黄州市、红安县。

2005年黄冈市植被覆盖度由高到低依次是：英山县、罗田县、蕲春县、武穴市、麻城市、黄梅县、浠水县、黄州市、红安县。

2010年黄冈市植被覆盖度由高到低依次是：英山县、红安县、罗田县、蕲春县、麻城市、浠水县、武穴市、黄州市、黄梅县。

5 结语

5.1 利用遥感影像进行植被覆盖度估算是生态环境监测领域的一项实用技术，植被覆盖度是反映地表植被生长与覆盖状况的特征指标，通过对TM影像不同波段信息的组合计算NDVI指数，总结分析黄冈市的植被覆盖度的变化，评价结果能揭示区域植被生态的空间格局与动态特征，可为城市生态环境质量评价与生态规划提供基础数据。

5.2 通过研究区植被覆盖的图像对比分析，黄冈市在2000年到2005年植被状况保持着良好的发展态势，但在2005年到2010年植被覆盖下降的区域面积与幅度都较大。黄冈市所在的大别山区是我国重要的生态功能区，其植被覆盖度的变化理应引起相关部门的足够重视。

【参考文献】

[1]陈晋，陈云浩，何春阳，等.基于土地覆盖分类的植被覆盖率估算亚像元模型与应用[J].遥感学报，2001，5（6）：416-422.

[2]刘志红，郭伟玲，杨勤科，等.近20年黄土高原不同地貌类型区植被覆盖变化及原因分析[J].中国水土保持科学，2011，9（1）：16-23.