青藏高原植被覆蓋度與地形相關性分析

朱 燁, 方秀琴

（1.河海大學 地球科學與工程學院，江蘇 南京 210098）

青藏高原植被覆蓋度與地形相關性分析

朱 燁1, 方秀琴1

（1.河海大學 地球科學與工程學院，江蘇 南京 210098）

提取青藏高原海拔高度、坡向，用分級分類的方法綜合分析了青藏高原植被覆蓋度和地形的相關性，利用30 m ASTER GDEM數據、Landsat影像數據及植被類型等資料，結合ERDAS和ArcGIS 9．3軟件對青藏高原DEM進行處理，計算NDVI，研究得出的主要結論如下：①青藏高原海拔高度在4 500 m處的NDVI最高；5 500 m之后的NDVI逐漸降低，海拔與植被覆蓋度呈負相關；②青藏高原北坡、西北坡和東北坡的NDVI較高，南坡的NDVI較低，陽坡的NDVI較高，陰坡的NDVI較低。

植被覆蓋度；NDVI；地形；青藏高原

植被覆蓋度是全球及區域氣候數值模型中的重要參數,可以定量了解研究區的植被覆蓋情況。植被指數的求算方法根據實際應用也有很多種，NDVI是多種植被指數中應用最多最廣泛的一種[1]，杜子濤等人利用NDVI來研究植被覆蓋度[2-4]。郭凱等人利用ENVI從遙感影像中提取植被指數[5-7]。金曉梅等人研究了黑河上游山區植被的空間分布特征及其影響因素[8]。國內外對于青藏高原植被覆蓋度的研究主要在于植被覆蓋變化與氣候參數、降水、溫度之間的關系以及植被覆蓋在植被動態變化中的應用[9-14]。但對于青藏高原植被覆蓋度與地形相關性的分析較少，而植被覆蓋度與地形是密不可分的。

目前，我們不僅需要知道青藏高原的植被覆蓋度，更希望了解青藏高原植被覆蓋度隨地形的分布情況。本文利用遙感數據、DEM數據和GIS 技術，結合多種統計、分析方法，把握青藏高原植被覆蓋度在地形上的特征，為研究青藏高原地形上的植被覆蓋情況以及多宗植被類型的分布特征提供依據，另外在生態系統中，植被覆蓋變化是生態環境變化的直接結果，因此研究植被對高原環境變化規律的探索與環境恢復也具有重要意義。

1 研究區概況和研究方法

1.1 研究區概況

青藏高原在中國的境內東西跨有31個經度,縱貫有13個緯度，面積大約為2 572．4×103 km2，占我國陸地總面積的26．8%[15]。在行政區劃上,中國境內的青藏高原范圍涉及6個省區、201個縣（市）。它是世界上最高的高原，有“世界屋脊”和“第三極”之稱[16]。

青藏高原具有獨特的高原山地景觀，有森林、灌叢、草甸、草原和荒漠等[17]，整個青藏高原區的植物種類十分豐富，但是植物種類數量的區域變化也十分顯著，整個高原地區植物種類的數量是東南多、西北少，呈現出明顯遞減的變化趨勢。

1.2 研究內容與方法

本文的研究內容主要有：①地形因子與植被覆蓋度關系的理論分析；②地形因子的提取實驗，使用ArcGIS軟件提取青藏高原海拔高度、坡向；③青藏高原植被覆蓋度與地形的相關性分析。

本文以ArcGIS 9．3為基本的技術平臺，并輔以ERDAS遙感影像處理軟件對數據進行處理和分析。利用ERDAS遙感影像處理軟件對青藏高原DEM分塊數據和Landsat影像數據進行拼接和裁剪。利用ArcGIS 9．3軟件來計算NDVI，估算高原地區的植被指數，構建青藏高原DEM，提取海拔高度和坡向。對地形與植被覆蓋度、植被類型進行疊加分析，運用分類分級方法對其相關性進行研究。

2 數據與預處理

2.1 遙感數據源

本文用到的是從國際科學數據服務平臺下載的Landsat 4-5TM分區數據。Landsat主題成像儀（TM）是Landsat4和Landsat5攜帶的傳感器，其中，B3表示紅色波段，波長為0.63～0.69 μm，分辨率為30 m；B4表示近紅外波段，波長為0.79～0.90 μm，分辨率為30 m。此數據產品經過系統輻射校正和地面控制點幾何校正，并且通過DEM進行了地形校正。此產品的大地測量校正依賴于精確的地面控制點和高精度的DEM數據。

2.2 植被指數

本文采用NDVI來研究青藏高原植被覆蓋度和地形的相關性。NDVI具有以下幾點優勢：植被空間覆蓋范圍廣；植物檢測靈敏度高；數據具有可比性。

式中，NIR為近紅外波段的反射值；R為紅光波段的反射值。根據式（1），NDVI的取值范圍為-1．0～1．0，一般認為NDVI值大于0．1為有植被覆蓋。

在用軟件提取NDVI之前，需要對影像進行處理，然后按照式（1），在ArcGIS 9．3軟件下計算植被指數，使用Raster Calculator工具，輸入Float([B40．TIF]-[B30．TIF])/ Float([B40．TIF]+[B30．TIF])。計算結果在ArcMap中顯示，如圖1。

圖1 NDVI計算結果

2.3 研究區域DEM數據

本文采用的是ASTER GDEM 30 m分辨率DEM。它是由美國航天局（NASA）與日本經濟產業省（METI）共同推出的。ASTER GDEM數據采用UTM投影，WGS84坐標系，垂直精度20 m，水平精度30 m。每個GDEM 的分片包含2個壓縮文件：質量評估文件和數字高程模型文件。由于ASTER GDEM 30 m數據過大，因此選取部分的DEM數據，然后用Landsat影像數據裁剪DEM數據。

3 植被覆蓋度與地形綜合分析

3.1 海拔與NDVI

在ArcMap中把等高線圖和NDVI進行疊加，如圖 2。選取海拔為4 500～5 500 m的區域進行觀察，可明顯觀察到，青藏高原海拔高度在4 500 m處的NDVI較高，而5 500 m海拔上的NDVI較低，有些甚至沒有植被覆蓋。

圖2 青藏高原海拔與NDVI疊加圖

制作海拔與NDVI的散點圖，如圖3。其中有的海拔高度上NDVI為負數，表明地面覆蓋為云、水、雪等，對可見光反射高。0表示有巖石或裸土等，正值表示有植被覆蓋，且隨覆蓋度增大而增大。海拔在3 900～4 500 m的NDVI主要在0～0．4之間，有的區域NDVI甚至達到0．5，這說明海拔在3 900～4 500 m的區域植被覆蓋度較高，而5 500 m以上的海拔高度上的NDVI接近于0，有些區域甚至沒有植被覆蓋。

圖3 青藏高原海拔與NDVI散點圖

3.2 坡向與NDVI

在ArcMap中把坡向圖和NDVI進行疊加分析，在ArcGIS中對比青藏高原坡向圖和青藏高原NDVI圖看出，北坡、西北坡和東北坡的NDVI較高，并參照明暗等高線（如圖4）可知，陽坡的NDVI高于陰坡。

圖4 青藏高原明暗等高線與NDVI疊加圖

制作青藏高原坡向與NDVI柱狀圖（如圖5）。從圖5可以看出，北坡、西北坡和東北坡的NDVI較高，NDVI達到了0．3以上；南坡的NDVI較低，NDVI在0．1左右。

圖5 青藏高原坡向與NDVI柱狀圖

4 結 語

青藏高原海拔高度在3 900～4 500 m的NDVI較高，NDVI主要在0～0．4之間，這說明該區域植被覆蓋度較高，其中海拔在4 500 m的區域NDVI最高，NDVI在0．4左右，有些區域達到0．5以上。而海拔在5 500 m之后的區域NDVI逐漸降低，NDVI趨向于0，說明青藏高原海拔在5 500 m以上的區域植被覆蓋較少。青藏高原北坡、西北坡和東北坡的NDVI較高，NDVI達到了0．3以上，南坡的NDVI較低，NDVI在0．1左右，陽坡的NDVI較高，陰坡的NDVI較低。

[1] 馮露，岳德鵬，郭祥． 植被指數的應用研究綜述[J]．林業調查規劃，2009,34(2): 48-52

[2] 杜子濤，占玉林，王長耀． 基于NDVI序列影像的植被覆蓋變化研究[J]．遙感技術與應用，2008,23(1): 47-50

[3] Hua L, Michael R R． Decomposition of Vegetation Cover intoWoody and Herbaceous Components Using AVHRR NDVI Time Series[J]． Remote Sensing Environment, 2003, 86(1): 1-18

[4] Senay G B,Elliott R L． Combining AVHRR-NDVI and Landuse Data to Describe Temporal and Spatial Dynamics of Vegetation[J]． Forest Ecology and Management, 2000,128:83-91

[5] 郭凱，孫培新，張悅,等． 利用遙感影像軟件ENVI提取植被指數[J]．新疆環境保護，2005(1):10-12

[6] 陳勁松，韓玲． 運用ENVI提取遙感影像中的植被信息[J]．測繪標準化，2005,21(2):20-22

[7] 韋玉春，湯國安，楊昕． 遙感數字圖像處理教程[M]．北京:科學出版社，2007

[8] 金曉梅，萬歷，胡光成． 黑河上游山區植被的空間分布特征及其影響因素[J]．干旱區資源與環境，2008,22(6):140-144

[9] 楊元合，樸世龍． 青藏高原草地植被覆蓋變化及其與氣候因子的關系[J]．植物生態學報,2006,30(1):1-8

[10] 梁四海，陳江，金曉媚,等．近21年青藏高原植被覆蓋變化規律[J]．地球科學進展，2007,22(1):33-40

[11] 向波，繆啟龍，高慶先． 青藏高原氣候變化與植被指數的關系研究[J]．四川氣象，2001,75(1):29-36

[12] 丁明軍，張鐿鋰，劉林山,等． 青藏高原植被覆蓋對水熱條件年內變化的響應及其空間特征[J]．地理科學進展，2010，29(4):507-512

[13] 于伯華，呂昌河，呂婷婷,等． 青藏高原植被覆蓋變化的地域分異特征[J]． 地理科學進展，2009,28(3):391-397

[14] 曾彪． 青藏高原植被對氣候變化的響應研究[D]．蘭州：蘭州大學,2008

[15] 張鐿鋰，李炳元，鄭度．論青藏高原范圍與面積[J]．地理研究，2002,21(1): 1-8

[16] 張燕，王婷，孫成權,等．國際青藏高原及其周邊地區研究文獻計量分析報告[J]．地理科學進展，2011,30(3): 369-378

[17] 莫申國，張百平，程維明,等．青藏高原的主要環境效應[J]．地理科學進展，2004,23(2): 88-96

P237.9

B

1672-4623（2015）06-0135-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.06.045

朱燁，碩士，主要從事地理信息系統與遙感研究。

2014-10-09。

項目來源：國家自然科學基金青年科學基金資助項目（41201027）。