基于像元二分模型的喀斯特山區(qū)植被覆蓋度監(jiān)測及變化分析——以畢節(jié)試驗區(qū)為例

謝穎穎 李 榮

（江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院，江西 贛州 34100041000）

本研究基于畢節(jié)試驗區(qū)的Landsat TM和ETM+遙感影像，引入歸一化植被指數(shù)（NDVI），利用像元二分模型，近似估算喀斯特山區(qū)的植被覆蓋度，并對畢節(jié)試驗區(qū)這三個時期的植被覆蓋的時空動態(tài)變化規(guī)律做出分析，有助于了解畢節(jié)試驗區(qū)地表植被情況。

1 研究區(qū)域概況

畢節(jié)試驗區(qū)是“畢節(jié)開發(fā)扶貧、生態(tài)建設(shè)試驗區(qū)”的簡稱，位于東經(jīng)103°36′～106°44′到北緯26°21′～27°47′之間，面積26853km2，屬典型的喀斯特巖溶地貌，是烏江、赤水河、北盤江的重要發(fā)源地之一，北亞熱帶濕潤氣候，屬于亞熱帶常綠闊葉林區(qū)，主要植被類型是亞熱帶常綠闊葉林，礦種多且分布廣，儲量豐富，境內(nèi)人口720萬，是少數(shù)民族聚居區(qū)。

2 植被覆蓋度遙感估算方法

像元二分模型假設(shè)影像上的一個像元的信息S只由植被和非植被兩個部分組成，對于一個由植被與土壤組成的混合像元，設(shè)像元中有植被的面積比為該像元的植被覆蓋度fc，則土壤部分面積比例為1-fc。設(shè)全植被覆蓋的純像元所得的遙感信息為Sveg，無植被覆蓋的裸土像元的遙感信息為Ssoil，經(jīng)過變換可得植被覆蓋度的計算公式fc=（S-Ssoil）/（Sveg-Ssoil）。歸一化指數(shù)定義為近紅外與紅外波段的差與兩者之和的比值，范圍介于-1到1之間。基于此，若混合像元包含植被和土壤，NDVI歸一化植被指數(shù)值可表達為由植被和土壤覆蓋信息組成。植被覆蓋度公式表示為：fc=（NDVI-NDVIsoil）/（NDVIveg-NDVIsoil），其中，NDVIsoil為裸土或者無植被覆蓋部分的NDVI值， 為純植被覆蓋部分的NDVI值，NDVIveg為被求像元的植被指數(shù)。

由于遙感影像不可避免地存在噪聲，因此NDVIsoil和NDVIveg不一定對應(yīng)著NDVI的極值，一般取給定置信度區(qū)間的最大值與最小值，置信度的取值根據(jù)圖像大小及圖像清晰度等實際情況確定[1]。

3 植被覆蓋度提取精度驗證

考慮到植被覆蓋度的現(xiàn)實意義，本研究以收集到的在解譯前后均有野外調(diào)研確立解譯標志或進行數(shù)據(jù)驗證的1∶10萬土地覆被/土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行了精度驗證。1990年、2000年、2010年植被覆蓋度空間分布數(shù)據(jù)的總體精度分別為74.7%、61.9%、65.5%。表明本研究所得植被覆蓋度數(shù)據(jù)因為分析粒度和影像類型不同而與LUCC數(shù)據(jù)平臺所得植被覆蓋度數(shù)據(jù)間存在一定的差距。不過考慮到本研究用的遙感影像自動分類方法，60%以上的分類分級精度即可認為符合要求。

4 研究結(jié)果

4.1 畢節(jié)試驗區(qū)NDVI

NDVI值接近于0為裸土，值越大的地區(qū)植被密度高[2]。畢節(jié)試驗區(qū)NDVI值較小的部分分布在六沖河、草海、三岔河、牛欄江等河流附近，NDVI值較大的部分零星分布在河流流域周邊地區(qū)，以畢節(jié)試驗區(qū)東北部大方縣地區(qū)較為突出。

4.2 畢節(jié)試驗區(qū)植被覆蓋度

4.2.1 畢節(jié)試驗區(qū)植被覆蓋度分級

根據(jù)畢節(jié)試驗區(qū)情況和水利部頒布的《土壤侵蝕分類分級標準》的植被覆蓋度分級的要求，采用密度分割方法，以30%、45%、60%、75%為分級值，將畢節(jié)試驗區(qū)的植被覆蓋度分為低、中低、中、中高、高度植被覆蓋等級，以便于更好地反映畢節(jié)試驗區(qū)植被覆蓋度的分布及變化情況。

4.2.2 畢節(jié)試驗區(qū)植被覆蓋度變化分析

畢節(jié)試驗區(qū)1990-2010年的植被覆蓋度總體呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢。低、中低植被覆蓋區(qū)面積呈現(xiàn)先增加后減少趨勢，其他植被覆蓋區(qū)的面積則呈現(xiàn)相反趨勢。1990-2000年畢節(jié)試驗區(qū)植被覆蓋呈退化趨勢；2000-2010年畢節(jié)試驗區(qū)的植被覆蓋度有所提高，詳細結(jié)果見表1。

表1 畢節(jié)試驗區(qū)植被覆蓋變化

畢節(jié)試驗區(qū)高、中高、中植被覆蓋區(qū)面積在1990～2000年間逐漸減少，2000-2010年逐漸增加；低植被覆蓋區(qū)、中低植被覆蓋區(qū)趨勢相反。從覆蓋區(qū)面積占畢節(jié)試驗區(qū)總面積的比例看，高、中高度植被覆蓋區(qū)分別在前期減少7.02%、8.57%，后期增加12.34%、8.57%。中度植被覆蓋區(qū)1990～2010年的變化幅度不大。低、中低植被覆蓋區(qū)前期增加15.74%、3.37%，后期逐漸減少20.5%、8.53%。

5 結(jié)論

本文以畢節(jié)試驗區(qū)為例，基于NDVI的像元二分模型對畢節(jié)試驗區(qū)1990年、2000年、2010年的植被覆蓋度進行遙感估算，并對畢節(jié)試驗區(qū)1990年到2010年的植被覆蓋動態(tài)變化進行了分析，得出以下結(jié)論：畢節(jié)試驗區(qū)的植被覆蓋度與其NDVI值具有正相關(guān)性，植被指數(shù)越高的地方，植被覆蓋度也越高。畢節(jié)試驗區(qū)NDVI值較小的部分分布在六沖河、草海、三岔河、牛欄江等河流附近，NDVI值較大的部分零星分布在河流流域周邊地區(qū)，以畢節(jié)試驗區(qū)東北部大方縣地區(qū)較為突出。畢節(jié)試驗區(qū)1990～2010年近20年的植被覆蓋度呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢。2000-2010年的植被覆蓋度明顯好轉(zhuǎn)，離不開退耕還林等生態(tài)保護措施的實施。表明退耕還林等生態(tài)措施有利于地區(qū)生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)。

[1]龔建周，夏北成.基于大氣輻射校正的廣州市植被覆蓋度遙感估算[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2007，18（3）：575-580.

[2]李苗苗，吳炳方.密云水庫上游植被覆蓋度的遙感估算[J].資源科學(xué)，2004，26（4）：153-159.