基于ERDAS與GIS的滁州市植被NDVI時空變化特征研究

黃海洧，趙 來，谷家川，許 輝

(滁州學院地理信息與旅游學院，安徽滁州 239000)

基于ERDAS與GIS的滁州市植被NDVI時空變化特征研究

黃海洧，趙 來，谷家川*，許 輝

(滁州學院地理信息與旅游學院，安徽滁州 239000)

摘要[目的]研究滁州市歸一化植被指數(NDVI)時空分布規律，為今后有針對性地改善滁州市的植被資源乃至生態系統提供理論依據。[方法]運用ERDAS和GIS技術，選取2001～2010年滁州市MODIS影像數據，得到2001～2010年滁州市的NDVI，并分析了NDVI時空變化的特征。[結果]從時間上看，2001～2010年滁州市植被NDVI平均值整體呈上升趨勢，其中2001年植被NDVI平均值為0.468 1，2010年達0.681 3，年均增加率5.06%；從空間上看，滁州市植被NDVI的空間分布格局產生了較大變化，呈現東部和東北部增加，北部和西南部減少的趨勢，中部和南部較為穩定。[結論]2001～2010年滁州市植被NDVI總體呈上升趨勢，且植被起伏較大，區分較明顯。

關鍵詞滁州市；植被覆蓋度；NDVI；時空變化

植被是陸地生態系統的主體及存在的基礎，在保持水土、降低溫室氣體濃度、調節全球碳平衡和維持氣候穩定等方面有著不可替代的作用[1]。歸一化植被指數(NDVI)又稱標準化植被指數，是植物生長狀態以及植被空間分布密度的最佳指示因子，與植被分布密度呈線性相關。在植被覆蓋變化研究中，NDVI能很好地反映植被覆蓋、生物量及生態系統參數的變化[2]。NDVI對土壤背景的變化較為敏感，與綠葉的葉面積系數(LAI)有很好的正相關性，可直接表征某地區的植被覆蓋狀況[3-6]，現已被廣泛應用于植被覆蓋變化研究中。目前，國內外對遙感影像在植被覆蓋度研究中的應用已有大量報道。Rouse等[7]提出用于監測植被生長狀態的NDVI，該指數常被應用于區域和全球的植被狀態研究。Duncan等[8]研究了墨西哥荒漠地區灌木林覆蓋率NDVI的關系，得到了較好的關系模型；甘甫平等[9]根據植被在685 nm的最大吸收深度劃分植被污染程度；陳云浩等[10]通過對1983～1992年我國陸地植被NDVI演變特征的矢量分析，從一個相對較廣的區域分析了我國陸地整體植被演化的過程。國內很多省市對植被覆蓋度進行了估算，但是對滁州市的研究較少。鑒于此，筆者以2001～2010年滁州市的Modis遙感影像數據為基礎，利用ERDAS軟件的Moderler構建了植被覆蓋度轉換模型，分析了滁州市植被NDVI的時空分布特征，以期為滁州市生態環境建設提供參考。

1材料與方法

1.1研究區概況滁州市位于117°09′～119°13′ E，31°51′～33°13′ N，濱臨長江，東與江蘇省南京市、揚州市、淮安市接壤，西與安徽省合肥市、淮南市毗鄰，南與馬鞍山市相連，北與蚌埠市交界，面積約13 398 km2。

滁州市地處長江中下游平原及江淮之間丘陵地帶，為北亞熱帶濕潤季風氣候，四季分明，溫暖濕潤，春季冷暖交替，夏季炎熱多雨，秋季晴朗氣爽，冬季寒冷少雨。全市年平均氣溫15.4 ℃，年平均降水量1 035.5 mm。梅雨期長23 d。滁州市域跨長江、淮河兩大流域，全市地貌大致可分為崗地區、丘陵區和平原區三大類型，平原較少，主要分布在沿河、湖的狹窄地帶，其余均為丘陵與崗地，全市最高峰為南譙區境內的北將軍嶺，海拔399.2 m。

1.2數據預處理根據下載到的MOD3Q1特性，利用Modis Reprojection Tool(MRT)對格式與投影進行轉換，使用ERDAS軟件對數據進行拼接，再使用滁州市行政區劃圖對其進行裁剪，得到滁州市的植被覆蓋指數，然后在ERDAS中進行運算，通過ERDAS的功能定義→條件選項→EITHER條件語句對所有小于零的值賦零值。最后運用Arcgis軟件的空間統計功能制圖，得到2001～2010年滁州市植被NDVI值。

1.3取正值模型基于MRT軟件實現Modis遙感數據的投影和格式的轉換，再利用ERDAS軟件植被NDVI指數建立模型，獲得滁州市植被NDVI數據。然后基于ESRI公司ArcGIS空間分析模塊，實現對滁州市植被NDVI數據時空變化特征的分析。

使用ERDAS遙感軟件，對遙感影像各波段的值進行處理，即對植被指數提取正值進行特殊處理，在ERDASImagine的Modeler的波段運算中采用以下語句：EITHERIF()OROTHERWISE。具體描述為：EITHER 0 IF($n1_ndvi20020914 < 0)OR $n1_ndvi20020914 OTHERWISE，利用 ERDAS軟件中的 Modeler 模塊編寫 Modeler。

1.4數據來源采用2001～2010年的MODIS數據，數據來源于國際數據科學服務平臺(http：//datamirror.csdb.cn/)。輔助資料為滁州市行政區劃圖，由滁州市國土資源管理部門提供。

2結果與分析

2.1植被NDVI最大值時間變化特征從圖1可見，2001～2010年滁州市各縣區植被NDVI最大值總體呈上升趨勢，由2001年的0.921 8增加到2010年的0.999 4，增長率達8.42%。植被NDVI歷史最大值分別出現在2007、2010年，均為0.999 4，最小值出現在2003年，為0.910 9。由此可見，2001～2010年滁州市各區縣植被NDVI最大值變化幅度不大。從地區來看，各區縣有差別，其中增幅最大的為來安縣，年增長率達2.78%，增幅最小的為明光市，為0.80%。10年間各區縣的變化趨勢相似，2007～2009年均有所下降，最高值出現在2004年，2009年出現最低值。

圖1　2001～2010年滁州市各區縣NDVI最大值變化情況Fig.1　The change of NDVI maximum value in each county in Chuzhou City during 2001-2010

2.2植被NDVI平均值時間變化特征從圖2可見，2001～2010年滁州市植被NDVI平均值總體呈上升趨勢。2001年植被NDVI平均值為0.468 1，2010年達0.681 3，增長率為45.55%。滁州市植被NDVI平均值的最高值出現在2010年，為0.681 3，最小值出現在2009年，為0.370 3，最大值是最小值的1.8倍。從地區來看，2001～2005年各縣區的變化趨勢大致相同，均為緩慢增長，2006年之后天長市的植被NDVI平均值變化曲線與其他區縣有明顯不同，其他區縣在2009年均出現了最低值，而天長市在2008～2009年呈現上升趨勢，各區縣在2010年均達到峰值。

圖2　2001～2010年滁州市各區縣NDVI平均值變化情況Fig.2　The change of NDVI mean in each county in Chuzhou City during 2001-2010

2.3植被NDVI總值時間變化特征從圖3可見，滁州市植被NDVI總值總體呈上升趨勢，由2001年的100 345.900 0增長到2010年的146 745.800 0。2010年各區縣的NDVI總值較2001年均有所提升，其中定遠縣提升的最多，由2001年的21 251.100 0增加到2010年的32 862.100 0，增長率為35.33%。這說明定遠縣在植被保護的相關政策及對相關的政策性投資力度比較大，且取得了一定成效。排在定遠縣之后的植被NDVI總值增長較多的分別是天長市、來安縣、明光市，分別增長了8 450.300 0、6 761.400 0、4 930.500 0。由此可知，2001～2010年滁州市的植被覆蓋狀況較好。

圖3　2001～2010年滁州市各區縣NDVI總值變化情況Fig.3　The change of NDVI total value in each county in Chuzhou City during 2001-2010

2.4植被NDVI空間變化特征從圖4可見，2001～2010年滁州市植被NDVI的空間分布格局發生了一定變化，滁州市中南部地區植被覆蓋度的變化較為平穩，且維持在全市中上游水平，然而西北部部分地區植被覆蓋出現下滑情況。從行政區劃來看，這部分區域集中在鳳陽縣西北部和明光市北部。天長市的植被覆蓋程度在2001～2010年間呈不斷改善趨勢，2010年部分原先植被覆蓋程度較低的區域有顯著改善。相對于其他區縣，2010年來安縣的植被覆蓋達到了一個相對較高的程度，出現了部分植被覆蓋程度很高的區域。滁州市區的植被NDVI指數較其他地區較為突出，這可能是由于區域面積相對較大，經濟發展水平相對較高，因此，2001～2010年植被NDVI總值變化不大甚至低于市內大部分區縣。結合2001～2010年各個區縣及滁州市植被NDVI空間分布情況可知，滁州市整體的NDVI植被覆蓋空間分布呈東部和東北部增加，北部和西南部減少的趨勢，中部和南部較為穩定。

圖4　2001、2004、2007、2010年滁州市植被NDVI特征Fig.4　NDVI features in Chuzhou City in 2001，2004，2007 and 2010

3結論與討論

筆者運用ERDAS和GIS技術，利用2001～2010年滁州市MODIS影像數據，得到滁州市歸一化植被指數(NDVI)，并對其時間序列和空間序列進行了分析，得出以下結論：

(1)從時間上看，2001～2010年滁州市植被NDVI最大值總體呈增加趨勢，滁州市植被NDVI總值呈反復上升下降的過程，但總體呈上升趨勢。其中，NDVI總值從2001年的100 345.900 0增長到2010年的146 745.800 0，增長率為46.24%。

(2)從空間上看，前期中部植被覆蓋值域比外圍高，但分布不均勻。明光市中部出現了1條植被覆蓋相對較低的區域，且這片區域在2001～2010年變化不大。在后期天長市和來安縣的植被覆蓋呈不斷回升的團塊狀，且出現了部分植被覆蓋水平較高地塊。滁州市區的植被覆蓋起伏較大，2001～2010年呈正負相間，區分比較明顯。

(3)植被NDVI指數分析是一個長期、連續的過程，短期數據采集可能受外界環境的影響較大，有一定的偶然性，從而產生一定誤差。經濟發展也是植被NDVI值的影響因素，城市發展必然會伴隨著一系列變化，包括土地利用方式及植被保護意識，因此需要整合其他研究方法，建立科學的分析模型，使結果更客觀、更科學。

參考文獻

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Study on Spatial and Temporal Variation Characteristics of NDVI in Chuzhou City Based on ERDAS and GIS

HUANG Hai-wei, ZHAO Lai, GU Jia-chuan*et al

(College of Geographical Information and Tourism, Chuzhou University, Chuzhou, Anhui 239000)

Abstract[Objective] The aim was to study the temporal and spatial distribution law of vegetation NDVI in Chuzhou City, and provide theoretical basis for improving vegetation and ecosystem in Chuzhou City. [Method] Using ERDAS and GIS technology, choosing MODIS data in Chuzhou City during 2001-2010, NDVI was obtained, the temporal and spatial variation characteristics were analyzed. [Result] Seeing from time, the overall trend of NDVI mean was upward, NDVI in 2001 was 0.468 1 and in 2010 was 0.681 3, annual average increase rate was 5.06%; From the aspect of space, NDVI spatial pattern of Chuzhou achieved a major change. The spatial distribution reflected an increase in east and northeast, but a decline in north and southwest, remained stable in center and south. [Conclusion] The overall trend of NDVI in Chuzhou City during 2001-2010 is upward, vegetation fluctuation is larger, and the distinction is obvious.

Key wordsChuzhou City; Vegetation coverage; NDVI; Temporal and spatial variation

基金項目滁州學院大學生創新創業訓練計劃資助項目(2015CXXL040)；安徽省省級大學生創新創業訓練計劃項目(201510377036)；國家自然科學基金項目(41271545)；校級一般教學研究項目(2015jyy015)。

作者簡介黃海洧(1995- )，男，安徽亳州人，本科生，專業：GIS應用。*通訊作者，助教，碩士，從事氣候環境變化與GIS應用研究。

收稿日期2016-03-18

中圖分類號S 127；TP 79；Q 948.11

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)11-070-03