基于Landsat8_NDVI的荒漠化地區植被動態分析

張佳　謝玉鳳　李權

摘 要：遙感技術的發展，為土地變化、氣象觀測及資源探查等提供了有效的手段。該文利用Landsat8影像，以寧夏回族自治區為研究區域，提取了研究區域的NDVI值，并對NDVI結果進行統計與分析，以期達到監測植被生長狀態的目的。結果表明，寧夏回族自治區的植被生長狀態及植被覆蓋度得到了進一步的改善與提高，寧夏自治區雖采取了一系列荒漠化治理的措施，取得了一定的成果，但對植被的監測仍不可放松。

關鍵詞：NDVI；植被生長狀態；監測

中圖分類號 X144 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）12-0160-03

荒漠化是指發生在干旱、半干旱甚至是半濕潤地區的土地退化現象，荒漠化的最直接表現為耕地、草地、林地等植被退化而引起的土地沙漠化、水土流失等。植被的生長狀況直接影響著環境的變換，植被在可見光紅光波段強吸收，在近紅外波段高反射，通過這兩個波段的不同組合，可以得到不同的植被指數。歸一化植被指數是這兩個通道的反射率之差除以它們的和，NDVI（歸一化植被指數）對綠色植被表現敏感，能夠較好地反映植被變化，是目前使用最廣泛的植被指數[1-2]。

寧夏回族自治區歷史上是“絲綢之路”的要道，素有“塞上江南”的美稱。但不可忽略的是寧夏位處東部季風區，西北干旱區和青藏高寒地區的交匯和過度地帶，在長期的墾殖過程中，生態環境逐年惡化，植被破壞與水土流失問題嚴峻。因此，本文采用2013—2016年4年夏季的Landsat8影像，分析寧夏自治區植被生長狀態的時空動態變化，旨在為寧夏自治區的環境監測及城市規劃提供數據依據。

1 研究區概況

寧夏自治區位于中國西部黃河上游，東鄰陜西省，西、北部接內蒙古自治區，西南、南部和東南部與甘肅省相連。地理坐標為104°E～107°E、35°N～39°N，總面積約為6.6萬km2。由西北東三面分別由騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠和毛烏素沙地相圍，南面與黃土高原相連。地形南北狹長，地勢南高北低。屬于溫帶干旱區，全年平均氣溫在5～9℃，降水量南多北少，大都集中在夏季，常年干旱，年降水量大約在300mm左右。區內包含山脈、高原、平原和丘陵等多種地貌，形成了豐富的自然景觀。

2 數據來源與預處理

數據來源為美國NASA的Landsat8，全國行政區劃矢量圖，以及空間分辨率為30m的DEM。考慮到寧夏的實際情況及植被長勢等情況，所用Landsat影像都是夏季的。

數據預處理包括影像的輻射定標、大氣校正、幾何校正及圖像拼接裁剪等。輻射定標和大氣校正是消除大氣散射，吸收和反射引起的誤差。幾何校正主要是為了消除由衛星傳感器性能及地球曲率、地形起伏、地球旋轉等因素影響所產生的幾何形變[3-5]。

3 信息提取

植被的光譜特征是藍光和紅光波段有吸收，綠色與近紅外有反射峰，植被覆蓋度越高，紅光反射越小，近紅外反射越大，歸一化植被指數NDVI利用植被的光譜特征，強化紅光和近紅外波段的差別，以達到描述植被生長狀態與植被覆蓋度的目的[6]。

4 植被動態分析

根據寧夏自治區DEM，將寧夏分為低海拔、中海拔和高海拔地區，海拔在0～1400m之間為低海拔地區，主要集中在寧夏石嘴山市、銀川市、吳忠市市區、青銅峽市等；海拔在1400～1900m之間為中海拔地區，包括中衛縣、鹽池縣、同心縣、固原縣等；海拔在1900～3528m之間為高海拔地區，主要包括西吉縣、隆德縣及涇源縣等。低海拔地區地勢平緩，主要是沖積平原及引黃灌區，地勢平坦，土壤肥沃，素有“塞上江南”的美譽，植被主要以荒漠草原和農作物為植被覆蓋。中海拔地區集中在中部干旱帶，干旱少雨，風大沙多，土地貧瘠，生存條件較差，主要是黃河的沖積平原，沙漠和山地，植被主要以沙生，旱生草原植被為主。高海拔地區集中在南部山區，丘陵起伏，溝壑縱橫，部分地域陰濕高寒，植被主要以針葉林、落葉闊葉林、禾草雜草等為主要覆蓋。

由NDVI的結果分別統計得出全區及低、中、高海拔地區四年的NDVI最大值（見表1），折線圖見圖3。

由表1及圖2可以的得出以下結論：（1）根據NDVI結果統計可以得到從2013年到2016年的植被生長狀態持續保持增長，增長速度略有減緩。（2）從整體上看，植被的覆蓋度低海拔地區>高海拔地區>中海拔地區。這是因為中海拔地區主要集中在寧夏的中部，中部土地貧瘠，干旱少雨，不利于植被的生長，植被主要也以沙生旱生的植被為主，而低海拔地區處于黃河的引灌區，土地肥沃，地勢平坦，利于農作物的生長，高海拔地區主要為溫帶大陸性氣候，氣候溫和，光照資源豐富，境內的六盤山國家森林公園既有水平地帶性的森林、草原，又有山地植被垂直帶譜中出現的低山草甸草原、闊葉混交林、針闊混交林、闊葉矮林等，植被豐富，生態環境良好。（3）從整體上看，中海拔地區NDVImax整體處于下降趨勢，這一結果表明，中部地區的荒漠化依然處于嚴峻狀態，植被退化嚴重，雖然取得了一定的成績，但總體還是處于生態環境極度脆弱的狀態。（4）高海拔地區及中海拔地區NDVImax處于上漲趨勢。

5 結論

從全區及高低海拔地NDVImax上漲，可以明確得出寧夏自治區的植被生長狀態呈上升趨勢，植被覆蓋度提高，這些年來采取封山禁牧、退耕還林草，制止采集銷售發菜、亂挖甘草和麻黃草等行為，建設綠色長廊等大型生態環境工程的治理措施及依托國家三北防護林、退耕還林、天然林保護等重點林業工程，從減少人為的植被破壞，加大人工造林的力度等方面，開展了寧夏的荒漠化治理，并取得了明顯的成效，生態環境正在進一步得到改善。但不可忽視的是，寧夏的荒漠化治理還需我們的共同努力，不可以輕易放松對環境的監測及治理。

參考文獻

[1]王正興，劉闖，Huete A R.植被指數研究進展：從AVHRR-NDVI 到MODIS-EVI[J].生態學報，2003，23（5）：980-987.

[2]丁寶章，王遂義，葉永忠.河南植物志[M].鄭州：河南人民出版社，1998.

[3]孫家抦，舒寧，關澤群.遙感原理，方法和應用[M].北京：測繪出版社，1999.

[4]萬發貫，柳健，文灝.遙感圖像數字處理[M].武漢：華中理工大學出版社，1991.

[5]梁順林.定量遙感[M].北京：科學出版社，2009.

[6]LYON J G，YUAN D.LUNETTA R S，et al.A change detection experiment using vegetation indices[J].Photogram metric Engineering and Remote Sensing，1998，64（2）；143-150.

（責編：張宏民）