2015- 2021 年臨沂市植被覆蓋度動態變化遙感監測與分析

高聰 王莉雯

（遼寧師范大學地理科學學院，遼寧大連 116000）

植被覆蓋度是反映植被生長狀況的重要指標，同時也能反映局部地區的環境健康情況。目前，在大面積植被覆蓋度提取方面，TM、SPOT、MSS 等遙感影像得到廣泛使用，并取得大量的研究成果，為植被覆蓋度的準確獲取奠定基礎[1]。

已有研究表明，回歸分析法[2]、光譜混合分析法（SMA）、植被指數法（VI）[3]、像元二分模型法[4]等是當前通過遙感影像提取植被覆蓋度信息的主要方法。其中像元二分模型法僅僅需要確定研究區裸土和純植被區域的光譜反射值，無需大量實地考察和人為參數設置[5-7]。

本文采用像元二分模型分析臨沂市2015-2021 年植被時空變化，以期為臨沂市生態環境的合理規劃與發展提供科學參考。

1 研究區概況

臨沂市位于山東省東南部，轄蘭山等3 區和沂水等9 縣，地跨34° 22' ～36°13'N，117°24' ～119°11'E，東臨黃海，總面積為17191. 2 km2。區域內地勢西北高東南低，北部主要以山地、丘陵為主，南部以平原為主。此地區屬暖溫帶大陸性季風氣候，陽光充足，雨量豐沛。

臨沂市是山東省地區中心城市，是具有濱水特色的宜居城市、，是現代工貿城市和商貿物流中心。作為山東省面積最大、人口最多的市，近年來城市發展迅速（圖1）。

圖1 研究區地理位置

2 數據與研究方法

采用landsat 8 OLI 系列影像數據，以2015 年6 月5 日、2018 年6 月13 日、2021 年6 月5 日生長季的遙感影像為數據源，數據來源于地理空間數據云。使用遙感圖像處理平臺ENVI5.3 和ArCGIS10. 2 對遙感影像進行了輻射定標、大氣校正及影像鑲嵌，并且根據臨沂市的矢量數據，對遙感圖像進行了相應的裁剪，結合DEM數據進行分析。

2.1 歸一化植被指數（NDVI）計算

歸一化植被指數( NDVI) 是目前應用最為普遍的植被指數。這個指數對于植被在不同時期的動態變化分析得比較全面[8]。由于本研究主要是對2015-2021 年臨沂市的植被覆蓋度整體的變化情況進行相應的分析，所以在計算時選擇歸一化植被指數NDVI 較為適宜，計算公式為:

式中:NIR 代表的是近紅外波段；Red 代表的是紅色波段。Landsat OLI 影像對應的是5 波段和4 波段。

2.2 像元二分模型

像元二分模型假設地表單元是由裸土與植被構成，是混合像元分解模型中最簡單的模型，被廣泛應用于植被覆蓋度估算研究中。

式中:VFC 是植被覆蓋度；NDVIveg代表的純植被覆蓋像元的NDVI 值；NDVIsoil代表的是純裸土覆蓋像元的NDVI 值。

由于地表濕度、粗糙度、土壤的類型顏色等一系列因素的影響，NDVIveg和NDVIsoil也會隨著時間不斷變化，這兩個參數的值將直接影響植被覆蓋度估算的結果。所以選取影像中的NDVI后，確定置信區間; 選取出累計概率為5%左右的值為NDVIsoil，95%左右的值為NDVIveg，并將計算小于NDVIsoil的值賦為0，計算大于NDVIveg的值賦為1[9]。

2.3 圖像差值比較法

為了反映研究區不同時期植被覆蓋動態變化，利用圖像差值比較法計算不同時期植被覆蓋變化量ΔFVC，差值變化量等于0 是未發生變化，>0 是植被覆蓋增大，<0 是植被覆蓋減小。計算公式為：

式中：VFCyear1、VFCyear2分別為不同時期的植被覆蓋度等級。

3 研究結果與分析

3.1 植被覆蓋度總體分布特征

基于NDVI 與像元二分模型，利用ENVI5.3 計算得到的臨沂市三期的植被覆蓋度及2015-2021 年平均植被覆蓋度。參考相關文獻，將植被覆蓋度分為5 級，分別為較低植被覆蓋度（<0.2）、低植被覆蓋度(0.2～0.4)、中植被覆蓋度(0.4～0.6)、高植被覆蓋度(0.6～0.8)、較高植被覆蓋度(>0.8)，結果如圖2 所示。

圖2 平均植被覆蓋度分布圖

由圖2 可以看出總體上臨沂市植被覆蓋度分布呈現中間低四周高、西北部植被覆蓋度遠高于其他區域植被覆蓋度。這是由于蘭山區、羅莊區、河東區三區作為臨沂市的中心城區，其常住人口數量及GDP 均居全市之首，這就導致以蘭山區為首的三區的城鎮化建設遠高于其他區縣。而西北處的蒙陰縣一直以來常住人口數量及GDP 低于其他區縣，且其地形以山地丘陵為主，地勢較高，所以植被覆蓋度遠高于其他地方。

3.2 植被覆蓋度時間變化分析

根據統計，臨沂市2015、2018、2021 年植被覆蓋度均值分別為0.27、0.26、0.26。總體上植被覆蓋度呈先下降后穩定的趨勢。并對三期各級別的植被覆蓋度進行統計，得到表1。

表1 各級植被覆蓋度所占的比例

由表1 可以得出以下結論：

2015 年～2018 年期間，較低植被覆蓋度和低植被覆蓋度所占的面積呈現上升趨勢，分別由51.06%、14.66%上升到54.54%和15.40%；中植被覆蓋度和高植被覆蓋度所占的面積呈現下降趨勢，分別由15.10%、10.04%下降到11.40%和8.26%；而較高植被覆蓋度所占的面積呈現上升趨勢，由9.14%上升到10.39%。

2018 年～2021 年期間，較低植被覆蓋度和高植被覆蓋度所占的面積呈現上升趨勢，分別由54.55%、8.26%上升到54.97%和9.18%；低植被覆蓋度、中植被覆蓋度和較高植被覆蓋度所占的面積呈現下降趨勢，分別由15.40%、11.40%、10.39%下降到14.87%、11.04%和9.94%。

分析其原因是近幾年臨沂市經濟發展迅速，城區建設得到了更多的發展，所以較低植被覆蓋度所占的比例持續增加，在2015-2018 年期間植被覆蓋度均值有所下降，在2018-2021 年期間城區建設的同時更加注重綠化面積的保持和擴大，所以植被覆蓋度均值保持穩定。

3.3 植被覆蓋度空間演化分析

為了反映研究區不同時期植被覆蓋度空間的動態變化，利用圖像差值比較法計算2015-2021 年不同時期植被覆蓋變化情況，將變化情況分為退化、穩定、改善三類，結合行政區劃圖與DEM數據進行分析。結果如圖3 所示。

從圖3 可知，臨沂市植被覆蓋度改善區域在總體上分布在臨沂北部，2018-2021 年北部的蒙陰縣、沂水縣和沂南縣，南部的郯城縣與蘭陵縣植被覆蓋度有明顯的改善。植被覆蓋度穩定區域主要分布在北部，平邑縣、蒙陰縣與費縣的交界處有明顯的分布，在2018-2021 年沂水縣南部與沂南縣東部有明顯的分布；植被覆蓋度退化區域在2015-2018 年在南部的蘭陵縣、郯城縣有明顯的分布，在2018-2021 年分布較均勻，主要集中在臨沂南部，蘭陵縣東南部依舊退化明顯。

圖3 植被覆蓋度變化圖

分析其原因，蒙陰縣和沂水縣地勢較高，近年來大力發展旅游業，重視生態環境建設，所以植被覆蓋度有明顯的改善；而平邑縣、蒙陰縣與費縣的交界處地勢高達1000m，以大洼景區與沂蒙山為中心發展旅游業，所以植被覆蓋度比較穩定；臨沂南部地勢低平以平原為主，有益于城市發展與建設，所以植被覆蓋度退化區域由少數中心城市擴大到整個南部地區，

而蘭陵縣與郯城縣由于經濟較落后，近年來大力發展城市建設，所以2015-2018 年植被覆蓋度有明顯的下降，在2018-2021 年植被覆蓋雖有明顯改善，但蘭陵縣東南部仍需要不斷關注。

4 結論

本文利用臨沂市2015、2018、2021 年三期Landsat8 OLI 遙感影像數據，采用歸一化植被指數NDVI、像元二分模型、圖像差值比較法等方法對臨沂市植被覆蓋度（VFC）變化進行研究，分析其時空分布特征及演化規律。結果表明：

4.1 總體上臨沂市植被覆蓋度分布呈現中間低四周高、西北部植被覆蓋度遠高于其他區域植被覆蓋度。

4.2 2015-2021 年臨沂市植被覆蓋度呈先下降后穩定的趨勢。

4.3 臨沂市植被覆蓋度有明顯改善，南部地區更加注重城市建設下的綠色均衡，但蘭陵縣東南部依舊退化尤為明顯，需要采取措施多加關注。

為了繼續保持臨沂市植被覆蓋度水平，本文認為臨沂市在進行經濟發展城區建設時，需要更加注重土地類型的轉變，尤其關注蘭陵縣，倡導可持續發展理念，重視環境保護，增加綠化面積，提高環境質量。