基于RS與GIS的三峽庫區植被覆蓋度時空變化研究

吳四平

【摘 要】以1987、2007和2013年三峽庫區湖北省段3期LandsatTM、ETM為數據源，在RS和GIS技術的支持下，提取不同時期三峽庫區湖北省段的植被指數NDVI，并根據DEM數字高程模型提取地形因子，研究了三峽庫區湖北段1987-2013年植被覆蓋度的年際變化特征及地形關系。研究結果顯示：（1）研究區1987-2013年間總體上植被覆蓋度明顯改善，處于高植被覆蓋度，較高植被、高植被覆蓋面積明顯增加，由1987年34.83%上升到2013年的73.29%。（2）三峽庫區湖北段的植被覆蓋度從1987年到2007年呈明顯上升趨勢，從2007年到2013年呈略微下降趨勢，表明三峽庫區湖北段近年來的植被覆蓋狀況有所下降。（3）研究區植被覆蓋變化呈現明顯的地形分異特征。不同海拔級上植被覆蓋度隨高程的增加相應呈增加趨勢，1200m海拔以上的植被覆蓋度為49.72%；不同坡度級上植被覆蓋度隨坡度的增大而增加，坡度大于15°的植被覆蓋度為67.26%；不同坡向級上植被覆蓋度分布較均勻，陰坡植被覆蓋度為50.06%，陽坡植被覆蓋度為49.94%。表明三峽庫區湖北段植被覆蓋度與地形因子相關性較大，近年來植被覆蓋狀況有所惡化，應當引起政府和相關部門的重視。

【關鍵詞】植被覆蓋度；地形因子；年際變化；三峽庫區湖北段

植被是陸地生態環境的重要組成部分，能反映森林植被覆蓋的變化狀況，對全球能量平衡、生物化學循環以及水循環起著重要的調控作用。植被覆蓋度是指植被在地面的垂直投影面積占統計區總面積的百分比。植被覆蓋受氣候特征、地貌因子、土壤類型等因素的影響，是評價植被涵養水源、保持水土、調節徑流等生態功能的重要指標。山地丘陵區植被在不同高程、坡度、坡向等地貌部位存在明顯的空間差異，不同地貌單元上植被覆蓋度的提取和變化分析，對于區域生態環境評價與生態修復具有重要的指導意義。

三峽庫區是我國長江中上游的重要生態功能區，庫區森林恢復是長江流域生態環境建設與庫區可持續發展的重要基礎。1988年，三峽庫區被列為國家水土保持重點防治區，相繼開展了“長江防護林工程”、“天然林保護”、“退耕還林”等改善生態的工程，森林面積不斷增加，水土流失狀況明顯改善，生態環境得以恢復。本文以三峽庫區湖北省段為研究區域，基于1987年、2007年、2013年的TM遙感影像，通過遙感技術估算植被覆蓋度，研究了三峽庫區湖北段1987-2013年植被覆蓋的時空變化特征及其與地形因子的關系，為區域生態環境評價提供科學依據，也為三峽庫區的生態建設和可持續發展提供決策依據。

1 研究區概況

三峽庫區湖北段位于湖北省西部，地處四川盆地與長江中下游平原的結合部，跨越鄂中山區峽谷及川東嶺谷地帶，北屏大巴山、南依川鄂高原，介于109°25′～111°28′E，29°45′～31°44′N，包括宜昌縣、秭歸縣、興山縣、恩施州所轄的巴東縣。地貌以山地、丘陵為主，庫區內地形中復雜、高差懸殊。該地區屬于亞熱帶濕潤性季風氣候，四季分明，年降水量為1000-1200mm，年平均氣溫17-19℃，受季風影響顯著，雨熱同期，降水量較豐富。主要植被有常綠闊葉林、落葉闊葉混交林、落葉闊葉與常綠針葉混交林、針葉林和灌草叢等。

2 研究方法

2.1 數據來源及預處理

該研究的數據主要包括：①遙感影像以三峽庫區湖北段LandsatTM/ETM為數據源，其空間分辨率30 m×30 m，影像成像時間分別為1987年、2007年、2013年，三個時期的遙感影像季相大致相同，能夠較好的代表研究區植被的生長狀況，使植被覆蓋變化具有可比性。②三峽庫區湖北段的數字高程模型（DEM），選用SRTM-DEM 90m 分辨率數據。③三峽庫區湖北段的行政區劃邊界圖，包括三峽庫區1：50 萬的地形圖，全國縣界1：400 萬的矢量圖。研究中所采用的影像數據，來源于國際科學數據服務平臺。三峽庫區湖北省段宜昌縣、秭歸縣、興山縣、巴東縣行政區劃邊界圖來源于國家基礎地理信息系統網站。

利用Erdas9.2 遙感處理軟件對原始遙感影像進行幾何校正、圖像融合、圖像拼接、圖像裁剪和圖像增強等預處理。在Erdas9.2中先將不同波段影像疊加以獲取一張假彩色合成圖像，并把屬于研究區內的圖像予以拼接，再利用三峽庫區湖北省段的邊界矢量圖進行切割提取，得到三峽庫區湖北省段的遙感影像圖。利用NDVI柵格數據和三峽庫區湖北省段的邊界數據，使用Arcgis10.2空間分析模塊的柵格計算器功能，提取三峽庫區NDVI圖層的范圍，計算植被覆蓋度，劃分不同的植被覆蓋等級。根據DEM圖像在Arcgis中提取坡度、高程、坡向因子。

2.2 歸一化植被指數（NDVI）提取

式中NDVI為歸一化植被指數，NDVIv和NDVIs分別為純植被和純土壤的植被指數，本研究中可用近于NDVI的最大值和最小值替代，在Arcgis中利用公式（2）反演出研究區域的植被覆蓋圖并劃分出相應的植被覆蓋等級。

植被覆蓋度等級的劃分主要根據研究區內植被的基本特征，參考相關的研究結果，考慮遙感圖像的可解譯程度以及當地的植被狀況，將研究區覆蓋度蓋度分為5個等級：低植被覆蓋（0-20%），較低植被覆蓋（20%-40%），中度植被覆蓋（40%-60%），較高植被覆蓋（60%-80%），高植被覆蓋（80%-100%）。在Acrgis 10.2軟件下，通過spatial analyst tool，依據植被覆蓋度灰度值對其進行密度計算，并附與相應的顏色，得到不同時期的植被覆蓋度等級圖（圖1）。

3 結果與分析

三峽庫區湖北段植被覆蓋的總體特征：

2007年、2013年三峽庫區植被覆蓋狀況整體上較好，較1987年植被覆蓋度呈明顯上升趨勢。其中中低植被、低植被的比例較小，較高植被、高植被覆蓋面積明顯增加，由1987年34.83%上升到2013年的73.29%。其中，低、中低和中度植被覆蓋的面積都出現了不同程度的減少，中低、植被覆蓋度的面積減少，分別從1987年的2627.26 km2減少到2013年的350.74 km2，減少了87.04%；而較高和高植被覆蓋的面積明顯增加，從1987年的3552.15 km2增加到2013年的4011.03 km2，增幅高達112.91%。三峽庫區修建之前，該區域的植被覆蓋度較低，水土流失嚴重，1994年三峽大壩建成后，高度植被覆蓋度顯著增加，從1987年的30.62%到2007年的73.73%、2013年的65.26%，中高度、高度植被覆蓋的面積增加趨勢較為明顯，植被森林狀況得到恢復，對沿岸的生態環境起著重要的生態效應。可見大壩修建后，庫區通過植樹造林進行水土保持和生態修復，植被覆蓋率較高，水土流失狀況得到較大改善。

4 結論與討論

本文利用LandsatTM、ETM的1987-2013年三峽庫區湖北段的NDVI數據結合DEM數據，通過遙感方法進行動態監測和分區統計，研究了三峽庫區湖北段1987-2013年植被覆蓋度的年際變化特征及與地形關系。表明：

三峽庫區湖北段的植被覆蓋度從1987年到2007年呈明顯上升趨勢，低植被、中低植被顯著下降，中高植被覆蓋度比例大幅提升；植被覆蓋度從2007年到2013年呈略微下降趨勢，低植被、中低植被有上升趨勢，中高植被覆蓋度呈略微下降趨勢，表明三峽庫區湖北段近年來的植被覆蓋狀況有所下降，環境狀況有所惡化，不利于長江流域生態環境的建設和可持續發展，應當引起我們的重視。

吳昌廣等利用GIS技術提取NDVI對不同時期三峽庫區植被覆蓋度進行動態監測，發現庫區近10年植被覆蓋度呈微弱上升趨勢，降水是植被覆蓋度年際波動的主要因子；羅志軍等以三峽庫區秭歸縣為研究區域，分析了植被覆蓋度與水土流失的關系，得出水土流失較嚴重的區域主要分布在人類活動頻繁植被覆蓋低的地方，植樹造林和坡改梯有利于水土保持。可見植被覆蓋變化除與地形因子相關外，還與溫度、降水、土壤類型等相關，今后將進一步進行深入探討和研究。

【參考文獻】

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[責任編輯：楊玉潔]