安慶市2007—2016年植被覆蓋度時空動態分析研究

趙 陽，黎 慧，王先霞

（阜陽師范學院歷史文化與旅游學院，安徽阜陽236037）

通過研究某區的植被覆蓋度來分析該區的植被變化情況，對該區制定生態環境保護、發展策略以及制定區域的發展規劃等都具有十分重要的意義。有很多方法可以估算植被覆蓋度，例如傳統的地面測量法、基于遙感影像的提取方法、植被指數轉換等[1-3]。遙感監測能夠同步獲取大范圍內的遙感信息，數據精度高，因此，基于遙感影像的提取方法克服了傳統地面測量法的許多不足[4]。植被指數轉換法常被認為是計算植被覆蓋度的主要方法，該方法根據遙感影像判斷植被類型并對植被的分布特征進行分析，然后構建歸一化植被指數（NDVI）與植被覆蓋度之間的轉換關系[5]。NDVI可以通過ERDAS或ENVI軟件實現。國內一些學者對各地的植被覆蓋度及其變化進行了深入的研究，對其概念、特征、類型劃分和變化原因等進行了探究，并得出了一定的理論結果。

安慶市坐落在安徽省西南部，地處北緯29°47′～31°16′、東經 115°45′～117°44′之間。全市共有7縣1市3區（樅陽縣2016年劃到銅陵市，因此，2016年后安慶市只有6個縣級行政區），土地總面積為1.54萬平方公里（如圖1）。安慶市為亞熱帶季風季候，這種氣候類型的典型特點是夏季濕潤多雨、全年雨量充沛、熱量充足，因此非常適宜發展農林牧漁業。本文將基于ERDAS軟件對所獲取的14景遙感影像進行處理，計算安慶市2007年和2016年的植被覆蓋度，根據計算結果分析安慶市2007—2016年植被覆蓋度的時空動態變化特征，為安慶市的生態發展規劃提供有效建議。

圖1 安慶市行政區劃圖

1 安慶市植被覆蓋度的計算

1.1 遙感數據的獲取與數據預處理

選擇遙感影像時要綜合考慮各方面因素：要選擇相同類型的衛星遙感影像；要想得到安慶市完整的遙感影像圖，必須通過多副影像的拼接合成，通過與安慶市行政區劃矢量圖進行掩膜處理操作，才能得到完整的安慶市遙感影像圖；除了獲取遙感影像圖外，還需要安慶市的行政區劃矢量圖，此矢量圖由ArcGIS軟件操作獲得。7、8月份是植物生長茂盛的時期，選擇7、8月份的Landsat遙感影像圖，有利于獲得植被的信息，因此，從遙感數據共享網統一下載衛星遙感影像作為源數據，主要包括2007年7景Landsat 5安慶市遙感影像和2016年7景Landsat 8遙感影像圖，共14景。

獲取到衛星遙感影像數據后，要進行一系列預處理工作，如對遙感影像進行大氣校正、輻射校正、幾何校正等處理（先進行輻射校正，再進行幾何校正）[3]。首先，利用ERDAS將2007年7個波段的遙感影像合成一副影像；然后，對其進行遙感影像預處理操作；最后進行植被指數提取。應用ArcGIS軟件將安慶市行政區劃矢量圖層轉為柵格圖層，將提取好的2007年植被指數圖層導入到ArcGIS中，點擊“按掩膜提取”工具，將安慶市行政區劃矢量圖與操作好的2007年安慶市植被指數圖進行切割，得到2007年安慶市植被指數分布圖。然后使用ArcGIS軟件工具欄中的柵格計算器工具，輸入植被覆蓋度常用的計算公式（下文（2）式），得到安慶市2007年植被覆蓋度的分布圖，并制作成專題圖。為了數量化表示安慶市10年間植被覆蓋度的變化，還需對計算出的植被覆蓋度分布圖進行統計面積的計算操作。2016年植被覆蓋度的操作流程與2007年的相同。

1.2 植被覆蓋度的提取

植被指數是反映植被的長勢、地區生物量等指示意義的數值[5]。歸一化植被指數是利用近紅外波段與紅光波段灰度值之差，除以近紅外波段與紅光波段灰度值之和[5]。

在植被遙感中，若想得到某區的植被覆蓋度數值，首先要基于遙感影像計算出該區的歸一化植被指數（NDVI），然后再來研究該區域的植被生長狀況。植被指數作為衡量地區生態環境的重要指標之一，它能很好地反映出植被的生長狀態，精確地估算出植被覆蓋度。NDVI和植被覆蓋度計算出的取值范圍都是0～1，數值越接近1，說明植被覆蓋度越高、植被覆蓋率也越高，從而反映出該區的植被生長狀況越好、生態環境越優越。

植被指數的計算公式為

INDVI為歸一化植被指數值，IR為紅外波段的灰度值，INIR為近紅外波段的灰度值。

植被覆蓋度指植被的重要投影面積占據地面總面積的比例，植被覆蓋度的取值范圍通常為0～1，數值越大，表明植被覆蓋度越高[6]。植被覆蓋度的計算公式[7]：

其中，Fv為像元的植被覆蓋度，INDVI為像元的植被指數數值，INDVIveg和INDVIsoil分別為植被覆蓋部分和非植被覆蓋部分的數值[7]。在植被覆蓋度的計算過程中，INDVIveg和INDVIsoil這兩個指標的取值非常關鍵，將會直接影響到植被覆蓋度的估算結果。在實際工作中，因為很難同時監測到大面積的地表實測數據，所以，通常需要對統計出的NDVI數值劃分出一個區間，分別將該區間內的最大值作為NDVIveg的值，最小值作為NDVIsoil的值，然后利用（2）式估算植被指數。

理論上來說，NDVIveg（植被指數最大值）和NDVIsoil（植被指數最小值）的值是固定不變的，但是在實際測量中，NDVIveg和NDVIsoil的值會受到諸多因素的影響，例如，植被的類型、所處的季

圖2 安慶市2007年植被覆蓋度分布圖

1.3 植被覆蓋度等級劃分

基于ArcGIS軟件里的重分類工具分別對2007年和2016年安慶市的植被覆蓋度圖像做重分類操作，劃分為6級。具體劃分標準見表1。然后對6種不同級別的植被覆蓋度圖相應賦予不同的顏色，生成不同級別植被覆蓋度圖像；再對其進行布局設計，插入圖例、比例尺并調整大小；最后導出地圖，得到完整的植被覆蓋度分布圖。

表1 植被覆蓋度等級劃分標準

1.4 植被覆蓋度面積計算

為了更好地說明安慶市2007—2016年10年節以及植物背景即土壤因素存在差異等[8]。NDVIsoil理論上應為裸露地表的植被指數，其值應接近于零，但由于被測量的地區不同或者同一地區衛星的監測時間不同，不同地區或者同一地區不同時間的地表濕度、土壤類型、土壤粗糙度等各不相同，所以，NDVIsoil值會發生變化。不能簡單地將計算出的植被指數最大值作為NDVIveg的值，而將NDVIsoil取0值。正因如此，本文統一取0.05和0.95分別作為NDVIveg和NDVIsoil值，然后依據ERDAS和ArcGIS軟件，操作出2007年和2016年安慶市的植被覆蓋度分布圖，如圖2和圖3所示。來植被覆蓋狀況的變化，本文應用ArcGIS分別計算2007年和2016年安慶市植被覆蓋度分布圖的面積字段，從而得到各等級植被覆蓋度的面積大小。通過比較各等級植被覆蓋度的面積，來分析比較安慶市10年來的植被覆蓋度時空變化特征。

圖3 安慶市2016年植被覆蓋度分布

2 結果與分析

2.1 安慶市植被覆蓋度的時間變化

根據上文所得安慶市2007年和2016年植被覆蓋度各等級分布圖，可以觀察到安慶市2007—2016年植被覆蓋度10年間的變化。從表2可以看出，2007年植被覆蓋度的面積為5 900.58 km2，2016 年為 7 083.60 km2，增加了 1 183.02 km2，其中，2007年極低、低等級植被覆蓋度面積和為3 528.09 km2，2016年下降到 2 280.58 km2。安慶市10年來植被覆蓋度的面積總體呈增加趨勢，極低、低植被覆蓋度的面積顯著減少，減少了1 247.51 km2，中、中高以及高植被覆蓋度面積增加了2 030.53 km2。中、中高以及高植被覆蓋度的面積在2007年為2 372.49 km2，2016年增加到4 403.02 km2，低等級的植被覆蓋度區域都漸漸發展到高植被覆蓋的行列。

表2 各等級植被覆蓋度面積變化（單位：km2）

2.2 安慶市植被覆蓋度的空間變化

差值圖像法是指對兩個不同時相遙感圖像之間通過減法或者加權減法運算生成的圖像[9]。為了分析安慶市植被覆蓋度空間變化的情況，在EDARS里利用差值圖像法對安慶市2007年和2016年兩期不同時相植被覆蓋度圖像進行差值運算。從圖像上可以觀察到，安慶市整個行政區域范圍內植被覆蓋度面積相對于2007年都增加了，中、中高以及高植被覆蓋度的面積顯著增加，大部分區域植被覆蓋度都由低等級變為高等級。其中桐城縣、岳西縣、太湖縣、潛山縣增加最多。這種結果表明安慶市10年來在環境保護、生態恢復上做了不少工作，政府注重對生態環境的保護。

3 結論

本文利用植被指數轉換法，得到安慶市2007和2016年的植被覆蓋度圖，綜合分析了這10年間安慶市植被覆蓋度的時空動態變化。研究表明，安慶市植被覆蓋度呈增長趨勢，這表明安慶市在促進城市經濟發展的過程中注重對生態環境的保護，這種規劃是科學合理的。但是空間分布上出現了不均衡的現象，這對安慶市今后的發展規劃起到了警示作用。市區也要加大植被覆蓋的比例，采取措施保護好生態環境，注重城市的綠化設施建設。政府部門及相關的研究機構要提供資金和技術支持，使安慶市在發展的過程中，既能保護經濟繁榮發展，又能保護和重建生態環境。

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