基于NDVI 像元二分模型的汶川縣植被覆蓋度估算

吳艷

（阿壩師范學院資源與環境學院，四川 阿壩623002）

植被覆蓋度是衡量區域上生態環境質量的一個重要參考因子。對植被覆蓋度的估算有地表實測和遙感監測兩種方法。對小范圍的地表植被覆蓋的估算可以利用實測法進行，但對于大范圍的地表植被覆蓋度的估算實測法需要的人力、物力和時間成本就大大增加。對于大范圍的地表植被覆蓋度的估算利用遙感監測就更顯優勢，而地表實測法則作為遙感監測的一種輔助方式，為遙感監測提供基礎數據，對植被覆蓋度的估算進行精度評價[1-2]。本研究基于NDVI 的像元二分模型，估算汶川縣的植被覆蓋度，并結合地形因子，探討汶川縣植被覆蓋度的空間分布特征。

1 研究區概況

汶川縣位于四川盆地西北部邊緣，地理坐標為北緯30°45′～31°43′，東經102°51′～103°44′之間，地勢呈西北向東南傾斜。溫帶季風氣候，東南向西北地勢上升，因此具有完整的垂直氣候帶[3-4]（圖1）。

2 研究方法

2.1 數據來源及預處理

本文遙感影像數據采用的是LANDSAT8 OLI 數據，研究區涉及軌道號為P130R038 以及P130R039 兩景數據,提取地形因子采用的是分辨率為30m 的DEM 數據。

為了后續提取植被覆蓋度，利用ENVI5.2 軟件對研究區涉及的兩景遙感影像進行輻射定標與大氣校正預處理。對涉及的遙感影像進行拼接、裁剪等操作，得到汶川縣域的遙感數據。

2.2 NDVI 計算

NDVI 即歸一化植被指數[5]，是反映區域上植被生態態勢的重要參數因子，在ENVI 中利用Band Math 工具用近紅外波段（NIR）與紅波段(R)進行計算。

計算出來的NDVI 值取值區間是[-1,1]。

2.3 計算植被覆蓋度

像元二分模型[6-7]對植被覆蓋度計算的原理是，假定一個像元信息是由裸土和植被兩部分信息混合而成，那么一個像元的信息S 可以看作裸土Ss與植被Sv兩個部分混合而成，即：

假設只有裸土覆蓋像元用Ssoil表示，只有植被覆蓋像元用Sveg表示，那么該像元的植被覆蓋度(FVC)可用有植被覆蓋的面積比例表示，裸土覆蓋度則可表達為（1-FVC）。則計算Sv、Ss和FVC 的公式表達為：

圖1 汶川縣遙感影像圖

由于FVC 與NDVI 之間存在顯著的線性相關性。結合以上式（1）和式（5），計算FVC 的公式為：

其中，NDVIsoil是僅有裸土覆蓋的像元NDVI，NDVIveg是僅有植被覆蓋的像元NDVI。

由于遙感影像不可避免存在一定的噪聲，純凈裸土像元值和純凈植被像元值一般取一定的置信度范圍內的最大值和最小值，在此處根據影像的特征取5%-95%的像元累積百分比為置信度區間。將植被覆蓋度分為0.0～0.1，0.1～0.3，0.3～0.45，0.45～0.6，0.6～1 五個等級，見圖2。

圖2 汶川縣植被覆蓋度分級圖

2.4 地形因子提取

在ArcGis10.1 平臺上利用3D 分析工具提取地形因子。利用研究區DEM 數據提取地形因子，坡度、坡向和高程數據[8]。并將提取出來的植被覆蓋度和地形因子作空間分析。

坡度分級標準為：小于5°定義為微坡，5°～8°定義為較緩坡，8°～15°定義為緩坡，15°～25°定義為較陡坡，25°～35°定義了陡坡，大小35°定義為急陡坡。坡向定義標準為：0°～22.5°與337.5°～360°定義為北，22.5°～67.5°定義為東北，67.5°～112.5°定義為東，112.5°～157.5°定義為東南，157.5°～202.5°定義為南，202.5°～247.5°定義為西南，247.5°～292.5°定義為西，292.5°～337.5°定義為西北。高程分級標準為：小于1200m，1200m～1800m，1800m～2400m，2400m～3000m，3000m～3600m，3600m～4200m，4200m 以上。

3 結果與分析

基于ArcGis 平臺，將高程按以上劃分標準分為7 個高程帶，對每個高程分區的平均植被覆蓋度進行統計分析，各個高程分區的平均植被覆蓋度統計結果，如表1 所示。將坡度按以上標準劃分為6 個坡向帶，對每個坡度分區的平均植被覆蓋度進行統計分析，如表2 所示。將坡向按以上標準劃分為9 個坡向帶，對各坡向分區的平均植被覆蓋度進行統計分析，如表3所示。

表1 各高程帶平均植被覆蓋度

結合表1 和圖3 表明，汶川縣平均植被覆蓋度與高程呈現比較好的相關性，在高程帶[1800,2400]的平均植被覆蓋度最高，在高于4200m 后，由于溫度影響較大，植被覆蓋急劇減少。

圖3 各高程帶平均植被覆蓋度折線圖

結合表2 和圖4 表明，平均植被覆蓋度和坡度具有較好的相關性，呈現先增加后減少的趨勢，且在坡度區間[25°,35°]的平均植被覆蓋度最高，而后呈下降趨勢。

表2 各坡度帶平均植被覆蓋度

圖4 各坡度帶平均植被覆蓋度折線圖

結合表3 和圖5 表明，平均植被覆蓋度和坡向無明顯的相關性，研究區坡向對植被覆蓋的影響較小，平均植被覆蓋最高為東南面。

表3 各坡向帶平均植被覆蓋度

圖5 各坡向帶平均植被覆蓋度折線圖

4 結論

4.1 汶川縣域2017 年平均植被覆蓋度為73.1726%，整體植被覆蓋狀況較好。

4.2 汶川縣平均植被覆蓋和高程有較好的相關性，在高程區間[1800，2400]之前的平均植被覆蓋度與高程帶呈正相關，之后呈負相關。在高程帶[1800,2400]的平均植被覆蓋度最高，為88.3162%。

4.3 汶川縣平均植被覆蓋度和坡度具有較好的相關性，在坡度區間[25°,35°]之前的坡度帶呈正相關，之后呈負相關。在坡度區間[25°,35°]的平均植被覆蓋度最高，為75.3274%。

4.4 汶川縣平均植被覆蓋和坡向無明顯的相關性，在東南面平均植被覆蓋度最高，為75.1506%。