天然林資源保護區植被覆蓋度遙感估算及變化分析

張　勇

天然林資源保護區植被覆蓋度遙感估算及變化分析

張勇

（普安縣林業局貴州黔西南561500）

天然林資源作為地球生態系統的重要組成部分，對于維持生物多樣性、調節氣候和保持水土平衡等方面發揮著關鍵作用。貴州省黔西南地區作為中國西南部的一個重要生態區域，其天然林資源的保護與監測尤為關鍵。遙感技術作為一種高效的地表監測手段，為天然林資源的保護和管理提供了新的視角和工具。文章旨在通過遙感技術對黔西南地區的天然林植被覆蓋度進行精確估算和變化分析，提出植被覆蓋度優化建議，以期提升該區域的生態保護工作成效。

天然林資源保護區；植被覆蓋度；遙感估算；變化分析；貴州省

植被覆蓋度（FVC）是描述地表植被狀況的關鍵參數，對于生態環境評價、資源管理、氣候變化研究等領域具有重要意義。隨著遙感技術的發展，通過衛星影像分析植被覆蓋度已成為一種有效方法。然而，如何根據不同地區的具體環境特點選擇合適的遙感數據和分析方法，以及如何將遙感技術應用于具體的區域生態保護策略，仍然是一個值得深入研究的課題。貴州省黔西南地區作為一個生態敏感區，其天然林覆蓋度變化對于區域生態平衡和水土保持具有重要影響。因此，深入研究該區域的植被覆蓋度變化，并提出有效的生態保護策略，對于做好該區域的生態保護工作和促進當地經濟社會可持續發展具有重要意義。

1 貴州省黔西南地區植被覆蓋度的遙感估算

1.1 區域概況

普安縣位于貴州省西南部烏蒙山區，黔西南布依族苗族自治州西北部。普安縣地處云貴高原向黔中過渡的梯級狀斜坡地帶，縣境呈不同規則南北向長條形。其地勢特點是中部較高，四面較低，烏蒙山脈橫穿中部，將全縣分為南北兩部分，南部地勢由東北向西南傾斜，北部地勢由西南向東北傾斜。普安縣屬亞熱帶季風濕潤氣候，其特點是四季分明，雨熱同期，春秋溫和，冬無嚴寒，夏無酷暑。普安縣地處珠江上游，地勢起伏，地形破碎，立體氣候明顯，適宜多種植物生長，森林覆蓋率為27.3%，是珠江防護林的重要生態建設區域。普安縣植被類型復雜多樣，呈垂直帶發育。其主要植被帶有高山灌叢草甸帶、落葉闊葉與常綠闊葉混交林帶和針葉常綠、闊葉落葉混交林帶。近年來，普安縣的自然環境面臨一定的挑戰。因此，對普安縣的植被覆蓋度進行準確的遙感估算，對于掌握其生態系統的變化具有重要意義。借助遙感技術，可以在不干擾自然環境的情況下，對該區域植被覆蓋情況進行持續監測，從而提高該地區的生態保護工作成效。

本文將重點關注普安縣的植被覆蓋度及其時間序列變化，通過分析多期衛星遙感數據，探究該地區植被變化趨勢及原因。

1.2 遙感數據源選取與數據處理

針對貴州省黔西南布依族苗族自治州普安縣的植被覆蓋度遙感估算，本文精心選擇了Landsat 8 OLI和MODIS兩種遙感衛星影像數據源。Landsat 8 OLI數據以其30 m的高空間分辨率優勢，非常適合進行詳細的植被覆蓋度分析。2018—2023年的Landsat 8 OLI遙感衛星影像數據源，覆蓋普安縣全域，特別確保了這些影像在清晰、無云的條件下被捕獲，以保障數據質量。此外，MODIS數據以其每天的觀測頻率和500 m的空間分辨率，為捕捉植被動態變化提供了寶貴的視角。我們特別關注了MODIS的植被指數產品，如MOD13Q1，它提供了16 d 1次的歸一化植被指數（NDVI），適用于分析長期的植被覆蓋度趨勢。在數據處理流程中，首先進行了預處理，包括輻射定標、大氣校正和幾何校正，以消除數據中的誤差和偏差。接下來，采用了影像融合技術，結合了Landsat 8 OLI的高空間分辨率和MODIS的高時間分辨率的優勢，以獲得更全面的植被覆蓋度信息。計算了NDVI能有效反映植被的健康狀況和覆蓋程度。最后，應用了監督和非監督分類方法對植被覆蓋度數據進行分類，并進行時間序列分析，以識別植被變化的模式和趨勢[1]。

1.3 植被覆蓋度估算方法

在植被覆蓋度估算中，綜合采用了多種遙感衛星影像數據源和方法。首先，使用歸一化植被指數（NDVI）作為主要的遙感指標，通過計算Landsat 8 OLI數據中的近紅外波段（NIR）和紅光波段（RED）的反射率差值得到的，其公式為DVI=(IR-ED)/(IR+ED)。NDVI能夠反映出植被的密度和健康狀況，是估算植被覆蓋度的關鍵因素。接下來，通過像素二分模型來計算植被覆蓋度，該模型假設每個像素由植被和非植被兩部分組成。植被覆蓋度的計算公式為VC=(DVI-DVI,min)/(DVI,max-DVI,min)。其中，DVI,max和DVI,min分別代表研究區域內植被和裸土的NDVI的最大值和最小值。為進一步分析植被覆蓋度的變化趨勢，利用MODIS提供的長時間序列NDVI數據進行時間序列分析。這種分析有助于揭示植被覆蓋度的季節性變化和年際變化，為理解植被變化提供了重要的視角。

1.4 估算結果與分析

如表1所示，通過結合Landsat 8 OLI和MODIS數據發現，2018—2023年，普安縣的平均植被覆蓋度從60%增至64.5%。這反映出該區域植被覆蓋度的總體增加，尤其在春季和夏季，植被增長更為顯著，與該地區的降雨模式和生長季節相一致。此外，我們還觀察到在特定區域（如靠近水源的地方），植被覆蓋度的增長尤為突出。雖然整體上植被覆蓋度呈增長趨勢，但在不同區域之間存在差異，例如山區和丘陵區的植被恢復較為明顯，而人口密集和農業活動頻繁的區域則增長較慢。影響植被覆蓋度變化的主要因素包括自然因素（如降水量和氣溫變化），以及人為因素（如植樹造林活動、農業管理改進和生態保護政策）。這些結果表明普安縣的植被覆蓋度在近年來整體呈現增長趨勢，顯示了該地區生態環境的整體改善。但為了持續保護和改進該地區的生態環境，需要注意區域間的差異，并根據這些差異采取相應的措施。

表1　植被覆蓋度數據表

2 貴州省黔西南地區植被覆蓋度的變化分析

2.1 分析方法

在本研究中，首先，本文利用時間序列分析，分析了MODIS提供的長期NDVI數據，以識別和量化植被覆蓋度隨時間的變化。該方法能有助于觀察到植被覆蓋度的季節性變化和年際變化，特別是能夠揭示植被生長的周期性模式。其次，運用變化檢測技術，比較了不同時間點的Landsat衛星影像，以便識別在特定時間段內植被覆蓋度的顯著變化，如由于城市化、自然災害或農業活動引起的變化。此外還借助地理信息系統（GIS），以空間分析的形式，更詳細地研究了植被覆蓋度變化的地理分布。通過GIS，我們能夠可視化植被變化，并將其與地形、氣候和人類活動等因素進行關聯分析[2]。

2.2 時間序列變化分析

在普安縣進行的植被覆蓋度時間序列變化分析中，本文通過MODISNDVI數據識別了幾個關鍵事件，這些事件顯著影響了該地區植被的生長。2019年春季，與2018年同期相比，NDVI值顯著增加，這與當年春季異常增多的降水量密切相關，為植被生長提供了充足的水分。然而，到了2020年夏季，該地區遭受了嚴重干旱，導致夏季NDVI值比前一年同期下降了5%，干旱對植被生長產生了顯著的負面影響，尤其是在未灌溉的農田和草地區域。到了2021年，隨著降水量恢復并實施了一系列植樹造林和水土保持措施，普安縣的植被覆蓋度恢復到正常水平，夏季NDVI值較2020年同期增長了約7%。2022年，得益于持續的生態保護措施和良好的氣候條件，普安縣的植被覆蓋度繼續增長，特別是在山區和丘陵區，NDVI值顯示出比前幾年更高的水平。這些具體事件的分析不僅揭示了植被覆蓋度變化的復雜性，也顯示了自然條件和人為干預如何共同影響區域生態系統的狀態，為未來的環境管理和生態恢復提供了重要的參考。

2.3 影響因素變化分析

在普安縣植被覆蓋度變化分析中，通過綜合氣候數據、MODISNDVI時間序列、社會經濟發展記錄和實地調查結果，確定了幾個關鍵影響因素。如表2所示，首先，氣候變化對植被覆蓋度產生了顯著影響，這一點通過對比NDVI數據和氣象記錄得到證實。例如，2019年春季的降水量增加帶來了植被增長，而2020年夏季的干旱事件則導致了植被覆蓋度的顯著下降。其次，自然災害，如干旱，通過年際NDVI數據變化也顯示了對植被的直接影響。人類活動的影響體現在生態保護措施和植樹造林項目上，這些措施在2021年和2022年促進了植被覆蓋度的恢復和增長。地理和地形因素的影響通過植被覆蓋度數據和GIS分析得出，尤其是山區和丘陵區域的植被覆蓋度較高，這與這些區域的自然生態條件更為適宜有關。最后，社會經濟因素對植被狀態的影響是通過對比社會經濟發展數據和植被覆蓋度趨勢得出的。這些綜合分析揭示了普安縣植被覆蓋度變化的復雜性，強調了在未來制定環境保護政策和管理措施時需要考慮多方面因素的重要性。

表2　普安縣植被覆蓋度變化影響因素

3 天然林資源保護區植被覆蓋度優化建議

第一，針對普安縣天然林資源保護區植被覆蓋度的優化，結合分析出的關鍵影響因素，建議采取綜合策略，加強氣候變化適應工作，特別是加強應對極端天氣事件的預警系統，并開發適應氣候變化的農業和林業管理模式。例如，在干旱易發區域建立灌溉系統；在洪水易發區域實施河岸植被穩固和水土保持工程[3]。

第二，持續和擴大生態保護項目，如植樹造林和水土保持項目，同時提倡可持續的土地利用和管理實踐。考慮到地理和地形因素的差異，應實施差異化的生態保護和管理措施，特別是在山區和丘陵地帶加強自然保護區的建設和管理。

第三，平衡社會經濟發展與生態環境保護的關系，推廣生態友好型的發展模式，如生態農業和綠色城市建設，以促進普安縣生態環境的持續改善。

4 結語

針對貴州省黔西南布依族苗族自治州普安縣植被覆蓋度的全面分析，揭示了該地區植被覆蓋度變化的復雜性及其背后的多種影響因素。從氣候變化的影響、自然災害的挑戰，到人類活動的積極作用，以及地理和社會經濟因素的綜合影響，這些因素共同塑造了普安縣植被的當前狀態和未來趨勢。本研究不僅為普安縣的環境保護和生態恢復提供了科學依據，也為類似地區的自然資源管理提供了參考。普安縣需要采取相應的策略，包括加強氣候適應、實施有效的生態保護措施、促進社會經濟與環境保護的協調發展，以實現植被覆蓋度的持續提升和天然林資源的有效保護。

[1]余濤，龐勇，蒙詩櫟，等. 天然林資源保護工程區植被覆蓋度遙感估算及變化分析[J]. 北京林業大學學報，2023，45（5）：1-13.

[2]李超，羅棟梁，李雪梅，等. 2000—2018年天山植被生態質量綜合評價[J]. 蘭州大學學報（自然科學版），2021，57（4）：528-536.

[3]周旗，張海寧，任源鑫. 1961—2016年渭河流域極端降水事件研究[J]. 地理科學，2020，40（5）：833-841.

10.3969/j.issn.2095-1205.2024.03.08

TP751;Q948

C

2095-1205(2024)03-28-03

張勇（1991—），男，云南魯甸縣人，本科，助理工程師，研究方向為林業調查規劃。