基于NDVI指数的微山湖水生植被分级研究

2015-03-07凌娟

黑龙江科学 2015年2期

凌娟

（枣庄学院旅游与资源环境学院，山东枣庄 2 77100）

归一化植被指数(简称NDVI)是反映地表植被覆盖的重要指标，可通过对遥感影像的处理而提取，进而通过数学模型计算植被覆盖度［1］。在利用NDVI对植被覆盖进行监测评价方面，国内外已进行大量的研究与试验,是遥感估算植被覆盖度研究中最常用的植被指数［2-3］。

1 研究区概况

微山湖系中国北方最大的淡水湖，位于山东鲁南地区，南北长230km，总面积2100km2。京杭大运河纵贯南北。湖区水生植物生长茂盛，种类繁多。主要植物群落有挺水植被带和沉水植被带，水生植被盖度达89.9%，有“水下森林”的美誉。

2 研究方法

2.1 遥感数据选取

Landsat陆地卫星是全球生态观测研究最系统、数据连续性最好的遥感卫星，在地学、环境科学领域广泛应用。

2.2 遥感数据预处理

影像数据经辐射定标、去除条带、图像剪裁、大气校正、获取地表反射率等处理。几何纠正采用高斯克里格投影，基准面采用WGS-84。通过波段分析法，获取湖区543标准假彩色图像。

2.3 NDVI分级

NDVI指数被定义为近红外波段（DNNIR）与可见光红光波段（DNR）数值之差与这2个波段数值之和的比值，即 NDVI=（DNNIR－DNR）/（DNNIR＋DNR）和植物的蒸腾作用、太阳光的截取、光合作用以及地表净初级生产力等密切相关［4］。-1＜=NDVI＜=1，负值表示地面覆盖为云、水、雪等，对可见光高反射；0表示有岩石或裸土等，NIR和R近似相等；正值表示有植被覆盖，且随覆盖度增大而增大。

分析表明NDVI值最小值-0.16378，最大值0.51312，数据合理，满足密度分割的需要。以标准差分级法为基础，通过在NDVI平均值中加、减标准差产生类型间距，结合NDVI指数值定义及现场查验，将分级阈值定为：-0.16378、-0.13998、0.047752、0.097991、0.298902和0.51312，共分为疑似采砂造成的裸露沙地、可通航的开放水域、沉水植物生长区、挺水植物生长区、陆生植物生长区共5个区域。影像数据像元边长为30m×30m，每个像元代表约900m2的面积。通过像元数对整个湖区植被信息提取计算，形成微山湖NDVI指数分级图（见图1）。

图1 研究区NDVI指数分级图Fig.1 NDVI index classification map of the study area

3 结果与讨论

目前常用的多光谱遥感数据很难精确识别水华和水草。利用NDVI指数分级，可及时有效的反映水生植被分布状况。对遥感影像数据进行处理和水生植被分布信息提取，可以作为水生植被监测的信息源。

在研究区NDVI指数分级图中深绿色代表生长最旺盛的陆生植被，多为沿湖稻田，主要分布于研究区北半部；挺水植物生长范围最广；沉水植物沿湖分布，随着水深的增大而递减。灰色水体区域较春季遥感影像明显增大，植被繁茂，航道堵塞严重。湖区北部、中部发现2处小型红色区域，位于浅水区，有交通痕迹，少植被分布，疑似偷采或废弃的采沙场。

根据NDVI分级信息和水生植被分级统计，结合水文条件、人类活动，研究区植被分布特点如下：①开放水域受京杭大运河航运等人类活动影响，水生植被分布极不均匀，是NDVI指数值波动最大的区域；②沉水植被区和挺水植被区是湖区水生植被主要分布区域，像元、NDVI指数值较为平均，无明显波动；③陆生植被区有着丰富的植被资源，NDVI指数值稳定，基本无区域性变化；④沉水植被区和挺水植被区处于养殖区和护堤附近，约占湖区总面积的40%，是开展湿地旅游、渔业养殖主要区域。大量人工构建物破坏了水面的完整性，渔网、水箱构成一个个独立区域，阻碍航运，富营养化水体，可导致藻类暴发。