安庆市2007—2016年植被覆盖度时空动态分析研究

赵 阳，黎 慧，王先霞

（阜阳师范学院历史文化与旅游学院，安徽阜阳236037）

通过研究某区的植被覆盖度来分析该区的植被变化情况，对该区制定生态环境保护、发展策略以及制定区域的发展规划等都具有十分重要的意义。有很多方法可以估算植被覆盖度，例如传统的地面测量法、基于遥感影像的提取方法、植被指数转换等[1-3]。遥感监测能够同步获取大范围内的遥感信息，数据精度高，因此，基于遥感影像的提取方法克服了传统地面测量法的许多不足[4]。植被指数转换法常被认为是计算植被覆盖度的主要方法，该方法根据遥感影像判断植被类型并对植被的分布特征进行分析，然后构建归一化植被指数（NDVI）与植被覆盖度之间的转换关系[5]。NDVI可以通过ERDAS或ENVI软件实现。国内一些学者对各地的植被覆盖度及其变化进行了深入的研究，对其概念、特征、类型划分和变化原因等进行了探究，并得出了一定的理论结果。

安庆市坐落在安徽省西南部，地处北纬29°47′～31°16′、东经 115°45′～117°44′之间。全市共有7县1市3区（枞阳县2016年划到铜陵市，因此，2016年后安庆市只有6个县级行政区），土地总面积为1.54万平方公里（如图1）。安庆市为亚热带季风季候，这种气候类型的典型特点是夏季湿润多雨、全年雨量充沛、热量充足，因此非常适宜发展农林牧渔业。本文将基于ERDAS软件对所获取的14景遥感影像进行处理，计算安庆市2007年和2016年的植被覆盖度，根据计算结果分析安庆市2007—2016年植被覆盖度的时空动态变化特征，为安庆市的生态发展规划提供有效建议。

图1 安庆市行政区划图

1 安庆市植被覆盖度的计算

1.1 遥感数据的获取与数据预处理

选择遥感影像时要综合考虑各方面因素：要选择相同类型的卫星遥感影像；要想得到安庆市完整的遥感影像图，必须通过多副影像的拼接合成，通过与安庆市行政区划矢量图进行掩膜处理操作，才能得到完整的安庆市遥感影像图；除了获取遥感影像图外，还需要安庆市的行政区划矢量图，此矢量图由ArcGIS软件操作获得。7、8月份是植物生长茂盛的时期，选择7、8月份的Landsat遥感影像图，有利于获得植被的信息，因此，从遥感数据共享网统一下载卫星遥感影像作为源数据，主要包括2007年7景Landsat 5安庆市遥感影像和2016年7景Landsat 8遥感影像图，共14景。

获取到卫星遥感影像数据后，要进行一系列预处理工作，如对遥感影像进行大气校正、辐射校正、几何校正等处理（先进行辐射校正，再进行几何校正）[3]。首先，利用ERDAS将2007年7个波段的遥感影像合成一副影像；然后，对其进行遥感影像预处理操作；最后进行植被指数提取。应用ArcGIS软件将安庆市行政区划矢量图层转为栅格图层，将提取好的2007年植被指数图层导入到ArcGIS中，点击“按掩膜提取”工具，将安庆市行政区划矢量图与操作好的2007年安庆市植被指数图进行切割，得到2007年安庆市植被指数分布图。然后使用ArcGIS软件工具栏中的栅格计算器工具，输入植被覆盖度常用的计算公式（下文（2）式），得到安庆市2007年植被覆盖度的分布图，并制作成专题图。为了数量化表示安庆市10年间植被覆盖度的变化，还需对计算出的植被覆盖度分布图进行统计面积的计算操作。2016年植被覆盖度的操作流程与2007年的相同。

1.2 植被覆盖度的提取

植被指数是反映植被的长势、地区生物量等指示意义的数值[5]。归一化植被指数是利用近红外波段与红光波段灰度值之差，除以近红外波段与红光波段灰度值之和[5]。

在植被遥感中，若想得到某区的植被覆盖度数值，首先要基于遥感影像计算出该区的归一化植被指数（NDVI），然后再来研究该区域的植被生长状况。植被指数作为衡量地区生态环境的重要指标之一，它能很好地反映出植被的生长状态，精确地估算出植被覆盖度。NDVI和植被覆盖度计算出的取值范围都是0～1，数值越接近1，说明植被覆盖度越高、植被覆盖率也越高，从而反映出该区的植被生长状况越好、生态环境越优越。

植被指数的计算公式为

INDVI为归一化植被指数值，IR为红外波段的灰度值，INIR为近红外波段的灰度值。

植被覆盖度指植被的重要投影面积占据地面总面积的比例，植被覆盖度的取值范围通常为0～1，数值越大，表明植被覆盖度越高[6]。植被覆盖度的计算公式[7]：

其中，Fv为像元的植被覆盖度，INDVI为像元的植被指数数值，INDVIveg和INDVIsoil分别为植被覆盖部分和非植被覆盖部分的数值[7]。在植被覆盖度的计算过程中，INDVIveg和INDVIsoil这两个指标的取值非常关键，将会直接影响到植被覆盖度的估算结果。在实际工作中，因为很难同时监测到大面积的地表实测数据，所以，通常需要对统计出的NDVI数值划分出一个区间，分别将该区间内的最大值作为NDVIveg的值，最小值作为NDVIsoil的值，然后利用（2）式估算植被指数。

理论上来说，NDVIveg（植被指数最大值）和NDVIsoil（植被指数最小值）的值是固定不变的，但是在实际测量中，NDVIveg和NDVIsoil的值会受到诸多因素的影响，例如，植被的类型、所处的季

图2 安庆市2007年植被覆盖度分布图

1.3 植被覆盖度等级划分

基于ArcGIS软件里的重分类工具分别对2007年和2016年安庆市的植被覆盖度图像做重分类操作，划分为6级。具体划分标准见表1。然后对6种不同级别的植被覆盖度图相应赋予不同的颜色，生成不同级别植被覆盖度图像；再对其进行布局设计，插入图例、比例尺并调整大小；最后导出地图，得到完整的植被覆盖度分布图。

表1 植被覆盖度等级划分标准

1.4 植被覆盖度面积计算

为了更好地说明安庆市2007—2016年10年节以及植物背景即土壤因素存在差异等[8]。NDVIsoil理论上应为裸露地表的植被指数，其值应接近于零，但由于被测量的地区不同或者同一地区卫星的监测时间不同，不同地区或者同一地区不同时间的地表湿度、土壤类型、土壤粗糙度等各不相同，所以，NDVIsoil值会发生变化。不能简单地将计算出的植被指数最大值作为NDVIveg的值，而将NDVIsoil取0值。正因如此，本文统一取0.05和0.95分别作为NDVIveg和NDVIsoil值，然后依据ERDAS和ArcGIS软件，操作出2007年和2016年安庆市的植被覆盖度分布图，如图2和图3所示。来植被覆盖状况的变化，本文应用ArcGIS分别计算2007年和2016年安庆市植被覆盖度分布图的面积字段，从而得到各等级植被覆盖度的面积大小。通过比较各等级植被覆盖度的面积，来分析比较安庆市10年来的植被覆盖度时空变化特征。

图3 安庆市2016年植被覆盖度分布

2 结果与分析

2.1 安庆市植被覆盖度的时间变化

根据上文所得安庆市2007年和2016年植被覆盖度各等级分布图，可以观察到安庆市2007—2016年植被覆盖度10年间的变化。从表2可以看出，2007年植被覆盖度的面积为5 900.58 km2，2016 年为 7 083.60 km2，增加了 1 183.02 km2，其中，2007年极低、低等级植被覆盖度面积和为3 528.09 km2，2016年下降到 2 280.58 km2。安庆市10年来植被覆盖度的面积总体呈增加趋势，极低、低植被覆盖度的面积显著减少，减少了1 247.51 km2，中、中高以及高植被覆盖度面积增加了2 030.53 km2。中、中高以及高植被覆盖度的面积在2007年为2 372.49 km2，2016年增加到4 403.02 km2，低等级的植被覆盖度区域都渐渐发展到高植被覆盖的行列。

表2 各等级植被覆盖度面积变化（单位：km2）

2.2 安庆市植被覆盖度的空间变化

差值图像法是指对两个不同时相遥感图像之间通过减法或者加权减法运算生成的图像[9]。为了分析安庆市植被覆盖度空间变化的情况，在EDARS里利用差值图像法对安庆市2007年和2016年两期不同时相植被覆盖度图像进行差值运算。从图像上可以观察到，安庆市整个行政区域范围内植被覆盖度面积相对于2007年都增加了，中、中高以及高植被覆盖度的面积显著增加，大部分区域植被覆盖度都由低等级变为高等级。其中桐城县、岳西县、太湖县、潜山县增加最多。这种结果表明安庆市10年来在环境保护、生态恢复上做了不少工作，政府注重对生态环境的保护。

3 结论

本文利用植被指数转换法，得到安庆市2007和2016年的植被覆盖度图，综合分析了这10年间安庆市植被覆盖度的时空动态变化。研究表明，安庆市植被覆盖度呈增长趋势，这表明安庆市在促进城市经济发展的过程中注重对生态环境的保护，这种规划是科学合理的。但是空间分布上出现了不均衡的现象，这对安庆市今后的发展规划起到了警示作用。市区也要加大植被覆盖的比例，采取措施保护好生态环境，注重城市的绿化设施建设。政府部门及相关的研究机构要提供资金和技术支持，使安庆市在发展的过程中，既能保护经济繁荣发展，又能保护和重建生态环境。

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