2015- 2021 年临沂市植被覆盖度动态变化遥感监测与分析

高聪 王莉雯

（辽宁师范大学地理科学学院，辽宁大连 116000）

植被覆盖度是反映植被生长状况的重要指标，同时也能反映局部地区的环境健康情况。目前，在大面积植被覆盖度提取方面，TM、SPOT、MSS 等遥感影像得到广泛使用，并取得大量的研究成果，为植被覆盖度的准确获取奠定基础[1]。

已有研究表明，回归分析法[2]、光谱混合分析法（SMA）、植被指数法（VI）[3]、像元二分模型法[4]等是当前通过遥感影像提取植被覆盖度信息的主要方法。其中像元二分模型法仅仅需要确定研究区裸土和纯植被区域的光谱反射值，无需大量实地考察和人为参数设置[5-7]。

本文采用像元二分模型分析临沂市2015-2021 年植被时空变化，以期为临沂市生态环境的合理规划与发展提供科学参考。

1 研究区概况

临沂市位于山东省东南部，辖兰山等3 区和沂水等9 县，地跨34° 22' ～36°13'N，117°24' ～119°11'E，东临黄海，总面积为17191. 2 km2。区域内地势西北高东南低，北部主要以山地、丘陵为主，南部以平原为主。此地区属暖温带大陆性季风气候，阳光充足，雨量丰沛。

临沂市是山东省地区中心城市，是具有滨水特色的宜居城市、，是现代工贸城市和商贸物流中心。作为山东省面积最大、人口最多的市，近年来城市发展迅速（图1）。

图1 研究区地理位置

2 数据与研究方法

采用landsat 8 OLI 系列影像数据，以2015 年6 月5 日、2018 年6 月13 日、2021 年6 月5 日生长季的遥感影像为数据源，数据来源于地理空间数据云。使用遥感图像处理平台ENVI5.3 和ArCGIS10. 2 对遥感影像进行了辐射定标、大气校正及影像镶嵌，并且根据临沂市的矢量数据，对遥感图像进行了相应的裁剪，结合DEM数据进行分析。

2.1 归一化植被指数（NDVI）计算

归一化植被指数( NDVI) 是目前应用最为普遍的植被指数。这个指数对于植被在不同时期的动态变化分析得比较全面[8]。由于本研究主要是对2015-2021 年临沂市的植被覆盖度整体的变化情况进行相应的分析，所以在计算时选择归一化植被指数NDVI 较为适宜，计算公式为:

式中:NIR 代表的是近红外波段；Red 代表的是红色波段。Landsat OLI 影像对应的是5 波段和4 波段。

2.2 像元二分模型

像元二分模型假设地表单元是由裸土与植被构成，是混合像元分解模型中最简单的模型，被广泛应用于植被覆盖度估算研究中。

式中:VFC 是植被覆盖度；NDVIveg代表的纯植被覆盖像元的NDVI 值；NDVIsoil代表的是纯裸土覆盖像元的NDVI 值。

由于地表湿度、粗糙度、土壤的类型颜色等一系列因素的影响，NDVIveg和NDVIsoil也会随着时间不断变化，这两个参数的值将直接影响植被覆盖度估算的结果。所以选取影像中的NDVI后，确定置信区间; 选取出累计概率为5%左右的值为NDVIsoil，95%左右的值为NDVIveg，并将计算小于NDVIsoil的值赋为0，计算大于NDVIveg的值赋为1[9]。

2.3 图像差值比较法

为了反映研究区不同时期植被覆盖动态变化，利用图像差值比较法计算不同时期植被覆盖变化量ΔFVC，差值变化量等于0 是未发生变化，>0 是植被覆盖增大，<0 是植被覆盖减小。计算公式为：

式中：VFCyear1、VFCyear2分别为不同时期的植被覆盖度等级。

3 研究结果与分析

3.1 植被覆盖度总体分布特征

基于NDVI 与像元二分模型，利用ENVI5.3 计算得到的临沂市三期的植被覆盖度及2015-2021 年平均植被覆盖度。参考相关文献，将植被覆盖度分为5 级，分别为较低植被覆盖度（<0.2）、低植被覆盖度(0.2～0.4)、中植被覆盖度(0.4～0.6)、高植被覆盖度(0.6～0.8)、较高植被覆盖度(>0.8)，结果如图2 所示。

图2 平均植被覆盖度分布图

由图2 可以看出总体上临沂市植被覆盖度分布呈现中间低四周高、西北部植被覆盖度远高于其他区域植被覆盖度。这是由于兰山区、罗庄区、河东区三区作为临沂市的中心城区，其常住人口数量及GDP 均居全市之首，这就导致以兰山区为首的三区的城镇化建设远高于其他区县。而西北处的蒙阴县一直以来常住人口数量及GDP 低于其他区县，且其地形以山地丘陵为主，地势较高，所以植被覆盖度远高于其他地方。

3.2 植被覆盖度时间变化分析

根据统计，临沂市2015、2018、2021 年植被覆盖度均值分别为0.27、0.26、0.26。总体上植被覆盖度呈先下降后稳定的趋势。并对三期各级别的植被覆盖度进行统计，得到表1。

表1 各级植被覆盖度所占的比例

由表1 可以得出以下结论：

2015 年～2018 年期间，较低植被覆盖度和低植被覆盖度所占的面积呈现上升趋势，分别由51.06%、14.66%上升到54.54%和15.40%；中植被覆盖度和高植被覆盖度所占的面积呈现下降趋势，分别由15.10%、10.04%下降到11.40%和8.26%；而较高植被覆盖度所占的面积呈现上升趋势，由9.14%上升到10.39%。

2018 年～2021 年期间，较低植被覆盖度和高植被覆盖度所占的面积呈现上升趋势，分别由54.55%、8.26%上升到54.97%和9.18%；低植被覆盖度、中植被覆盖度和较高植被覆盖度所占的面积呈现下降趋势，分别由15.40%、11.40%、10.39%下降到14.87%、11.04%和9.94%。

分析其原因是近几年临沂市经济发展迅速，城区建设得到了更多的发展，所以较低植被覆盖度所占的比例持续增加，在2015-2018 年期间植被覆盖度均值有所下降，在2018-2021 年期间城区建设的同时更加注重绿化面积的保持和扩大，所以植被覆盖度均值保持稳定。

3.3 植被覆盖度空间演化分析

为了反映研究区不同时期植被覆盖度空间的动态变化，利用图像差值比较法计算2015-2021 年不同时期植被覆盖变化情况，将变化情况分为退化、稳定、改善三类，结合行政区划图与DEM数据进行分析。结果如图3 所示。

从图3 可知，临沂市植被覆盖度改善区域在总体上分布在临沂北部，2018-2021 年北部的蒙阴县、沂水县和沂南县，南部的郯城县与兰陵县植被覆盖度有明显的改善。植被覆盖度稳定区域主要分布在北部，平邑县、蒙阴县与费县的交界处有明显的分布，在2018-2021 年沂水县南部与沂南县东部有明显的分布；植被覆盖度退化区域在2015-2018 年在南部的兰陵县、郯城县有明显的分布，在2018-2021 年分布较均匀，主要集中在临沂南部，兰陵县东南部依旧退化明显。

图3 植被覆盖度变化图

分析其原因，蒙阴县和沂水县地势较高，近年来大力发展旅游业，重视生态环境建设，所以植被覆盖度有明显的改善；而平邑县、蒙阴县与费县的交界处地势高达1000m，以大洼景区与沂蒙山为中心发展旅游业，所以植被覆盖度比较稳定；临沂南部地势低平以平原为主，有益于城市发展与建设，所以植被覆盖度退化区域由少数中心城市扩大到整个南部地区，

而兰陵县与郯城县由于经济较落后，近年来大力发展城市建设，所以2015-2018 年植被覆盖度有明显的下降，在2018-2021 年植被覆盖虽有明显改善，但兰陵县东南部仍需要不断关注。

4 结论

本文利用临沂市2015、2018、2021 年三期Landsat8 OLI 遥感影像数据，采用归一化植被指数NDVI、像元二分模型、图像差值比较法等方法对临沂市植被覆盖度（VFC）变化进行研究，分析其时空分布特征及演化规律。结果表明：

4.1 总体上临沂市植被覆盖度分布呈现中间低四周高、西北部植被覆盖度远高于其他区域植被覆盖度。

4.2 2015-2021 年临沂市植被覆盖度呈先下降后稳定的趋势。

4.3 临沂市植被覆盖度有明显改善，南部地区更加注重城市建设下的绿色均衡，但兰陵县东南部依旧退化尤为明显，需要采取措施多加关注。

为了继续保持临沂市植被覆盖度水平，本文认为临沂市在进行经济发展城区建设时，需要更加注重土地类型的转变，尤其关注兰陵县，倡导可持续发展理念，重视环境保护，增加绿化面积，提高环境质量。