王 航，鐘錦英

(韓山師范學院旅游管理系，廣東 潮州 521041)

基于RS與GIS的揭陽市植被覆蓋度分析

王 航，鐘錦英

(韓山師范學院旅游管理系，廣東 潮州 521041)

在RS與GIS技術支持下，利用揭陽市1996—2013年TM影像，進行植被覆蓋度動態(tài)變化分析。結果顯示，揭陽市17 a間植被覆蓋情況與經(jīng)濟、政策和人口發(fā)展密切相關，其中，城市擴展區(qū)植被退化，城區(qū)植被得到改善。

RS；GIS；植被覆蓋度；NDVI；揭陽市

植被覆蓋度(Fractional Vegetation Cover，簡稱FVC)指植被(包括葉、莖、枝)在地面的垂直投影面積占統(tǒng)計區(qū)面積的百分比[1]。植被覆蓋度是重要的基礎數(shù)據(jù)，可為深入研究植被與其他因素(如水文、氣象、生態(tài))的關系提供數(shù)據(jù)支持。植被覆蓋度獲取方法主要有地表實測和遙感測量2種[2]。地表實測有著自身的局限性，操作方法復雜，對測量人員專業(yè)技術要求高，測量過程受時間、天氣及區(qū)域條件的限制多，效率低，不易進行大范圍作業(yè)。隨著遙感技術的發(fā)展，利用遙感技術獲取植被覆蓋度成為主要手段[3-5]，而直接借助于植被指數(shù)數(shù)據(jù)進行植被覆蓋度的估算方法，因其建模過程簡單、參數(shù)獲取方便，經(jīng)驗證后的模型易于推廣等優(yōu)點，受到許多學者的青睞[6-9]。本文擬通過對揭陽市1996—2013年地球衛(wèi)星系列影像的解譯處理，采用植被指數(shù)和像元二分模型定量估算植被覆蓋度，分析揭陽市近17 a來植被時空變化情況。

1 研究區(qū)概況與方法

1.1 研究區(qū)概況

揭陽市處于粵東地區(qū)，東經(jīng)115°36′—116°37′39″、北緯22°53′—23°46′27″。地勢自西向東傾斜，西北部和西南部多為丘陵、山地，中部、南部和東南部為平原。屬亞熱帶季風性濕潤氣候，雨熱同期，終年無雪少霜，年均氣溫21.4 ℃，年均降水量1720～2100 mm，主要植被類型為亞熱帶常綠闊葉林。揭陽市總陸地面積為5240.5 km2，總人口為673.94萬(2012年)，有“中國五金基地市”和“魚米之鄉(xiāng)”之稱。

1.2 數(shù)據(jù)與技術路線

數(shù)據(jù)主要由1996年、2000年、2004年的Landsat5 TM與2013年Landsat8 TM遙感影像和揭陽市2013年土地利用數(shù)據(jù)構成。選取影像拍攝時間均在12月初—2月初，共8景影像。為提高影像解譯精度，采用樣線法和GPS定位，進行外業(yè)調(diào)查并拍照取證，在此基礎完成影像的輻射校正，得到高程校正影像。

圖1 技術路線圖

2 植被覆蓋度計算及時空變化分析

2.1 歸一化指數(shù)

根據(jù)地物光譜反射率的差異做比值運算可以突出圖像中植被的特征、提取植被類別或估算綠色生物量，能夠提取植被的算法稱為植被指數(shù)[10]。在多種植被指數(shù)中，歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)是獲得區(qū)域植被覆蓋度最常用的一種。計算方法如公式：NDVI=(NIR-RED)/(NIR+RED)，式中：NIR為遙感多波段圖像中的近紅外波段；RED為紅色波段。

圖2 計算植被覆蓋度轉換模型示意圖

2.2 植被覆蓋度計算

因研究區(qū)面積較大，本文采用像元二分模型進行植被覆蓋度計算[11]。像元二分模型假設1個像元的地表由植被覆蓋與無植被覆蓋2部分組成，而每個像元的NDVI值可以看成是植被覆蓋部分的NDVI值與無植被覆蓋部分的NDVI值的線性加權合成。利用NDVI值計算植被覆蓋度的公式為：FVC=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)，式中：NDVIsoil為裸土或無植被區(qū)的NDVI值；NDVIveg為純植被區(qū)的NDVI值。因此，該模型的關鍵在于確定NDVIsoil和NDVIveg的取值。

NDVIsoil和NDVIveg的取值過程為：先將同一時相的2景影像進行拼接，經(jīng)過數(shù)據(jù)預處理，得到4個年份的影像數(shù)據(jù)。借助Erdas軟件計算各年份影像的NDVI值。然后驗證NDVI值。因為影像不可避免存在著噪聲，這些噪聲產(chǎn)生的NDVI值常常影響到NDVIsoil和NDVIveg的取值，所以對照外業(yè)調(diào)查、2013年揭陽市土地利用數(shù)據(jù)和“數(shù)字揭陽”基礎地理信息數(shù)據(jù)平臺高分影像，去除特殊NDVI值；然后，判斷無植被區(qū)和全植被區(qū)的比例，確定1%作為揭陽市FVC置信度值，在這個置信度的范圍內(nèi)取得最大值與最小值賦予NDVIveg和NDVIsoil，從而計算FVC。

根據(jù)1%的置信度得到4個年份的NDVIsoil和NDVIveg值(表1)。在Erdas軟件中，利用modeler模塊的建模功能構建植被覆蓋度轉換模型(圖2)。

根據(jù)表1中4 a的NDVIsoil與NDVIveg值，分別代入模型(圖2)中，得到4期的揭陽市植被覆蓋度等級分布圖(圖3)。

本文將植被覆蓋度分為6個等級，分別為：1級，F(xiàn)VC=0；2級，0%75%。在Arcgis軟件中，利用空間分析工具，把4期揭陽市植被覆蓋度圖像進行重分類。并計算不同覆蓋級別的面積(表2)。

表1 NDVIsoil和NDVIveg的取值表

圖3 各期揭陽市植被覆蓋度等級分布圖

2.3 植被覆蓋度時空分布

從圖3可以看出植被覆蓋度在平原與山區(qū)存在明顯空間差異性，這個差異主要取決于地形因素。因地勢平緩，在較低的溝谷和平地，人口聚集，人類活動頻繁，土地利用以建設用地、交通水利用地為主，這些土地利用方式對植被的干擾程度較大，所以在榕城區(qū)、揭東縣平原地區(qū)、普寧市區(qū)和惠來縣城區(qū)植被覆蓋度以3級為主；而山地多因地勢因素，限制了土地的大規(guī)模開發(fā)利用，所以揭東縣山區(qū)、揭西縣山區(qū)、普寧市山區(qū)和惠來縣山區(qū)，多呈現(xiàn)5級、6級植被覆蓋度?？傮w來看，全市以6級植被覆蓋度為主，所占比例達到50%以上。

表2 1996—2013年揭陽市各級植被覆蓋度面積比例統(tǒng)計表

在時間分布上，對比4期植被覆蓋度圖可以發(fā)現(xiàn)揭陽市的植被覆蓋度短期階段性變化明顯。從表2可以看出，從1996—2013年17 a間，各級植被覆蓋度有起伏變化，但變化幅度不大。2級面積在1996—2004年間有所增加，但從2004年開始面積逐漸減少，1996—2013年間減少1.24%；3級面積在2004年間有所減少，而在2005年后開始增加，2013年比1996年增加2.87%；4級面積總體減少，但減少幅度不大；5級也是總體減少，減少量為0.55%；6級呈波動減少，減少量為0.62%?？傮w來看，較低植被覆蓋度有所增加，而較高植被覆蓋度有所減少，3級植被覆蓋度增加量最大。

2.4 植被覆蓋度時空演化

為了更好地監(jiān)測揭陽市這17 a的植被覆蓋度動態(tài)變化情況，利用1996年和2013年2個時期的TM影像進行差值運算，以獲取影像波段和時相圖間的差異信息，即同一區(qū)域在2個時間段內(nèi)的動態(tài)變化情況。在差值圖的基礎上，進行重分類，對差值圖屬性字段，采用自然間斷點分級法，劃分為5個類別：嚴重退化、退化、穩(wěn)定、恢復、完全恢復。重分類后，得到1996—2013年間揭陽市植被覆蓋度變化圖，綜合各類面積數(shù)據(jù)，得表3。

表3 差值圖分級標準與植被恢復情況統(tǒng)計表

由表3可知，植被狀況有的改善、也有的退化，是人類破壞與保護并存的體現(xiàn)。揭陽市植被覆蓋度穩(wěn)定面積最大，其面積為1818.26 km2，占總面積的34.70%。植被的恢復面積比退化面積大，說明植被狀況總體上是改善的。

以上運算只能了解總體變化情況，為具體了解各級植被覆蓋度的轉移情況，對1996年與2013年2張植被覆蓋度計算轉移矩陣，結果見表4。

表4 1996—2013年揭陽市植被覆蓋度轉移矩陣表

通過面積制表功能可以將不同類型轉入轉出的面積在表中直觀地表現(xiàn)出來。轉移矩陣表明，各級植被覆蓋度之間存在相互轉移現(xiàn)象，1級植被主要轉出為2級，主要由2級和6級植被轉入為1級，但轉移量都較小，說明1級植被比較穩(wěn)定；2級植被主要轉出為3級，由6級轉入，轉入量大于轉出量，說明較高級植被退化，可能與砍伐或擴建有關；3級主要轉入為4、5、6級，說明植物生長良好；4、5、6級互相轉移，可能與植物的生長狀況有關，但5、6級轉為3、4級的量也占了較大部分，說明植被遭到破壞。

綜上分析可知，揭陽市植被覆蓋度以6級植被為主，說明植被覆蓋度高。17 a間較低植被覆蓋度有所增加，而較高植被覆蓋度有所減少，但變化幅度不大，說明植被有退化也有恢復。從植被覆蓋度差值圖中可以看出總體上呈現(xiàn)恢復狀態(tài)。其中，3級植被覆蓋度增加最多，說明城區(qū)植被得到改善。原因是經(jīng)濟的快速發(fā)展，人口的增加促使城市擴展，城市擴展區(qū)植被退化。隨著人們對生活的高要求以及揭陽市政府對綠色揭陽的發(fā)展定位，城區(qū)植被覆蓋度有所提高。

3 小結

利用遙感技術對植被覆蓋度進行監(jiān)測，具有范圍廣、速度快、信息量大、動態(tài)監(jiān)測性強等優(yōu)點，對于實時監(jiān)測具有重要作用，對于生態(tài)環(huán)境的評估與保護也具有重要意義。遙感監(jiān)測勢必成為今后發(fā)展生態(tài)城市的一面鏡子，激勵并敦促人類合理利用自然資源，建設生態(tài)和諧家園。

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Vegetation Coverage Analysis in Jieyang Based on RS and GIS

WANG Hang，ZHONG Jing-ying

(GeographyAndTourismDepartmentofHanshiNormalUniversity，Chaozhou521041，Guangdong，China)

With the support of RS and GIS technology，the dynamic changes of vegetation coverage were analyzed by using TM 1996—2013 images in Jieyang city.The results show that the vegetation coverage in Jieyang city is closely related to the economic，policy and population development .In addition，the vegetation in urban expansion area is degenerated，while the vegetation in urban area is improved.

RS；GIS；vegetation coverage；NDVI；Jieyang city

2014-12-17；

2015-01-26

國家自然科學基金(31470021)；韓山師范學院青年項目(LQ201303)

王航(1981—)，女，河南許昌人，韓山師范學院旅游管理系實驗師，從事地理信息系統(tǒng)應用。E-mail：wanghang20001@163.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.04.010

S718.3；K909

A

1002-7351(2015)04-0048-05