佟光臣，張 平，林海翔，任 瓊，林 杰

（ 1.浙江省寧?？h水利局，浙江 寧海 315600；2.江西省林業(yè)科學(xué)院，江西 南昌 330032；3.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，江蘇 南京 210037 ）

德清縣植被覆蓋時(shí)空變化遙感監(jiān)測(cè)

佟光臣1，張 平1，林海翔1，任 瓊2，林 杰3

（ 1.浙江省寧?？h水利局，浙江 寧海 315600；2.江西省林業(yè)科學(xué)院，江西 南昌 330032；3.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，江蘇 南京 210037 ）

基于MODIS - NDVI植被指數(shù)數(shù)據(jù)，利用像元二分模型定量估算了德清縣2000 — 2014年植被覆蓋度，輔以線性趨勢(shì)分析法分析了近15 a來德清縣植被覆蓋時(shí)空變化特征，結(jié)果表明：①德清縣平均植被覆蓋度從2000年的71.83%下降到2014年的67.68%，整體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)。②德清縣5等級(jí)植被覆蓋占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，均在40.00%左右；1等級(jí)植被覆蓋面積比例最小，均在4.00%以下；1、2、3等級(jí)植被覆蓋面積逐漸程增大趨勢(shì)，4等級(jí)下降趨勢(shì)明顯，而5等級(jí)保持相對(duì)平穩(wěn)狀態(tài)。③研究區(qū)植被改善與退化并存，且退化區(qū)域分布明顯，主要分布在德清縣中部及東部；上升區(qū)域主要分布在中西部，保持基本不變區(qū)域主要分布在西部。退化等級(jí)的面積比例為57.77%，決定了德清縣植被景觀整體上呈退化趨勢(shì)。

植被覆蓋度；MODIS - NDVI；德清縣

1 問題的提出

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，聯(lián)系著土壤、大氣和水分等要素，同時(shí)受人為活動(dòng)的影響，具有明顯的時(shí)間變化特征和空間異質(zhì)性[1-2]。衛(wèi)星遙感獲取的歸一化植被指數(shù)（NDVI）可以指示地表綠度和植被覆蓋特征，被廣泛應(yīng)用于大尺度地表植被活動(dòng)的監(jiān)測(cè)和評(píng)估[3]。研究植被的遙感數(shù)據(jù)多為長(zhǎng)時(shí)間序列的GIMMS AVHRR NDVI、SPOTVGT NDVI 和MODIS - NDVI產(chǎn)品，國內(nèi)外眾多學(xué)者針對(duì)全球及區(qū)域植被覆蓋情況展開了一系列的研究[4-6]。植被覆蓋變化的研究方法主要有一元線性回歸趨勢(shì)分析、主成分分析、小波分析和Mann — Kendall 非參數(shù)檢驗(yàn)時(shí)空變化分析等方法[7-9]。已有研究中關(guān)于德清縣植被覆蓋變化的文章幾乎沒有，鑒于此本研究基于MODIS - NDVI遙感數(shù)據(jù)，利用像元二分模型和一元線性回歸趨勢(shì)模型分析德清縣 2000 — 2014年15 a來植被覆蓋度的時(shí)空變化特征，為德清縣協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)提供參考。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)

2.1 研究區(qū)概況

德清縣位于浙江北部，地處北緯 30°26' ～ 30°42'，東徑119°45' ～ 120°21'，東望上海、南接杭州、北連太湖、西枕天目山麓，處長(zhǎng)三角腹地。總面積936.00 km2，現(xiàn)轄8個(gè)鎮(zhèn)、4個(gè)街道，戶籍人口43萬?？h境地勢(shì)自西向東傾斜，西部為天目山余脈，縣境山地丘陵面積341.28 km2，占全縣總面積的36.48%；平原面積456.05 km2，占全縣總面積的48.74%；水域面積138.35 km2，占全縣總面積的14.78%。區(qū)域?qū)俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，常年氣候特征為四季分明、光照充足、雨量充沛、溫度濕潤(rùn)。2014年實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值368.1億元，三次產(chǎn)業(yè)之比為5.5∶56.1∶38.4。

2.2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

本文使用的遙感數(shù)據(jù)來源于美國國家航空航天局NASA的MOD13Q1植被指數(shù)產(chǎn)品。時(shí)間范圍從2000 — 2014年，時(shí)間分辨率為16 d，空間分辨率為250 m × 250 m，數(shù)據(jù)格式為HDF - EOS。首先使用MODIS Reprojection Tool（MRT）將下載的原始影像Sinusoidal投影轉(zhuǎn)為WGS84/Albers Equal Area Conic、格式轉(zhuǎn)為Geotiff格式，重采樣分辨率保持不變。使用最大值合成法（MVC）進(jìn)行2000 — 2014年的逐月數(shù)據(jù)合成，可以有效去除由大氣、云層、太陽高度角等帶來的影響[10]，然后采用均值法合成逐年平均的NDVI數(shù)據(jù)，可以降低或消除特殊年份氣候異常造成的NDVI值年際波動(dòng)影響，增加研究的可靠性[11-12]。最后，將數(shù)據(jù)縮小10 000倍，范圍變成（- 1，1]，利用研究區(qū)邊界矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪。

3 研究方法

3.1 植被覆蓋度計(jì)算及植被覆蓋度等級(jí)劃分

歸一化植被指數(shù)（Normal Difference Vegetation Index，NDVI）是目前最為常用表征植被狀況的指標(biāo)，它與植被覆蓋度、生長(zhǎng)狀況、生物量和光合作用強(qiáng)度密切相關(guān)[13]。本文利用像元二分模型估算研究區(qū)的植被覆蓋度，計(jì)算公式如下：

式中：NDVImax為完全由植被所覆蓋像元的NDVI值，NDVImin為裸土或無植被覆蓋區(qū)域的NDVI值。

計(jì)算植被覆蓋度時(shí)，通常根據(jù)圖像大小、圖像清晰度等情況，以置信度截取NDVI 的上下限閾值分別近似代表NDVImax和NDVImin，可以在一定程度上消除遙感影像噪聲所帶來的誤差[14]。本研究通過分析15個(gè)時(shí)期NDVI 數(shù)據(jù)，考慮空間和時(shí)間的差異，最終采用5% 和95%的累計(jì)百分比為置信區(qū)間來計(jì)算NDVI最大值與最小值。

根據(jù)水利部制定的SL757 — 2014《南方紅壤丘陵山區(qū)水土流失綜合治理標(biāo)準(zhǔn)》，將植被覆蓋度劃分為5個(gè)等級(jí)：1級(jí)（0.00 ～ 0.30）、2級(jí)（0.30 ～ 0.45）、3級(jí)（0.45 ～ 0.60）、4級(jí)（0.60 ～ 0.75）、5級(jí)（0.75 ～ 1.00），分別為低植被覆蓋、較低植被覆蓋、中度植被覆蓋、較高植被覆蓋和高植被覆蓋，以上操作在ARCGIS9.3中完成。

3.2 植被覆蓋度年際變化趨勢(shì)的計(jì)算

一元線性回歸模型是指在一定時(shí)間內(nèi)，采用最小二乘法逐像元擬合年平均植被覆蓋度的斜率，以綜合反映植被覆蓋度的時(shí)空變化特征[15]。計(jì)算公式為：

式中：Slope為線性回歸方程的斜率；fi為第i年植被覆蓋度的平均值；n為研究時(shí)間序列的長(zhǎng)度（2000 — 2014共15 a）；i取值為1到n。

Slope＞0時(shí)，表明植被覆蓋呈增加趨勢(shì)，狀況變好；Slope＜0時(shí)，表明植被覆蓋呈下降趨勢(shì)，狀況變差。

4 結(jié)果與分析

4.1 植被覆蓋度等級(jí)計(jì)算結(jié)果分析

通過ArcGIS軟件對(duì)上述植被覆蓋度結(jié)果按照前文分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，對(duì)應(yīng)得到15期植被覆蓋等級(jí)圖。從空間分布來看，德清縣的整體植被覆蓋狀況較好，近15 a平均植被蓋度均在65.00%以上，高等級(jí)植被主要分布在西部山區(qū)，低等級(jí)植被與城鎮(zhèn)分布一致，中間等級(jí)植被以農(nóng)用地為主，這與德清縣的土地利用現(xiàn)狀格局密不可分。對(duì)三期植被覆蓋等級(jí)圖分別進(jìn)行各級(jí)面積統(tǒng)計(jì)得到圖1，從圖1中可以看出，2000 — 2014年研究區(qū)內(nèi)5等級(jí)植被覆蓋面積始終最大，占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，均在40.00%左右；1等級(jí)植被覆蓋面積比例始終最小，均在4.00%以下。從時(shí)間變化來看，1、2、3等級(jí)植被覆蓋面積逐漸程增大趨勢(shì)，4等級(jí)下降趨勢(shì)明顯，而5等級(jí)保持相對(duì)平穩(wěn)狀態(tài)。

圖1 德清縣2000—2014年逐年植被覆蓋等級(jí)面積結(jié)構(gòu)圖

4.2 植被覆蓋變化趨勢(shì)分析

從時(shí)間變化上來看（見圖2），德清縣平均植被覆蓋度由2000年的71.83%下降到2014年的67.68%，表現(xiàn)出明顯的波動(dòng)下降趨勢(shì)，這說明德清縣植被覆蓋狀況持續(xù)退化，這與該區(qū)近年來經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展、土地利用變化劇烈密切相關(guān)。近15 a德清縣植被蓋度變化分為6個(gè)階段，即3個(gè)上升階段和3個(gè)下降階段，并分別在2000年、2003年和2006年出現(xiàn)波峰，而在2002 年、2004年和2011年出現(xiàn)波谷。

圖2 德清縣2000—2014年平均植被覆蓋年際變化圖

利用一元線性回歸模型分析15期數(shù)據(jù)，得到了德清縣像元尺度上植被變化趨勢(shì)分布圖（見圖3）。從圖3中可以看出，研究區(qū)植被改善與退化并存，且退化區(qū)域分布明顯，主要分布在德清縣中部及東部；上升區(qū)域主要分布在中西部，保持基本不變區(qū)域主要分布在西部。對(duì)上述趨勢(shì)變化圖進(jìn)行分級(jí)面積統(tǒng)計(jì)得到表1。由表1可知研究區(qū)內(nèi)保持基本不變的區(qū)域面積比例為19.36%，而所有退化等級(jí)的面積比例為57.77%，由此可見研究區(qū)內(nèi)植被景觀整體上呈退化趨勢(shì)；在退化等級(jí)中，嚴(yán)重退化的等級(jí)比例所占最大，在改善的等級(jí)變化中，比例最大的為輕微改善。

圖3 德清縣2000—2014年平均植被覆蓋變化趨勢(shì)圖

表1 2000—2014年德清縣植被覆蓋度變化趨勢(shì)分級(jí)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

5 結(jié) 語

基于MODIS - NDVI數(shù)據(jù)，利用像元二分模型定量估算了德清縣 2000 — 2014年15期植被覆蓋度，并利用一元線性回歸模型分析了近15 a來德清縣植被覆蓋時(shí)空變化特征，主要得出以下結(jié)論：

（1）從整體空間分布來看，德清縣的整體植被覆蓋狀況較好，近15 a平均植被蓋度均在65.00%以上，高等級(jí)植被主要分布在西部山區(qū)，低等級(jí)植被與城鎮(zhèn)分布一致，中間等級(jí)植被以農(nóng)用地為主。從植被等級(jí)結(jié)構(gòu)比例來看，德清縣5等級(jí)植被覆蓋面積始終最大，占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，均在40.00%左右；1等級(jí)植被覆蓋面積比例始終最小，均在4.00%以下； 1、2、3等級(jí)植被覆蓋面積逐漸程增大趨勢(shì)，4等級(jí)下降趨勢(shì)明顯，而5等級(jí)保持相對(duì)平穩(wěn)狀態(tài)。

（2）從整體植被蓋度時(shí)間變化上來看，德清縣平均植被覆蓋度由2000年的71.83%下降到2014年的67.68%，表現(xiàn)出明顯的波動(dòng)下降趨勢(shì)：3個(gè)上升階段和3個(gè)下降階段。從變化趨勢(shì)空間分布來看，研究區(qū)植被改善與退化并存，且退化區(qū)域分布明顯，主要分布在德清縣中部及東部；上升區(qū)域主要分布在中西部，保持基本不變區(qū)域主要分布在西部。退化等級(jí)的面積比例為57.77%，決定了德清縣植被景觀整體上呈退化趨勢(shì)。

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（責(zé)任編輯 姚小槐）

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1008 - 701X(2017)05 - 0085 - 03

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.05.024

2017-01-11

佟光臣(1987 - )，男，助理工程師，碩士，主要從事水土保持監(jiān)督管理。E - mail：969714589@qq.com

林 杰(1976 - )，女，副教授，博士，主要從事土壤侵蝕遙感監(jiān)測(cè)研究。E - mail：jielin@njfu.edu.cn