熊俊楠, 張 昊, 彭 超, 范春捆, 朱吉龍, 龔 穎

(1.西南石油大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院, 四川 成都 610500; 2.西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院 農(nóng)業(yè)研究所, 西藏 拉薩 850000)

植被作為地理環(huán)境的重要組成部分，與一定的地形、氣候、土壤、地貌條件相適應(yīng)，受到多種因子的制約[1-2]。同時(shí)，植被也是連接土壤、大氣和水分的紐帶，具有減少雨滴擊濺、減緩地表徑流、增加土壤保土固土等功能，是土壤侵蝕與水土流失的主要檢測(cè)因子[3]。植被覆蓋及其變化是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境變化的重要指示，獲取地表植被覆蓋及其變化信息，對(duì)于揭示地表空間變化規(guī)律，探討植被覆蓋變化的驅(qū)動(dòng)因子，分析評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)環(huán)境等具有重要現(xiàn)實(shí)意義[4]，植被的形成及變化與所處的地理環(huán)境和人類活動(dòng)密切相關(guān)，而地形在植被生長(zhǎng)環(huán)境要素中占有主要作用，因此，研究地形因子與植被之間的關(guān)系是分析植被生長(zhǎng)規(guī)律的重要途徑之一[3,5-6]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)植被覆蓋度及其影響因素進(jìn)行了不同尺度的研究，其主要方法多以不同分辨率遙感影像為數(shù)據(jù)源進(jìn)行區(qū)域植被覆蓋度估算，通過(guò)數(shù)字高程模型(DEM)提取坡度、坡向、高程等地形因子，進(jìn)而分析植被覆蓋度與地形因子的相關(guān)性與定量關(guān)系。如蔡宏等[1]、程圣東等[7]以TM影像反演植被覆蓋度，分別分析了赤水河流域、文安驛流域的植被覆蓋度隨高程、坡度及坡向變化規(guī)律與相關(guān)強(qiáng)度。張彥彬等[8]，呂華麗[9]以MODIS NDVI為數(shù)據(jù)源分別對(duì)山西省6大煤田區(qū)、長(zhǎng)江流域植被覆蓋度與驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系進(jìn)行了分析。目前汶川地震災(zāi)區(qū)植被覆蓋度時(shí)空變化與驅(qū)動(dòng)因素的分析已經(jīng)取得一些成果，如吳春生等[10]，彭文甫等[11]分析了汶川地震災(zāi)區(qū)3個(gè)時(shí)相植被覆蓋度變化及其與地形因子的關(guān)系，得出不同生態(tài)系統(tǒng)受地震破壞、恢復(fù)與地形因子之間的關(guān)系。彭文甫等[12]對(duì)岷江汶川—都江堰段植被覆蓋動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，分析了汶川地震前后植被受損與恢復(fù)的空間動(dòng)態(tài)格局變化。但從2008年汶川地震后生態(tài)恢復(fù)重建以來(lái)，對(duì)汶川地震災(zāi)區(qū)植被覆蓋度與地形的關(guān)系研究仍相對(duì)薄弱，針對(duì)汶川地震災(zāi)區(qū)震前、震后長(zhǎng)時(shí)間序列植被覆蓋變化的影響因素定量分析尚不多見(jiàn)。本文擬以ArcGIS和ENVI軟件為平臺(tái)，以MODIS影像為數(shù)據(jù)源，采用像元二分模型、分類分級(jí)和空間分析方法，分析汶川地震災(zāi)區(qū)2008—2015年地震前后共8個(gè)時(shí)相植被覆蓋度的變化特征，通過(guò)DEM數(shù)據(jù)提取地形因子，研究震后植被覆蓋度變化與高程、坡度、坡向等的定量關(guān)系，以期為汶川地震災(zāi)區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)及修復(fù)、水土保持、災(zāi)害評(píng)估與防治等工作提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)處理

1.1 研究區(qū)概況

汶川地震災(zāi)區(qū)位于四川省西北部，川西高原向盆地過(guò)渡地帶，涉及四川境內(nèi)的成都、綿陽(yáng)、德陽(yáng)、雅安、廣元、樂(lè)山、達(dá)州、阿壩州和甘孜州等10個(gè)市州，以及甘肅省、陜西省的部分地區(qū)，地理坐標(biāo)為102°21′—107°12′E，30°02′—34°12′N。研究區(qū)總面積為122 109 km2，其范圍為汶川地震災(zāi)區(qū)按烈度Ⅶ—Ⅺ度劃分區(qū)域。區(qū)內(nèi)以高山峽谷地貌為主，地形十分陡峻，最高海拔6 125 m，最低海拔317 m，相對(duì)高差5 808 m，海拔高度由西向東呈階梯式下降。受氣候和地形因素的影響，研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境多樣，擁有多種生態(tài)系統(tǒng)。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

MODIS是當(dāng)前世界上新一代“圖譜合一”的光學(xué)遙感儀器，有36個(gè)離散光譜波段，光譜范圍從0.4(可見(jiàn)光)到14.4(熱紅外)微米全光譜覆蓋；其中包含250 m(1～2波段)，500 m(3～7波段)，1 000 m(8～36波段)等3個(gè)等級(jí)空間分辨率。本文采用空間分辨率500 m的MOD02 HKM數(shù)據(jù)，獲取時(shí)間為2008年3月，2009，2010，2012，2014，2015年5月，2011年，2013年6月共8期。通過(guò)ENVI軟件的Georeference MODIS進(jìn)行影像幾何校正，消除MODIS探測(cè)器對(duì)地球觀測(cè)的視野幾何特性、地球表面的曲率、地形起伏和探測(cè)器運(yùn)動(dòng)中的抖動(dòng)等因素共同影響產(chǎn)生的影像幾何畸變。以汶川地震災(zāi)區(qū)烈度矢量文件為邊界進(jìn)行影像裁剪，得到研究區(qū)MOD02 HKM影像，通過(guò)投影變換將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Albers Equal Area投影，從而實(shí)現(xiàn)MOD02 HKM數(shù)據(jù)的預(yù)處理，進(jìn)行波段運(yùn)算(Band Math)獲得研究區(qū)NDVI數(shù)據(jù)。研究區(qū)DEM數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站，空間分辨率為90×90 m。

1.3 研究方法

(1) 植被覆蓋度計(jì)算。基于遙感NDVI的植被覆蓋度反演方法主要包括回歸模型法和混合像元分解法[11-13]。本文采用混合像元分解法中的常用模型像元二分模型方法計(jì)算植被覆蓋度[14-16]，假設(shè)一個(gè)像元里面的信息就只由土壤和植被2部分組成，由傳感器傳回的信息(S)可以分解為土壤部分所貢獻(xiàn)的信息Ss和植被部分所貢獻(xiàn)的信息Sv，即

S=Ss+Sv

(1)

在由植被和土壤構(gòu)成的混合像元中，植被覆蓋所占的比例就是該像元的植被覆蓋度(用Fc表示)，那么與之相對(duì)應(yīng)的就是土壤所占的比例。對(duì)于一個(gè)由土壤和植被2部分組成的混合像元，像元中的植被覆蓋面積比例即為該像元的植被覆蓋度Fc，而土壤覆蓋的面積比例為1-Fc。將混合像元的反射率看作是植被和土壤反射率的線性組合，其比重與他們所占的面積有關(guān)，由此可構(gòu)建出如下植被覆蓋度計(jì)算公式。

Fc=(S-Ssoil)/(Sveg-Ssoil)

(2)

式中：Ssoil——純土壤覆蓋信息；Sveg——純植被覆蓋信息。若將植被指數(shù)(NDVI)看作是純植被和純土壤的線性組合，則(2)式可表示為以下公式。

Fc=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoi)

(3)

式中：NDVI——計(jì)算所得像元NDVI值； NDVIveg——純植被覆蓋區(qū)域NDVI值； NDVIsoil——純土壤覆蓋區(qū)域NDVI值。從理論上來(lái)說(shuō)，NDVIsoil的值應(yīng)該接近零，NDVIveg的值為全植被覆蓋像元的最大值，但是由于植被類型的不同，植被隨季節(jié)變化等原因使得兩者的值都會(huì)隨著時(shí)間和空間而改變。因此，本文采用設(shè)置置信區(qū)間方法確定一個(gè)NDVImin和NDVImax作為NDVIsoil和NDVIveg的值帶入估算不同時(shí)相的植被覆蓋度。

(2) 地形因子分類分級(jí)。以DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將研究區(qū)高程按<500，500～1 000，1 000～1 500，1 500～2 000，2 000～2 500，2 500～3 000，3 000～350，3 500～4 000，>4 000 m劃分為9個(gè)高程帶。將坡度按<5°，5°～10°，10°～15°，15°～20°，20°～25°，25°～30°和>30°劃分為7個(gè)坡度帶。將研究區(qū)坡向按0°(平地)，0°～22.5°和337.5°～360°(北坡)，22.5°～67.5°(東北坡)，67.5°～112.5°(東坡)，112.5°～157.5°(東南坡)，157.5°～202.5°(南坡)，202.5°～247.5°(西南坡)，247.5°～292.5°(西坡)，292.5°～337.5°(西北坡)劃分為9個(gè)坡向帶。

為詳細(xì)分析研究區(qū)植被覆蓋度與地形因子的相關(guān)關(guān)系，首先對(duì)5·12汶川地震災(zāi)區(qū)平均植被覆蓋度與地形因子的總體趨勢(shì)進(jìn)行分析，然后將前文提取得到的植被覆蓋度，按植被覆蓋度值<40%，40%～70%，>70%分為低植被覆蓋度、中等植被覆蓋度、高植被覆蓋度，對(duì)各等級(jí)植被覆蓋度的詳細(xì)變化與地形因子的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 平均植被覆蓋度與地形因子的關(guān)系分析

2.1.1 平均植被覆蓋度隨高程變化及特征分析 將計(jì)算得到的8期平均植被覆蓋度與高程分帶圖疊加分析，得到每一高程帶內(nèi)平均植被覆蓋度值，各高程帶內(nèi)平均植被覆蓋度隨高程的變化如圖1所示。對(duì)2008年3月、2009年5月2期平均植被覆蓋度在各高程帶的分布分析表明，高程小于3 000 m的區(qū)域，平均植被覆蓋度呈現(xiàn)明顯減少，其中：高程<500 m區(qū)域，由84.45%減少到47.36%，減少了37.09%，減少比例最高；2 500～3 000 m區(qū)域，由35.96%減少到28.36%，減少了7.6%，減少比例最低；高程小于3 000 m的其余各高程帶，呈現(xiàn)隨著高程的增加，平均植被覆蓋度減少的比例逐漸下降的特點(diǎn)，即平均植被覆蓋度減少比例依次為：<500，500～1 000，1 000～1 500，1 500～2 000，2 000～2 500，2 500～3 000 m。高程大于3 000 m的區(qū)域，平均植被覆蓋度并未減少，也未呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。說(shuō)明2008年5月12日地震對(duì)研究區(qū)平均植被覆蓋度破壞的影響，主要集中在3 000 m以下區(qū)域，且高程越低的區(qū)域，平均植被覆蓋度所受影響越大。

圖1 各級(jí)高程帶內(nèi)平均植被覆蓋度變化

對(duì)2008—2015年8期平均植被覆蓋度在各高程帶的綜合分析表明，高程小于3 000 m的區(qū)域，平均植被覆蓋度總體呈現(xiàn)出先減少后增加的趨勢(shì)，其中：高程<500 m區(qū)域，平均植被覆蓋度減少的周期最長(zhǎng)，從2008年3月至2014年6月，整體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，自2015年5月開(kāi)始增加。高程500～1 000，1 000～1 500 m區(qū)域，平均植被覆蓋度在2010年5月達(dá)到最低，2010年5月后平均植被覆蓋度整體呈現(xiàn)逐年增加趨勢(shì)。高程1 500～2 000，2 000～2 500，2 500～3 000 m這3個(gè)區(qū)域，平均植被覆蓋度最低值在2009年5月，2009年5月后呈現(xiàn)逐年增加趨勢(shì)。上述分析表明，高程<500，500～1 000，1 000～1 500 m區(qū)域，平均植被覆蓋度受汶川地震的影響周期較長(zhǎng)，其中<500 m區(qū)域受影響周期最長(zhǎng)，為6 a，其次為500～1 000，1 000～1 500 m區(qū)域受影響為3 a，而1 500～2 000，2 000～2 500，2 500～3 000 m這3個(gè)高程帶的平均植被覆蓋度，主要在2008，2009年這2 a受影響。

將各高程帶2009—2015年平均植被覆蓋度與2008年3月平均植被覆蓋度進(jìn)行對(duì)比分析表明，截至2015年5月，1 000～1 500，1 500～2 000，2 000～2 500，2 500～3 000 m這4個(gè)高程帶區(qū)域內(nèi)的平均植被覆蓋度均已達(dá)到或超過(guò)了2008年3月地震前的水平，而<500 m，500～1 000 m這2個(gè)區(qū)域平均植被覆蓋度均低于2008年3月震前水平，這既與2008年5·12地震對(duì)這2個(gè)區(qū)域內(nèi)的平均植被覆蓋度影響嚴(yán)重有關(guān)，也與災(zāi)后重建主要集中在這2個(gè)高程帶區(qū)域有關(guān)。

通過(guò)平均植被覆蓋度與高程的相關(guān)性分析表明，2008，2009年相關(guān)系數(shù)分別為-0.996 3和-0.966 5，具有高度的負(fù)相關(guān)性，說(shuō)明隨著高程增加，平均植被覆蓋度逐漸降低。2010—2015年，對(duì)于高程1 500 m以下區(qū)域，均呈現(xiàn)正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.624 9，0.990 2，0.993 2，0.999 9，0.996 8，0.999 3；高程大于1 500 m區(qū)域，均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為-0.598 9，-0.775 1，-0.977 0，-0.860 1，-0.993 4，-0.993 0。

2.1.2 平均植被覆蓋度隨坡度變化及特征分析 將各時(shí)相的平均植被覆蓋度與劃分的坡度帶進(jìn)行疊加分析，得到各坡度帶不同時(shí)相的平均植被覆蓋度，統(tǒng)計(jì)分析如圖2所示。對(duì)2008年3月、2009年5月兩期平均植被覆蓋度在各坡度帶的分布分析表明，平均植被覆蓋度在各坡度帶均呈現(xiàn)明顯減少趨勢(shì)，其中：坡度小于5°區(qū)域，平均植被覆蓋度由79.2%減少到45.7%，減少了33.5%，減少比例最高；坡度大于30°區(qū)域，平均植被覆蓋度由33.8%減少到25.7%，減少了8.1%，減少比例最低。即隨著坡度帶的增加，平均植被覆蓋度減少的比例逐漸減小。說(shuō)明2008年5月12日地震對(duì)研究區(qū)各個(gè)坡度帶的平均植被覆蓋度均有影響，且坡度越小的區(qū)域，平均植被覆蓋度所受影響越大。

圖2 2008-2015年研究區(qū)平均植被覆蓋度隨坡度變化

對(duì)2008—2015年8期平均植被覆蓋度在各坡度帶的綜合分析表明，坡度小于5°的區(qū)域，平均植被覆蓋度總體呈現(xiàn)出先減少后增加的趨勢(shì)，其中：坡度小于5°，5～10°，10～15°的區(qū)域，平均植被覆蓋度減少的周期最長(zhǎng)，在2010年6月達(dá)到最低值。坡度15°～20°，20°～25°，25°～30°和>30°這4個(gè)區(qū)域，平均植被覆蓋度在2009年5月達(dá)到最低，隨后呈現(xiàn)逐年增加趨勢(shì)。

將各坡度帶2009—2015年平均植被覆蓋度與2008年3月平均植被覆蓋度進(jìn)行對(duì)比分析表明，截至2015年5月，除坡度小于5°的坡度帶外，其余6個(gè)坡度帶內(nèi)的平均植被覆蓋度均已達(dá)到或超過(guò)了2008年3月地震前的水平，這既與地震對(duì)坡度小于5°的區(qū)域內(nèi)平均植被覆蓋度影響嚴(yán)重有關(guān)，也與災(zāi)后重建主要集中在坡度小于5°的區(qū)域有關(guān)[17-18]。

由圖2中2008年平均植被覆蓋度在各坡度帶的分布可以看出，2008年3月研究區(qū)平均植被覆蓋度的分布呈現(xiàn)隨著坡度增加而降低的趨勢(shì)，其與坡度的相關(guān)系數(shù)為-0.981 7，呈現(xiàn)高度負(fù)相關(guān)性。震后(2009年5月)表明受地震的破壞影響，不同坡度帶內(nèi)的平均植被覆蓋度均受到不同程度的減少，但整體上依舊呈現(xiàn)隨著坡度越大平均植被覆蓋度越低的趨勢(shì)，其相關(guān)系數(shù)為-0.966 1，依然呈現(xiàn)高度負(fù)相關(guān)性。

2.1.3 植被覆蓋度隨坡向變化的特征分析 坡向就是每個(gè)柵格高程值改變量變化的方向，不同的坡面朝向，太陽(yáng)輻射量及土壤水分的多少存在著明顯的差異，進(jìn)而植被分布特征也不同。將研究區(qū)坡向按前文所述劃分為9級(jí)進(jìn)行分析[1]。但由于研究區(qū)平地面積只有0.005%，所占面積小，故本文只對(duì)除平地外的其余8級(jí)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3所示。對(duì)2008年3月、2009年5月2期平均植被覆蓋度在各坡向帶的分布分析表明，平均植被覆蓋度在各坡向帶內(nèi)均出現(xiàn)了降低，且不同坡向區(qū)域內(nèi)，平均植被覆蓋度降低的比例均在35%左右，并無(wú)明顯差異和規(guī)律性。

圖3 2008-2015年不同坡向平均植被覆蓋度分布

對(duì)2008—2015年8期平均植被覆蓋度在各坡向帶的綜合分析表明，在各坡向區(qū)域內(nèi)，平均植被覆蓋度均呈現(xiàn)出先降低后增加的趨勢(shì)，且各坡向區(qū)域內(nèi)的平均植被覆蓋度均在2010年出現(xiàn)最低值，2010年5月后，各坡向區(qū)域內(nèi)的平均植被覆蓋度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，截至2015年5月，東、南、東南、北方向的平均植被覆蓋度達(dá)到了2008年5月12日地震前水平。通過(guò)分析平均植被覆蓋度與各坡向的關(guān)系，結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出，各年份坡向與平均植被覆蓋度均為正相關(guān)，其大小不同說(shuō)明區(qū)域內(nèi)平均植被覆蓋空間分布在不同年份受坡向的影響大小不一。

表1 平均植被覆蓋度與坡向的相關(guān)性分析

2.2 不同等級(jí)植被覆蓋度與地形因子的關(guān)系分析

2.2.1 不同等級(jí)植被覆蓋度隨高程變化的特征分析 將不同等級(jí)植被覆蓋分級(jí)圖與各高程帶疊加分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5中a，b，c所示，分別為2008—2015年各高程區(qū)內(nèi)低、中等、高植被覆蓋度像元占比及其逐年變化趨勢(shì)。

從圖4中可以看出，高程>4 000，3 500～4 000，3 000～3 500 m這3個(gè)區(qū)域，地震前主要以低植被覆蓋度為主，分別占該區(qū)域總面積的95%，92%，81%，且地震前后該高程帶低植被覆蓋度的面積比例變化不顯著，說(shuō)明地震對(duì)高程大于3 000 m區(qū)域的植被影響不明顯。高程<500 m和500～1 000 m區(qū)域，地震前主要以高植被覆蓋度為主，占該區(qū)域總面積的80%以上，2009年5月與2008年3月對(duì)比發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域低植被覆蓋比例迅速增加，從4%增加到43%左右，高植被覆蓋比例急劇降低，從80%降低到25%，說(shuō)明地震對(duì)該區(qū)域植被覆蓋度的影響最為嚴(yán)重。

圖4 不同高程中低(a)、中(b)、高(c) 植被覆蓋度像元占比

從圖4a中各高程帶低植被覆蓋度占比及其變化分析表明，2008—2009年，高程>4 000，3 500～4 000，3 000～3 500 m這3個(gè)區(qū)域低植被覆蓋比例變化不明顯，高程<500，500～1 000，1 000～1 500，1 500～2 000，2 000～2 500 m這5個(gè)區(qū)域低植被覆蓋比例迅速增加，2 500～3 000 m區(qū)域低植被覆蓋度略有增加?？傮w來(lái)看，高程<500，500～1 000，1 000～1 500，1 500～2 000，2 000～2 500，2 500～3 000 m這6個(gè)區(qū)域低植被覆蓋度占比呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，截至2015年5月，高程<500，500～1 000 m這2個(gè)區(qū)域的低植被覆蓋度比例略高于2008年3月震前值，高程1 000～1 500，1 500～2 000，2 000～2 500，2 500～3 000 m這4個(gè)區(qū)域的低植被覆蓋度比例略低于震前水平。

從圖4b中各高程帶中等植被覆蓋度占比及其變化分析表明，2008—2009年，除高程2 500～3 000，2 000～2 500，1 500～2 000，1 000～1 500 m這4個(gè)區(qū)域中等植被覆蓋度占比降低較為明顯外，其余各高程均無(wú)明顯變化?？傮w來(lái)看，高程2 500～3 000，2 000～2 500，1 500～2 000，1 000～1 500 m這4個(gè)區(qū)域中等植被覆蓋度的占比呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，高程<500，500～1 000 m兩個(gè)區(qū)域呈現(xiàn)持續(xù)緩慢增加趨勢(shì)。截至2015年5月，高程<500，500～1 000，3 000～3 500，2 500～3 000 m這4個(gè)區(qū)域的中等植被覆蓋度占比高于2008年3月，而1 000～1 500，1 500～2 000，2 000～2 500 m這3個(gè)區(qū)域的中等植被覆蓋度占比低于2008年3月。

從圖4c中各高程帶高植被覆蓋度占比及其變化分析表明，2008—2009年，高程<500，500～1 000，1 000～1 500，1 500～2 000，2 000～2 500 m這5個(gè)區(qū)域高植被覆蓋占比減少，其中：高程<500，500～1 000 m兩個(gè)區(qū)域減小最為明顯?？傮w來(lái)看，高程<500，500～1 000，1 000～1 500，1 500～2 000，2 000～2 500 m這5個(gè)區(qū)域高植被覆蓋度的占比呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)。截至2015年5月，高程1 000～1500，1 500～2 000，2 000～2 500 m這3個(gè)區(qū)域的高植被覆蓋度占比高于了2008年3月，高程<500，500～1 000 m兩個(gè)區(qū)域的高植被覆蓋度占比還低于2008年3月。

2.2.2 不同等級(jí)植被覆蓋度隨坡度變化的特征分析 將不同等級(jí)植被覆蓋分級(jí)圖與坡度帶劃分結(jié)果疊加分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5中a，b，c所示，分別表示2008—2015年各坡度帶內(nèi)低、中等、高植被覆蓋度像元占比及其逐年變化趨勢(shì)。

從圖5a中各坡度帶低植被覆蓋度占比及其變化分析表明，2008—2009年，各坡度帶中，低植被覆蓋度占比均呈現(xiàn)急劇增加，其變化率依次為坡度<5°,5°～10°,10°～15°,15°～20°,20°～25°，25°～30°，大于30°，即隨著坡度帶的增大，低植被覆蓋度占比增加的幅度逐漸減小。總體來(lái)看，劃分的7個(gè)坡度帶區(qū)域中，低植被覆蓋度占比均呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，其中坡度<5°區(qū)域低植被覆蓋度占比減少最為緩慢。截至2015年5月，除坡度<5°區(qū)域低植被覆蓋度占比例略高于震前水平外，其余各坡度區(qū)均已達(dá)到或低于震前水平。

從圖5b中各坡度帶中等植被覆蓋度占比及其變化分析表明，2008—2009年，除坡度<5°區(qū)域中等植被覆蓋度占比增加外，其余各坡度帶均降低?？傮w來(lái)看，除坡度<5°區(qū)域外，其余各坡度區(qū)中等植被覆蓋度的占比呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)，坡度<5°區(qū)中等植被覆蓋度占比呈持續(xù)緩慢增加，至2015年5月，坡度<5°區(qū)中等植被覆蓋度已達(dá)58%，超過(guò)震前水平，其余各坡度帶中等植被覆蓋達(dá)到或略低于震前水平。

從圖5c中各坡度帶高植被覆蓋度占比及其變化分析表明，2008—2009年，各坡度帶區(qū)域高植被覆蓋占比均減少，其減小比例依次為坡度<5°,5°～10°,10°～15°,15°～20°,20°～25°，25°～30°，大于30°，即隨著坡度的增加，高植被覆蓋度占比減小的幅度逐漸減小?？傮w來(lái)看，各坡度帶內(nèi)高植被覆蓋度占比呈現(xiàn)出先降低后增加的趨勢(shì)，截至2015年5月，除坡度<5°區(qū)外，其余各坡度帶高植被覆蓋度占比均已達(dá)到或超過(guò)震前水平，而坡度<5°區(qū)域高植被覆蓋度還低于震前近40%。

圖5 不同坡度帶中低(a)、中(b)、高(c) 植被覆蓋度像元占比

2.2.3 不同等級(jí)植被覆蓋度隨坡向變化的特征分析 將2008—2015年植被覆蓋分級(jí)圖與坡向帶劃分結(jié)果疊加分析(如表2所示)，統(tǒng)計(jì)了各個(gè)年份低、中、高植被覆蓋占不同坡向區(qū)像元比例。

從表2中可以看出，2008—2009年，各坡向區(qū)低植被覆蓋度像元比例均大幅增加，從20%增加至60%左右，至2010年，低植被覆蓋度像元比例增加到最大值，2011年開(kāi)始，低植被覆蓋度像元占比開(kāi)始降低，截止2015年5月，基本達(dá)到2008年3月震前水平。

2008—2009年，各坡向區(qū)中等植被覆蓋度像元比例均降低，從30%降低至20%左右，至2010年，中等植被覆蓋度像元比例降低到最低值16%左右，2011年開(kāi)始，中等植被覆蓋度像元占比開(kāi)始增加，截止2015年5月，達(dá)到并超過(guò)2008年3月震前水平，各方向中等植被覆蓋度像元所占比例約為34%。

表2 不同坡向區(qū)低、中、高植被覆蓋度像元所占比例 %

2008—2009年，各坡向區(qū)高植被覆蓋度像元比例均大幅降低，從50%降低至17%左右，至2010年，高植被覆蓋度像元比例降低到最低值14%左右，2011年開(kāi)始，高植被覆蓋度像元占比開(kāi)始增加，截止2015年5月，尚未達(dá)到2008年3月震前水平，各方向高植被覆蓋度像元所占比例約為40%，說(shuō)明高植被覆蓋度的恢復(fù)更為漫長(zhǎng)。各坡向之間低、中等、高植被覆蓋度像元數(shù)比例變化整體趨勢(shì)基本一致，無(wú)明顯差異。

3 討論與結(jié)論

本文以ArcGIS和ENVI軟件為平臺(tái)，基于MODIS遙感影像和像元二分模型，提取研究區(qū)2008—2015年8期植被覆蓋度，重點(diǎn)分析了植被覆蓋度變化與地形因子的相關(guān)關(guān)系，結(jié)果如下：

(1) 汶川地震前后植被覆蓋度對(duì)比分析表明，高程大于3 000 m區(qū)域平均植被覆蓋度、高、中、低植被覆蓋度比例均無(wú)明顯變化，其余各高程帶中平均植被覆蓋度均明顯減少，且隨著高程增加，平均植被覆蓋度減小的比例逐漸降低，即植被覆蓋度減小比例與高程呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。汶川地震后7期植被覆蓋數(shù)據(jù)分析表明，高程越低的區(qū)域，植被恢復(fù)周期越長(zhǎng)，截至2015年5月，高程<500 m，500～1 000 m區(qū)域的平均植被覆蓋度尚未達(dá)到震前水平，高植被覆蓋度比例低于地震前，低植被覆蓋度比例高于地震前，其他各高程帶區(qū)域平均、高、中、低植被覆蓋度比例均已達(dá)到地震前水平。

(2) 汶川地震前后植被覆蓋度對(duì)比分析表明，隨著坡度的增加，平均植被覆蓋度減少的比例逐漸減小，即平均植被覆蓋度減少與坡度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。各坡度帶中等、低植被覆蓋度比例增加，高植被覆蓋度比例降低，低植被覆蓋度占比增加的幅度隨著坡度增加而減少，高植被覆蓋度占比降低的幅度隨著坡度的增加也減少。截至2015年5月，除坡度<5°區(qū)域平均植被覆蓋度低于震前水平，低植被覆蓋度比例高于震前，中等、高植被覆蓋度比例低于震前外，其余坡度區(qū)的平均、高、中、低植被覆蓋度比例均已達(dá)到震前水平。

(3) 汶川地震前后植被覆蓋度對(duì)比分析表明，不同坡向區(qū)平均植被覆蓋度降低約35%，低植被覆蓋度比例由20%增加到60%，中等植被覆蓋度比例降低約10%，高植被覆蓋度比例降低約33%。截至2015年5月，東、南、東南、北方向的平均植被覆蓋度達(dá)到了震前水平，其余各方向植被覆蓋度接近但略低于震前水平，但各個(gè)方向上高植被覆蓋度占比均尚未達(dá)到震前水平。

研究表明，高程小于1 000 m，坡度小于5°的區(qū)域，平均植被覆蓋度、中等植被覆蓋度、高植被覆蓋度比例降低，低植被覆蓋度比例增加，植被受地震影響時(shí)間長(zhǎng)，植被恢復(fù)較為緩慢。各地形因子中，高程對(duì)研究區(qū)植被損毀與恢復(fù)的影響十分明顯，經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)考察與文獻(xiàn)分析表明，地震觸發(fā)的崩塌、滑坡、泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害，主要發(fā)育在高程<1 500 m的區(qū)域，直接造成各小流域溝口、河岸及溝谷兩側(cè)地表植被變化，震后5～10 a內(nèi)，鄰近汶川地震發(fā)震斷層帶區(qū)域仍有次生災(zāi)害發(fā)生，具有極大破壞潛力，導(dǎo)致大量的植被損失，植被生長(zhǎng)與恢復(fù)比較困難。同時(shí)，災(zāi)后道路、房屋等基礎(chǔ)設(shè)施重建，河谷地區(qū)河灘地、靠近河岸的緩坡區(qū)域等被充分開(kāi)發(fā)利用，人類工程及社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)加劇，是高程較低區(qū)域植被覆蓋恢復(fù)緩慢的又一因素。隨著高程的不斷增加，氣溫逐漸降低，植被分布的垂直地帶性特征明顯，人類活動(dòng)逐漸減少，對(duì)植被的影響和擾動(dòng)逐漸降低，因此高海拔區(qū)植被覆蓋度變化不明顯。

坡度對(duì)汶川地震災(zāi)區(qū)植被損毀與恢復(fù)的影響亦十分明顯，坡度15°～30°的區(qū)域是滑坡等地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，坡度小于5°的區(qū)域，多是滑坡體和泥石流等松散固體物質(zhì)的堆積區(qū)，對(duì)植被造成直接影響。同時(shí)，河谷平原區(qū)、山區(qū)臺(tái)地等緩坡區(qū)域，是災(zāi)后重建集中安置和搬遷的主要區(qū)域，工程活動(dòng)亦十分頻繁，植被破壞嚴(yán)重，雖然降水、土壤涵養(yǎng)能力較強(qiáng)且均有利于植被生長(zhǎng)，但植被恢復(fù)持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，截至2015年3月，高植被覆蓋區(qū)低于震前40%左右，由于工程建設(shè)所占用耕地、林地等所造成的植被覆蓋度降低的區(qū)域，其植被恢復(fù)能力已達(dá)到或接近可恢復(fù)的極值。

坡向?qū)︺氪ǖ卣馂?zāi)區(qū)植被損毀和恢復(fù)的影響相對(duì)較弱，地震發(fā)生后，次生地質(zhì)災(zāi)害、人類工程活動(dòng)與坡向均沒(méi)有明顯的規(guī)律性。各坡向區(qū)植被覆蓋度損毀與恢復(fù)的整體趨勢(shì)基本一致，但植被恢復(fù)的速度不盡相同。東、南、東南方向由于屬于陽(yáng)坡，其光照時(shí)間更長(zhǎng)，光合作用充足，降水充沛，更有利于植被的生長(zhǎng)與恢復(fù)。因此，截至2015年5月植被覆蓋度已達(dá)到震前水平，其余各方向則略低于震前。植被覆蓋的時(shí)空變化影響因素極其復(fù)雜，除受地形因素影響外，也受氣候、人類活動(dòng)、土地利用變化等多種因素的共同作用，因此，關(guān)于植被覆蓋變化與氣候等其他因素的關(guān)系，還需進(jìn)一步深入研究。