劉玉茹,衛(wèi)亞星*

（遼寧師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,遼寧 大連 116000）

引言

隨著對生態(tài)環(huán)境的高度重視, 人們也開始更多的關(guān)注植被,植被是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。植被覆蓋度是指在一定面積內(nèi)植被的葉、莖、枝在地面的垂直投影面積占統(tǒng)計區(qū)總面積的百分比[1-3]。植被覆蓋度反映植被的茂密程度,并且反映地面植被的生長趨勢,它是反映植被的重要數(shù)據(jù)[3]。

運用遙感數(shù)據(jù)影像,以及植被的植被指數(shù)相結(jié)合,利用植被指數(shù)可以分析不同植被的生長情況以及分布的地理位置。本研究基于Landsat TM/OLI 影像數(shù)據(jù),采用像元二分法反演植被覆蓋度;用趨勢線分析法分析了植被覆蓋度的年際變化特性。

1 研究區(qū)概況

和林格爾縣是內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市所轄旗縣之一,是內(nèi)蒙古自治區(qū)中部地區(qū),見圖1。介于39°58'N-40°41'N,111°26'E-112°18'E 之間。和林格爾縣地勢東高西低、南高北低。東部和南部是山區(qū)。西部和北部為平原,地勢平坦。和林格爾縣地形多樣,有高山、丘陵、河流,有“五丘三山二分川”之稱。和林格爾縣屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候,氣候干旱、多風(fēng)、寒冷,日照充足,溫差大。

圖1 研究區(qū)示意圖

2 研究數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

本研究選用遙感數(shù)據(jù)是基于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站（http: //www.gscloud.cn/）所獲得的遙感數(shù)據(jù),提取呼和浩特市和林格爾縣分辨率為30 m 的五景數(shù)據(jù),分別為1999 年8 月31 日、2004 年8 月28 日、2009 年9月27 日的Landsat5；2014 年8 月24 日、2020 年9 月25 日的Landsat8 OLI,條帶號為126,行編號為32,云量均小于0.3%。數(shù)據(jù)預(yù)處理包括對影像進行按掩膜提取、輻射定標(biāo)和大氣校正。

2.2 研究方法

本研究采用的方法是像元二分法,該方法將像元分為均一像元和混合像元兩種[4]。

式中,NDVIv 為有植被,NDVIs 為裸土,Ci 為植被覆蓋度。通過公式(1),得到Ci 如下：

計算植被覆蓋度FVC 的公式可表示為[7]：

式中,NDVIsoil為裸土或無植被覆蓋; NDVIveg為完全植被覆蓋,這兩個值都會隨著植被的時空分布變化而變化[8-10]。本研究選擇的是5%和95%的置信度區(qū)間上的值。

植被覆蓋度的年際變化分析,好多學(xué)者都采用一元線性回歸趨勢分析法模擬植被覆蓋度的變化趨勢[3,9,11]。對研究區(qū)1999-2020 年的植被覆蓋度變化規(guī)律進行分析,用一元線性回歸趨勢分析得到1999-2020年和林格爾縣植被覆蓋度變化趨勢。

3 結(jié)果與分析

3.1 植被覆蓋度時間變化特征

參考相關(guān)文獻[6,8],以及結(jié)合和林格爾縣的植被覆蓋度情況,重分類為5 級,包括極低植被覆蓋度（0-0.2）,低植被覆蓋度（0.2-0.4）,中低植被覆蓋度（0.4-0.6）,中植被覆蓋度（0.6-0.8）,高植被覆蓋度（0.8-1.0）。

通過ENVI 軟件,得到和林格爾縣的植被覆蓋度,對年平均植被覆蓋度數(shù)據(jù)進行一元線性回歸擬合,見圖2。結(jié)果表明,1999-2020 年和林格爾縣年平均植被覆蓋度呈上升趨勢,增速為0.022 9/a,R2 為0.181 4。在2004 年出現(xiàn)了較大的浮動,其年平均植被覆蓋度為最高值0.491。在研究的時間范圍內(nèi),1999年的年平均植被覆蓋度最低為0.353,2020 年的年平均植被覆蓋度為0.465,增加了0.112。

圖2 1999-2020 年植被覆蓋度變化趨勢

根據(jù)年植被覆蓋度,進行重分類,分 別 統(tǒng) 計 了1999 年、2004 年、2009年、2014 年和2020 年這五年的植被覆蓋度等級的面積占比以及面積的總數(shù),對各植被覆蓋度的面積時間變化情況進一步分析。如表1 所示,1999-2020 年和林格爾縣的極低植被覆蓋度面積較大程度的減少,從1 471.68 km2, 占 比42.69% 減 少 到467.34 km2占比13.56%,減少約1 000 km2,占比約30%,其中2009 年出現(xiàn)了增加趨勢,由2004 年的15.56%增加到30.31%。低植被覆蓋度總體面積是增加趨勢,由最早的14.39%增加到28.90%,其中2014年低植被覆蓋度的占比是其全年最多的,為30.69%。中低植被覆蓋度在研究的時間內(nèi),面積占比增加約20%,其中2004 年和2020 年的占比增加最多,同時也是其年內(nèi)植被覆蓋度占比最大值。中植被覆蓋度在1999 年時的面積占比為8.03%,到2020 年為14.44%。與其他等級不同,高植被覆蓋度的面積隨著時間增加而減少。1999 年的23.77%,占全年的50%,到2020 年,占比減少到13.61%。從整個數(shù)據(jù)中可以看到,2020 年的植被覆蓋度較為均勻,低植被覆蓋度和中低植被覆蓋度占一多半。

表1 1999-2020 年和林格爾縣植被覆蓋度面積統(tǒng)計

3.2 植被覆蓋度空間變化特征

通過對每年的NDVI 進行波段計算,得到了1999-2020 年和林格爾縣的植被覆蓋度。如圖3 所示,由1999 年的植被覆蓋度分布圖可以看出,極低植被覆蓋度占主要部分,東部有一片高植被覆蓋度區(qū)域。在2000 年,我國進行西部大開發(fā),重點關(guān)注生態(tài)退耕,到2004 年,明顯得到了發(fā)展,極低植被覆蓋度大面積減少,轉(zhuǎn)為中低植被覆蓋度占較大部分,同時,北部地區(qū)的高植被覆蓋度較為顯著。但是,在2009 年,極低植被覆蓋度再次占較大面積,不變的是北部的地區(qū)依然是高植被覆蓋度。2014 年與2009 年相似,但是從極低植被覆蓋度轉(zhuǎn)向了低植被覆蓋度和中低植被覆蓋度。隨著人們對于生態(tài)保護的意識越來越強,到2020 年,整個地區(qū)的植被覆蓋度均勻分布,西北部有明顯的高植被覆蓋度,大部分地區(qū)為低、中低植被覆蓋度。

圖3 1999-2020 年和林格爾縣植被覆蓋度空間變化

如圖4,1999-2020 年和林格爾縣的植被覆蓋度變化趨勢圖可以看出,植被覆蓋度總體呈現(xiàn)增加的趨勢,但是在東北部地區(qū),有顯著減少。1999-2004 年和2014-2020 年的變化趨勢相近,整體為輕微增加,以及在部分地區(qū)有顯著減少。從2004-2009 年變化趨勢圖可見,整體都存在顯著減少和輕微減少,具有較大的變化。相反,2009-2014 年的植被覆蓋度幾乎趨于無顯著變化。

圖4 1999-2020 年和林格爾縣植被覆蓋度變化趨勢空間分布

4 結(jié)論與討論

研究了和林格爾縣從1999 年到2020 年各植被覆蓋度的時空變化,以及影響因素地形因子對其的影響變化。

（1） 在時間變化上,1999-2020 年和林格爾縣年平均植被覆蓋度呈上升趨勢,增速為0.022 9/a,2014年的年平均植被覆蓋度達到了最高值,為0.491。并且1999-2020 年的極低植被覆蓋度的面積大幅度減少,低植被覆蓋度的面積呈增加趨勢,中低植被覆蓋度的面積呈增加趨勢,高植被覆蓋度的面積呈現(xiàn)逐年減少趨勢。

（2） 在空間變化上,研究區(qū)的植被覆蓋度總體呈顯著增加的趨勢,高植被覆蓋度分布在西北部,大部分地區(qū)為低、中低植被覆蓋度,但是在東北部地區(qū),有顯著減少。