基于遥感影像研究汉中市植被覆盖度动态变化.pdf

收稿日期:2 0 2 3-0 4-2 8作者简介:德日格尔(1 9 9 7),女,内蒙古通辽人,硕士研究生在读,研究方向:自然灾害监测与防治。通讯作者:雒凯瑞(1 9 9 7),女,山西吕梁人,硕士研究生在读,研究方向:经济地理与区域发展。基于遥感影像研究汉中市植被覆盖度动态变化德日格尔,雒凯瑞(内蒙古师范大学 地理科学学院,内蒙古 呼和浩特 0 1 0 0 2 2)摘 要:植被覆盖情况能够反映生态环境的状况,有助于水土保持、涵养水源、生态环境改善。文章系统运用MO D I S数据,计算了汉中市2 0 1 0年7月和2 0 1 9年7月的植被覆盖度,运用量化分析和数据可视化的形式分析了汉中市2 0 1 02 0 1 9年间植被覆盖度的时空变化特征,为以后汉中市的生态建设工作给予一定参考。结果表明:汉中市2 0 1 02 0 1 9年植被覆盖度变化明显,低植被覆盖度和中低植被覆盖的面积在逐年减少,总体上呈现出改善的趋势。全市1 1个县区中,只有汉台区的植被覆盖情况呈退化趋势,其余1 0个县区都呈现改善趋势。高程在5 0 0 m以下或坡度在5 以下的区域的植被覆盖呈现退化趋势的较多,而高程在5 0 0 m以上或坡度5 以上的区域大部分土地植被覆盖处于改善现象。关键词:汉中市;植被覆盖;MO D I S遥感数据;动态监测 中图分类号:P 2 3 7(2 4 1)文献标识码:A 文章编号:1 0 0 76 9 2 1(2 0 2 3)1 30 0 8 90 3 植被作为整个陆地生态系统中的重要环境组成性因子,对于改善土壤性质、调节气候、吸收二氧化碳和释放氧气、保持水土、涵养水源等方面起着重要的作用,具有非常好的研究价值。遥感除能非接触快速的、大面积观测地物的状态,遥感图像还可迅速、重复、动态地获取大区域的各种信息,从而为大范围、动态、周期性的生态环境监测提供技术支持和成果的精度保证。利用现代遥感植物技术监测植被变化可以减少野外调查的周期和经费,提高动态监测的精度,为研究者提供可视化的成果,特别是运用在诸如高山、沙漠、湿地等一些人类难以到达的地方,更具有现实意义。近年来,国内学者1-2多运用L a n d s a t遥感影像、MO D I S遥感影像数据分析植被覆盖度变化及其驱动因素。目前国内外基于遥感影像以汉中市为研究对象分析该地区植被覆盖度动态变化的研究实例很少,大多以整个陕西省为研究对象分析其植被覆盖度,赵娟等运用MO D I S/N D V I影像、气象数据、D EM数据,分析了陕西省近年来植被覆盖时空变化特征及气温、降水对植被覆盖度的影响3-4,而开展汉中市的植被覆盖动态变化监测对该区域建设生态工程的实施效果评价以及后续的生态环境保护、生物多样性的保护等具有重要的意义。1 数据与方法1.1 研究区概况汉中市位于陕西省西南部,北依秦岭,与陕西省宝鸡市、西安市为邻,南依巴山,与四川省广元市、巴中市毗连,东与陕西省安康市接壤,西与甘肃省陇南市相接,面积2 7 2 4 6 k m2。辖共2区9县,另有5个经济功能区。全市属亚热带气候,气候温和湿润、干湿有度,四季分明、冬无严寒、夏无酷暑,造就了物种的多样性。截至2 0 2 0年汉中市的森林覆盖率达5 2%,林草的植被率达6 0%。2 0 1 7年被中华人民共和国文化和旅游部授予“中国优秀旅游城市”的称号。1.2 数据来源本研究采用的MO D I S遥感数据,来源于美国航空 航 天 局NA S A网,从 该 网 站 上 下 载 汉 中 市2 0 1 0年和2 0 1 9年的MO D I S MO D 0 9 Q 1数据,空间分辨率为2 5 0 m。D EM数据来自地理空间数据云网站。汉中市县的边界数据下载于B I GMA P,B I G-MA P数据精度高且更新快。1.3 研究方法1.3.1 计算归一化植被指数。归一化植被指数(N o r m a l i z e d D i f f e r e n c e V e g e t a t i o n I n d e x,N D V I),又被称为标准化植被指数,是遥感影像中近红外波段的反射值与红光波段的反射值之差比上二者之和,它是植物生长状态以及植被空间分布的最佳指示因子,与植被分布密度呈线性相关,具体计算公式如下:982 0 2 3年7月内 蒙 古 科 技 与 经 济J u l y 2 0 2 3第1 3期 总第5 2 7期I n n e r M o n g o l i a S c i e n c e T e c h n o l o g y&E c o n o m yN o.1 3 T o t a l N o.5 2 7ND V I=(I R-R)/(I R+R)(1)I R:近红外波段,R:红外波段。1.3.2 计算植被覆盖度。植被覆盖度(F r a c t i o n a l V e g e t a t i o n C o v e r a g e,F V C)指植被(包括叶、茎、枝)在地面的垂直投影面积占研究区总面积的百分比,是植物覆盖地表情况的一个综合量化指标,具体计算公式如下:FVE=(NDV I-NDV Im i n)/(NDV Im a x-NDV Im i n)(2)N D V Im a x:植被覆盖区像元的N D V I最大值;N D V Im i n:植被覆盖区像元的N D V I最小值。1.3.3 植被覆盖度的分级。目前植被覆盖度的划分还没有统一的标准,许多研究学者根据研究区的地形特征、植被类型特征以及植被的生长状况等因素,将植被覆盖度划分不同等级。本次研究采用雒新萍5适用于秦巴山区的植被覆盖度分级方法(见表1)。表1 植被覆盖度分类类别低覆盖度中低覆盖度中覆盖度中高覆盖度高覆盖度植被覆盖度值0%1 0%1 0%3 0%3 0%5 0%5 0%7 0%7 0%1 0 0%1.3.4 植被覆盖度动态变化分类。利用A r c G I S软件中的相减算法计算植被覆盖度变化情况,用来表示,范围在-11之间:D=F V Ci-F V Cj(3)F V Ci:较晚年份植被覆盖度,F V Cj:较早年份植被覆盖度。利用重分类工具合并相同属性值的图斑,根据新的属性值进行动态变化分类,分为明显退化、一般退化、稳定、一般改善、明显改善5个动态变化类型(见表2)。表2 植被动态变化分类动态变化类型明显退化一般退化稳定一般改善明显改善差值-1-0.5-0.50 00.0 0 10.0 0 10.5 0.512 汉中市植被覆盖度评价2.1 汉中市植被覆盖度分析采用像元二分法模型和归一化植被指数计算得到汉中市2 0 1 0年和2 0 1 9年植被覆盖度,利用A r c-G I S软件将汉中市2 0 1 0年和2 0 1 9年植被覆盖度分成5类,得到汉中市植被覆盖度面积及比例(见表3)。2 0 1 0年汉中市植被覆盖度在空间上的总体分布特征表现为:高植被覆盖度较高,主要分布在汉中市中部,占全部面积的4 0.4 5%,中高植被覆盖面积较低,仅9.4 2%,低植被覆盖主要分布在汉中市除中部外的大部分地区,中低植被覆盖度在低植被覆盖度地区的外围分布,中植被覆盖度在中低植被覆盖度外围分布。3种类型以类似阶梯地形分布。从时间尺度上分析,与2 0 1 0年相比,2 0 1 9年汉中 市 低 植 被 覆 盖 度 的 面 积 明 显 减 少,降 低 了1 4.7 4%,中植被覆盖度和中低植被覆盖度的面积分别减少了8.2 7%和5.1 7%,中高覆盖度的面积有微小减少,减少了2.5 7%,高覆盖度的面积大幅增加,增加了3 0.7 5%,说明2 0 1 02 0 1 9年汉中市植被覆盖度结构转好,低、中低、中植被覆盖度明显减少,中高植被覆盖度减少,高植被覆盖度明显减少。表3 汉中市植被覆盖度分布分布2 0 1 0年2 0 1 9年面积/k m2比例/%面积/k m2比例/%低植被覆盖度5 8 8 6.3 1 32 1.7 41 8 9 5.1 2 37.0 0中低植被覆盖度4 5 7 5.0 6 31 6.9 02 3 3 6.4 1 68.6 3中植被覆盖度3 1 0 9.1 8 81 1.4 81 7 0 8.3 1 86.3 1中高植被覆盖度2 5 5 0.8 1 39.4 21 8 5 4.5 1 46.8 5高植被覆盖度1 0 9 5 1.8 1 34 0.4 51 9 2 7 6.1 1 1 7 1.2 02.2 汉中市植被覆盖度动态变化趋势分析基于2 0 1 0年和2 0 1 9年汉中市植被覆盖度,对比2 0 1 0年和2 0 1 9年植被覆盖度变化情况,得到汉中市植被覆盖度各变化类型所占的面积及比例(见表4)。结果显示2 0 1 02 0 1 9年汉中市除汉台区退化现象比较明显外,其余县区均呈改善趋势,明显改善的 土 地 面 积 占3 3.1 4%,一 般 改 善 的 面 积 占3 4.2 8%,居 于 稳 定 的 土 地 植 被 覆 盖 极 少,仅 占0.4 1%,2 0 1 02 0 1 9年这十年的时间,汉中市植被覆盖改善的居多,大部分位于汉中市除市区外的四周地区,植被覆盖退化的多集中于汉中市中心地区。这可能是由于汉中市市区位于中部地区,城市的快速发展使很多土地征用为建设用地等,从而使中部地区的植被覆盖情况呈现明显衰退迹象,四周地区可能是因为人口外迁以及政策作用,出现了植被覆盖明显转好趋势。表4 2 0 1 02 0 1 9年汉中市植被覆盖度变化趋势面积/k m2比例/%明显退化1 6 7 1.0 0 06.7 1一般退化7 1 1 1.8 7 52 6.2 7稳定3 7.8 7 50.1 4一般改善9 2 8 0.0 0 03 4.2 8明显改善8 9 7 2.4 3 83 3.1 43 影响因素3.1 高程对植被覆盖动态变化的影响高程会影响光照、热量、水分等的分布,是影响植物覆盖分布的重要因子。结合汉中市高程分布的09总第5 2 7期内 蒙 古 科 技 与 经 济特点,将高程分为五类:2 0 0 0 m。将高程分布图与植被覆盖度动态变化图叠加,叠加后分辨率为2 5 0 m,得到各高程范围植被覆盖动态变化的面积及比例(见表5)。2 0 1 02 0 1 9年这1 0年间,在高程小于5 0 0 m的区域,植被覆盖处于一般退化的所占面积最多;在高程5 0 01 0 0 0 m的区域,处于一般改善状态的土地中占比最多;在高程1 0 0 01 5 0 0 m、1 5 0 02 0 0 0 m和2 0 0 0 m以上的区域 中,明 显 改 善 的 土 地 中 占 比 最 多;在 高 程1 0 0 01 5 0 0 m、1 5 0 02 0 0 0 m和2 0 0 0 m以上的区域中,明显改善所占面积比例最高,随着高程的增加,明显改善所占比例不断增大。即在小于5 0 0 m的区域,近1 0年一般退化现象最多,5 0 01 0 0 0 m的区域,一般改善现象最多,1 0 0 0 m以上的区域明显改善现象最多,这是因为5 0 0 m以下的区域,地势低,适合人类开展各种生产生活活动,而5 0 0 m以上的区域,人类生产生活活动相应减少,植被用地相应增加,且高程值越大,改善现象越明显。表5 2 0 1 02 0 1 9年汉中市各高程植被覆盖动态变化面积及比例高程植被变化明显退化一般退化稳定一般改善明显改善2 0 0 0 m面积/k m21 3.3 7 59 2.3 1 30.5 0 02 3 1.0 6 35 9 9.0 0 0比例/%1.4 39.8 60.0 52 4.6 86 3.9 83.2 坡度对植被覆盖动态变化的影响坡度通过参与水分再分配过程对土壤中的水分和盐分进行调控,进而影响到植被生长。根据已经得到的坡度数据对其进行再分,根据 水土保持综合治理 规划通则(G B/T 1 5 7 7 21 9 9 5)6标准划分坡度:3 5。将坡度分布图与植被覆盖度动态变化图叠加,得到各类坡度等级范围植被覆盖动态变化的面积及比例(见表6)。结果显示:在2 0 1 02 0 1 9年这1 0年间,在坡度05 的区域,植被覆盖处于一般退化的所占面积最多,占比4 9.7 4%;在坡度5 1 5 的区域,处 于 一 般 改 善 状 态 的 土 地 中 占 比 最 多,达3 6.8 3%;在坡度1 5 2 5、2 5 3 5、3 5 以上的区域中,明显改善所占面积比例最高,分别为3 6.4 2%、4 0.3 6%、3 9.6 6%。即在坡度小于5 的平坦区域,近1 0年一般退化现象最多,5 1 5 的区域,一般改善现象最多,1 5 以上的区域明显改善现象最多。上述研究表明,坡度对汉中市植被覆盖度动态变化的分布影响较大,地势平坦的区域大体以植被退化为主,这是因为地势低平地区是人类生产生活的主要地区,居住用地、耕作用地、交通用地等经济用地较多,人类经济活动不断拓展,退化现象明显,随着坡度逐渐增大,人类经济活动减少,土地持水能力和营养成分不断增加,植被覆盖度相应增大,改善现象明显。表6 2 0 1 02 0 1 9年汉中市各坡度等级植被覆盖动态变化面积及比例坡度植被变化明显退化一般退化稳定一般改善明显改善05 面积/k m21 5 9.9 3 81 3 4 0.5 0 07.2 5 09 1 3.0 6 32 7 4.0 0 0比例/%5.9 44 9.7 40.2 73 3.8 81 0.1 75 1 5 面积/k m25 0 4.7 5 01 6 9 6.0 0 01 0.5 6 32 3 0 1.4 3 81 7 3 5.3 7 5比例/%8.0 82 7.1 40.1 73 6.8 32 7.7 71 5 2 5 面积/k m25 2 9.4 3 82 0 2 5.6 2 59.2 5 02 9 5 7.8 1 33 1 6 3.0 0 0比例/%6.1 02 3.3 20.1 13 4.0 63 6.4 22 5 3 5 面积/k m23 2 5.1 2 51 4 2 9.1 8 87.1 2 52 1 9 1.2 5 02 6 7 5.0 0 0比例/%4.9 12 1.5 60.1 13 3.0 64 0.3 63 5 面积/k m21 5 0.1 2 56 0 2.3 1 33.6 2 58 9 7.6 8 81 0 8 7.1 8 8比例/%5.4 82 1.9 70.1 33 2.7 53 9.6 6(下转第9 4页)19德日格尔,等 基于遥感影像研究汉中市植被覆盖度动态变化2 0 2 3年第1 3期时后,地面温度开始回升,8 5 0 h P a变化不大,降水相态转为雨。温度露点差8 5 0 h P a均位于4 g/k g以下,1 8日0 8时最低,利于降水的维持。夜间转雪时各层温度基本都是下降,转雪时温度低于降雨时温度。5 结论巴彦淖尔市两次雨夹雪过程均属于槽涡型大雪,槽后偏北气流引导下,冷空气不断向槽区输送,促使系统进一步发展,槽后冷空气沿高空西北气流东移南下影响巴市,系统后倾明显处于发展阶段,偏南风不断将暖湿空气向降雪区输送,提供水汽,降雪区位于显著湿区内,地面低压倒槽、地面冷锋也为雨夹雪提供了动力抬升和触发机制9。8 5 0 h P a露点温度差较小,比湿在4 gk g-1以下,深厚的湿层,存在充足的水汽。低层水汽充沛,湿雪含量大,是产生这两次雨雪的原因。降水相态的演变与温度的垂直分布有一定对应关系,T8 5 0、T1 0 0 0在雨夹雪预报中有重要指标意义。0 层高度下降,地面温度已经低于0,降水相态从雨夹雪转化为雪,转雪时温度低于降雨时温度。参考文献1 李江波,李根娥,裴雨杰,等.一次春季强寒潮的降水相态变化分析J.气象,2 0 0 9,3 5(7):8 7-9 4.2 徐爽,胡鹏宇,王赛頔,等.沈阳地区1次雨夹雪天气过程分析J.安徽农学通报,2 0 1 8,2 4(1 0).3 董伟,杨光武,马梁臣,等.长春市冬季降水相态的温度判据研究 J.干旱气象,2 0 1 9,3 7(3):3 6 3-3 6 9.4 周子强,董晶,马国忠,等.黑龙江春秋季中雨夹雪到暴雪天气形势分析J.气象科技进展,2 0 2 0,1 0(4):5 7-5 9.5 朱乾根,林锦瑞,寿绍文,等.天气学原理和方法M.北京:气象出版社,2 0 0 7.6 顾润源,孙永刚,韩经纬,等.内蒙古自治区天气预报手册M.北京:气象出版社,2 0 1 2.7 孟雪峰,孙永刚,姜艳丰.内蒙古东北部一次致灾大到暴雪天气分析J.气象,2 0 1 2,3 8(7):8 7 7-8 8 3.8 徐辉,宗志平.一次降水相态转换过程中的温度垂直结构特征分析J.高原气象,2 0 1 4,3 3(5):1 2 7 1-1 2 8 0.9 蔡元成,石光普,陈秀花.2 0 1 7年秋季甘肃中部一次强雨夹雪天气过程诊断分析J.甘肃科技,2 0 1 9,3 5(1 9):3 2-3 4.(上接第9 1页)4 结论本研究利用高分辨率卫星遥感影像对汉中市植被变化进行遥感监测,借助E NV I、A r c G I S平台,通过数字化、可视化、定量分析等揭示汉中市植被的时空变化情况,以便决策参考和采取相应措施。分析了汉中市2 0 1 0年和2 0 1 9年间植被覆盖度及其变化趋势的时空分布特征,研究显示汉中市2 0 1 02 0 1 9年植被覆盖明显增加,改善迹象明显,1 1个县区中,除汉台区退化现象比较明显外,其余县区均呈改善趋势。汉中市的植被覆盖动态变化与其所处的高程、坡度、坡向均有关,它们主要是通过人为活动施加影响。汉中市总体生态条件良好,汉中市政府部门坚持保护现有森林资源,提高植树造林成活率,实施退耕还林、天然林保护、自然保护区建设等政策,促进区域整体协调发展。参考文献1 孙微.陕北地区农牧交错带植被覆盖度动态及驱 动 力 分 析 D.北 京:北 京 林 业 大 学,2 0 1 2.2 王毅,郭跃.喀斯特地貌区植被覆盖与地形因子的空间关系分析:以贵州普定县为例J.长江流域资源与环境,2 0 1 8,2 7(1):1 5 7-1 6 7.3 赵娟.基于MO D I S N D V I的陕西省植被覆盖变化研究D.西安:西安科技大学,2 0 1 3.4 秦超.陕西省植被覆盖时空演变及其驱动因子研究D.西安:陕西师范大学,2 0 1 5.5 雒新萍.近2 5 a来秦巴山区植被N D V I时空变化及其对区域气候的响应D.西安:西北大学,2 0 0 9.6 中华人民共和国水利部.水土保持综合治理规划通则:G B/T 1 5 7 7 21 9 9 5S.北京中国标准出版社,1 9 9 5.49总第5 2 7期内 蒙 古 科 技 与 经 济