基于遙感和gis的黃岡市植被時空變化及其驅(qū)動機(jī)制研究

1、<p>　　基于遙感和GIS的黃岡市植被時空變化及其驅(qū)動機(jī)制研究</p><p>　　摘要：本文以黃岡市2006、2007、2009年三個時期的TM遙感影像為數(shù)據(jù)源，運(yùn)用GIS技術(shù)，從研究背景、技術(shù)與數(shù)據(jù)支持入手，分析了黃岡市的植被覆蓋度的時空變化情況及其驅(qū)動機(jī)制。對黃岡地區(qū)的植被覆蓋度變化的研究不僅具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)典型性，也為區(qū)域水土流失治理、生態(tài)環(huán)境建設(shè)及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展提供決策支持。 <

2、/p><p>　　關(guān)鍵詞：TM影像；植被覆蓋度；歸一化植被指數(shù)；黃岡 </p><p><b>　　一、研究背景 </b></p><p>　　植被變化驅(qū)動力的分析可為農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)境監(jiān)測和生物多樣性保護(hù)等工作提供信息服務(wù)。此次研究選擇黃岡市作為研究區(qū)域，以GIS和遙感現(xiàn)代空間信息技術(shù)為手段，從區(qū)域尺度上研究1989～2012年黃岡的植被覆蓋動態(tài)變

3、化情況，在分析中考慮到了地形、氣候的影響。本課題的研究一方面為本市的生態(tài)環(huán)境改善提供理論參考，另一方面也為黃岡地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供決策服務(wù)，同時該研究也具有一定的科學(xué)價值。 </p><p>　　二、技術(shù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)預(yù)處理及數(shù)據(jù)處理結(jié)果 </p><p><b>　?。ㄒ唬┘夹g(shù)準(zhǔn)備 </b></p><p>　　此研究選擇的是遙感測量。對于獲得

4、的遙感影像采用計算機(jī)自動識別解譯，其技術(shù)路線如下：⑴衛(wèi)星圖像識別機(jī)理分析→知識獲取與知識形式化表示→建立專家知識庫和背景知識庫→遙感圖像解譯專家系統(tǒng)構(gòu)建；⑵數(shù)字遙感圖像→幾何糾正和輻射糾正→目標(biāo)地物光譜特點(diǎn)抽取→目標(biāo)地物形狀特征和空間位置抽取與描述→地理專題信息復(fù)合→運(yùn)用遙感圖像解譯專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像智能化識別→產(chǎn)生專題圖→實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)庫更新。 </p><p>　　此次研究數(shù)據(jù)來源選用完全覆蓋研究區(qū)域的Lan

5、dsat TM 遙感數(shù)據(jù)，研究時相分別為1989年2月4日、1998年5月28日、2009年11月2日，其軌道號為122/38，數(shù)據(jù)的空間分辨率為30m。這三幅影像在成像時間上具有大致相當(dāng)?shù)臅r間間隔，從而使得在進(jìn)行變化分析時更具有科學(xué)性。本次研究中選取的數(shù)字高程數(shù)據(jù)是從中科院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站中獲得。黃岡市行政區(qū)劃邊界圖來源于國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)網(wǎng)站。 </p><p><b>　　

6、（二）數(shù)據(jù)預(yù)處理 </b></p><p>　　由于光學(xué)處理成本高，技術(shù)復(fù)雜，在此次研究中主要以簡單、高效、價格相對低的計算機(jī)圖像處理。 </p><p><b>　　1. 數(shù)據(jù)的疊加 </b></p><p>　　在Landsat的TM影像的7個波段中，第2波段是綠色波段（0.52～0.60μm），第4波段是近紅外波段（0.76～

7、0.90μm），將4、3、2波段分別賦予紅、綠、藍(lán)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成，將7個波段疊加，得到一張假彩色合成圖像。 </p><p>　　2. 不同影像數(shù)據(jù)的拼接與研究區(qū)域數(shù)據(jù)的提取 </p><p>　　本次研究區(qū)域包含三幅一期TM的影像。為了有效地進(jìn)行分析，將三幅不同的影像拼接到一起從而得到研究區(qū)域的完整數(shù)據(jù)。由于本次使用的遙感影像事先已經(jīng)經(jīng)過校正處理，所以無需進(jìn)行更多的處理便可以直接使用

8、。在本次研究中，三幅影像的拼接是在ERDAS軟件中完成的。由于本次所選取的三幅影像的地面范圍遠(yuǎn)超出研究區(qū)域的范圍，所以需要用研究區(qū)域的邊界去切割影像以獲得研究區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)。切割影像也在ERDAS軟件完成，在切割中需要轉(zhuǎn)換文件格式，將原文件轉(zhuǎn)換為ERDAS軟件可以處理的AOI文件，然后再使用subset image工具進(jìn)行影像的切割從而得到黃岡地區(qū)相關(guān)的研究數(shù)據(jù)。 </p><p>　?。ㄈ?shù)據(jù)處理結(jié)果 <

9、/p><p>　　根據(jù)植被指數(shù)計算公式（主要是歸一化植被指數(shù)公式NDVI=（DNIR-DNR）/（DNIR+DNR））分別計算出黃岡市2006、2007、2009年的植被覆蓋圖，得出NDVI值在東部及東偏北部較高的結(jié)論。 </p><p>　　三、對黃岡市植被覆蓋度的時空變化及其驅(qū)動機(jī)制分析。 </p><p>　　（一）對黃岡市植被時空變化分析 </p>

10、<p>　　1. 黃岡市植被覆蓋度的變化分析 </p><p>　　通過植被覆蓋度（F）公式（F=（NDVI-NDVImin）/（NDVImax-NDVImin））計算并經(jīng)過偽信息剔除處理后得到黃岡市2006年和2009年的植被覆蓋圈度數(shù)據(jù)，在Arcmap中分區(qū)統(tǒng)計各個不同的研究區(qū)。通過分析發(fā)現(xiàn)黃岡市植被覆蓋度多年以來變化比較平穩(wěn)，未出現(xiàn)較大的波動。 </p><p>　　2.

11、 黃岡市植被覆蓋度的時間變化分析 </p><p>　　利用RS與GIS相結(jié)合的手段，對研究區(qū)域不同時期植被覆蓋度的估算與對比進(jìn)行分析，結(jié)果表明黃岡市近四年植被覆蓋度變化比較穩(wěn)定，城市并未使覆蓋度產(chǎn)生大的波動。由于黃岡市對生態(tài)保護(hù)的重視和大別山旅游文化項目的推進(jìn)，黃岡市的植被保護(hù)比較好。 </p><p>　　3. 黃岡市植被覆蓋度空間的變化 </p><p>　　

12、由下圖可知，黃岡市的植被覆蓋區(qū)域變化明顯，顏色越深表示植被覆蓋度越高。植被覆蓋度的空間分布特征是與經(jīng)濟(jì)建設(shè)密切相關(guān)的，其分布特征受地形、經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展與城市化建設(shè)的影響。黃岡市植被覆蓋度的空間分布特征差異顯著，值得各方面重視。其原因有：城市化建設(shè)大量植被被破壞；部分地區(qū)鄉(xiāng)村居民的植被保護(hù)意識差，農(nóng)村建設(shè)植被被破壞；政府相關(guān)部門還存在一些工作不到位的現(xiàn)象。所以，區(qū)域生態(tài)建設(shè)和生態(tài)恢復(fù)應(yīng)該成為區(qū)域發(fā)展的重要指標(biāo)。 </p>&l

13、t;p>　?。ǘ?qū)動機(jī)制分析 </p><p>　　1. 地形對植被覆蓋度的影響 </p><p>　　植被的覆蓋度與植被的生長關(guān)系密切相關(guān)，而溫度對于植被的生長十分重要。由于高度每增加100米溫度下降0.6攝氏度，所以植被覆蓋與地形高程的關(guān)系：在一定的海拔高度以下，植被覆蓋度與海拔的高度成正比；當(dāng)海拔達(dá)到一定程度時，植被覆蓋度和海拔的增加成反比，并且這種反比會隨著高度的增加而增大

14、。通過分析發(fā)現(xiàn)，麻城、蘄春、羅田等地由于位于大別山一麓，所以植被覆蓋度相對于其他縣（區(qū)）而言比較高。 </p><p>　　2. 不同坡向植被覆蓋度的變化 </p><p>　　把從DEM提取的坡向分為八個級別，即正北、東北、正東、東南、正南、西南、正西和西北八個朝向。從正北方向開始統(tǒng)計計算的分別是0～22.5°和337.5～360°（正北選取兩個坡向）、22.5～67

15、.5°、67.5～112.5°、112.5～157.5°、157.5～202.5°、202.5～247.5°、247.5～292.5°、292.5～337.5°，之后分別計算八個坡向的植被覆蓋度。通過對不同坡向植被覆蓋度的分析發(fā)現(xiàn)，在不同時節(jié)同一坡向的植被覆蓋度差異是較大的。值得注意的是，在分析中發(fā)現(xiàn)同一季節(jié)八個不同的坡向的植被覆蓋度大體相當(dāng)，通過計算其標(biāo)準(zhǔn)差幾乎相同

16、。 </p><p>　　3. 對黃岡市不同土地利用類型的植被覆蓋度變化研究 </p><p>　　在分析中將獲取的黃岡地區(qū)土地利用類型矢量文件轉(zhuǎn)化為柵格文件。計算并統(tǒng)計黃岡地區(qū)不同土地利用類型在各年份和各季節(jié)的植被覆蓋度數(shù)據(jù)。本次研究并未統(tǒng)計水域的被水覆蓋植被覆蓋度，主要原因是水域表面的植被覆蓋度常年穩(wěn)定，并且水域占黃岡地區(qū)的國土面積比重小。通過分析發(fā)現(xiàn)，林地的植被覆蓋度最高，而建設(shè)用地

17、植被覆蓋度最低，耕地、草地、園地的植被覆蓋度則依次居中。由于各種植物的生長發(fā)育期都相似，所以其植被覆蓋度的變化趨勢總體相似。這種變化趨勢是由植被的生長發(fā)育期與氣候條件共同決定的。黃岡地區(qū)的植被覆蓋度在不同時期的差異表明了黃岡地區(qū)的植被覆蓋的動態(tài)發(fā)展變化，從而間接反映出植被覆蓋度受到了城市化的干擾。 </p><p><b>　　四、結(jié)論 </b></p><p>　　

18、通過分析黃岡地區(qū)的植被覆蓋發(fā)現(xiàn)，黃岡市的植被覆蓋總體上趨于良好，近四年的植被覆蓋變化不是很明顯，這離不開當(dāng)?shù)卣腿罕姷墓餐?。但是，在做綠化調(diào)查和生態(tài)環(huán)境評價時，使用植被覆蓋度這一指標(biāo)還存在缺陷，因此應(yīng)該引入“三準(zhǔn)綠化指數(shù)”，即“綠量”，這對改善城市生態(tài)建設(shè)和管理的理論和實(shí)踐都有指導(dǎo)意義。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[

19、1]高志強(qiáng)，劉紀(jì)遠(yuǎn).基于遙感和GIS的中國植被指數(shù)變化的驅(qū)動因子分析及模型研究[J].氣候與環(huán)境研究，2000（02）. </p><p>　　[2]祁燕，王秀蘭，馮仲科等.基于RS與GIS的北京市植被覆蓋度變化研究[J].林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，2009（02）. </p><p>　　[3]梅安新，彭望?，秦其明等.遙感導(dǎo)論[M]北京：高等教育出版社，2001. </p><

20、p>　　[4]陳濤，李平湘，張良培.武漢地區(qū)1988～2002年植被覆蓋度變化動態(tài)分析[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2008（05）. </p><p>　　[5]梁四海，陳江，金曉媚等.近21年青藏高原植被覆蓋變化規(guī)律[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2007（01）. </p><p>　　*本文系基金項目“基于遙感和GIS的黃岡市植被時空變化及其驅(qū)動機(jī)制研究”（項目編號：sy201313）的研究