涑水河流域植被覆盖变化特征分析

南 锋，毕如田

（1.山西农业大学研究生学院，山西太谷030801；2.山西农业大学资源与环境学院，山西太谷030801）

全球环境的种种变化威胁着人类及其社会的持续发展，越来越受到各国政府和科学家的重视。全球变化与陆地生态系统（Global Change and Terrestrial Ecosystem，GCTE）是当前全球变化研究的重要内容，气候变化对陆地生态系统的影响及其反馈一直是其中的研究焦点之一[1-3]。而利用遥感技术进行对地观测又具有以下优点：（1）卫星遥感图像具有周期性、宏观性、现势性、经济性的特点，可以用于大区域的植被覆盖监测[4]；（2）遥感数据的可重复获取特性是其相对于其他数据源的优势之一，利用多时相卫星影像进行变化分析，是遥感数据应用的重要领域[5]；（3）高光谱遥感数据具有波段多、信息量丰富的特点，可以提供连续、精细的光谱信息，用于植被遥感的定量研究中[6]；（4）多源遥感信息（多时相、多光谱、多传感器、多平台和多分辨率）提供的信息具有互补性、合作性，可以使对植被覆盖度的定量估算更加精确、完全和可靠[7]。因而，遥感技术在全球变化的气候—植被关系研究中倍受重视，用遥感技术进行大范围调查意义重大。

本研究利用MODIS数据，以涑水河流域植被指数变化，探讨了近8年该流域植被覆盖变化情况，分析研究NDVI月平均值、多年月平均值、季平均值、年平均值的变化特征。

1 研究区概况

涑水河流域位于山西省南部的运城市境内，东、南、北三面山地和台地环绕，中部地势开阔平坦，地形从东北向西南倾斜，是一个从东北向西南倾斜的半闭流区，海拔为210～1 935 m。地理坐标东经110°15′～112°04′，北纬34°35′～35°49′。东部及南部环绕着中条山，绵延起伏约200 km，海拔1 500～2 400 m。流域属于干旱半干旱大陆性季风气候，流域里主要气候特征为“十年九旱”，农作物以冬小麦为主，春旱发生频繁，对产量影响很大。涑水河属北方间歇性季节河流，非汛期河道成为排污河道。由于非汛期处于断流状态，没有自净和稀释能力，导致涑水河污染严重，生态问题突出。

2 数据来源及处理方法

2.1 数据来源

本研究所使用的数据来源于美国NASA网站的MODIS 1B 250 m分辨率影像，共申请下载2002—2009年各月数据540期，通过NASA快视图选择无云或少云数据。气象数据由山西省气象局提供。

2.2 数据处理方法

2.2.1 数据预处理 MODIS 1B数据预处理（主要是影像的几何校正，去蝴蝶效应）由遥感图像处理软件ENVI 4.6来实现。由于MODIS1B数据（HDF文件）中已经包含有经纬度数据，所以利用这些经纬度数据进行几何纠正，同时利用ENVI 4.6软件Map菜单下的Georeference MODIS几何纠正功能进行影像纠正，且ENVI 4.6在几何纠正的同时对Bowtie也进行了处理。在几何纠正的过程中采用的投影为经纬度坐标系，WGS-84椭球体。

2.2.2 植被指数计算 用MODIS数据1，2波段的反射率数据反演出归一化植被指数NDVI。中分辨率成像光谱仪遥感影像共有36个光谱通道，其第1个波段（0.62～0.67 μm）和第2个波段（0.841～0.876 μm）分别是红光波段和近红外波段，可以用第1和第2个波段计算植被指数。

其中，ρRED为红光波段反射率（对应于MODIS数据的第1波段），ρNIR为近红外波段反射率（对应于MODIS数据的第2波段）。

2.2.3 MVC法合成植被指数 用最大值合成法MVC合成月NDVI图。

其中，i为月份，k为天数（1～30/31 d）。

2.2.4 植被指数图裁剪 在ENVI软件中，打开处理好的植被指数图，叠加涑水河流域边界，将其转化为一个感兴趣区（ROI），裁剪出整个流域和各县区的植被指数图。

3 涑水河流域2002—2009年植被覆盖变化特征分析

3.1 NDVI月平均值变化特征分析

其中，i表示月份（6—8月），j表示年份（2002—2009年）。i=6表示6月，j=1表示2002年，依次类推。

根据国际通用办法并结合流域实际情况，将植被指数分为裸地（NDVI=0.16）；较少植被（0.16＜NDVI≤0.33）；中等植被 （0.33＜NDVI≤0.44）；茂密植被（0.44＜NDVI≤0.60）；很密植被（NDVI＞0.60）5 个等级。

涑水河流域2002—2009年6—8月的月平均NDVI分布如图1所示。

从图1可以看出，涑水河流域NDVI空间分布总体趋势是：自东北向西南NDVI逐渐增加，茂密植被和很密植被主要集中在沿东北至西南绛县、夏县中条山一带及永济市中部、东南部雪花山区林地。中等植被主要分布在闻喜西南部、盐湖、临猗、永济大部分地区，主要以农业植被中早熟的棉花、冬麦、花生等温热作物和可夏播的玉米、谷子、豆类为主要覆盖植被。稀少及裸土植被主要分布在闻喜中北部大部分区域、临猗北部和永济西南部分地区。

对涑水河流域植被各个等级的像元进行统计分析，得出各等级像元分布比例（图2）。从图2可以看出，涑水河流域植被长势较好，茂密植被分布最广，占43.3%；其次是中等植被，占28.4%；较少植被仅次于中等植被，占19.6%；很密植被较少，占6.9%；流域裸土很少，占1.8%。

3.2 植被生长季 （夏季）NDVI平均值变化特征分析

其中，j表示月份（6—8月），i表示年份（2002—2009年）。j=6表示6月，i=1表示2002年，依次类推。

由涑水河流域8年的6—8月植被指数图，统计各等级像元分布比例，绘制曲线图（图3）。

从图3可以看出，8年来涑水河流域裸土的分布比例几乎没有变化；2002—2004年间较少植被、中等植被和很密植被都处于下降趋势，向茂密植被迅速转化；2005年中等植被和茂密植被均有所下降，较少植被和很密植被有所增加；2006—2007年间，茂密植被和很密植被呈下降趋势，向较少植被和中等植被转化；2008—2009年，较少植被急剧下降。这些突变主要是受干旱、霜冻、冰雹、大风、暴雨等气象灾害天气以及由此而导致的农作物病虫草害影响的结果。

4 结论

本研究在遥感和地理信息系统技术的支持下，对山西运城涑水河流域2002—2009年的MODIS数据进行NDVI数据的反演，分析了NDVI月平均值的变化特征、植被生长季NDVI平均值的变化特征，结果表明，这种方法可以有效地分析区域尺度植被覆盖的变化特征，具有广泛的应用价值和现实意义。本研究只对植被指数平均值的变化趋势作了分析，在以后的研究中还需要深入分析植被与土壤、环境、生态、城市等的关系。

［1］中国国家自然科学基金委员会生命科学部，中国科学院上海文献情报中心.全球变化与陆地生态系统——IGBP的核心计划之一[C]//全球变化与生态系统.上海：上海科学技术出版社，1994：62-95.

［2］李云鹏，娜日苏，刘朋涛，等.呼伦贝尔草原退化遥感监测与气候成因[J].华北农学报，2006，21（S3）：56-61.

［3］陈素华，宫春宁.气候对内蒙古草原生态系统的影响[J].华北农学报，2004，19（S1）：69-73

［4］Zhou L，Tucker C，Kaufmann R，et al.Variations in northern vegetation activity inferred from satellite data of vegetation indexduring1981 to1999[J].Journal ofGeophysical Research，2001，106：20069-20083.

［5］马明国，王雪梅，角媛梅，等.基于RS与GIS的干旱区绿洲景观格局变化研究——以金塔绿洲为例[J].中国沙漠，2003，23（1）：53-58.

［6］陈述彭，童庆禧，郭华东，等.遥感信息机理研究[M].北京：科学出版社，1998：139.

［7］申广荣，王人潮.植被光谱遥感数据的研究现状及其展望[J].浙江大学学报（农业与生命科学版），2001，27（6）：682-690.

［8］李慧静.基于MODIS-NDVI内蒙古植被变化遥感监测[D].呼和浩特：内蒙古师范大学，2008.