基于像元二分模型的喀斯特山区植被覆盖度监测及变化分析——以毕节试验区为例

谢颖颖 李 荣

（江西理工大学建筑与测绘工程学院，江西 赣州 34100041000）

本研究基于毕节试验区的Landsat TM和ETM+遥感影像，引入归一化植被指数（NDVI），利用像元二分模型，近似估算喀斯特山区的植被覆盖度，并对毕节试验区这三个时期的植被覆盖的时空动态变化规律做出分析，有助于了解毕节试验区地表植被情况。

1 研究区域概况

毕节试验区是“毕节开发扶贫、生态建设试验区”的简称，位于东经103°36′～106°44′到北纬26°21′～27°47′之间，面积26853km2，属典型的喀斯特岩溶地貌，是乌江、赤水河、北盘江的重要发源地之一，北亚热带湿润气候，属于亚热带常绿阔叶林区，主要植被类型是亚热带常绿阔叶林，矿种多且分布广，储量丰富，境内人口720万，是少数民族聚居区。

2 植被覆盖度遥感估算方法

像元二分模型假设影像上的一个像元的信息S只由植被和非植被两个部分组成，对于一个由植被与土壤组成的混合像元，设像元中有植被的面积比为该像元的植被覆盖度fc，则土壤部分面积比例为1-fc。设全植被覆盖的纯像元所得的遥感信息为Sveg，无植被覆盖的裸土像元的遥感信息为Ssoil，经过变换可得植被覆盖度的计算公式fc=（S-Ssoil）/（Sveg-Ssoil）。归一化指数定义为近红外与红外波段的差与两者之和的比值，范围介于-1到1之间。基于此，若混合像元包含植被和土壤，NDVI归一化植被指数值可表达为由植被和土壤覆盖信息组成。植被覆盖度公式表示为：fc=（NDVI-NDVIsoil）/（NDVIveg-NDVIsoil），其中，NDVIsoil为裸土或者无植被覆盖部分的NDVI值， 为纯植被覆盖部分的NDVI值，NDVIveg为被求像元的植被指数。

由于遥感影像不可避免地存在噪声，因此NDVIsoil和NDVIveg不一定对应着NDVI的极值，一般取给定置信度区间的最大值与最小值，置信度的取值根据图像大小及图像清晰度等实际情况确定[1]。

3 植被覆盖度提取精度验证

考虑到植被覆盖度的现实意义，本研究以收集到的在解译前后均有野外调研确立解译标志或进行数据验证的1∶10万土地覆被/土地利用数据为基础进行了精度验证。1990年、2000年、2010年植被覆盖度空间分布数据的总体精度分别为74.7%、61.9%、65.5%。表明本研究所得植被覆盖度数据因为分析粒度和影像类型不同而与LUCC数据平台所得植被覆盖度数据间存在一定的差距。不过考虑到本研究用的遥感影像自动分类方法，60%以上的分类分级精度即可认为符合要求。

4 研究结果

4.1 毕节试验区NDVI

NDVI值接近于0为裸土，值越大的地区植被密度高[2]。毕节试验区NDVI值较小的部分分布在六冲河、草海、三岔河、牛栏江等河流附近，NDVI值较大的部分零星分布在河流流域周边地区，以毕节试验区东北部大方县地区较为突出。

4.2 毕节试验区植被覆盖度

4.2.1 毕节试验区植被覆盖度分级

根据毕节试验区情况和水利部颁布的《土壤侵蚀分类分级标准》的植被覆盖度分级的要求，采用密度分割方法，以30%、45%、60%、75%为分级值，将毕节试验区的植被覆盖度分为低、中低、中、中高、高度植被覆盖等级，以便于更好地反映毕节试验区植被覆盖度的分布及变化情况。

4.2.2 毕节试验区植被覆盖度变化分析

毕节试验区1990-2010年的植被覆盖度总体呈现先减少后增加的趋势。低、中低植被覆盖区面积呈现先增加后减少趋势，其他植被覆盖区的面积则呈现相反趋势。1990-2000年毕节试验区植被覆盖呈退化趋势；2000-2010年毕节试验区的植被覆盖度有所提高，详细结果见表1。

表1 毕节试验区植被覆盖变化

毕节试验区高、中高、中植被覆盖区面积在1990～2000年间逐渐减少，2000-2010年逐渐增加；低植被覆盖区、中低植被覆盖区趋势相反。从覆盖区面积占毕节试验区总面积的比例看，高、中高度植被覆盖区分别在前期减少7.02%、8.57%，后期增加12.34%、8.57%。中度植被覆盖区1990～2010年的变化幅度不大。低、中低植被覆盖区前期增加15.74%、3.37%，后期逐渐减少20.5%、8.53%。

5 结论

本文以毕节试验区为例，基于NDVI的像元二分模型对毕节试验区1990年、2000年、2010年的植被覆盖度进行遥感估算，并对毕节试验区1990年到2010年的植被覆盖动态变化进行了分析，得出以下结论：毕节试验区的植被覆盖度与其NDVI值具有正相关性，植被指数越高的地方，植被覆盖度也越高。毕节试验区NDVI值较小的部分分布在六冲河、草海、三岔河、牛栏江等河流附近，NDVI值较大的部分零星分布在河流流域周边地区，以毕节试验区东北部大方县地区较为突出。毕节试验区1990～2010年近20年的植被覆盖度呈现先减少后增加的趋势。2000-2010年的植被覆盖度明显好转，离不开退耕还林等生态保护措施的实施。表明退耕还林等生态措施有利于地区生态环境的恢复。

[1]龚建周，夏北成.基于大气辐射校正的广州市植被覆盖度遥感估算[J].应用生态学报，2007，18（3）：575-580.

[2]李苗苗，吴炳方.密云水库上游植被覆盖度的遥感估算[J].资源科学，2004，26（4）：153-159.