基于RS与GIS的三峡库区植被覆盖度时空变化研究

吴四平

【摘 要】以1987、2007和2013年三峡库区湖北省段3期LandsatTM、ETM为数据源，在RS和GIS技术的支持下，提取不同时期三峡库区湖北省段的植被指数NDVI，并根据DEM数字高程模型提取地形因子，研究了三峡库区湖北段1987-2013年植被覆盖度的年际变化特征及地形关系。研究结果显示：（1）研究区1987-2013年间总体上植被覆盖度明显改善，处于高植被覆盖度，较高植被、高植被覆盖面积明显增加，由1987年34.83%上升到2013年的73.29%。（2）三峡库区湖北段的植被覆盖度从1987年到2007年呈明显上升趋势，从2007年到2013年呈略微下降趋势，表明三峡库区湖北段近年来的植被覆盖状况有所下降。（3）研究区植被覆盖变化呈现明显的地形分异特征。不同海拔级上植被覆盖度随高程的增加相应呈增加趋势，1200m海拔以上的植被覆盖度为49.72%；不同坡度级上植被覆盖度随坡度的增大而增加，坡度大于15°的植被覆盖度为67.26%；不同坡向级上植被覆盖度分布较均匀，阴坡植被覆盖度为50.06%，阳坡植被覆盖度为49.94%。表明三峡库区湖北段植被覆盖度与地形因子相关性较大，近年来植被覆盖状况有所恶化，应当引起政府和相关部门的重视。

【关键词】植被覆盖度；地形因子；年际变化；三峡库区湖北段

植被是陆地生态环境的重要组成部分，能反映森林植被覆盖的变化状况，对全球能量平衡、生物化学循环以及水循环起着重要的调控作用。植被覆盖度是指植被在地面的垂直投影面积占统计区总面积的百分比。植被覆盖受气候特征、地貌因子、土壤类型等因素的影响，是评价植被涵养水源、保持水土、调节径流等生态功能的重要指标。山地丘陵区植被在不同高程、坡度、坡向等地貌部位存在明显的空间差异，不同地貌单元上植被覆盖度的提取和变化分析，对于区域生态环境评价与生态修复具有重要的指导意义。

三峡库区是我国长江中上游的重要生态功能区，库区森林恢复是长江流域生态环境建设与库区可持续发展的重要基础。1988年，三峡库区被列为国家水土保持重点防治区，相继开展了“长江防护林工程”、“天然林保护”、“退耕还林”等改善生态的工程，森林面积不断增加，水土流失状况明显改善，生态环境得以恢复。本文以三峡库区湖北省段为研究区域，基于1987年、2007年、2013年的TM遥感影像，通过遥感技术估算植被覆盖度，研究了三峡库区湖北段1987-2013年植被覆盖的时空变化特征及其与地形因子的关系，为区域生态环境评价提供科学依据，也为三峡库区的生态建设和可持续发展提供决策依据。

1 研究区概况

三峡库区湖北段位于湖北省西部，地处四川盆地与长江中下游平原的结合部，跨越鄂中山区峡谷及川东岭谷地带，北屏大巴山、南依川鄂高原，介于109°25′～111°28′E，29°45′～31°44′N，包括宜昌县、秭归县、兴山县、恩施州所辖的巴东县。地貌以山地、丘陵为主，库区内地形中复杂、高差悬殊。该地区属于亚热带湿润性季风气候，四季分明，年降水量为1000-1200mm，年平均气温17-19℃，受季风影响显著，雨热同期，降水量较丰富。主要植被有常绿阔叶林、落叶阔叶混交林、落叶阔叶与常绿针叶混交林、针叶林和灌草丛等。

2 研究方法

2.1 数据来源及预处理

该研究的数据主要包括：①遥感影像以三峡库区湖北段LandsatTM/ETM为数据源，其空间分辨率30 m×30 m，影像成像时间分别为1987年、2007年、2013年，三个时期的遥感影像季相大致相同，能够较好的代表研究区植被的生长状况，使植被覆盖变化具有可比性。②三峡库区湖北段的数字高程模型（DEM），选用SRTM-DEM 90m 分辨率数据。③三峡库区湖北段的行政区划边界图，包括三峡库区1：50 万的地形图，全国县界1：400 万的矢量图。研究中所采用的影像数据，来源于国际科学数据服务平台。三峡库区湖北省段宜昌县、秭归县、兴山县、巴东县行政区划边界图来源于国家基础地理信息系统网站。

利用Erdas9.2 遥感处理软件对原始遥感影像进行几何校正、图像融合、图像拼接、图像裁剪和图像增强等预处理。在Erdas9.2中先将不同波段影像叠加以获取一张假彩色合成图像，并把属于研究区内的图像予以拼接，再利用三峡库区湖北省段的边界矢量图进行切割提取，得到三峡库区湖北省段的遥感影像图。利用NDVI栅格数据和三峡库区湖北省段的边界数据，使用Arcgis10.2空间分析模块的栅格计算器功能，提取三峡库区NDVI图层的范围，计算植被覆盖度，划分不同的植被覆盖等级。根据DEM图像在Arcgis中提取坡度、高程、坡向因子。

2.2 归一化植被指数（NDVI）提取

式中NDVI为归一化植被指数，NDVIv和NDVIs分别为纯植被和纯土壤的植被指数，本研究中可用近于NDVI的最大值和最小值替代，在Arcgis中利用公式（2）反演出研究区域的植被覆盖图并划分出相应的植被覆盖等级。

植被覆盖度等级的划分主要根据研究区内植被的基本特征，参考相关的研究结果，考虑遥感图像的可解译程度以及当地的植被状况，将研究区覆盖度盖度分为5个等级：低植被覆盖（0-20%），较低植被覆盖（20%-40%），中度植被覆盖（40%-60%），较高植被覆盖（60%-80%），高植被覆盖（80%-100%）。在Acrgis 10.2软件下，通过spatial analyst tool，依据植被覆盖度灰度值对其进行密度计算，并附与相应的颜色，得到不同时期的植被覆盖度等级图（图1）。

3 结果与分析

三峡库区湖北段植被覆盖的总体特征：

2007年、2013年三峡库区植被覆盖状况整体上较好，较1987年植被覆盖度呈明显上升趋势。其中中低植被、低植被的比例较小，较高植被、高植被覆盖面积明显增加，由1987年34.83%上升到2013年的73.29%。其中，低、中低和中度植被覆盖的面积都出现了不同程度的减少，中低、植被覆盖度的面积减少，分别从1987年的2627.26 km2减少到2013年的350.74 km2，减少了87.04%；而较高和高植被覆盖的面积明显增加，从1987年的3552.15 km2增加到2013年的4011.03 km2，增幅高达112.91%。三峡库区修建之前，该区域的植被覆盖度较低，水土流失严重，1994年三峡大坝建成后，高度植被覆盖度显著增加，从1987年的30.62%到2007年的73.73%、2013年的65.26%，中高度、高度植被覆盖的面积增加趋势较为明显，植被森林状况得到恢复，对沿岸的生态环境起着重要的生态效应。可见大坝修建后，库区通过植树造林进行水土保持和生态修复，植被覆盖率较高，水土流失状况得到较大改善。

4 结论与讨论

本文利用LandsatTM、ETM的1987-2013年三峡库区湖北段的NDVI数据结合DEM数据，通过遥感方法进行动态监测和分区统计，研究了三峡库区湖北段1987-2013年植被覆盖度的年际变化特征及与地形关系。表明：

三峡库区湖北段的植被覆盖度从1987年到2007年呈明显上升趋势，低植被、中低植被显著下降，中高植被覆盖度比例大幅提升；植被覆盖度从2007年到2013年呈略微下降趋势，低植被、中低植被有上升趋势，中高植被覆盖度呈略微下降趋势，表明三峡库区湖北段近年来的植被覆盖状况有所下降，环境状况有所恶化，不利于长江流域生态环境的建设和可持续发展，应当引起我们的重视。

吴昌广等利用GIS技术提取NDVI对不同时期三峡库区植被覆盖度进行动态监测，发现库区近10年植被覆盖度呈微弱上升趋势，降水是植被覆盖度年际波动的主要因子；罗志军等以三峡库区秭归县为研究区域，分析了植被覆盖度与水土流失的关系，得出水土流失较严重的区域主要分布在人类活动频繁植被覆盖低的地方，植树造林和坡改梯有利于水土保持。可见植被覆盖变化除与地形因子相关外，还与温度、降水、土壤类型等相关，今后将进一步进行深入探讨和研究。

【参考文献】

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[责任编辑：杨玉洁]