基于MODIS数据的海河流域植被覆盖度估算及动态变化分析

吴云，曾源，赵炎，等

目的：植被覆盖度（fc）是反映地表植被覆盖状况和监测生态环境的重要指标，是研究区域或全球尺度水文、气象、生态等领域的基础数据。本文以 MODISNDVI时间序列数据为基础，利用像元二分模型估算海河流域 2000—2007年的植被覆盖度（fc），分析年最大植被覆盖度的时空变化特征，并对植被覆盖度与降雨量之间的响应关系进行深入探讨。方法：像元二分模型假设像元由植被覆盖地表和无植被覆盖地表两部分构成，所得到的光谱信息即这两种组分以面积比加权的线性组合。其中植被覆盖地表的面积比即该像元的植被覆盖度。利用归一化植被指数估算植被覆盖度的流程：首先，获得海河流域地区的NDVI、土地利用和土壤数据；基于土地利用图和土壤图，针对每个单元计算NDVI数据的频率累积值；根据频率统计表，土种单元内取累积频率为5%的NDVI值为NDVIsoil，土地利用单元内取累积频率为95%的NDVI值为NDVIveg；最后，根据计算植被覆盖度公式（1）得到各时期海河流域地区的植被覆盖度分布图。植被覆盖度动态变化分析利用海河流域2000年—2007年的年最大fc，在像元尺度上进行线性回归，得到逐像元回归斜率图，反映fc的变化趋势及幅度。为了分析海河流域植被覆盖度对降雨量的响应，分别计算植被覆盖度与不同时段降水的相关系数。正相关表示植被覆盖度随降水的增加而增大，负相关表示植被覆盖度随降水的减少而增加，或随降水的增加而减少。结果：（1）海河流域2000—2007年平原农业区植被覆盖度整体较高，fc介于 60%～80%之间；永定河上游区域植被覆盖度较低，fc小于30%。（2）近8年来海河流域植被覆盖度整体呈增呈现波动上升趋势，2000—2003年，海河流域植被覆盖度稳定在65%左右；在2003—2004年，植被覆盖度稍有增加，增幅约为6%；2004—2007年，海河流域植被覆盖度稳定在73%左右。（3）年最大fc线性拟合斜率分布表明植被覆盖度增加的区域主要分布在永定河上游、潮白河上游和大清河山区南部等地区，只有东南部的部分农田及城市扩展区，植被覆盖度有所减少。（4）海河流域植被覆盖度与当年 3—8月的降水总量相关性最高，相关系数为 0.687，该时段内的降雨量与植被覆盖度年际变化总体趋势较为相似，在绝大多数年份，两者的增减具有一致性。（5）逐像元相关分析结果表明年最大fc与当年 3—8月的降水总量呈正相关的区域分布在永定河上游、潮白河上游和大清河流域等地区，呈负相关的区域主要分布在子牙河平原、漳卫河平原南部、漳卫河山区的东北部和黑龙港运东平原的德州以北区域。（6）海河流域的西北部山区植被覆盖度与降水相关系数较高，这些地区受人类活动影响小，植被覆盖度的高低主要受降水等自然条件的影响；东南平原地区相关系数则较低，这些地区大部分为平原，土地覆盖类型为农田，并且有灌溉条件，植被覆盖度的高低主要受人类活动的影响。结论：本文基于像元二分模型估算的海河流域植被覆盖度，利用斜率法和相关系数法，对大区域植被覆盖度的动态变化及其驱动力分析进行了尝试。近8年来，海河流域植被覆盖度的整体水平呈上升趋势，但具体到不同的区域各异，西北部为林草覆盖的山区植被覆盖度增加趋势明显；东南部的部分农田区以及京、津两市的城市扩展区，植被覆盖度减少。海河流域植被覆盖度与当年3—8月的降雨量相关性最高，相关系数为 0.687。最大相关时段内的降水总量与植被覆盖度的年际变化总体趋势较为相似，在绝大多数年份，两者的增减具有一致性，但变化幅度稍有差异，说明植被覆盖度在降水这一主导因子控制下，还受其他因子的影响，如农田灌溉、水土保持等人类活动要素。

来源出版物：资源科学, 2010, 32(7): 1417-1424

入选年份：2015