京津冀一体化后衡水湖自然保护区植被覆盖度分析_江亚军.pdf

年 月 第 卷第 期收稿日期：基金项目：河北省湿地生态与保护重点实验室（筹）年度开放基金（编号：）作者简介：江亚军（），女，助理工程师，主要从事遥感应用和生态气象研究。通讯作者：李月英（），女，高级工程师，主要从事应用气象与气象服务研究。京津冀一体化后衡水湖自然保护区植被覆盖度分析京津冀一体化后衡水湖自然保护区植被覆盖度分析江亚军，刘 馨，刘珊珊，李月英（河北省深州市气象局，河北 深州 ；饶阳国家气候观象台，河北 饶阳 ；河北省武强县气象局，河北 武强 ；河北省衡水市气象局，河北 衡水 ）摘要：基于 、和 年衡水湖自然保护区 影像，采用像元二分模型获得每幅影像的植被覆盖度并结合这年衡水市桃城区 数据进行了分析。结果表明：自京津冀一体化后，衡水市桃城区经济稳步增长，在经济大幅发展的同时，衡水湖保护区整体植被覆盖度变化不大，但低、中、高植被的面积有小幅变化，变化不一。年以来，衡水湖保护区整体以植被覆盖度超过 以上的高植被为主。从 年开始，衡水湖西部低植被面积明显减少，北部低植被面积明显增多，水体面积也逐年增大。为此，提出了衡水市要加强环境生态宣传教育工作、切实维护好衡水湖自然保护区的生态环境，提升城市生态环境质量，促进人与自然和谐共生。关键词：；植被覆盖度；像元二分模型中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，；，；，）：，：，：；DOI:10.16663/ki.lskj.2022.24.016江亚军，等：京津冀一体化后衡水湖自然保护区植被覆盖度分析生态文明建设：自然与生态 引言植被覆盖度是衡量地表植被状况的一个重要指标，是描述生态系统的重要基础数据，也是区域生态系统环境变化的重要指示，对水文、生态、区域变化等都具有重要意义。植被覆盖度指植被（包括叶、茎、枝）在地面的垂直投影面积占统计区总面积的百分比。植被覆盖度可分为高、中、低种覆盖类型。较高水平的植被覆盖度可以维持地区生态平衡、缓解气候恶化，同时植被的生长发育与空间分布受自然环境和人类活动的影响。植被覆盖度的监测主要有地表实测法和遥感监测法。近几年随着遥感技术的发展和大量不同类型卫星对多时段、多波段的对地观测，为国内外学者在植被覆盖度遥感监测方面创造了有利条件，能监测较大范围的植被覆盖度，提高了监测效率，减少了监测工作中人力、物力的支出。作为估算植被覆盖度的重要参数，植被指数在各类研究中被广泛应用。植被指数是利用卫星不同波段探测数据组合而成的，能反映植物生长状况。不同的植被指数有着不同的研究意义，目前已经研究发展了 多种植被指数，但归一化差值植被指数（）仍是目前使用最广泛的植被指数。归一化差值植被指数对绿色植被表现敏感，应用领域广泛。而且常用 作参考来评价基于遥感影像和地面测量或模拟用以发展满足特定的遥感应用，如作物产量、森林开发、植被管理和探测等新的植被指数。为了获取区域地表植被覆盖状态，揭示地表植被变化及植被动态变化趋势、分析和评价区域生态环境，利用多波段、多时相遥感影像数据监测土地利用和覆盖状况已成为国内外研究和应用的热点。目前针对这一领域的研究主要有：赵红 分析了山东省不同年份春季植被指数变化以及地域间的变化并阐述了其主要影响因素。邱海军和曹明明 采用最大值合成、非参数检验法、一元线性回归变化斜率法对中国各大自然区划的植被覆盖状况做了时空变化分析。赵汗青 利用 数据对中国近年来植被覆盖动态变化及其年际变化进行了研究。庞吉林等 运用遥感对盐池县 年的植被覆盖度进行了研究。扶卿华等 基于 数据对广西区的植被覆盖度进行动态监测，分析了其空间分布及其变化规律。李聪等 也利用 对新疆 年的植被覆盖度进行比较得出了其空间分布规律。孙红雨等 利用 数据进行了对植被覆盖变化和气候因子关系的研究。等 对 年的中国北部植被覆盖变化进行了研究。环境生态问题是当今社会普遍关注的重大问题，认真解决好环境和生态破坏问题已经成为经济发展过程中非常重要的一个环节。要坚持在发展中保护，在保护中发展，实现经济社会发展与人口、资源、环境相协调。年，随着京津冀一体化建设的不断深入推进，如何利用京津冀协同发展这样一个有利契机，来实现衡水自身发展？在发展经济的同时如何兼顾生态环境不被破坏？这已经成为当地政府考虑的重要问题，也是学者们需要进一步研究的课题。研究区概况衡水湖国家级自然保护区属暖温带大陆季风气候区，四季分明，年平均气温 ，年降雨量 。保护 区 总 面 积 ，其 中 核 心 区 面 积 ，缓冲区面积 ，试验区面积 。保护区调出区域设为外围保护地带，面积 。保护区主要坐落在河北省衡水市桃城区境内，是国家 级旅游景区，也是华北平原唯一保持沼泽、水域、滩涂、草甸和森林等完整湿地生态系统的自然保护区。数据源与研究方法 数据来源本文以 卫星影像为主要数据源，获取了 年、年和 年的衡水湖自然保护区无云区域的影像，分辨率为。三幅影像比较清晰，图像质量好，选取植被最多的月份，影像日期相差最多，方位角和太阳高度角都接近，确保了地物光谱特征的一致性。美国陆地卫星计划的第八颗卫星，年月 日发射。携带陆地成像仪（）和热红外传感器（）。陆地成像仪包括个波段，包括了 传感器所 有 的 波 段，比 较 大 的 调 整 是 （），排除了 处水汽吸收特征；全色波段（）波段范围较窄，这种方式可以更好区分植被和无植被特征。遥感影像预处理遥感影像在成像时由于地球曲率、地形、传感器视角、成像投影方式等因素影响，使得影像存在几何变形。本研究因使用的是 级别数据，故省略几何校正步骤。分别对三幅影像进行辐射定标，把无量纲的 值转化为有量纲的反射率。为了消除大气以及光照等因素对地物反射的影响，获取地物的真实反射率，又对影像进行了大气校正。大气校正采用快速大气校正工具，自动从图像上收集不同物质的波谱信息，获取经验值完成高光谱和多光谱的快速大气校正，得到的结果精度近似 或者其他基于辐射传输模型的上下。做完校正之后再对影像进 年 月绿 色 科 技（）第 期行裁剪，得到衡水湖自然保护区的影像。植被覆盖度动态监测方法本文运用了像元二分模型来估算植被覆盖度，像元二分模型是一种简单的混合像元分解模型，具有一定的理论基础，输入参数简便，计算结果可靠，因而被广泛应用。首先得到三幅影像的 值，再在 的基础上根据像元二分模型定量地估算植被覆盖度。利用 对影像图的植被覆盖度范围进行分区：，根据分级统计分别计算了 年、年和 年的植被总覆盖度变化。由于研究区域水体面积过大，对影像 和 的取值有影响，根据水体判别条件，将水体去除，再利用 累计直方图，得到 和 的取值。植被指数提取植被指数增强了影像的解译能力，目前已经作为一种手段应用于作物识别、作物预报、土地利用覆盖探测以及植被覆盖密度评价等方面，是使用比较广泛的植被指数。其比值在（，）范围内。计算公式为：（）（）（）式（）中，是半球光谱反照率、地表反照率、卫星接收的辐射等的计数值。是近红外波段，是红外波段。的归一化处理，降低了由于传感器标定衰退所造成的影响。在大尺度 图像上，比较典型的地面覆盖类型很容易区分开来，植被信息也可以得到有效的突出。但是 增强了低值部分，抑制了高值部分，导致对高覆盖度地区较低的敏感性。同时 对土壤背景较为敏感，低植被覆盖度植被的 值高于裸土的 时，植被能够被检测出来，但由于植被覆盖度很低，所以 很难指示区域生物量。中植被覆盖度，的值随着生物量的增加，而呈线性增加。高植被覆盖度，值增加缓和最后呈现一个饱和的状态，对植被检测的灵敏度降低了。在 中运用 分别对其中第三通道和第四通道做归一化植被指数 的计算。（）（）（）（）（）式（）中，、分别赋给 图像中的第五波段和第四波段。植被覆盖度模型像元二分模型的基本原理是假定一个像元只由土壤和植被两部分组成，线性分解为和那么则有。设混合像元中含有植被覆盖的面积所占的比例为植被覆盖度，那么很容易得到土壤覆盖的面积所占的比例就是纯植被覆盖信息记为 ，纯土壤覆盖信息记为 ，那么：，（）。又因，故有（）（）。将 同像元二分模型相结合，则得到基于 的植被覆盖度像元二分模型：（）（）（）式（）中，为植被覆盖度，为归一化植被指数。是纯土壤覆盖像元的最小值，理论上接近零，但由于很多因素影响，比如：土壤颜色、地表湿度、土壤类型等条件的不同，也会随着而变化，但是 一般在 之间变化；是纯植被覆盖像元的最大值，理论上为，但由于植被的类型不同等外在因素，值也会改变。结果与讨论本研究中，用像元二分模型来进行植被覆盖度的估算。首先根据计算出的归一化植被指数图并结合研究区现状，和 分别取 结果中的累计频率为和 的值，为了更加明确植被覆盖度变化的趋势，需要对植被覆盖度做一些操作。植被覆盖度也经常使用分级表示，最常用的是五级表示法（，）本文亦采用该种方法，植被覆盖度五级结果图如图图所示。图 年衡水湖植被覆盖度从图图可以看出，植被覆盖度整体向高覆盖发展，自 年以来衡水湖保护区整体以植被覆盖度超过 以上的高植被为主。从 年开始，衡水湖西部低植被面积明显减少，北部低植被面积明显增多，水体面积也逐年增大。为了得到更精确的结果，运用 下的分级统计板块，得到不同分级下的像元面积，如表所示。江亚军，等：京津冀一体化后衡水湖自然保护区植被覆盖度分析生态文明建设：自然与生态图 年衡水湖植被覆盖度从表可以看出：这七年间桃城区 逐年增长，但植被覆盖度在 分级的面积变化不大，整体呈下降趋势，分级下的植被覆盖度面积逐年增加，但是增加幅度不大。、分级所占的面积先增加后减小，整体减小的幅度更大。以上的分级所占面积先减小后增加，增加的比例远大于减小的比例。根据研究需要把 划分为低植被覆盖度，划分为中植被覆盖度，以上均为高植被覆盖度。从表也可以明显得到：低、中、高植被覆盖度整体变化不大，说明整个生态环境未随着经济发展而遭到破坏，另一种意义上指示生态环境在向积极的方向发展。图 年衡水湖植被覆盖度表衡水湖保护区植被覆盖面积 年份植物覆盖度 年月 年月 年月 根据公布的统计数据，得到三年的 和对比上一年度的增长率得到表。表衡水市桃城区 年 增长率年份 万元增长率 在短期内，衡水湖自然保护区的植被覆盖度变化主要受经济活动及人口增长影响。通过对植被覆盖度变化表与衡水市桃城区 增长率变化表比对分析可发现：年，桃城区经济增长稳定，植被覆盖度整体变化也不大。年桃城区 较 年大幅增长，高植被覆盖度（以上）面积整体差距也不大，由此可推断出京津冀一体化经济快速发展，衡水湖保护区植被覆盖度整体变化不大。虽然植被覆盖度变化也受气候、降雨量等自然因素影响，但其在短期内难以造成植被覆盖度显著变化，且衡水湖保护区距离城区较远，人口增长、城区扩张等对其影响较小。但有关部门仍应重视植被覆盖度的变化，协调好经济增长与生态文明建设之间关系，构建和谐自然。结论本文运用 影像，分析提取了自京津冀一体化后衡水湖自然保护区的植被覆盖度数据，通过对研究区的植被面积变化进行分析统计，得到如下结论：自京津冀一体化后，衡水市桃城区经济稳步增长，在经济大幅发展的同时，衡水湖保护区整体植被覆盖度变化不大，但低、中、高植被的面积有小幅变化，变化不一。自然是人类生存之本，发展必须处理好人与自然的关系，遵循自然发展规律，维护生态平衡。笔者认为，衡水市要继续加强环境生态宣传教育工作、切实维护好衡水湖自然保护区的生态环境，提升城市生态环境质量，促进人与自然和谐共生。参考文献：陈效逑，王恒 年内蒙古植被带和植被覆盖度的时空变化 地理学报，（）：张钛仁，张佳华，申彦波，等 年西北地区植被变化特征分析中国农业气象，（）：路广，韩美，王敏，等 近代黄河三角洲植被覆盖度时空变化分析生态环境学报，（）：汤巧英，戚德辉，宋立旺，等基于 和 的延河流域植被覆盖度与地形因子的相关性研究水土保持研究，（）：杨静雅，李新国，闫凯，等基于遥感与像元二分模型的新疆和静县草地植被覆盖度时空变化特征研究 西 北 林 学 院 学 报，（）：田庆久，闶祥军植被指数研究进展 地球科学进展 ，（）：（下转第 页）陆怡然：云南轿子山植被多样性保护措施研究生态文明建设：自然与生态 结语本文研究了云南轿子山植被多样性现状及生态