基于NDVI的黄河三角洲植被覆盖度动态变化研究

鲁东大学学报（自然科学版）　Ｌｕｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｊｏｕｒｎａｌ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　２０１３，２９（３）：２５０—２５４　

基于ＮＤＶＩ的黄河三角洲植被覆盖度动态变化研究　

张鲁滨，崔青春，王富喜，袁　昭，李　帅　

（鲁东大学地理与规划学院，山东烟台２６４０３９）　

摘要：植被覆盖度是研究地表植被状况的重要指标，以黄河三角洲为研究区域，利用该地区１９９５年、２００４年　和２０１０年的三期Ｌａｎｄｓａｔ一５ＴＭ影像数据，提取ＮＤＶＩ，采用像元二分模型，反演植被覆盖度及动态变化趋势，并　对植被覆盖度变化的原因进行了浅析．研究结果表明，黄河三角洲地区自１９９５年以来随着耕地面积的增加，　以及由于当地政府对生态环境保护的重视，落实环境保护政策，植被覆盖度整体上有了明显提高，Ｉ级植被　面积从１９９５年的２０３．８２１２　ｋｍ　增加到２０１０年的１０５５．６６９４　ｋｍ　，生态环境有了较大的改善．另一方面，随着　的城市的快速发展，建筑用地及工业用地的增加，出现了局部地区植被退化，植被覆盖度降低．　关键词：ＮＤＶＩ；植被覆盖度；动态变化；黄河三角洲　中图分类号：Ｑ９４８；ＴＰ７９　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７３—８０２０（２０１３）０３－０２５０－０５　

植被覆盖度是指植被冠层的垂直投影面积与　土壤总面积之比，即植土比　Ｊ．它是衡量地表植　

被覆盖的一个最重要的指标．在生态环境系统中，　植被覆盖状况在很大程度上影响甚至直接决定着　

区域生态环境中的第一性生产力、环境承载力、环　

境洁净与美化、水土流失强度等生态环境系统的　状态与功能　』．以植被覆盖度为指标研究区域植　

被的时空动态特征，是生态系统健康评价的前提　和必要基础　．　目前估算植被覆盖度的方法主要有两种　Ｊ，　

即地表实测法和遥感监测法．地表实测法既耗时　又具有很大的不确定性，不利于大范围的植被信　

息提取．而采用遥感监测法可以高效快速的、大面　积的对区域植被信息进行提取．遥感量测法即利　

用遥感技术提取研究区的植被光谱信息，再将其　

与植被覆盖度建立相关关系，进而获得植被覆盖　度　Ｊ．随着遥感对地观测技术的发展，国内外应　

用遥感技术进行了大量的植被覆盖研究．Ｐａｌｍｅｒ　和ｖａｎ　Ｒｏｏｙｅｎ利用Ｌａｎｄｓａｔ　ＴＭ数据对喀拉哈里　

沙漠南部的植被覆盖进行了分析　；赵强等基于　

Ｌａｎｄｓａｔ　ＴＭ数据对潮白河地区植被覆盖变化进行　

研究　；江振蓝和沙晋明利用多时相ＴＭ图像分　

析福州市地表植被的变化　．　黄河三角洲地理区位条件优越，自然资源丰　富，生态系统独具特色，拥有世界上最年轻、最具　特色的湿地资源．研究黄河三角洲地区的植被覆　

盖情况及其动态变化，对整个区域的生态经济建　设具有重要的意义．张高生等　利用ＲＳ和ＧＩＳ　

技术曾对黄河三角洲植被覆盖进行过研究，侯本　栋等　、王海梅等¨　也对黄河三角洲的植被分　

布和演替进行了分析．本文在前人研究的基础上　

利用１９９５年、２００４年和２０１０年三期ＴＭ影像数　

据，应用像元二分模型，采用归一化植被指数　（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｉｎｄｅｘ，ＮＤＶＩ）计　

算了不同时期黄河三角洲地区的植被覆盖度，对　其进行了动态变化分析，并进一步分析了植被覆　

盖度变化的原因．　

１研究区概况　

黄河三角洲位于渤海湾南岸和莱州湾西岸，　

以山东省东营市垦利县宁海为轴点，北起套尔河　

口，南至淄脉河口，向东撒开的扇状地形，海拔高　程低于１５　ｍ，面积达５４００多平方公里，地理坐标　

在东经１１８。０７　～１１９。２３　和北纬３６。５５　一３８。１６　

之间．行政区域上包括东营市的垦利县、河口区、　

东营区、利津县、广饶县的一部分，以及滨州市沾　

化县的四个乡和无棣县的小部分地区．　

收稿日期：２０１３—０３—１９；修回日期：２０１３－０５—２６　作者简介：张鲁滨（１９８６一），男，山东滨州人。硕士研究生，研究方向为人文地理学。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｅｎｇｂｉｎｇ７８０９＠１２６．ｃｏｍ。　通讯作者：崔青春（１９７７一），男，山东平邑人。讲师，硕士，主要从事资源环境遥感方面的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｕｉｑｉｎｇｃｈｕｎ—ｙｔ＠１２６．ｃｏｎ。

　第３期　张鲁滨，等：基于ＮＤＶＩ的黄河三角洲植被覆盖度动态变化研究　

黄河三角洲地处中纬度，背陆面海，受亚欧大　

陆和太平洋的共同影响，属于暖温带半湿润大陆　性季风气候．四季分明，气温适中，年均温　

１２．３￣Ｃ，历年平均降水量为５４２．３　ｍｍ，降水多集　

中在夏季，占６３．９％，年平均蒸发量为　１９２６．１　ｍｍ，蒸发降水比为３．６：１；全年平均１３照　

时数为２７２８．５　ｈ，平均无霜期为２１０ｄ．该区属黄　河冲积、海积平原区，微地貌较发育，形态复杂，类　

型较多．土壤共５个图类、９个亚类、１５个土属、７３　

个土种．土壤有机质含量较低，氮素不足，磷素缺　乏，钾素较高，氮、磷、钾比例失调．区内无地带性　

植被类型，木本植物较少，以草甸景观为主体．天　

然植被以滨海盐生植被为主，主要分布黄须菜、柽　柳、马绊草、芦苇、白茅等．　

２研究方法　

２．１数据来源　

本文所用数据为黄河三角洲地区１９９５年、　２００４年和２０１０年３个时相的ＴＭ遥感影像数据，　

这三景遥感影像数据都是通过网络获取的　，研　究区的遥感影像数据（表１）．背景资料为东营市　

和滨州市的１：１０万地形图．　表１遥感影像参数　

２．２影像预处理　

２．２．１辐射定标　辐射定标是将传感器记录的电压或数字值转　

换成绝对辐射亮度的过程　，消除传感器本身产　生的误差．首先根据公式¨　

，　一，　＝———二　坠—　Ｌ一・（ＱＣＡＬ—ＱＣＡＬ　ｉ　）＋Ｌ．，．ｉ　，　ＱＣＡＬ　一ＱＣＡＬ　ｉ　’　

将初始的ＤＮ值转换为辐射亮度值．式中，￡为某　个像元的辐射亮度值（Ｗ・ｍ～・ｓｒ～・ｉｘｍ　），　

ＱＣＡＬ为某一像元的ＤＮ值，对Ｌａｎｄｓａｔ．５的ＴＭ数　

据ＱＣＡＬ　和ＱＣＡＬ　ｉ　分别取２５５和０，Ｌ…和　ｉ　

为传感器的当期参数．　

然后根据公式ｐ　，将辐射亮度　值转换为大气表观反射率．式中，Ｐ为大气层顶表　

观反射率，Ｄ为日地之间的距离，ＥＳＵＮ为大气层　顶的平均太阳光谱辐照度（Ｗ・ｉｎ～・　ｍ　），０为　

太阳的天顶角．　２．２．２校正和配准　为了消除可见光和近红外波段电磁辐射在传　

输的过程中受到大气分子、水汽、气溶胶和云粒子　等大气成分的吸收与散射的影响，本文采用６Ｓ模　

型对可见光和近红外波段进行了大气辐射校正，　

获取地表的真实反射率．然后利用１９９９年校正好　的遥感影像作为基图，采用控制点方法将遥感影　

像进行几何配准，并将其统一到ＵＴＭ／ＷＧＳ８４的　

坐标系中．地面控制点选取较易识别、分布均匀的　同名特征点３０个，采用双线性内插法对影像进行　

３０Ｉｌｌ重采样，达到总均方根误差ＲＭＳ≤０．５个　像元．　

２．２．３影像裁剪　

根据研究的需要，进行对研究区的裁剪．在此　利用ＥＮＶＩ软件下的ＲＯＩ　Ｔｏｏｌ进行不规则裁剪，　

得到研究区的影像图（图ｌ，见封三）．　

２．３植被覆盖度反演　

２．３．１　ＮＤＶＩ（归一化植被指数）的计算　植被指数，又称光谱植被指数，是指由遥感传　

感器获取的多光谱数据，经线性和非线性组合而　构成的对植被有一定指示意义的各种数值¨　．色　

物叶子的细胞结构在近红外波段具有高反射，其　

叶绿素在红光波段具有强吸收，因此通常是用红　

外波段和近红外波段通过数学运算进行线性或非　线性组合得到的数值，用以表征地表植被的数量　

分配和质量情况．常用的植被指数有很多种，目前　

已经定义了４０多种植被指数，如比值植被指数、　归一化植被指数（ＮＤＶＩ）、差值植被指数、垂直植　

被指数、环境植被指数等．本文选用归一化植被指　数（ＮＤＶＩ）进行植被覆盖度的提取，ＮＤＶＩ是植被　生长状况及植被覆盖度的最佳指示因子¨　，定　

义为　

ＮＤＶＩ：　二墨．　Ｖ』　＋　此计算过程通过ＥⅣｗ遥感影像处理软件来完　

成，利用反射率图像计算出ＮＤＶＩ，得到不同时相　

ＴＭ影像的ＮＤＶＩ灰度图（图２）．

　第３期　张鲁滨，等：基于ＮＤＶＩ的黄河三角洲植被覆盖度动态变化研究　２５３　

主要转移为Ｉ级植被，为３７．０４４％，负向转移为　１６．２６７％；１１１级植被正向转移４１．５８３％，负向转　

移１９．３１６％；ＩＶ级植被主要转移为Ⅲ级植被，为　

１３．８３２％．整体来看，正向转移面积为　

１６６６．３２８４　ｋｍ　，负向转移面积为６８５．３８６０　ｋｍ　．　以上结果表明１９９５年到２００４年间，大部分地区　盖，植被覆盖度明显提高，但也有部分植被发生负　

向转移，说明植被有局部退化现象．从表５中可以　

看出，２００４年到２０１０年间，Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级植被　发生正向转移面积为１１１５．７２１９　ｋｍ　，Ｉ级、Ⅱ级、　

Ⅳ级发生负向转移面积为８６０．２０６５　ｋｍ　．由此可　

见，在２００４—２０１０年间植被较多的发生正向转　植被发生正向转移，从低植被覆盖转向高植被覆　移，植被和生态环境向好的方向发展．　

表４　１９９５～２００４年植被覆盖等级变化转移矩阵　

３・３植被覆盖变化原因分析　４　结语　

自１９９５年来黄河三角洲地区的植被覆盖有　了明显提高，经过实地调查表明主要原因是当地　

政府的生态环境保护政策．国务院于１９８３年批准　建立了东营市，自建市以来，东营市一直坚持“在　

保护中开发，在开发中保护”的方针，科学规划，　

合理布局，实施经济与人口、资源、环境的协调发　展．并于１９９２年１０月建立山东黄河三角洲国家　

级自然保护区，加强规划管理，健全法律法规，加　大宣传教育，对维护地区生态平衡和发展产生了　

巨大的推动作用，生态环境得到了良好的改善．　

另外，人口、经济等社会因素对黄河三角洲地　

区的植被覆盖变化也有一定的影响．１９９５年东营　市人口总数约为１６４万人，２００６年末为１８１．８万　人，２００８年末为２００．５万人．人口的增加推动耕　

地面积随之增加，１９９５年东营市耕地面积约为１８　

万公顷，２００４年为２２．８２万公顷，２０１０年的耕地　面积也有较大的增加，这是１９９５～２０１０年间Ｉ级　

植被面积有较大增加的主要原因．随着人口的增　

长和和经济实力的增强，城市化水平不断提高，致　

使居民地、建筑交通用地及工业用地增加，从而Ｉ　

级、Ⅱ级、Ⅲ级植被转移为Ⅳ级植被，Ⅳ级植被覆　盖面积增加．　本文利用提取遥感影像数据与实地测量相结　

合的方法，对１９９５年、２００４年和２０１０年三个时　期的黄河三角洲地区植被覆盖度动态变化进行分　

析，充分利用遥感影像在植被覆盖度监测中的优　势，进一步验证了遥感技术在植被覆盖度动态变　

化监测中的重要作用．结果表明黄河三角洲地区　

从１９９５年以来植被覆盖有明显提高趋势，在本文　所研究的１５年时间内Ｉ级植被面积增加　

８５１．８４８２　ｋｍ　，１１级植被面积增加１５０．１４３４　ｋｍ　，　

四个等级的植被覆盖度中，Ｉ级植被共有　

３４．７６８％转移为Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级植被，Ⅱ级植被　主要转移为Ｉ级植被，Ⅲ级植被有明显向Ｉ级、Ⅱ　级转移趋势，Ⅳ级植转移为Ⅲ级植被的比率也较　

高，总体看来正向转移面积共２７８２．０５０３　ｋｍ　，负　

向转移共１５４５．５９１６　ｋｍ　．从研究结果看，黄河三　角洲地区密灌木地、密林地、中高产草地等Ｉ、Ⅱ