全 文 ：第 34卷 第 5期 生 态 科 学 34(5): 2328
2015 年 9 月 Ecological Science Sep. 2015

收稿日期: 2014-10-29; 修订日期: 2015-06-07
基金项目: 中国科学院地理科学与资源研究所国家科技支撑计划课题(2012BAH33B00)“扶贫空间信息系统关键技术及其应用”
作者简介: 刘汉生(1990—), 男, 湖北省黄冈人, 硕士研究生, 主要从事区域资源开发与利用研究, E-mail: liuhanshenghs@163.com
*通信作者: 吴宜进, E-mail: wuyijin@mail.ccnu.edu.cn

刘汉生, 吴宜进, 张永利, 等. 湖北省黄冈市欠发达地区植被覆盖度时空特征分析[J]. 生态科学, 2015, 34(5): 2328.
LIU Hansheng, WU Yijin, ZHANG Yongli, et al. Analysis of spatial-temporal characteristics of vegetation coverage in under-
developed area of Huanggang City, Hubei Province[J]. Ecological Science, 2015, 34(5): 2328.

湖北省黄冈市欠发达地区植被覆盖度时空特征分析
刘汉生 1,2, 吴宜进 1,2,*, 张永利 1,2, 王留林 1,2
1. 华中师范大学 地理过程分析与模拟湖北省重点实验室, 湖北, 武汉 430079
2. 华中师范大学 城市与环境科学学院, 湖北, 武汉 430079

【摘要】 运用黄冈市 2000、2005 和 2010 年 3 期的 LandsatTM 和 LandsatETM+遥感数据, 采取像元二分模型, 进行植
被覆盖度计算并分析其时空特征, 同时将植被覆盖度与坡向、坡度、高程进行叠加, 进一步探讨地形因子对植被覆盖
度分布的影响。研究表明: (1)2000—2010 年黄冈市植被覆盖度呈现出先上升后退化趋势, 植被状况整体上表现为趋向
恶化; (2)东部植被覆盖空间分布较高, 中南部植被覆盖状况较稳定, 而北部和中西部植被覆盖状况相对较低; (3)植被
覆盖度在阴阳坡分布较稳定, 植被覆盖度分布密集区域主要集中在高程为 300 米、坡度为 15-25的区域内。研究结论
对推进黄冈市植被资源可持续利用与管理具有重要借鉴意义。

关键词：欠发达地区; 植被覆盖度; 植被指数; 时空特征
doi:10.14108/j.cnki.1008-8873.2015.05.004 中图分类号：Q948.15 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2015)05-023-06
Analysis of spatial-temporal characteristics of vegetation coverage in under-
developed area of Huanggang City, Hubei Province
LIU Hansheng1,2, WU Yijin1,2,*, ZHANG Yongli1,2,WANG Liulin1,2
1. Key Laboratory for Geographical Process Analysis & Simulation, Hubei Province, Central China Normal University, Wuhan
430079, China
2. College of Urban and Environment Science, Central China Normal University, Wuhan 430079, China
Abstract: The spatial-temporal characteristics of of Huanggang City are analyzed based on Landsat TM/ETM+ data of in 2000,
2005 and 2010. Vegetation coverage is calculated by two components sub-pixel model, and then its impact on the distribution of
terrain factors such as slope direction, slope to elevation was explored. The results showed that vegetation coverage in Huanggang
City form 2000 to 2010 was first increased and then decreased, and it was deterioration as a whole. Spatial distribution of
vegetation coverage showed that the east was higher; south-central was stable, while the northern and Midwestern wasps relatively
low. Vegetation coverage of the shady slope and sunny slope was stable, and the density areas were mainly concentrated in the
height of 300 meters and slope of 15-25 degrees. These conclusions play a significant role in promoting the sustainable utilization
and efficient management of vegetation resources in Huanggang City.
Key words: less developed areas; vegetation coverage; NDVI; spatial-temporal characteristics
1 前言
欠发达地区是指受历史、区位、观念等条件的
限制和不平衡发展战略的影响, 社会经济水平和潜
力与发达地区存在一定差距, 生产力发展较落后,
科技水平还不先进的区域[1]。黄冈作为中部欠发达
24 生 态 科 学 34 卷

地区之一, 在贫困落后和环境恶化压力下, 生态环
境面临较大压力。进行地表植被覆盖度时空动态变
化研究, 对植被资源可持续利用与生态环境保护具
有重要意义。
植被覆盖度定义为植被(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 [2],
对区域生态环境的变化具有重要影响。近年来, 随
着气候变化和人类活动加剧 , 地表土地利用 /覆
盖、植被分布发生显著变化[34], 成为全球变化研
究的重要方面。由于归一化植被指数(NDVI)在时
效、尺度上的优越性[5], 目前基于 NDVI 研究区域
植被覆盖度得到国内外学者广泛应用[69]。陈云浩
等 [10]利用等密度模型和变密度模型, 计算和分析
北京海淀区植被覆盖度及其景观变化过程; 高志
海等[11]基于空间分析模型对 1987—2001 年民勤绿
洲植被覆盖度进行定量监测, 通过植被覆盖的转化
过程揭示植被覆盖度动态变化特点和规律; 李双
双等[12]在数理分析方法支持下分析气候变化和人
类活动对陕甘宁地区植被覆盖时空变化特征影响
及其变化趋势; 包刚等[13]探讨近 10 年蒙古高原平
均 NDVI 时空变化特征, 并通过平均 NDVI 季节变
化与气候变化相关性研究分析气候变化对植被覆
盖度季节影响。
就目前研究现状来看, 结合地形因子完全反映
植被覆盖真实状况的三维研究的较少, 故基于黄冈
市 2000、2005 和 2010 年遥感数据, 计算各时期植
被覆盖度并进行时空特征分析, 将植被覆盖度与坡
度、坡向、高程叠加, 揭示了地形因子下植被覆盖
度分布特征, 以期为研究区植被恢复重建和生态环
境保护提供理论依据。
2 研究区概况与数据来源
2.1 研究区概况
黄冈市地处湖北省东南部, 大别山南麓, 长江
中游北岸 , 位于 E114°25— 116°8, N29°45—
31°35。属于副热带湿润季风气候, 光照丰富, 雨
量充足。北部和东部为大别山低山丘陵, 海拔多在
500—800 m; 中部为丘陵区, 地势高低起伏; 南
部为狭长的平原湖区, 河港、湖泊交织。全市国土
面积 17446 km2, 现有林业用地面积 7160 km2, 森
林覆盖率为 43%, 植被类型众多, 物种多样性丰
富[14], 在全省生态建设和长江流域生态安全中占
有重要地位。作为大别山革命老区, 人口众多、底
子薄 , 社会经济发展落后 , 生态限制开发和社会
经济发展矛盾突出。近年来, 部分地区非法占用林
地、滥伐林木现象较突出, 严重破坏了森林资源,
导致水土大量流失, 生态环境趋于恶化。进行本区
研究, 对指导生态环境评价和管理、实施主体功能
区规划和促进林业资源可持续开发利用具有重要
意义。
2.2 数据来源与处理
本文选取国际科学数据服务平台的黄冈市
2000、2005 和 2010 LandsatTM 和 LandsatETM+
遥感数据, 三个时相影像空间分辨率为 30 m, 遥
感影像为植被生长茂盛的 9 月, 运用 ERDAS 进行
波段合成、几何校正、拼接、图像裁剪等数据预处
理。基于全国县界 1︰400 万矢量图, 运用 ArcGIS
获取研究区边界 , 并结合 ERDAS 对预处理的
遥感影像不同波段进行处理 , 提取遥感影像植
被指数; 选用 SRTM-DEM 90m 分辨率数据, 在
ArcGIS 中用黄冈市边界线切割 DEM 数据, 在空
间分析工具中获取研究区坡向、高程、坡度等地
形因子数据。
3 研究方法
3.1 归一化植被指数
关于植被指数常用的有归一化植被指数NDVI[15]、
归一化绿度植被指数 GNDVI[16]、比值植被指数
RVI[17]、土壤调整植被指数 SAVI[18]和增强型植被指
数 EVI[19]等。其中, NDVI 是目前使用最广泛、效果
较好的一种方法。
归一化植被指数(NDVI)较好地反映了植物生长
状况及空间分布特征[20], 在植被分类和覆盖度研究
方面得到广泛应用。NDVI 提取主要是利用植被吸
收红外波谱段, 而对近红外波谱段敏感的特性, 对
波段进行组合而成, 计算公式为:
( ) ( )NDVI NIR R NIR R   (1)
式中, NIR 为近红外波段的反射率, R 为红光波段的
反射率。
3.2 植被覆盖度计算
植被覆盖度和 NDVI 之间的线性相关关系极为
显著, 一般在二者之间建立相互转换关系, 可以提
5 期 刘汉生, 等. 欠发达地区植被覆盖度时空特征分析 25

取植被覆盖度信息[21]。其基本原理是假定每个像元
信息所对应的地表单元仅为植被和裸地, 每个像元
的归一化植被指数 NDVI 是植被和裸地所对应的
NDVI 值的加权和, 而其权值即为两种覆盖类型在
像元内的面积百分比[22]。结合 NDVI 和像元二分模
型, 得到基于 NDVI 的植被覆盖度像元二分模型,
计算公式如下[23]:
soil( ) /( )C veg soilF NDVI NDVI NDVI NDVI   (2)
式中, Fc 为植被覆盖度, NDVIsoil 为完全裸土或无植
被覆盖 NDVI 值; NDVIveg 为全植被覆盖像元的
NDVI 值。
在实地应用中, 由于植被覆盖状况随土地利用
类型而变化, 缺少大面积的地面实测数据以作参
考。因此, 根据遥感影像上 NDVI 的灰度分布, 本
文选取 0.5%置信度截取 NDVI 的上下限阈值分别
近似代表 NDVIveg 和 NDVIsoil [24]; 在实际计算过程
中, 本文 NDVIsoil 值取影像中裸露样地 NDVImin 值,
NDVIveg 值取影像中全植被覆盖样地 NDVImax 值
[25](见表 1)。在 ArcGIS10.0 中运用栅格计算器, 根据
式(2)进行图像运算, 可得研究区 2000、2005、2010
年的植被覆盖度分布情况。
参考相关文献阈值[5,26], 并考虑遥感影像的可
解译程度以及研究区植被状况等, 将植被覆盖度分
为 5 级: 低植被覆盖度(Ⅰ级 0—0.2)、较低植被覆盖
度(Ⅱ级 0.2—0.4), 中度植被覆盖度(Ⅲ级 0.4—0.6)、
较高植被覆盖度(Ⅳ级 0.6—0.8)、高盖度植被覆盖度
表 1 植被覆盖度模型中 NDVImin 和 NDVImax值
Tab. 1 The values of NDVImin and NDVImax in the vegeta-
tion coverage model
评价影像 NDVImin NDVmax
2000 年 –0.6 0.734848
2005 年 –0.421687 0.72
20010 年 –0.807229 0.985714
(Ⅴ级 0.8—1)。在 ArcGIS10.0 中, 依据植被覆盖度
灰度值进行密度计算, 得到各时期植被覆盖度等
级图 (图 1), 并统计各等级植被覆盖度变化面积
(表 2)。
4 结果与分析
4.1 黄冈市植被覆盖时间变化特征
2000—2005 年黄冈市植被覆盖度处于上升趋势,
呈现出良好态势, 而 2005—2010 年植被覆盖度则表
现为退化趋势, 其植被状况明显呈现出恶化趋势
(图 1)。其中, 2005 年对比 2000 年低植被覆盖度面积
减少了 2.17%, 较低植被覆盖度面积减少了 5.05%,
中度植被覆盖度面积减少了 3.99%、较高植被覆盖
度面积增加了 2.04%, 高盖度植被覆盖度面积增加
了 9.17%; 2010 年对比 2005 年低植被覆盖度面积增
加了 13.94%, 较低植被覆盖度面积增加了 36.18%,
中度植被覆盖度面积减少了 6.29%、较高植被覆盖
度面积减少了 16.42%, 高盖度植被覆盖度面积减少

图 1 黄冈市 2005—2010 年植被覆盖度分布图
Fig. 1 Fraction image of vegetation coverage in Huanggang City from 2000 to 2010
26 生 态 科 学 34 卷

表 2 2000—2010 年黄冈市植被覆盖度变化面积
Tab. 2 The area change of vegetation coverage in Huanggang City from 2000 to 2010
植被等级 阈值 2000 年/% 2005 年/% 2010 年/%
Ⅰ 00.2 4.35 2.18 16.12
Ⅱ 0.20.4 11.25 6.20 42.38
Ⅲ 0.40.6 20.01 16.02 9.73
Ⅳ 0.60.8 27.26 29.30 14.68
Ⅴ 0.81 37.13 46.30 17.09

了 29.21%(表 2)。从总体上可以看出, 近 10 年来低
植被、较低植被覆盖度增加, 但中度植被、较高植
被、高植被覆盖度减少比例更大, 研究区植被状况
整体上处于退化较严重状态。
4.2 黄冈市植被覆盖度空间特征
从图 1 中可以看出, 2000—2010 年黄冈市植被
覆盖空间分布较高区域主要在东部, 尤其是大别山
自然保护区, 中南部植被覆盖较稳定, 而北部和中
西部植被覆盖相对较低。2000 年西北部植被覆盖度
较低, 植被状况退化严重, 到 2005 年研究区植被状
况整体上相对 2000 年有所好转, 尤以植被退化较严
重的西北部最显著, 可见这一阶段政府加大实施退
耕还林还草和人工造林等植被保护力度[27], 取得了
阶段性效果; 但至 2010 年经济较发达的中西部和南
部地区, 植被覆盖呈恶化趋势, 表明随着社会经济
的快速发展, 植被状况一定程度受到人类活动的干
扰。人口的快速增长、城镇化的发展和对土地资源
的不合理开发利用改变了地表植被状况[28], 是导致
研究区植被覆盖度变化的主要因素。
4.3 地形因子影响下植被覆盖度特征
4.3.1 坡向因子下植被覆盖度分布特征
地形差异是植被覆盖空间分布格局分异的重要
影响因子[29], 为探讨研究区山地丘陵为主的地形对
植被覆盖影响, 将各时相的植被覆盖等级图栅格数
据与坡向分级栅格数据进行叠加运算, 得到各等级
植被覆盖在阴阳坡分布面积(表 3)。2000—2010 年黄
冈市各等级植被覆盖度在阴坡和阳坡所占比例较稳
定, 阴坡所占比例在 45%左右, 阳坡所占比例在
55%左右, 说明坡向因子对植被覆盖影响较小, 但
各等级植被覆盖分布在阴阳坡的变化明显不同。其
中, 低植被、较低植被、中度植被覆盖度的面积在
阴坡呈增长趋势, 而较高植被、高植被覆盖度的面
积则为下降趋势, 各等级植被覆盖度的面积变化在
阳坡恰好与阴坡相反。
4.3.2 高程因子下植被覆盖度分布特征
将各时相的植被覆盖等级图栅格数据与高程分
级的栅格数据进行叠加运算, 得到各等级植被覆盖
在不同高程下的分布面积(表 4)。2000—2010 年各等
级植被覆盖度的面积都主要分布在小于 300 的高程
范围内, 这与研究区小于 300m 的区域所占比例高
达 81.90%密切相关, 在这个高程范围内各等级植被
覆盖度的面积随着植被等级的升高其所占的比例在
下降, 而其它高程范围里各等级植被覆盖度的面
积则呈现出相反趋向。另外, 随着高程的升高各等
级植被覆盖度的面积都表现为持续减少, 尤其以
300 m 为分界线变化十分显著, 说明植被覆盖度密
集区域主要集中在低海拔地区, 高程因子对研究区
植被覆盖具有重要影响。

表 3 坡向因子下各等级植被覆盖度分布面积
Tab. 3 The distribution area of all levels of vegetation coverage under the influence of slope factor
坡向 阴坡 阳坡 阴坡 阳坡 阴坡 阳坡
植被等级 2000 年/% 2005 年/% 2010 年/%
Ⅰ 42.77 57.23 46.31 53.69 46.31 53.69
Ⅱ 45.65 54.35 53.09 46.91 53.09 46.91
Ⅲ 46.75 53.25 48.79 51.21 48.79 51.21
Ⅳ 49.24 50.76 48.04 51.96 48.04 51.96
Ⅴ 43.94 56.06 42.42 57.58 42.42 57.58
5 期 刘汉生, 等. 欠发达地区植被覆盖度时空特征分析 27

表 4 高程因子下各等级植被覆盖度分布面积
Tab. 4 The distribution area of all levels of vegetation coverage under the influence of elevation factor
高程/m ＜300 300600 600900 9001200 >1200
植被等级 2000 年/%
Ⅰ 91.16 7.73 0.95 0.15 0.02
Ⅱ 83.65 14.83 1.28 0.20 0.05
Ⅲ 66.41 31.27 2.03 0.25 0.04
Ⅳ 43.25 51.83 4.48 0.39 0.05
Ⅴ 18.45 60.41 17.89 2.84 0.40
2005 年/%
Ⅰ 98.75 1.0 0.20 0.04 0.01
Ⅱ 97.73 1.91 0.30 0.06 0.01
Ⅲ 96.38 3.21 0.34 0.06 0.01
Ⅳ 89.30 9.70 0.88 0.10 0.01
Ⅴ 60.35 30.29 7.96 1.23 0.17
2010 年/%
Ⅰ 97.79 1.49 0.57 0.14 0.01
Ⅱ 94.91 3.66 1.08 0.30 0.06
Ⅲ 91.33 7.02 1.33 0.27 0.06
Ⅳ 84.24 13.01 2.32 0.36 0.06
Ⅴ 58.36 32.28 8.08 1.14 0.14

4.3.3 坡度因子下植被覆盖度分布特征
为深入分析研究区植被覆盖度在坡度因子影
响下的分布情况, 对 2000—2010 年该区域遥感影
像中逐像元的植被覆盖度和坡度进行了相关性分
析(表 5)。2000—2010 年 0°—5°坡度范围内各等级
植被覆盖度的相关系数平均值达到0.923, 说明在
这个坡度范围内随着植被等级的升高植被覆盖度所
占的比例在下降, 而大于 5°的各等级植被覆盖度与
坡度的相关系数都较高。其中, 最高的是 15°—25°
为 0.989, 可知在这个坡度范围各等级植被覆盖度与
坡度有很高的相关性, 各等级植被覆盖度所占比例
较大。由此可见, 坡度因子对研究区各等级植被覆
盖度的影响程度较大, 且主要集中分布在坡度为
1525范围内。
5 结论与讨论
(1) 从时间变化上看, 2000—2010 年黄冈市植
被覆盖度总体上呈现出先升后降的趋势, 植被覆盖
状况整体上退化较显著, 其中植被覆盖退化的区域
大于植被改善的区域。大别山及其所在地黄冈市作
为湖北省重要生态屏障, 对维护生态安全、推进生
态文明建设具有重要作用, 植被状况的退化势必影
响区域生态环境。
(2) 从空间分布上看, 研究区植被覆盖度具有
明显的空间异质性, 总体上呈现出东部高、中南部
稳定、北部和中西部低的特征; 其中, 2000—2005 年

表 5 2000—2010 黄冈市坡度与各等级植被覆盖度的相关系数分析
Tab. 5 The correlation between slope and all levels of vegetation coverage in Huanggang City from 2000 to 2010
坡度/ｏ 05 510 1015 1525 >25
年份 相关系数
2000 –0.877 –0.309 0.902 1 0.975
2005 –0.936 0.115 0.980 0.979 0.951
2010 –0.957 0.683 0.986 0.988 0.914
平均值 –0.923 0.163 0.956 0.989 0.947
28 生 态 科 学 34 卷

植被覆盖呈现出良好态势, 2005—2010 年趋于明显
退化。因此, 必须大力植树造林、封山育林, 同时兼
顾产业发展和生态建设, 促进植被资源合理开发利
用和林业可持续发展, 加强林业生态建设与保护。
(3) 地形因子对植被覆盖度空间分布影响较大。
坡向因子对植被覆盖度分布的影响表现在各等级植
被覆盖在阴阳坡的变化差异上; 各等级植被覆盖主
要集中在低于 300 米的范围内, 且随着高程的上升
植被覆盖度分布面积明显减少; 大于 5°的各等级植
被覆盖度与坡度的相关性较高, 各等级植被覆盖主
要分布在 15°—25°的区域。
(4) 本文运用像元二分模型, 计算和分析了研
究区植被覆盖度及其时空特征, 探讨地形因子对植
被覆盖度空间分布的影响, 研究结果对正确认识植
被覆盖的变化状况、加强地区生态环境建设与保护
具有一定意义。但对于影响植被覆盖的变化原因以
及各区域植被变化具体差异的分析尚存在局限性,
后续还需进一步深入研究。
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