全 文 ：林业科学研究!"#$%!"&""#$":% "*#
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!!文章编号!$##$($)&""#$%##"(#":%(#:
长株潭核心区植被覆盖度动态监测与分析
李!毅$! 杨仁斌$! 伍格致"! 毕军平V! 易!敏V! 胡文敏$
"$.湖南农业大学资源环境学院!湖南 长沙!$#$"&+ ".湖南农业大学商学院!湖南 长沙!$#$"&+
V.湖南省环境监测中心站!湖南 长沙!$####
收稿日期$ "#$($$($#
基金项目$ 环保部全国生态环境十年""###*"#$##变化遥感调查与评估项目***湖南专项("专题编号$>L>c(#%($&#
作者简介$ 李!毅"$)*)*#!男!汉族!湖南耒阳人!讲师!在读博士!主要研究方向为土地利用变化%环境系统评价) /(01,2$F,KA@59
$:V.;70.
摘要!以 "### 年J15HA1D%%"#$V 年J15HA1D& 两个时相遥感影像!利用像元二分法模型反演获得 " 个时期的植被覆盖
度!并通过研究区域内 " 期植被覆盖度的时空变化特征%近 $V 年的区域植被覆盖度转移矩阵%植被改善_退化状况
及驱动力!定量分析了长株潭核心区 $V 年植被覆盖度的时序变化和空间分布特征) 研究结果表明$长株潭核心区
近 $V 年植被覆盖度保持总体稳定并有所改善!平均覆盖度由 "### 年的 #.%*V ) 上升到 "#$V 年的 #.:#$ %!植被退
化区主要集中在长沙%株洲%湘潭 V 市城区及周边区域!另外长株潭绿心区植被覆盖度也有小幅下降+长株潭核心区
植被覆盖与气候变化有一定关联!但人口增长%土地利用类型变化%城市化进程以及政策等人为因素是影响植被覆
盖变化的主要因素)
关键词!遥感监测+植被覆盖度+长株潭核心区
中图分类号!S&V% 文献标识码!?
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林!业!科!学!研!究 第 "& 卷
植被对能量平衡%生物化学循环和区域微气候
起着重要调控作用,$ W- ) 近 $V 年来!由于全球气候
变化及人类活动影响!长株潭核心区植被覆盖随之
发生了较大变化!因此定量测定研究区内植被覆盖
度!分析植被覆盖度动态变化情况!对探究引起变化
的原因及评估植被演化的方向有着重要的现实
意义,% W*- )
局部植被盖度测定可通过地面实际测量获取!
但区域级的植被覆盖测量通常采用遥感方法估算
,& W$#-
) 当前!像元分解法%经验模型法和植被指数
法是常用植被盖度遥感估算方法!其中像元分解法
中的像元二分模型因其不依赖于实测数据%原理可
靠%计算简单且精度较高被广泛应用,$$ W$"- ) 马娜
等,$V-利用像元二分法对内蒙古正蓝旗植被覆盖度
进行测量!其总体精度达到 :.V=+陈晋等,$-使用
像元分解法对北京市海淀区的植被覆盖进行了估
测!其总体精度达 *#.#=+黄秋燕等,$%-用像元二分
模型估算都安县植被盖度并实地调查对估算结果进
行验证!总体精度达 &".$=) 像元二分法在以上区
域实际应用中均取得了较好的成果,$: W$&- !因而本文
将采用该方法进行研究)
本文应用美国陆地卫星遥感数据!运用像元二
分法建立长株潭核心区植被覆盖度模型!并对区域
"### 年%"#$V 年的植被覆盖进行了对比!分析长株
潭地区植被覆盖度在 $V 年中的动态变化!并进行驱
动力分析!为地方政府准确掌握区域生态变化态势%
评估两型(社会建设提供参考)
$!研究区域与数据
=.=>研究区域
长株潭 V 市城市群核心地区"简称长株潭核心
区#主要包括$长沙市辖区和长沙县暮云镇%黄兴镇%
榔梨镇%黄花镇%星沙镇%跳马乡%干杉乡%安沙镇%北
山镇等 ) 镇!面积 " &)V g0"+湘潭市辖区和湘潭县
易俗河*河口地区"含易俗河镇域%河口镇域%梅林
桥镇域#!面积 &*# g0"+株洲市辖区和株洲县渌口
地区"含渌口镇%雷打石镇%南阳桥乡%白关镇#!面
积 *V: g0"!长株潭核心区总面积约为 %## g0")
介于 $$"aV:b $$Va$:b/!"*aV:b "&aVVbc!地处长
江中游以南%南岭以北!处在湖南省中东部丘陵区!
长株潭 V 市沿湘江呈品(字形分布!两两相距不足
# g0!已形成一个结构紧凑的城市群!区域内地势
起伏较小!海拔大多在 %# 0以下!地貌以山地%丘
陵%岗地和山间平原为主!自东%西部向中部倾斜!向
北逐级降低) 土地类型以红壤%水稻土为主!土层较
深!河网密布) 长株潭核心区地处低纬度!属较典型
的大陆性中亚热带季风湿润气候!四季分明!热量充
足!降水丰沛+春温多变!夏秋多晴+严冬期短!暑热
期长) 区域内年均气温 $: $&d!无霜期 "*#
")# H!年平均光照时数 $ :# $ *## 4!年均降水量
$ $ 00左右) 长株潭核心区自然条件优越!经济
发展迅速!是湖南省经济发展的核心增长极!也是中
国经济潜在第五增长极(!在中部地区及全国都占
有举足轻重的地位!是传统的人口密集区和土地高
度集约化利用区)
=.?>研究数据
本研究的遥感数据分别为 "###%"#$V 年两时相
各 " 景J15HA1D% 与 J15HA1D& 影像!影像数据的具体
特征见表 $)
社会经济数据来源于湖南省统计年鉴""##$#!
"### 年和 "#$V 年长沙市%株洲市%湘潭市国民经济
和社会发展统计公报) 气象数据来源于长株潭 V 市
气象部门)
表 =>本研究所选取影像数据特征
影像时期 日期 行列号 数据类型
"###
"####)$V $"V_##
J15HA1D%
"####)$V $"V_#$
"#$V
"#$V#)$* $"V_##
J15HA1D&
"#$V#)$* $"V_#$
"!模型与方法
像元二分法模型!假定一个像元的表面由有植
被覆盖部分和无植被覆盖部分两部分组成!同样遥
感传感器观测的光谱信息也由这两个部分因子合
成!各因子所占比重为各自的面积在像元中所占的
比率!也可以把植被覆盖度作为植被的权重
看待,$$ W$- )
?.=>植被指数选取与像元二分模型
当前常用的植被覆盖度遥感监测指标主要有$
.BX6%AX6%FX6%U-X6%/HA6等!其中归一化植被指
数".BX6#因其对土壤背景的变化反应灵敏%检测范
围宽%受太阳光照差异和地形差异影响小等优点而
被广泛应用,& W$:- )
像元二分模型的基本原理$一个像元的.BX6也
可分解为有植被覆盖部分地表与无植被覆盖部分地
表两部分) 因此!计算植被覆盖度的公式为,$)- $
!
)
;".BX6?.BX6
%"4:
#\".BX6
R$1
?.BX6
%"4:
#
"$#
::"
第 " 期 李!毅等$长株潭核心区植被覆盖度动态监测与分析
!!式"$#中!.BX6
%"4:
表示无植被覆盖区域 .BX6
值!.BX6
R$1
表示有植被全覆盖像元的 .BX6值!即为
纯植被覆盖像元的 .BX6值)
.BX6
%"4:
对于无植被覆盖区域表面!理论上是接
近零!但实际操作中 .BX6
%"4:
的变化范围通常在
W#.$ #." 区间) .BX6
R$1
为全植被覆盖像元的最
大值!但由于植被类型的影响!.BX6
R$1
值也是随时间
和空间而变化) 因此!一般把土地利用类型图作为
计算.BX6
%"4:
%.BX6
R$1
的基础)
一般情况下!.BX6
%"4:
与 .BX6
R$1
取给定置信度的
置信区间内的最大与最小值!以消除遥感影像噪声
所带来的误差,$$- ) 通过对 .BX6数据的分析!结合
长株潭核心区的植被覆盖情况!根据频率统计表!选
取土地利用类型单元内累积频率为 )).%#=的.BX6
为.BX6
R$1
!土地利用类型单元内累积频率为 #.%#=
的.BX6为.BX6
%"4:
) 然后代入公式"$#通过波段运
算得出每一个像元的植被覆盖度)
?.?>植被覆盖度分级
根据长株潭核心区植被实际情况!结合计算得
出的植被覆盖度" !
)
#!将区域内植被覆盖度分为 :
级!分别为$低植被覆盖度" !
)
r$#=#%较低植被覆
盖度"$#=
%
!
)
rV#=#%中等植被覆盖度 "V#=
%
!
)
r%#=#%较高植被覆盖度 " %#=
%
!
)
r
*#=#%高植被覆盖度"*#=
%
!
)
r)#=#%全植被覆
盖度")#=
%
!
)
%
$##=#)
V!结果与分析
A.=>两期植被覆盖度的时空变化分析
根据上述分级标准!长株潭核心区 " 个时期各
级别的实际面积和所占百分比如表 " 所示) 长沙市
部分%株洲市部分%湘潭市部分以及长株潭绿心区的
植被覆盖度空间分布统计如表 V 所示)
由表 "%V可以看出$其一!长株潭核心区近 $V 年
植被覆盖度总体有所上升!由 "### 年的 #.%*V ) 上升
到 "#$V年的 #.:#$ %!说明长株潭城市群两型(社会
建设成果比较明显) 其二!长株潭核心区近 $V 年低
植被覆盖区%中等和较高植被覆盖区呈上升趋势!由
"###年所占面积的 *.:)=%$.)%=%"$hVV=上升到
"#$V年所占面积的 &.%=%$*h)"=%V".#%=+高植被
覆盖区%全植被覆盖区呈下降趋势!分别由 "### 年所
占面积的 V$."&=%$.$*=下降到了 "#$V 年的
"%h"%=%).V)=) 其三%长株潭核心区各部分植被覆
盖度有所变化!但总体比较稳定!其中$长沙市部分植
被覆盖度由 "### 年的 #.%*$ " 上升到 "#$V 年的
#.%): *!株洲市部分植被覆盖度由 "### 年的 #.%V$ V
上升到 "#$V年的 #.:V# *!湘潭市部分植被覆盖度由
"###年的 #.:$ # 下降到 "#$V 年的 #.:#& )!长株潭
绿心植被覆盖度由 "###年的 #.%)% % 下降到 "#$V 年
的 #.%&# &)
表 ?>长株潭核心区两期植被覆盖度分级统计结果
年份 等级 面积_g0" 百分比_= 平均植被覆盖度
低植被覆盖 VV).)V *.:)
较低植被覆盖 :*.)# $#.%&
"###
中等植被覆盖 ::#.)% $.)%
#.%*V )
较高植被覆盖 )V.") "$.VV
高植被覆盖 $ V&V.V$ V$."&
完全植被覆盖 :":.** $.$*
低植被覆盖 V*V.$ &.%
较低植被覆盖 V#*.# :.)
"#$V
中等植被覆盖 *)".V) $*.)"
#.:#$ %
较高植被覆盖 $ $*.%* V".#%
高植被覆盖 $ $$:.*) "%."%
完全植被覆盖 $%.V* ).V)
表 A>长株潭核心区各部分两期平均植被覆盖度统计
区域 "### 年 "#$V 年 $V 年变化
长沙市部分 #.%*$ " #.%): * #.#"% %
株洲市部分 #.%V$ V #.:V# * #.#))
湘潭市部分 #.:$ # #.:#& ) W#.##% $
长株潭绿心 #.%)% % #.%&# & W#.#$ *
A.?>=A 年植被覆盖度变化转移矩阵
通过以下公式计算一个时期到另外一个时期像
元所属的植被覆盖度类型没有发生变化的比例,$$- !
公式为$
F;
"
0
4;$
P
4<
""#
!!式""#中!F表示一个时期到另外一个时期像元
所属植被覆盖度类型没有发生变化的百分比!P
4<
为
转移矩阵中第4行%第<列的数值!0为覆盖度分级分
类数) 计算长株潭核心区植被覆盖度从 "### 至
"#$V 年的变化转移矩阵!如表 )
从表 可以看出$FY".*:=!这表明在 "###
至 "#$V 年间!".*:=的植被覆盖区类型基本上没
有发生变化!总体而言!长株潭核心区总体植被保持
稳定) 在发生变动的区域中!从低植被覆盖变为较
低植被覆盖的百分比为 $#.""=!另外从较高植被
覆盖%中等覆盖%较低覆盖转变为低覆盖的百分比分
别为 $.)"=%V.V$=%:.&%=!其他类型变化不大)
*:"
林!业!科!学!研!究 第 "& 卷
表 B>?SSS%?S=A 年长株潭核心区植被覆盖度转移矩阵 =
"#$V 年
"### 年
低植被覆盖 较低植被覆盖 中等植被覆盖 较高植被覆盖 高植被覆盖 全植被覆盖 总和
低植被覆盖 ".V :.&% V.V$ $.)" #.%" #."$ V*."
较低植被覆盖 $#."" ).& .V ".%: #.* #.V "*.)%
中等植被覆盖 V.$# V." .& .$$ $.*" #.%$ $*.*#
较高植被覆盖 $.#$ $."& $.$& ".#$ ".): #.*$ ).$%
高植被覆盖 #.%: #.&) #.)V $.& #.:) #.&& %.*)
全植被覆盖 #.$" #.$ #."" #.V" #." #.)% ".$*
总和 V). ""." $.)$ $".*: :.*& V.:) $##.##
A.A>植被改善与退化分析
通过 "### 年%"#$V 年植被覆盖度影像差值运
算!得到区域内 " 期植被覆盖度的改善或退化结果
"见图 $#!图中像元变化大于 %=的表示植被改善
区!像元变化小于 W%=的表示植被退化区!像元变
化在W%=至 %=之间的表示植被基本保持稳定)
图 $!长株潭核心区植被退化_改善区域分布图
根据统计得出!"### 至 "#$V 年间!植被改善区
面积所占百分比为 *.)*=!植被退化区所占面积
百分比为 $V.*=!植被基本保持稳定区所占面积
百分比为 V&.")= !统计表明$长株潭核心区植被总
体保持稳中向好!但也有小部分区域植被退化比较
明显) 通过图 $ 可以发现$植被退化区主要集中在
长沙%株洲%湘潭三市城区及周边!另外长株潭绿心
区植被覆盖也有小幅降低!而这些地区是长株潭城
市进程中的重要建设区!这也说明植被退化与城市
快速扩张有关)
A.B>植被变化驱动力分析
V..$!气候条件对植被覆盖度的影响!夏季是植
被生长旺盛期!夏季的温度和降水是影响植被覆盖
变化的一个重要因素) 从长株潭地区的夏季平均气
温趋势图和趋势线"图 "#可以看出!长株潭地区
"### 至 "#$V 年夏季的平均气温总体呈稳定上升走
势!平均气温的持续攀升加剧了研究区地表水分的
蒸发!进而引发区域干旱!影响植物生长!导致植被
覆盖度的变化) 降水是补充土壤水分主要来源!夏
季是长株潭地区降水的主要季节!其降水的多少及
其变化直接影响土壤水分的变化!而土壤水分的变
化又影响植物生长变化!从长株潭地区夏季平均降
水量趋势图和趋势线可以看出!"### 至 "#$V 年长株
潭地区夏季平均降水量总体呈下降趋势!降水的逐
年减少!也将影响着植物的生长!进而引起植被覆盖
度的变化) 但实际上!"### 年至 "#$V 年长株潭核心
区总体植被覆盖并没有出现较大退化!这只能说明
气候条件与植被有关但并不是影响本区域内植被覆
盖度的决定因素)
V.."!人口因素对植被覆盖度的影响!剧烈的人
类活动直接%迅速地影响了研究区表植被覆盖!人口
的快速增长又是人类活动加剧的重要原因) 根据湖
南省统计年鉴 ""##$#和长沙市%株洲市%湘潭市
""###%"#$V 年#国民经济和社会发展统计公报资
料!"### 年长株潭地区总人口 $ "V)."% 万人!其中$
长沙市 :$V.&* 万人%株洲市 V%&.$& 万人%湘潭市
":*."# 万人+"#$V 年长株潭地区总人口 $ ##.* 万
人!其中$长沙市 *"".$ 万人!株洲市 V)&.:# 万人!
湘潭市 "&#.## 万人+长株潭地区总人口增加了
$:$h) 万人!增幅为 $V.#V=!其中$长沙市人口增
加了 $#&."* 万人%增幅为 $*.:=!株洲市人口增加
#." 万人%增幅为 $$."&=!湘潭市人口增加了
$"h&# 万人!增幅为 .*)=!人口的快速增加!推动
&:"
第 " 期 李!毅等$长株潭核心区植被覆盖度动态监测与分析
图 "!长株潭核心区夏季平均气温%平均降水量变化
了城市化进程!加大了环境压力!导致植被覆盖度也
发生相应的变化)
V..V!土地利用类型变化对植被覆盖度的影响!
经过现场核查!在对预判结果进行实地校核和抽样
验证的基础上!建立耕地%林地%水体%建设用地等
类土地利用类型的解译标志!采用人机交互与监督
分类的方法对 "### 年 J15HA1D% 影像%"#$V 年 J15H(
A1D& 影像进行分类!分别获取 "### 和 "#$V 年土地
利用信息如表 %! 总体精度分别为 &$."&=!
&."V=)
由表 %可以发现$"###%"#$V 年耕地%林地面积均
出现大幅减少趋势!减少的百分比分别为W"V.$V=%
W$*.$*=+水体出现小幅减少!减少百分比为W$h:*=+
建设用地出现剧烈增长!增幅达到 $%).&=!这说
明城市扩张非常明显!而城市建设用地的增加必将
破坏植被覆盖)
表 @>长株潭核心区土地利用类型变化
研究指标 林地 水体 耕地 建设用地
"### 年面积_g0" $ &:.*% $):.&: " %#:.V: %:#.&&
"#$V 年面积_g0" $ %").%: $)V.%& $ )":.%: $ %*.$
变化值_g0" WV$*.$) WV."& W%*).&# &):.%V
变化率_= W$*.$* W$.:* W"V.$V $%).&
V..!城镇化进程对植被覆盖度的影响!大规模%
快速的城镇化进程是导致植被覆盖退化的一个重要
原因) 城市空间上的扩张必然占用耕地%林地%水体
等土地类型!这直接导致该地区内植被覆盖发生锐
减) 长沙市辖区%株洲市辖区%湘潭市辖区%长沙县
等区域人为干扰比较强烈!植被覆盖度下降较多)
另外!长株潭城市群内公路%铁路的网络结构及网络
密度较高!是中南地区基础设施最为完善%交通最为
密集的地区之一) 在 "###*"#$V 年 $V 年间!长株
潭地区建成了京广高铁%京珠高速%长永高速%沪昆
高速%长潭西高速等高速铁路及高速公路) 这些交
通项目的建成是以占用大量的林地%耕地为代价的!
同时也造成了区域内水土流失%生态环境的破坏!给
区域植被生长带来较大负面影响)
V..%!政策对植被覆盖度变化的影响!长株潭城
市群自 "##* 年被国家发展改革委批准为全国资源
节约型和环境友好型社会建设综合配套改革试验
区!湖南省政府先后出台了2湖南省长株潭城市群区
域规划条例3%2湖南省长株潭城市群生态绿心地区
保护条例3%2湖南省长株潭城市群区域规划条例实
施细则3 等政策法规!加大了对研究区内森林植被
保护力度!设立了开发建设限制区!提高了区内林草
覆盖率!改善了区域生态环境!增强了区内涵养水
源%防止水土流失的生态功能!实现区内植被健康生
长!最终形成一个良性的循环过程) 因此!这也是长
株潭核心区近 $V 年城区面积大幅度扩张!但区域内
植被覆盖度保持总体稳定的一个重要原因)
!主要结论和问题
本研究利用 "###%"#$V 年的 J15HA1D%!J15HA1D&
影像!以像元二分法模型反演得出长株潭核心区植
被覆盖度!并进行定量分析!研究结果表明$其一!长
株潭核心区总体植被覆盖保持稳定并有所改善!植
被退化区主要集中在长沙市%株洲市%湘潭市等三市
的城区及城郊!另外长株潭绿心区植被也有小幅下
降+其二!通过驱动力分析发现长株潭核心区植被覆
盖与气候变化有一定关联但人口增长%土地利用变
化%城市化进程以及政策等人为因素是影响植被变
化的主要因素+其三!研究结果对合理推进研究区城
镇化进程!建设两型社会(具有一定的参考价值)
本研究利用像元二分法模型对 "###%"#$V 年长
株潭核心区植被覆盖度进行了计算!得到了长株潭
核心区植被覆盖度的空间格局和变化动态!但也存
在一些需要改进的地方) 主要有$首先利用像元二
):"
林!业!科!学!研!究 第 "& 卷
分法模型计算植被覆盖度!纯植被和裸土像元完全
来自遥感影像信息!并没有进行实地测量验证!而植
被与裸土 .BX6值的确定是植被覆盖度反演的关
键!因此有必要进一步加强实地调查验证反演结果)
其次植被覆盖度驱动分析主要采用定性为主辅以定
量的方法!下一步应重点考虑采用定量方法分析植
被覆盖变化的关键因素) 再次本文仅选取了 "###
年和 "#$V 年两个时间节点!研究时段内部更精细变
化过程尚不清楚!未来在数据可得的情况下!可对研
究区开展更长时段%更精细时间尺度的植被覆盖度
格局及动态变化进行深入分析!以便完整分析长株
潭核心区生态系统演化趋势) 此外!今后还可以进
一步探讨植被覆盖与城市群水热平衡%区域微气候
以及环境健康之间的相关分析等,"$ W"- )
参考文献!
,$- P@DR,2@B+U! j12G?.LB7Q,;12-7B@AD15H D4@627K12;F;2@A,i-.
>;,@5;@!$)&&!"V)"&V%#$" W*.
,"- T
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