基于Landsat8_NDVI的荒漠化地区植被动态分析
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摘 要：遥感技术的发展，为土地变化、气象观测及资源探查等提供了有效的手段。该文利用Landsat8影像，以宁夏回族自治区为研究区域，提取了研究区域的NDVI值，并NDVI结果进行统计与分析，以期达到监测植被生长状态的目的。结果表明，宁夏回族自治区的植被生长状态及植被覆盖度得到了进一步的改善与提高，宁夏自治区虽采取了一系列荒漠化治理的措施，取得了一定的成果，但对植被的监测仍不可放松。
关键词：NDVI；植被生长状态；监测
中图分类号 X144 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）12-0160-03
荒漠化是指发生在干旱、半干旱甚至是半湿润地区的土地退化现象，荒漠化的最直接表现为耕地、草地、林地等植被退化而引起的土地沙漠化、水土流失等。植被的生长状况直接影响着环境的变换，植被在可见光红光波段强吸收，在近红外波段高反射，通过这两个波段的不同组合，可以得到不同的植被指数。归一化植被指数是这两个通道的反射率之差除以它们的和，NDVI（归一化植被指数）对绿色植被表现敏感，能够较好地反映植被变化，是目前使用最广泛的植被指数[1-2]。
宁夏回族自治区历史上是“丝绸之路”的要道，素有“塞上江南”的美称。但不可忽略的是宁夏位处东部季风区，西北干旱区和青藏高寒地区的交汇和过度地带，在长期的垦殖过程中，生态环境逐年恶化，植被破坏与水土流失问题严峻。因此，本文采用2013―2016年4年夏季的Landsat8影像，分析宁夏自治区植被生长状态的时空动态变化，旨在为宁夏自治区的环境监测及城市规划提供数据依据。
1 研究区概况
宁夏自治区位于中国西部黄河上游，东邻陕西省，西、北部接内蒙古自治区，西南、南部和东南部与甘肃省相连。地理坐标为104°E～107°E、35°N～39°N，总面积约为6.6万km2。由西北东三面分别由腾格里沙漠、乌兰布和沙漠和毛乌素沙地相围，南面与黄土高原相连。地形南北狭长，地势南高北低。属于温带干旱区，全年平均气温在5～9℃，降水量南多北少，大都集中在夏季，常年干旱，年降水量大约在300mm左右。区内包含山脉、高原、平原和丘陵等多种地貌，形成了丰富的自然景观。
2 数据来源与预处理
数据来源为美国NASA的Landsat8，全国行政区划矢量图，以及空间分辨率为30m的DEM。考虑到宁夏的实际情况及植被长势等情况，所用Landsat影像都是夏季的。
数据预处理包括影像的辐射定标、大气校正、几何校正及图像拼接裁剪等。辐射定标和大气校正是消除大气散射，吸收和反射引起的误差。几何校正主要是为了消除由卫星传感器性能及地球曲率、地形起伏、地球旋转等因素影响所产生的几何形变[3-5]。
3 信息提取
植被的光谱特征是蓝光和红光波段有吸收，绿色与近红外有反射峰，植被覆盖度越高，红光反射越小，近红外反射越大，归一化植被指数NDVI利用植被的光谱特征，强化红光和近红外波段的差别，以达到描述植被生长状态与植被覆盖度的目的[6]。
4 植被动态分析
根据宁夏自治区DEM，将宁夏分为低海拔、中海拔和高海拔地区，海拔在0～1400m之间为低海拔地区，主要集中在宁夏石嘴山市、银川市、吴忠市市区、青铜峡市等；海拔在1400～1900m之间为中海拔地区，包括中卫县、盐池县、同心县、固原县等；海拔在1900～3528m之间为高海拔地区，主要包括西吉县、隆德县及泾源县等。低海拔地区地势平缓，主要是冲积平原及引黄灌区，地势平坦，土壤肥沃，素有“塞上江南”的美誉，植被主要以荒漠草原和农作物为植被覆盖。中海拔地区集中在中部干旱带，干旱少雨，风大沙多，土地贫瘠，生存条件较差，主要是黄河的冲积平原，沙漠和山地，植被主要以沙生，旱生草原植被为主。高海拔地区集中在南部山区，丘陵起伏，沟壑纵横，部分地域阴湿高寒，植被主要以针叶林、落叶阔叶林、禾草杂草等为主要覆盖。
由NDVI的结果分别统计得出全区及低、中、高海拔地区四年的NDVI最大值（见表1），折线图见图3。
由表1及图2可以的得出以下结论：（1）根据NDVI结果统计可以得到从2013年到2016年的植被生长状态持续保持增长，增长速度略有减缓。（2）从整体上看，植被的覆盖度低海拔地区>高海拔地区>中海拔地区。这是因为中海拔地区主要集中在宁夏的中部，中部土地贫瘠，干旱少雨，不利于植被的生长，植被主要也以沙生旱生的植被为主，而低海拔地区处于黄河的引灌区，土地肥沃，地势平坦，利于农作物的生长，高海拔地区主要为温带大陆性气候，气候温和，光照资源丰富，境内的六盘山国家森林公园既有水平地带性的森林、草原，又有山地植被垂直带谱中出现的低山草甸草原、阔叶混交林、针阔混交林、阔叶矮林等，植被丰富，生态环境良好。（3）从整体上看，中海拔地区NDVImax整体处于下降趋势，这一结果表明，中部地区的荒漠化依然处于严峻状态，植被退化严重，虽然取得了一定的成绩，但总体还是处于生态环境极度脆弱的状态。（4）高海拔地区及中海拔地区NDVImax处于上涨趋势。
5 结论
从全区及高低海拔地NDVImax上涨，可以明确得出宁夏自治区的植被生长状态呈上升趋势，植被覆盖度提高，这些年来采取封山禁牧、退耕还林草，制止采集销售发菜、乱挖甘草和麻黄草等行为，建设绿色长廊等大型生态环境工程的治理措施及依托国家三北防护林、退耕还林、天然林保护等重点林业工程，从减少人为的植被破坏，加大人工造林的力度等方面，开展了宁夏的荒漠化治理，并取得了明显的成效，生态环境正在进一步得到改善。但不可忽视的是，宁夏的荒漠化治理还需我们的共同努力，不可以轻易放松对环境的监测及治理。
参考文献
[1]王正兴，刘闯，Huete A R.植被指数研究进展：从AVHRR-NDVI 到MODIS-EVI[J].生态学报，2003，23（5）：980-987.
[2]丁宝章，王遂义，叶永忠.河南植物志[M].郑州：河南人民出版社，1998.
[3]孙家m，舒宁，关泽群.遥感原理，方法和应用[M].北京：测绘出版社，1999.
[4]万发贯，柳健，文灏.遥感图像数字处理[M].武汉：华中理工大学出版社，1991.
[5]梁顺林.定量遥感[M].北京：科学出版社，2009.
[6]LYON J G，YUAN D.LUNETTA R S，et al.A change detection experiment using vegetation indices[J].Photogram metric Engineering and Remote Sensing，1998，64（2）；143-150.
（责编：张宏民）