2005—2020年北京地区植被覆盖变化分析.pdf
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1、No.3FORESTRESOURCESMANAGEMENT第3期June20232023年6 月林业资源管理2005一2 0 2 0 年北京地区植被覆盖变化分析于世勇,徐前?,于晓斐(1.国家林业和草原局林草调查规划院,北京10 0 7 14;2.国家林业和草原局信息中心,北京10 0 7 14;3.大连市国土空间规划设计有限公司,辽宁大连116 0 11)摘要:基于2 0 0 52 0 2 0 年北京地区NDVI数据,采用NDVI等级划分、差值分析等方法,分析植被空间分布特征、时间分布特征和时空特征,揭示北京地区NDVI变化的时空规律,分析近15年北京地区植被覆盖变化和变化原因。研究结果表明
2、:北京地区整体植被覆盖处于较高水平,从区域上看,2 0 0 5一2 0 2 0 年北京地区NDVI平均值为极高覆盖等级的区域都分布在军都山和西山两个山脉,门头沟区、怀柔区、延庆区、房山区、昌平区、平谷区的植被覆盖处于北京地区最高水平等级;从时间上看,植被覆盖水平从2 0 0 5一2 0 2 0 年发生了巨大变化,NDVI年均值由0.6 59 0 上升到0.7 56 6,提高了14.8 1%;极高覆盖等级的面积比例由5.31%提高到47.7 9%,等级低的面积比例由5.9 1%下降到1.2 5%;从植被时空变化特征看,明显改善和轻度改善的面积比例超过了8 0%。两个“百万亩造林”和山区森林经营是
3、提升北京地区植被覆盖质量的主要驱动力。关键词:NDVI;植被覆盖;差值分析;北京中图分类号:TP79文献标识码:A文章编号:10 0 2-6 6 2 2(2 0 2 3)0 3-0 0 9 8-0 7D0I:10.13466/ki.lyzygl.2023.03.013Analysis of Vegetation Cover Changes in Beijing from 2005 to 2020YU Shiyong,XU Qian?,YU Xiaofei?(1.Academy of Forest Inventory and Planning,National Forestry and Gras
4、sland Administration,Beijing 100714,China;2.Information Centerof National Forestry and Grassland Administration,Beijing 100714,China;3.Dalian Territory Spatial Planning and Design Co.,Ltd.,Dalian,Liaoningl1601l,China)Abstract:Based on NDVI data from 2005-2020,the spatial distribution characteristics
5、,temporaldistribution characteristics and spatio-temporal characteristics of vegetation were analysed using NDVIclassification and difference analysis to reveal the spatio-temporal patterns of NDVI changes in Beijing,and to explore the reasons for the changes by analysing the vegetation cover change
6、s in Beijing in the past15 years.Through analysis,it is found that,the overall vegetation cover in the Beijing area is at a highlevel.From a regional perspective,the areas with very high NDVI mean coverage classes in Beijing from2005 to 2020 were all located in the Jundu and Xishan mountain ranges.T
7、he vegetation coverage ofMentougou District,Huairou District,Yanqing District,Fangshan District,Changping District and PingguDistrict was at the highest level in Beijing.In terms of time,the level of vegetation coverage changedsignificantly from 2005 to 2020,with the average annual NDVI value increa
8、sing from 0.659 0 to 0.756 6,收稿日期:2 0 2 3-0 3-2 8;修回日期:2 0 2 3-0 5-16作者简介:于世勇(19 8 1),男,山东梁山人,高级工程师,硕士,主要从事林草调查监测评价、林草火灾监测评估等工作。Email:通讯作者:徐前(19 7 0),男,黑龙江虎林人,高级工程师,主要从事林业信息技术研究工作。Email:99于世勇等:2 0 0 52 0 2 0 年北京地区植被覆盖变化分析第3期an increase of 14.81%.The proportion of area with very high vegetation cover
9、age increased from5.31%to 47.79%,and the proportion of area with low vegetation coverage decreased from 5.91%to1.25%.In terms of spatiotemporal change characteristics of vegetation,the area with obvious improvementand slight improvement accounted for more than 80%.Two million mu afforestation projec
10、ts andmountain forest management were the main driving forces to improve the quality of vegetation coverage inBeijing.Key words:NDVI,vegetation cover,difference analysis,Beijing植被是覆盖地球表面(主要是陆地)的植物群落,包括乔木、灌木、草本等,它支撑了地球的物质和能量循环,在固碳释氧、防风固沙、涵养水源等方面起到巨大的作用。在全球生态系统受到自然和人为等因素影响 而发生变化的背景下,众多学者对自然和人为活动因素导致植被
11、覆盖变化的原因进行了探讨 2-4。遥感影像可以反映长时间和大面积的植被覆盖变化,逐渐成为研究植被动态变化的重要手段 5-6 ,大多数学者常用植被指数对区域尺度植被覆盖变化进行遥感分析 7-9 。归一化植被指数(Normalized Differential Vegetation Index,NDVI)是研究植被生长、植被覆盖程度的重要指标,它与地表植被覆盖率、植被生长状况成正比;对于同一种植被,NDVI越大,表明地表植被覆盖率越大,植被长势越好【10 ;对于森林而言,NDVI越高,表明森林质量越好。本研究基于北京地区2 0 0 5一2 0 2 0 年遥感数据计算NDVI,对近15年北京地区ND
12、VI的时间变化趋势、区域空间分布情况及时空变化趋势进行分析,以期发现北京地区NDVI变化的时空规律和变化原因。1研究区概况北京(39 2 8 410 5 N,1152011730E位于华北平原的西北端,地处海河流域中部,全市国土总面积16 410 km,山区面积约占6 0%;地形呈西北高、东南低,由西北向东南倾斜;西部为西山属太行山脉,北部和东北部为军都山属燕山山脉。北京地区属典型的温带季风气候,夏季高温多雨,冬季寒冷干燥,春、秋两季相对较短。全年无霜期18 0 2 0 0 d,西部和北部山区较短。地带性植被类型是暖温带落叶阔叶林,天然林主要分布在西部以及北部山区。近年来北京市开展了大规模的平
13、原区造林活动,截至2 0 2 1年底,全市森林覆盖率43.31%,森林面积7 1.0 6 万hm,蓄积量2 9 52.49 万m 12。2数据来源和研究方法2.1数据来源本研究采用的遥感数据为Landsat卫星的TM影像(中科院遥感与数字地球研究所数据共享平台),选取的年份为2 0 0 52 0 2 0 年,考虑到影像的可用性(如云量最少或不影响数据读取等),尽量选取6-9月影像(对于北京而言,这个时期植物生长最为旺盛)。乔木及灌木的数据来源于北京市2020年森林资源管理“一张图”数据,平原造林数据来源于第一轮北京市百万亩平原造林数据(2 0 12 一2015年)。2.2研究方法首先,利用遥感
14、图像处理平台ENVI对影像数据进行预处理并计算NDVI;然后,利用地理信息系统(GIS)平台,对NDVI数据进行分级、空间统计分析和制图,并进行数据汇总 132.2.1NDVI计算方法NIR-RNDVI(1)NIR+R式中:NIR为遥感影像中近红外波段的反射值,如Landsat中的TM4或MSS7等;R为遥感影像中的红光波段反射值。可以选择的传感器有6 种:Landsat TM,Landsat MSS,Landsat OLI,AVHRR,SPOT,AVIRIS,基于数据获取的便利性与经济性以及时间的长期性和连续性,本研究选择传感器Landsat TM。2.2.2NDVI等级确定根据相关研究 1
15、4-15,结合北京市的植被覆盖情100第3期林业资源管理况,本研究将NDVI划分为 0,0.2),0.2,0.4),0.4,0.6】,0.6,0.8)和 0.8,1.0 5个等级,分别表示极低覆盖、低覆盖、中覆盖、高覆盖和极高覆盖等级。2.2.3差值分析法本研究使用差值分析法分析NDVI的变化,即两个不同时期的NDVI的变化值,计算方法为用同一网格某一时期的NDVI值减去该网格另一时期NDVI值【16 ,得到该网格两个不同时期的NDVI差值。先对NDVI值小于0.1的非植被区域进行掩膜处理,再对2 0 0 52 0 10 年、2 0 10 2 0 15年、2 0 152020年和2 0 0 5
16、2 0 2 0 年4个时间区间的NDVI分别进行差值运算,最后根据NDVI差值,分析同一区域在这4个时间区间的NDVI变化。3结果与分析3.1植被空间分布特征利用2 0 0 5一2 0 2 0 年的NDVI数据,计算北京地区的NDVI平均值;依据NDVI等级的确定方法,对植被进行分级和量化分析,绘制北京地区2 0 0 5一2020年平均NDVI空间分布示意图(图1)。从图1可以看出,极高覆盖等级的区域主要分布在军都山山脉区域(怀柔区和延庆区交界处、怀柔区与密云区交界处、昌平区与延庆区交界处)、西山山脉(门头沟区与房山区交界处)和丫髻山区域(平谷区北部),这些区域人迹活动较少,是北京地区天然林的
17、主要分布区。高覆盖等级的区域主要分布在北京东北部、北部、西部、西南部的生态屏障带区域,这些区域属于北京市国土空间生态修复规划(2 0 2 1年一2 0 35年)17 中的“一屏 山区生态屏障区。通州区、大兴区、顺义区大部分区域处于高覆盖度等级,这是因为2 0 12 年北京实施的大规模平原造林【18 重点在通州、大兴等区域开展,虽然这些区域为平地,但是造林面积较大,栽植树种规格较高,因此,该区域的NDVI值得到提升。3.2植被时间分布特征对2 0 0 52 0 2 0 年北京地区的NDVI数据进行分析,可以看出NDVI年均值的变化(图2),在2005一2 0 10 年,NDVI年均值的变化具有一
18、定的跳跃性,在2 0 0 8 年达到最高,然后下降;2 0 10 2 0 15年,NDVI年均值则呈现缓慢上升的态势;在2 0 15一2020年,除在2 0 16 年下降外,此后逐年上升,直到2020年达到历史高点。NNDVI等级极低低中高邮极高0.5.10203040元km图1北京地区2 0 0 52 0 2 0 年平均NDVI空间分布示意图Fig.1 Average NDVI spatial distribution map inBeijing from 2005 to 20200.780.760.740.720.70IAN0.680.660.640.620.600.58200520062
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