（土壤学专业论文）重庆市三峡库区植被覆盖度的遥感估算及动态变化研究.pdf

摘要 重庆市三峡库区植被覆盖度的遥感估算 及动态变化研究 摘要 植被是覆盖地表的植物群落的总称，是陆地生态系统的重要组成部分，是陆地生态系统 存在的基础，也是连接土壤、大气和水分的自然“纽带”；植被覆盖及其变化是区域生态环境变 化的重要信息，对水文、生态、全球变化等都具有重要的影响。植被覆盖度是衡量地表植物 覆盖状况的一个综合指标，是描述植被群落及生态系统的重要参数；植被覆盖度及其变化是 区域生态环境变化的重要指示，对揭示地表空间变化规律，分析评价区域生态环境具有重要 意义。 长江三峡工程是举世瞩目的跨世纪巨大工程，它的兴建必将会对库区的经济、生态与环 境产生广泛而深远的影响。及时、快速地获取植被的变化信息是监测三峡工程生态环境效应 的重要内容，对研究区域土地覆被变化，合理地开发和利用自然资源，对库区的经济社会的 可持续发展具有重要的意义。 本研究以三峡库区重庆段为研究区域，利用2 0 0 1 2 0 0 8 年m o d i s n d v i 遥感影像，通 过对遥感技术定量估算植被覆盖度模型物理意义的分析，计算库区2 0 0 1 2 0 0 8 年的植被覆盖 度，并对三峡库区近8 年来植被覆盖度的动态变化及其影响因素进行分析。研究结果如下： ( 1 ) 植被覆盖度模型建立与计算。为了有效地从遥感资料中提取植被覆盖度，本文重点 对像元二分模型的原理进行了推导，分析了模型两个重要参数n d v i v e 。和n d v i 鲥l 的影响因素， 利用植被类型图和土壤类型图建立了适合本研究区域的植被覆盖度的遥感估算方法，最后利 用此方法，计算了三峡库区2 0 0 1 2 0 0 8 年的四季的植被覆盖度。 ( 2 ) 植被覆盖度的年际变化。2 0 0 1 2 0 0 8 年三峡库区植被覆盖度总体呈上升趋势，由于 受气候的影响，夏季平均植被度呈波动上升趋势，总体上升了2 4 4 ，春季和秋季平均植被覆 盖度变化趋势相似，平均每年植被覆盖度增加率为0 3 7 和0 3 8 ，冬季植被覆盖度也与夏季 样呈波动中上升，但其波动的幅度要比夏季更大。 ( 3 ) 植被覆盖度的季节变化。由于受气候和植被生长发育期的影响，三峡库区植被覆盖 度的季节变化十分明显，夏季平均植被覆盖最高，8 年平均值为8 2 9 9 ，而冬季由于气温对 植被的生长的限制而使植被覆盖度最低，其多年平均植被覆盖度为6 1 5 3 ：春季和秋季的平 均植被覆盖度分别为7 6 和7 4 5 2 。 ( 4 ) 植被覆盖度的空间分布。三峡库区植被覆盖度呈现出明显的空间差异性，水域、河 流由于常年被水覆盖植被覆盖度为零，而大规模的建设用地尤其是城市建成区也因植被的缺 乏而使植被覆盖度较低，长江及支流大宁河、彭溪河、滚渡河、乌江沿线和重庆市主城区形 两南大学硕+ 学何论文 成了明显的低植被覆盖度区域；而有大量森林分布的巫溪、开县以北，奉节、巫山南部，石 柱县、丰都县、武隆县植被覆盖度较高，并且这些区域也是植被覆盖度变化较大的地方；另 外在大量耕地分布的江津、长寿、忠县、巴南等地区植被覆盖度的变化也比较明显。 ( 5 ) 地形因素对植被覆盖度的影响。海拨高度。植被覆盖度随着海拔的升高而升高， 到一定的海拔临界值时，植被覆盖度达到了最大值，然后随着海拔的升高植被覆盖度开始降 低，在冬季海拔临界值是最低的，大约为l1 0 0 m ，最高的为夏季，大约为2 7 0 0 m ，春秋季节 的海拔临界值约为1 8 0 0 m 和1 7 0 0 m 。坡度。当坡度 2 4 。时呈平稳的状态，基本上不随坡度的变化而变 化。坡向。同一坡向植被覆盖度的季节差异是很明显的，但是同一个季节不同坡向的植被 覆盖度不存在显著性的差异，各个坡向的植被覆盖度相近并随着坡向的变化而呈相似的规律 性变化。从0 到大约4 2 0 ，植被覆盖度都随着坡向的增加而增加达到了最大值，然后植被覆盖 度开始降低，在大约1 7 7 。，冬季植被覆盖度降到最低值；而春夏秋三个季节的植被覆盖度也 在大约1 8 3 0 时降低到了最低值。 ( 6 ) 土地利用类型对植被覆盖度的影响。林地是所有地类中植被覆盖度最高的，春夏秋 冬四个季节的植被覆盖依次为7 7 7 9 、8 6 0 2 、7 7 6 6 、6 2 9 8 ，建设用地的植被覆盖度最 低，春夏秋冬植被覆盖依次为3 7 9 3 、3 9 9 2 、3 6 7 7 、3 3 1 l ，耕地和草地的植被覆盖度 较为接近。不同土地利用类型植被覆盖度的季节变化比较明显，夏季平均植被覆盖度最大， 冬季平均植被覆盖最小：一年中，从秋季到冬季是植被覆盖度变化最快的时段，除建设用地 的植被由于受人为的控制而变化较小外，各种土地利用类型的植被覆盖度变化均超过了1 0 。 关键词：植被覆盖度归一化植被指数d v i ) 像元二分模型地形- l - 地n f f 类 型三峡库区 i i a t s bj k a ll 曼i iiii 一鼍!曼 i i 一一曼_ 舅曼_ 皇量曼皇曼曼曼 a n a l y s i so fv e g e t a t i o nc o v e r a g ea n d i t s d y n a m i cc h a n g e1 nt h e1n r e et _ i o r g e sk e s e r v o l r 一 j - 1 ，一1 1 a r e ai nc h o n g q i n gb a s e do nr e m o t ese n s i n g a b s t r a c t v e g e t a t i o ni sg e n e r a l l yc o n s i d e r e da st h ep l a n tc o m m u n i t i e sc o v e r e do nt h es u r f a c eo f t h ee a r t h i ti sa l li m p o r t a n dp a r ta n dt h ef o u n d a t i o no ft h et e r r e s t r i a le c o s y s t e m s ，a sw e l la st h en a t u r a ll i n k b e t w e e ns o i l ，a t o m e s p h e r ea n dw a t e r v e g e t a t i o na n di t sc h a n g ep r o v i d ei m p o r t a n ti n f o r m a t i o nf o r h y d r o l o g y , e c o s y s t e m sa n dg l o b a lc h a n g e s v e g e t a t i o nc o v e r a g ei s ac r i t i c a li n d i c a t o rf o rm e a s u r i n g t h es t a t u so ft h ev e g e t a t i o n , i ti sa l s oa l li m p o r tp a r a m e t e rf o rp l a n tc o m m u n i t i e sa n de c o s y s t e m s ，a n d p l a y sa ni m p o r t a n tp a r ti nr e v e a l i n gt h er u l e so fs p a t i a lc h a n g ea n de v a l u a t i n gt h ec o o - e n v i r o n m e n t t h et h r e eg o r g e sp r o j e c ti sam a g n i f i c e n tp l a nt h a th a sd r a w nt h ea t t e n t i o no ft h ew o r l d ，i t s c o n s t r u c t i o nw i l lg r e a t l ya f f e c to nt h ee c o n o m y ，e c o s y s t e m sa n de n v i r o n m e n ti nt h et h r e eg o r g e s r e s e r v o i ra r e a t h e r e f o r e ，g e t t i n gi n f o r m a t i o no nt h ev e g e t a t i o na n di t sc h a n g e st i m e l ya n dr a p i d l y p l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei ns t u d y i n go nt h el a n du s ea n dl a n dc o v e rc h a n g e ，p r o p e r l yu s a g eo ft h e n a t u r a lr e s o u r c e sa n dt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ti nt h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i r r e m o t es e n s i n gi m a g e s ( m o d i s - n d v i ) f r o m2 0 01t o2 0 0 8w e r ec o l l e c t e da n da n a l y z e dt o i n v e s t i g a t et h ev e g e t a t i o nc o v e r a g ea n di t sd y n a m i c sc h a n g e si nt h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i r i n c h o n g q i n g t h ep a r a m e t e r sw e r ed e t e r m i n e db ya n a l y z i n gt h ep h y s i c a lm e a n i n g so fd i m i d i a t ep i x e l m o d e la n dw e nu s e dt oe s t i m a t et h ev e g e t a t i o nc o v e r a g eo ft h es t u d ys i t e t h e n , t h ed y n a m i c s c h a n g ea n dc o n t r o l l i n gf a c t o r so f t h ev e g a t i o nc o v e r a g ew e r ee x p l o r e di nt h ec u r r e n ts t u d y t h em a i n r e s u l t so b s t a t i n e di nt h i sw o r kw e r es u m m a r i e da sf o l l o w ： ( 1 ) e s t a b l i s h m e n ta n dc a l c u l a t i o no ft h em o d e l t h ed i m i d i a t ep i x e lm o d e lw a se l a b o r a t e l y d e d u c e da n da n a l y z e d ，a n dt h ei m p a c tf a c t o r so ft h ep a r a m e t e rn d v i v e ga n dn d v i m w e r ed i s c u s s e d t oe f f e c t i v e l ye s t i m a t et h ev e g e t a t i o nc o v e r a g e t h e nt h en e w l ym o t h o di m p r o v e db yt h ev e g e t a t i o n t y p ea n ds o i lt y p ed a t as e tw a su s e dt oc a l c u l a t et h ev e g e t a t i o nc o v e r a g ef r o m2 0 0 1t o2 0 0 8i nt h e s t u d ya r e a ( 2 ) y e a r l yc h a n g e so f t h ev e g e t a t i o nc o v e r a g e t h e r ew a sa l lo b v i o u sr i s i n gt r e n do fv e g e t a t i o n c o v e r a g ef r o m2 0 0 1t o2 0 0 8 t h ev e g e t a t i o nc o v e r a g ei ns u m m e rs h o w e dag e n e r a l l yr i s i n gt r e n di n f l u c t u a t i o nw i t ha no v e r a l li n c r e a s i n gv a l u eb y2 4 4 t h ev e g e t a t i o nc o v e r a g ei ns p r i n ga n da u t u m n s h o w e ds i m i l a rt r e n d sw i t ht h ey e a r l yr a t i oo f0 3 7 a n d0 3 8 ，r e s p e c t i v e l y t h ev e g e t a t i o n c o v e r a g ei nw i n t e rs h o w e das i m i l a rt r e n dw i t ht h a ti ns u m m e rb u tw i t hah i g h e rr a n g e ( 3 ) s e a s o n a lc h a n g e so ft h ev e g e t a t i o nc o v e r a g e s i g n i f i c a n ts e a s o n a lc h a n g e so ft h e v e g e t a t i o nc o v e r a g ew e np r e s e n t e di n t h es t u d ya r e ad u et ot h ec l o s e l yr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e v e g e t a t i o nc o v e r a g ea n dc l i m a t ea n d b e t w e e nt h ev e g e t a t i o nc o v e r a g ea n dt h ep h a s eo ft h e i i i 两南大学硕十学位论文 v e g e t a t i o ng r o w t h t h ev e g e t a t i o nc o v e r a g ei ns u m m e rw a sh i g h e s tw i t ha l la v e r a g ev a l u eo f8 2 9 9 ， a n dt h a ti nt h ew i n t e rw a sl o w e s tw i t ha l la v e r a g ev a l u eo f61 5 3 d u et ot h et e m p e r a t u r a lr e s t r i c t i o n t ot h ev e g e t a t i o ng r o w t h t h ev e g e t a t i o nc o v e r a g ei ns p r i n ga n da u t u m nw e r e7 6 a n d7 4 5 2 ， r e s p e c t i v e l y ( 4 ) s p a t i a ld i s t r i b u t i o no ft h ev e g e t a t i o nc o v e r a g e s i g n i f i c a n ts p a t i a ld i f f e r e n c e sw e r ef o u n di n t h es t u d ya r e a t h ev e g e t a t i o nc o v e r a g eo f w a t e rb o d ya n dr i v e rw a s0 d u et ot h el a c ko fv e g e t a t i o n , t h ev e g e t a t i o nc o v e r a g eo ft h e c o n s t r u c t i o nl a n d ，e s p e c i a l l yt h eu r b a na r e a s l o w e rv a l u e so f v e g e t a t i o nc o v e r a g ew e r ea l s of o u n di ny a n g t z er i v e ra n di t ss u b r i v e r so fd a n i n gr i v e r , p e n g x ir i v e r , g u n d ur i v e r , w u j i a n gr i v e ra n dc h o n g q i n gu r b a na r e a s o nt h ec o n t r a y , h i g h e rv a l u e so fv e g e t a t i o n c o v e r a g ee x i s t e di nw u x i ，n o r t h e r np a r to fk a i x i a n ，f e n g j i e ，s o u t h e r np a r to fw u s h a n ，s h i z h u , f e n g d ua n dw u l o n gc o u n t i e sw h e r et h e r ea r el a r g ea r e ao ff o r e s t m e a n w h l e ，t h ev e g e t a t i o n c o v e r a g ec h a n g e df a s t e ri nt h e s ea r e a s s i g n i f i c a n tc h a n g e sw e r ea l s of o u n di nj i a n g i i n ，c h a n g s h o u , z h o n g x i a n ，b a n a nw h e r et h e r ea r el a r g ea r e ao fc u l t i v a t e dl a n d ( 5 ) e f f e c t so ft o p o g r a p h i cf a c t o r s e l e v a t i o n t h ev e g e t a t i o nc o v e r a g ei n c r e a s e dw i t ht h e e l e v a t i o n ，b u tr i s i n gt ot h em a x i m u ma tac r i t i c a la l t i t u d e ，t h e nd e c r e a s e dw i t ht h ee l e v a t i o n i n c r e a s i n g t h ec r i t i c a la l t i t u d ew a st h el o w e s ti nw i n t e ra b o u tl 10 0 m ，b u tt h eh i g h e s t2 7 0 0 mi n s u m m e r , 18 0 0 ma n d17 0 0 mi ns p r i n ga n da u t u m n , r e s p e c t i v e l y s l o p e 1 1 h ev e g e t a t i o nc o v e r a g e o b v i o u s l yi n c r e a s e dw h e ns l o p e 2 4 。a s p e c t t h es e a s o n a ld i f f e r e n c eo fv e g e t a t i o nc o v e r a g ew a ss i g n i f i c a n ti nt h es a m ea s p e c t h o w e v e r , s i m i l a r r e g u l a rc h a n g ea n dn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c ee x i s t e di nv e g e t a t i o nc o v e r a g eo fo n es e a s o ni nd i f f e r e n t a s p e c t t h ev e g e t a t i o nc o v e r a g ei n c r e a s e dt ot h em a x i m u mw i t ht h ea s p e c ti n c r e a s i n gf r o m0t o a b o u t4 2 。t h e ni tr e d u c e dt ot h em i n i m u mw h e na s p e c tw a sa b o u t17 7 。i nw i n t e rw h i l ea b o u t18 3 0 i no t h e rs e a s o n s ( 6 ) e f f e c t so fl a n du s et y p e s w o o dl a n dh a dt h eh i g h e s tv e g e t a t i o nc o v e r a g ei na l lt h el a n du s e t y e p s ，7 7 7 9 i ns p r i n g ，8 6 0 2 i ns u m m e r , 7 7 6 6 i na u t u m na n d6 2 9 8 i nw i n t e r h o w e v e r , c o n s t r u c t i o nl a n dh a dt h el o w e s tv e g e t a t i o nc o v e r a g e ，3 7 9 3 i ns p r i n g ，3 9 9 2 i ns u m m e r , 3 6 7 7 i na u t u m na n d3 3 1 1 i nw i n t e r c u l t i v a t e dl a n dh a dt h es a m ev e g e t a t i o nc o v e r a g ea sg r a s sl a n d t h ev e g e t a t i o nc o v e r a g eo fa l ll a n du s et y p e ss h o w e du p w a r dt r e n d ，e s p e c i a l l yi ns u m m e ra n d c o n s t r u c t i o nl a n d s i g n i f i c a n ts e a s o n a ld i f f e r e n c ee x i s t e di nd i f f e r e n tl a n du s et y p e s m e a n v e g e t a t i o nc o v e r a g ei ns u m m e rw a st h eh i g h e s tb u tl o w e s ti nw i n t e rt h ev a r i a t i o no fv e g e t a t i o n c o v e r a g ea p p e a r e dt h ep e r i o df r o ma u t u m nt ow i n t e r , a n dv a r i a t i o nw e r eo v e r10 o fa l ll a n du s e e x c e p tc o n s t r u c t i o nl a n dd u et oh u m a na c t i v i t y k e y w o r d s ：v e g e t a t i o nc o v e r a g e n o r m a l i z a t i o nd i f f e r e n c ev e g e t a t i o ni n d e x ( n d v i ) d i m i d i a t ep i x e lm o d e l t o p o g r a p h y l a n du s et y p e t h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a i v 独创性声明 。彳，一 ，一_ 叶啊一m - 学位论文题目：蚴匦 淄基z 1 、发褒- 么 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了 特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁 在文中作了明确说明并表示衷心感谢。 学位论文慨俩、葛多 签字魄_ 解么月争日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：矫保密，口 保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：1 琢左乞 导师签名： 签字日期：甲? 年钿印e l 签字e l 期： 月 第1 章文献综述 量曼皇曼曼葛毫曼蔓舅曼曼璺皇曼曼皇葛- - 一- - i 舅 第1 章文献综述 1 1 植被覆盖度的定义 植被是覆盖地表的植物群落的总称，包括森林、灌丛、草地与农作物等( p u ae t a l ，2 0 0 3 ；张平等，1 9 9 7 ) ，是陆地生态系统的重要组成部分，是陆地生态系统 存在的基础，也是连接土壤、大气和水分的自然“纽带”。而植被覆盖度是衡量植物 覆盖状况的一个综合指标，它是指植被的叶、茎、枝垂直向下的投影面积占区域 总面积的比例( p u r e v d o re ta l ，1 9 9 8 ；a n a t o l ye ta l ，2 0 0 2 ；章文波等，2 0 0 1 ) 。植被 覆盖度不同于植被盖度，后者指叶面或者植株冠层的垂直投影面积占总面积的百 分t g ( 周国林等，1 9 8 2 ) 。二者关系十分密切，都是植被的垂直投影面积所占的比例； 主要区别在于分母不同，一般情况下，植被覆盖度要小于植被盖度，只有当计算 区域全部为植被时，植被覆盖度才与植被盖度相等( 胡良军等，2 0 0 1 ) 。植被覆盖 度具有相对性，同一片植被，因研究区域的不同，计算出的结果差异也较大，如 一个地区的植被覆盖度很高，但平均到较大的范围就可能就大大降低。 1 2 植被覆盖度的作用 植被覆盖度是衡量地表植物覆盖状况的一个综合量化指标，是描述植被群落 及生态系统的重要参数，作为植被的重要定量信息，植被覆盖度在科学研究与应 用中得到了广泛的研究( c h e n ge ta l ，2 0 0 1 ) 。 作为植被覆盖的直接指示因子，植被覆盖度被频繁用于植被覆盖的变化监测 ( 梁四海等，2 0 0 7 ；陈婷等，2 0 0 8 ) 、植被的叶绿素含量和水分等生物物理参数的反 演中( 陈楚雄，1 9 9 6 ；韦红波，2 0 0 1 ；刘苏峡，1 9 9 9 ；田国良，1 9 9 0 ) ；在研究植被 蒸腾和土壤水分蒸发( 隋洪智等，1 9 9 7 ； 陈云浩等，2 0 0 1 ；潘晓玲，2 0 0 1 ) 、光合 作用过程中，植被覆盖度都是作为一个重要的控制因子( 张云霞等，2 0 0 3 ) 。植被 覆盖度是生态学的重要参数，它不仅是许多全球及区域生态模型所需的基础数据 ( s e l l e r se ta l ，1 9 9 6 ；m a r t i c o r e n ae ta l ，1 9 9 7 ) ，也是指示生态系统变化( g u t m a n ne ta l ， 1 9 9 8 ) 、生态环境监测的指标之一( h a i l se ta l ，2 0 0 3 ) 。植被覆盖与气候因子关系极 为密切，研究植被覆盖变化对气候的影响是气候变化研究的主要内容之- - ( s u s a n ， 2 0 0 3 ；梁四海等，2 0 0 7 ) 。在全球变化研究中，植被覆盖度是环境与全球变化中的 一个敏感因子，利用多种手段对植被覆盖变化进行监测，可以为全球环境变化与 土地覆被变化提供有用的信息( q ie ta l ，1 9 9 6 ；p u r e v d o re ta l ，1 9 9 8 ) 。植被覆盖与 土壤侵蚀和水土流失紧密相关，是通用水土流失方程中的重要控制因子( w a n ge t a l ，2 0 0 2 ) ，对水土流失起着决定性的作用( 郭忠升，2 0 0 0 ) ，植被覆盖度的高低很大 程度上决定着水土流失的强度。在土地利用变化的研究中，植被覆盖度是评估土 地退化( d y m o n de ta l ，1 9 9 2 ) 、盐渍化( 潘晓玲，2 0 0 1 ) 和沙漠化的有效指数( 张云霞 两南大学硕十学位论文 等，2 0 0 3 ) 。此外，植被覆盖度在产量模拟( g o w e re ta l ，1 9 9 9 ) 、水文模型和农业 资源管理( m c v i e a re ta l ，1 9 9 8 ；p r i n c e ，1 9 9 1 ) 、土壤养分流失( 张兴昌等，2 0 0 0 ) 等方面也有广泛的应用。 总之，植被覆盖度及其变化是区域生态系统环境变化的重要指示，是水文学、 生态学等多学科的重要参数，对研究水文、生态、气候、土地利用土地覆被、全 球变化等都具有重要意义。 1 3 植被覆盖度的测量方法 植被覆盖度是许多学科的重要参数，为了得到准确的植被覆盖度信息，植被 覆盖度测量方法至关重要；根据测量手段，植被覆盖度的测量方法可分为传统的 地面测量和遥感测量两大类( 陈云浩等，2 0 0 1 ) 。 1 3 1 植被覆盖度的地面测量 地面测量曾经一度是获取植被覆盖度的主要方法，m u l l e r 等对地面测量植被 覆盖度的方法进行了描述( m u l l e re ta l ，1 9 7 4 ) ；z h o u 等认为理想的地面测量方法应 该是用简单而可操作的仪器进行测量，并能在短时间内提供不受人为因素影响的 结果( z h o ue ta l ，2 0 0 1 ) 。但目前的大多数的地面测量方法都无法达到要求( w i l s o n ， 1 9 8 7 ) ，只有目前出现的数码照相机法基本符合要求。根据测量原理，地面测量又 可以分为目估法、采样法、仪器法和模型法( 张云霞等，2 0 0 3 ) 。 ( 1 ) 目估法 目估法是测量植被覆盖度的最原始、最简单易行方法，我国许多历史资料中 的植被覆盖度就是利用目估法得到的。传统目估法是通过在一定面积的样方内根 据人的经验对植被覆盖度进行估算，为了提高目估的精度，可以多人多次的目估 植被覆盖度然后取平均值，也可以采用照相机获取样地的照片，然后多人对同一 相片据经验判断植被覆盖度取平均值( 章文波等，2 0 0 1 ) 。t h a l e n 在植被稀疏的地面， 通过估算椭圆内植被覆盖面积估算了植被覆盖度( t h a l e n ，19 7 9 ) ：s u t h e r l a n d 等将 样地划分为等大小样方，分别对每个样方目估植被覆盖度，然后平均求取植被覆 盖度，此方法要比直接目估整个样地的植被覆盖度精度有所提高( s u t h e r l a n d ， 1 9 9 9 ) 。虽然目估法简单易行，但主观随意性大。章文波对目估植被覆盖度的精度 大小及误差变化规律做出评价，认为单个人直接的目估覆盖度值很不可靠，误差大 小与对象的实际覆盖度大小紧密相关，当实际覆盖度很大或很小时，目估绝对误 差相对较小，反之则较大；多人目估均值的绝对误差相对个人目估明显有所减小， 但这种误差减少程度的变化趋势却比较缓慢，其目估的结果一般不宜用于植被覆 盖动态变化的模拟分析计算( 章文波等，2 0 0 1 ) 。 ( 2 1 采样法 2 第1 章文献综述 由于目估法主观性太强，因而产生了一系列采样方法，通过计算样地内植被 出现的概率来计算植被覆盖度，其中应用的最多的是样方法，通过在研究区划出 正文形样地作为样方，以样方的对角线为样线，测量样方内植被接触样线的长度， 并计算其占样线总长度的百分比，按算术平均计算样方的植被覆盖度( 蔡体久等， 2 0 0 5 ；李小松，2 0 0 8 ) 。z h o u 使用两个垂直交叉的等长样带，并利用植物个体接触 样带的长度与样带总长度之比来计算植被覆盖度( z h o ue ta l ，1 9 9 8 ) ；而s e n s e m a n 等则使用截点法测量植被覆盖度，即利用尖锐的铁针由草冠上层垂直放下，根据 铁针接触到植物枝叶的铁针数与总针数之比来计算植被覆盖度( s e n s e m a ne ta l ， 1 9 9 6 ) ；a d a m s 等描述了利用阴影法测量植被覆盖度的方法，他们在正午时把一根 标有刻度的尺子平行于作物行距方向放置在地表面，每隔一定距离向前移动，并 读取尺子上阴影长度，利用总阴影长度占尺子总长度的百分比计算植被覆盖度 ( a d a m se ta l ，1 9 7 7 ) 。采样法中的正方形框架法则是利用2 根上下对齐、等距开1 0 个小孔的水平杆，从上面观察出现茎叶部分的d q l , 占d , ：f l 总数的百分比来计算植 被覆盖度( 拉尔，1 9 9 1 ) 。除此之外，d y m o n d 等使用栅格点采样法测量了草地的植 被覆盖度( d y m o n d e ta l ，1 9 9 2 ) ；e l v i d g e 等使用相片随机取点法测量了灌木与林木 的植被覆盖度( e l v i d g ee ta l ，1 9 9 5 ) 。 与目估法相比，采样方法计算出的植被覆盖度有了明显的提高，但操作复杂， 测量时间长，效率低下，而且计算结果受地面采样单元的大小的影响( c u r r a n e ta l ， 1 9 8 6 ；d u n c a ne la l ，1 9 9 3 ) 。 ( 3 ) 仪器法 仪器法是为了改善采样的手段、获得更准确的数据而出现的，它利用传感器 测量光通过植被层的状况计算植被的覆盖度。常用的测量仪器有空间定量计、移 动光量计和照相机( a d a m se ta l ，1 9 7 7 ) ：其中空间定量计和移动光量计方法都要求 有专用的传感器，在野外操作起来很不方便( t h a l e n ，1 9 7 9 ) ：传统照相法是垂直照 相后解译出植被，最后在透明方格纸上以植被覆盖占的方格数与总方格数之比来 计算植被覆盖度，它克服了其他常用地表测量植被覆盖度方法的主观性，结果精 度高，稳定性好；章文波等运用此方法计算了北京密云、怀柔2 块农地样地的植 被覆盖度，并与目估法进行了对比，发现植被覆盖度计算结果有明显的提高( 章文 波等，2 0 0 1 ) ，但是资料处理与计算过程相对比较繁琐。 数字图像处理技术的快速发展和数码相机的出现，使得植被覆盖度的地面测 量结果更加准确、方便，促进了植被覆盖度及相关研究的发展。w h i t e 等比较了多 种植被覆盖度测量方法，认为使用数码相机照相法计算的植被覆盖度是验证遥感 信息的最可靠数据( w h i t ee ta l ，2 0 0 0 ) ；m i c h a e l 等使用数码相机法计算了美国干旱 生态系统的植被覆盖度，研究表明此方法对于长期监测大面积的干旱生态系统的 两南大学硕士学何论文 植被覆盖的变化是有效并准确的( m i c h a e le ta l ，2 0 0 3 ) ；路炳军等用i d r i s l 分类计 算和p h o t o s h o p 软件目视解译提取样地数码照片植被覆盖度，对比分析发现2 种方 法计算得出的覆盖度与实际覆盖度相差不大，绝对误差在o 6 4 3 之间( 路炳军 等，2 0 0 7 ) ；美国d e c a g o n 公司还开发了专门用于自动提取冠层覆盖度的数码相机 ( d e c a g o nd e v i c e si n c ，2 0 0 5 ) ，利用数码相机对研究区域或样地拍摄照片，使用图像 处理软件可以对数码照片中植被像元进行解译，进而可以利用植被像元数占总像 元数的比例来计算植被覆盖度( z h o u ，1 9 9 6 ) ；p u r e v d o r 等通过计算数码图像中绿色 像元数来测量植被覆盖度( p u r e v d o re ta l ，1 9 9 8 ) ；z h o u 等利用光谱纹理分类器对研 究区域的数码照片进行自动分类来监测草地植被覆盖度的动态变化( z h o ue ta l ， 2 0 0 1 ) ；a n a t o l y 使用数码相机方法对美国内布拉斯加州的小麦植被覆盖度进行了研 究( a n a t o l ye ta l ，2 0 0 2 ) ；李存军等利用数码相机获取小麦冠层影像，通过分析数字 影像中小麦和背景特征，设计了小麦覆盖度的提取算法，并开发了自动提取小麦 覆盖度的程序包( 李存军等，2 0 0 4 ) ；张学霞等以黄土高原退耕还林、还草的典型地 区为例，根据植被与非植被之间三基色的d n 值之间的差异及分布规律，开发出 一套程序包直接从野外获取的数码照片中计算植被盖度( 张云霞等，2 0 0 7 ) 。 数码相机照相法与图像处理软件相结合计算的植被覆盖度精度高，符合技术 发展的需要，已经成为地面测量植被覆盖度的一种必然趋势，并成为遥感反演植 被覆盖度的可靠检验手段( 张学霞等，2 0 0 8 ) 。但是，数码相机法测量植被覆盖度也 存在不能忽视的问题。由于数码照相采用的中心投影，在相片的各个部分，比例尺 不同导致边缘地物的几何畸变，常规处理方法是只裁减相片中心子区，舍弃边缘 变形区域( 章文波等，2 0 0 1 ) ，然而，选取子区减少了野外采集样方的尺寸，势必会 增加野外采样的数量；另一种方法是通过校正处理消除相片边缘像素几何畸变( 张 学霞等，2 0 0 8 ) ，而数码相片的分类、植被类别辨别也需要专业人员的参与，另外 植被覆盖度的计算存在角度效应，拍摄角度的不同也会影响计算的结果( 郭占军等， 2 0 0 7 ) 。 ( 4 ) 统计模型 上述三种地面测量方法都只能计算很小范围的植被覆盖度，为了研究大范围 内植被覆盖度的规律，统计学思想被引入了植被覆盖度监测中，通过一定数量的 地面测量，然后结合区域气候、地形地貌以及社会经济发展情况对实测数据进行 时间或空间上的分析，探索植被覆盖度随时间或者其他影响因素变化的规律，形 成经验模型，但这种方法一般只适用于特定的区域、特定植被类型，局限性太大， 不易推广。 地面测量曾经一度是植被覆盖度监测的最主要方法，在地表植被调查中发挥 着非常重要的作用。但是地面测量的缺点也非常明显，它在人力、物力、财力上 4 第1 章文献综述 的花费都比较大，且只能在很小的尺度范围内提供植被覆盖度的信息，这对研究 大范围内植被覆盖度是一个重大缺陷。另外，一些地表实测植被盖度的方法的可 靠性也受到怀疑，w i l s o n 等人详细讨论了各种地表实测方法的局限性( w i l s o n ， 1 9 8 7 ) ；c u r r a n 等人的研究指出一些地面测量方法得出的结果的差异性之大使后来 处理的遥感数据的说服力及准确性大大降低( c 岍a 1 1e ta l ，1 9 8 6 ) 。因此地表实测的 方法由于受到其自身局限性的影响，不适宜作为一种独立的测量方法在较大的空 间尺度上进行植被盖度的研究( 张学霞等，2 0 0 8 ) 。 1 3 2 植被覆盖度的遥感估算 遥感技术的发展，为植被覆盖度的测量提供了一个新的发展方向，尤其是为 获取大范围的植被覆盖度提供了可能( 陈述彭等，1 9 9 8 ) 。自第一颗人造地球资源卫 星发射以来，科学家就研究并试图建立光谱响应与植被覆盖度之间的关系( 赵英时， 2 0 0 3 ) ；由于遥感数据计算出的植被指数，可以很好的反映地表植被的覆盖状况， 因而引起了普遍重视，纷纷研究植被指数与植被覆盖度的关系，建立使用植被指 数估算植被覆盖度的模型，大量遥感估算植被覆盖度的方法纷纷涌现。一种思路 是统计分析植被指数与植被覆盖度之间的关系并建立回归模型；另一思路就是理 论分析并分解像元，建立植被指数与植被覆盖度的关系模型，