【文章內(nèi)容簡介】 (3) 黃石市植被覆蓋度時空變化分析通過計算出的黃石市2003年和2013年植被覆蓋信息，從時間和空間的角度，對黃石市植被覆蓋度的分布和變化進(jìn)行分析，聯(lián)系黃石市實際情況，分析變化成因，并為黃石市資源的可持續(xù)開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)、黃石市的建設(shè)與開發(fā)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)與技術(shù)支持。 研究方法利用黃石市2003年和2013年Landsat 7 ETM+影像，借助ArcGIS、ENVI與6S等軟件，經(jīng)過大氣校正、圖像增強和融合等圖像預(yù)處理，基于像元二分模型計算出黃石市2003年和2013年的植被覆蓋度，在此基礎(chǔ)上制作黃石市植被覆蓋分級分布圖，提取黃石市2003年和2013年的植被覆蓋度分布信息，從而獲得黃石市植被覆蓋分布狀況，進(jìn)行植被覆蓋度統(tǒng)計，對比2003年和2013年黃石市植被覆蓋時空變化情況，綜合分析影響黃石市植被覆蓋變化的因素。 技術(shù)路線空間變化特征分析時間變化特征分析結(jié)果分析分級統(tǒng)計植被指數(shù)計算植被覆蓋度估算地表反射率計算幾何校正大氣校正圖像裁剪Landsat 7 ETM+影像去條帶處理遙感影像預(yù)處理本文總體設(shè)計思路及研究技術(shù)路線如下圖所示：圖1 研究技術(shù)路線圖 Research roadmaps 研究目的及意義城市植被則是城市生態(tài)系統(tǒng)重要的表示元素和指示因子，對城市生態(tài)環(huán)境的保護(hù)具有不可替代的重要作用，可以改善城市環(huán)境、緩解城市“熱島效應(yīng)”等問題[[] 何云玲, 張一平. 城市生態(tài)環(huán)境與綠化植被相互作用研究[J]. 高原氣象, 2004, 23(3): 297~304.]。隨著城市化進(jìn)程的加快，人類活動對生態(tài)環(huán)境尤其是城市環(huán)境的影響越來越大，是城市植被覆蓋、分布、演變的重要影響因素。因此加強對城市植被覆蓋監(jiān)測對于城市環(huán)境建設(shè)具有重要意義。在缺乏實測數(shù)據(jù)時，應(yīng)用遙感技術(shù)獲取植被覆蓋信息，也可以很大程度上降低植被覆蓋度的研究難度。本文以黃石市2003年和2013年的遙感影像為數(shù)據(jù)源，提取黃石市2003年和2013年的植被覆蓋度信息，分析黃石市植被覆蓋度的分布特點和變化成因，可以為黃石市城市規(guī)劃、資源合理開發(fā)與利用以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)有效的數(shù)據(jù)支持。2. 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)預(yù)處理 研究區(qū)概況176。，176。，地處湖北省東南部，長江中游南岸，總面積4萬多平方公里。黃石地處中緯度內(nèi)陸地區(qū)，受東南亞季風(fēng)環(huán)流影響，氣候特征冬冷夏熱，光照充足、雨量豐沛，是典型的亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候。黃石年平均氣溫17℃，全年日照1666~2280小時。黃石水系豐富，長江自北向南穿過，大小河流408條。黃石地區(qū)屬于亞熱帶常綠闊葉林區(qū)，地帶性植被類型為亞熱帶常綠闊葉落葉混交林。黃石是國務(wù)院批準(zhǔn)的沿江開放城市，也是武漢城市圈副中心城市和重要的原材料工業(yè)基地，礦產(chǎn)資源豐富。，其中，（2013年）[[] 黃石市統(tǒng)計局. 2013年黃石市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報[CP/DK]. 2013.]。圖2 黃石市行政區(qū)劃 Administrative division schematic of Huangshi City 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理 數(shù)據(jù)的來源本文所使用的數(shù)據(jù)為來自于Landsat 7 ETM+影像及黃石市行政邊界數(shù)據(jù)，根據(jù)黃石市經(jīng)度、緯度、植被生長情況以及數(shù)據(jù)的完整情況選取的影像信息如表1所示：表1 黃石市Landsat 7 ETM+影像基本信息表 The basic information of Landsat 7 ETM + images of Huangshi City條代號行號拍攝時間經(jīng)度緯度云量122392003923 02:45:48122392013918 02:38:19（注：表格中的經(jīng)度、緯度指遙感圖像中心點的經(jīng)度、緯度。）圖3 黃石市2003年ETM+影像 ETM+ image of Huangshi City in 2003圖4 黃石市2013年ETM+影像 ETM+ image of Huangshi City in in 2013遙感數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括遙感圖像的幾何校正、輻射校正、圖像鑲嵌和圖像剪裁等。由于Landsat衛(wèi)星機載掃描行校正器在2003年5月出現(xiàn)故障，因此2003年以后的數(shù)據(jù)發(fā)生缺失，如圖3和圖4所示。因此在對Landsat 7 ETM + 影像進(jìn)行預(yù)處理時必須先對影像進(jìn)行去條帶處理。使用ENVI對Landsat 7 ETM+ 的去條帶補丁landsat_gapfill，對原圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行去條帶處理，并利用黃石市行政區(qū)劃矢量文件進(jìn)行剪裁，得到研究區(qū)的遙感影像如圖7和圖8所示：圖5 黃石市2003年真彩色影像 Truecolor image of Huangshi City in 2003圖6 黃石市2013年真彩色影像 Truecolor image of Huangshi City in 20133. 地表反射率計算 地表反射率簡介 由于電磁波在大氣中的傳輸和遙感器探測過程中受到光照、大氣分子和氣溶膠等作用的影響，遙感器獲取的測量值與地物的真實反射率是不一樣的。因此，要對地表反射率進(jìn)行計算后，才能計算NDVI。地表反射率是指地表物體向各個方向上反射的太陽總輻射通量與到達(dá)該物體表面上的總輻射通量之比，表示地面對太陽輻射的吸收和反射能力，反射率越大，地面吸收太陽輻射越少，反射率越小，地面吸收太陽輻射越多[[] 陳建. 中國地表反射率的分布及變化[J]. 地理學(xué), 1964: 30(2).]。大氣校正是遙感影像輻射校正的重要部分，也是獲得真實地表反射率的過程。計算地表反射率的方法有很種，如直方圖均衡化、黑暗目標(biāo)法、固定目標(biāo)法、對比減少法、LUT方法、6S模型等[[] 秦麟. 6S模型的TM遙感影像大氣校正研究——以張掖地區(qū)為例[D]. 西北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文. 2011.]。以上方法都有各自的優(yōu)勢，但大多建立在某些固定的、特殊的條件下，不具備通用性。6S模型它建立在輻射傳輸理論基礎(chǔ)之上，不受研究區(qū)固定條件等的影響，應(yīng)用范圍最廣。 基于6S模型的地表反射率計算6S模型[[] 買買提依明. 基于6S模型的遙感數(shù)據(jù)大氣校正應(yīng)用研究[J]. 水土保持研究. 2011, 03. ]，全稱為“Second Simulation of satellite signal in the Solar Spectrum”，主要用來估計在無云的情況下，~4μm太陽光譜的輻射。目前多用于處理可見、近紅外的多角度數(shù)據(jù)。本文采用6S模型獲取大氣校正參數(shù)，從而進(jìn)行地表反射率的計算。6S模型中參數(shù)主要有9個部分組成：表2 6S模型參數(shù)輸入要求 Inputs requirements of 6S model參數(shù)要求幾何參數(shù)衛(wèi)星的接收時間（年、月、日）時間（時和分要換算成小時）以及經(jīng)緯度等大氣模式熱帶、中緯度夏季、中緯度冬季、近極地夏季、近極地冬季和美國62標(biāo)準(zhǔn)大氣和自定義大氣模式氣溶膠模式無氣溶膠模式、自定義氣溶膠模式和提供的三種氣溶膠模式：大陸型，海洋型和鄉(xiāng)村型氣溶膠濃度在550nm處的光學(xué)厚度和氣象能見度地面高度以千米為單位的地面海拔高度（設(shè)為負(fù)值）探測器高度1000代表衛(wèi)星測量，0為地基觀測探測器的光譜條件給出了常見衛(wèi)星的光譜響應(yīng)函數(shù)，也可選擇自定義地表特性：給出了九種模式供選擇，也可自定義函數(shù)表觀反射率輸入反射率或輻射亮度按照該參數(shù)要求輸入黃石市2003年和2013年影像的具體參數(shù)，以2013年的圖像為例，參數(shù)輸入界面如圖7所示：圖7 6S模型參數(shù)示例 The samples of 6S model parameters將處理結(jié)果分別輸出，得到大氣校正系數(shù)，如表2所示：表3 6S模型大氣校正系數(shù) The atmospheric correction coefficient of 6S model時間波段xaxb