摘要：随着城镇化和工业化进程加速，日益严重的热岛效应给人们生活、生存带来了巨大的威胁，拔地而起的摩天大楼逐渐占据了城市公园绿地，城市植被覆盖度大幅下降。本文通过解译2005-2015年遥感影像图，利用像元二分法计算城市植被覆盖度并对探讨其中发展规律。
关键词：植被覆盖度、地表温度、像元二分法、遥感影像、NDVI
随着我国城镇化速度加快，城市建成区飞速扩张、工业、商业用地排放大量热源、人类活动密集度增强等诸多因素，排向自然的热量逐年增多。[1]同时，城市绿地、水体自然消失及人为占用，自然景观慢慢消失，取而代之的是千篇一律的人为景观，城市大环境循环及区域小环境循环都受到了极大的阻碍，城市热岛效应日益严重。植被是覆盖在地表的植物群落的总称，植被覆盖度是衡量地表植被变化的重要指标。[2]由于其具有改善全球大气候和调节区域小气候，缓解热岛效应，改善生态环境等诸多重要功能。因此，为了探寻植被覆盖度时空变化及影响因子，学者们利用遥感技术和GIS平台开展了许多研究工作：Buyantuyev等分析了多影响要素下植被覆盖度与地表温度间的关系，刘玉安等对淮河上游流域植被覆盖度的估算，相关性高达0.8；杨静雅等人对分析了新疆区域草地４个不同时期草地植被覆盖度变化趋势。
1 研究区域与方法
1.1 研究区域及数据源
天津市是四大直辖市之一，也是我国北方最大的沿海开放城市，地处华北平原海河五大支流汇流处，常住人口1516万人，总面积11，947km2。天津市域内设有十六区，建成区面积从1995至2014年增长了71.4%。
本文选取2005、2010、2015三年的Landsat遥感影像作为研究底图，中心城区作为主要研究范围，研究天津市植被覆盖时空变化及分布特征并探讨其发展规律。在影像选取中，由于夏季植被旺盛，云量较少、影像较清晰、热岛效应明显，因此，选择各年份夏季遥感数据，进行植被覆盖度计算。
1.2 研究方法
1.2.1 植被覆盖度计算
由于NDVI可作为评价植被长势的一项重要指标，其值与植被覆盖度呈显著正相关性，因此，植被覆盖度提取方法将NDVI值作为像元二分模型中的像元值，计算公式如下：
其中，Fvc为混合像元中植被所占像元的百分比，即植被覆盖度。
植被覆盖度提取方法利用像元二分模型，即假设像元由植被和非植被两个因此线性混合，将植被覆盖度定义为像元植被指数与非植被指数之间的线性差值。[4]由于存在土壤环境、植被环境以及植物叶绿素含量等多种因素干扰，NDVIveg和NDVIsoil的确定具有很大的不确定性。因此，作者采用定量法，用研究区域置信区间内95%和5% 频率的像元NDVI值作为NDVIveg和NDVIsoil，分别为植被覆盖部分和非植被覆盖部分的NDVI值。将置信区间中小于5%像元的植被覆盖度值及置信区间中大于95%的植被覆盖度值修改为0和1，以便对面积进行[0，1]阈值范围内统计，利用不同植被覆盖度值对用地进行分成5类，分类如下：
表1 植被覆盖度用地分类表
1.2.2 地表温度计算
辐射传输方程法，又成大气校正法，该方法需要进行大气校正，消除大气层对地表辐射能量的影响，这就需要从卫星观测得到的热辐射能量中扣除大气层的辐射分量，并利用热红外波段范围内的地表发射率作为参数，反演出地表的真实温度。[5]
辐射传输方程：
Lsensor，λ =[ελ·Bλ（TS）+（1-ελ）Lair，λ↓]·τλ+ Lair，λ↑
ελ为研究对象的地表辐射率，TS为地表真实温度，B（TS）为黑体辐射率，τλ为传感器和地表面之间的大气在热红外波段的总透过率，Lair，λ↓和Lair，λ↑分别为上行大气辐射亮度和下行大气辐射亮度。
2 结果与分析
2.1 2005-2015年植被覆盖度时空变化
利用GIS软件将植被覆盖度进行时空化，得到2005年、2010年及2015年天津市中心城区植被覆盖度分布图，如下图1所示。
图1 2005-2015年中心城区植被覆盖率空间分布图（从左到右依次为2005、2010、2015年）
可以看出，除了植被外的其他用地面积在2015年均比2005年有所增加，而到了2015各用地面积变化趋势不同。城市裸地、高植被覆盖度用地及植被用地均有所降低，低覆盖度及中覆盖度用地面积共增加了252.89km2，增长了28.2%。由此明显看出中心城区城市建设用地的肆意扩张对植被的侵占非常明显，从而导致的生态环境问题加剧。
图2 2005-2015年各植被覆盖度面积变化图
2.2 2005-2015年中心城区各区植被覆盖度变化分析
通过观察2005-2015年中心城区植被覆盖率空间分布图发现，高植被覆盖用地及植被用地在市内六区分布极低，且十年内呈大幅减少趋势，这其中以环城四区高植被覆盖率的减少为主要因素。相比2005年，环城四区2015年的高植被覆盖用地及植被用地减少了157.85km2，其中以东丽区和津南区为主要减少区。在2005-2005年期间，环城四区大量的裸土及植被用地被侵占用以开发建设用地，其中东丽区减少了126.29km2，占到总减少面积一半。与环城四区先比，市内六区变化较小，2005-2015年市内六区用地变化图（图3）中显示，植被用地变化不大，十年内变化主要是裸地、高植被覆盖度用地向低、中植被覆盖度用地的转变，其中，河西区、河东区变化最明显。
图3 2005-2015年市内六区用地变化图
图4 2005-2015年环城四区用地变化图
3 结论
本文利用遥感影像数据，基于像元二分模型，对2005-2015年天津市中心城区植被覆盖度分布、变化特征进行计算。研究发现：（1）十年内，中心城区裸地、高植被覆盖用地及植被用地大幅减少，取而代之的是中、低植被用地。（2）市内六区中，高植被覆盖用地及植被用地分布极低，且十年内呈缓慢减少趋势，其中以河西区、河东区较为明显；环城四区中高植被覆盖用地及植被用地十年中呈大幅降低，津南区、东丽区为主要减少地区。
城市化发展进程中，建设用地扩张是不可避免的趋势，而合理的平衡建设用地与资源、环境的关系，构建生态文明城市又是城市发展的必经之路。因此，在规划发展建设用地时，不仅要严守生态保护红线，更要在有限的城市空间做好城市公园、绿地的规划，环境城市热岛效应，从而推动城市生态文明建设。
参考文献：
[1]路广，韩美，王敏，等.近代黄河三角洲植被覆盖度时空变化分析[J].生态环境学报，2017，26（3）：422-428
[2]李微，宋鑫，刘伟男，陈慧黠.大连市植被覆盖度时空变化研究[J].辽宁师范大学学报（自然科学版），2019，3
[3]康耀江.植被指数在草地遥感中的应用初探[J].湖南农业科学，2011，3
[4]王智诚.城市公园中开敞式草坪空间使用情况及游客满意度评价[D].安徽农业大学硕士论文，2018，5
[5]戴晓燕.基于遥感数据挖掘定量反演城市化区域地表温度研究[D].华东师范大学博士论文，2008，5
作者简介：李泽权，男，1990年6月1日，天津市城市规划设计研究院，助理工程师
论文作者:李泽权
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/27
标签：植被论文; 地表论文; 城市论文; 遥感论文; 热岛论文; 城区论文; 天津市论文; 《基层建设》2019年第16期论文;