2004—2024 年成渝地区双城经济圈植被覆盖度时空变化监测

中图分类号：Q948 文献标识码：B

引言

植被作为地表植物群落的总体，是生态系统的关键组成部分，不仅参与全球物质与能量循环，还在水土保持、碳收支平衡及气候系统稳定等方面发挥重要作用 [1-2]。近年来，受全球气候变化和人类活动干扰的影响，植被在维持人类生存环境、生态平衡与气候稳定之间的作用日益受到关注。为科学评估气候变化与人类活动对植被生长状态的影响，植被覆盖度（Fractional Vegetation Coverage， FVC）成为广泛使用的指标。FVC 指植被（包括叶、茎、枝）垂直投影面积占统计区域总面积的百分比，是表征地表植被覆盖、监测多尺度植被状况的关键参数，对揭示区域生态环境演变具有重要指示意义。作为生态系统评价的基础数据，植被覆盖度在植被动态监测与区域环境评估中具有不可替代的作用[3-4]。

随着遥感数据在植被覆盖度研究中的广泛应用，基于 MODIS/NDVI 数据的植被覆盖度影响因素分析已取得较多进展。例如，郑勇等[5]结合 MODIS-NDVI 植被指数与气候数据，采用像元二分模型、趋势分析及相关分析方法，研究了川西高原地区植被覆盖度（FVC）的动态变化及其与气候因子的关系；裴志方 利用 MODIS-NDVI 数据并通过相关性分析，探讨了气候与地形因子对川西地区植被覆盖的影响；朱林富等 [7] 则基于 MODIS 数据，借助 GIS 技术和像元二分模型，定量分析了地形地貌对四川植被覆盖度的空间分异作用。

2021 年，中共中央、国务院发布了《成渝地区双城经济圈建设规划纲要》，显著提升了成渝地区的战略定位，使其成为与京津冀、长三角、粤港澳大湾区并列的“第四大经济增长极”。从“成渝经济区”到“双城经济圈”的演变，体现出该区域在推动西部地区及全国经济高质量发展中的关键作用。植被作为生态系统健康与结构的重要指标，其覆盖状况深刻影响社会经济可持续发展。本研究通过分析 2004—2024 年成渝地区双城经济圈植被覆盖度的时空变化特征，旨在为该区域的生态环境质量评估与治理提供科学依据。

1 研究区概况及数据来源

1.1 研究区概况

2021 年 10 月 20 日，中共中央和国务院联合颁布了《成渝地区双城经济圈建设规划纲要》[8]，奠定了成渝双城经济圈的地位，成渝双城经济圈包括四川省的 15 个市和重庆市 27 个区县，总面积 18.5 万平方公里。

1.2 数据来源及预处理

本研究采用的 MODIS 数据（MOD13Q1）来自美国航空航天局（NASA）（https：//ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/），时间范围为 2004年至 2024 年，空间分辨率为 250 米，时间分辨率为 16 天。对下载所得数据使用 MRT 软件进行拼接、投影及格式转换等预处理，并采用最大值合成法（MVC）减小云、大气和太阳高度角等因素的干扰，生成月度NDVI 数据，进一步通过均值处理得到年度NDVI 数据。

2 研究方法

2.1 植被覆盖度

基于归一化植被指数（NDVI）通过像元二分法反演植被覆盖度[9]，公式如下：

式中：FVC 表示像元植被覆盖度；NDVI 为混合像元的植被指数值；NDVIveg 代表纯植被像元的植被指数；NDVIsoil 则为纯土壤像元的植被指数。理论上，NDVIveg 和 NDVIsoil 应分别取 1 和 0，但受地表温度、土壤类型和颜色等因素影响，其实际取值常存在偏差。为此，本研究采用置信区间内最大值与最小值估计 NDVIveg 和 NDVIsoil，以减小遥感影像噪声带来的误差。结合成渝地区双城经济圈植被覆盖实际情况及 NDVI 频率统计特征，经试验比较，最终以NDVI 年最大合成频率累计表中累积频率 5% 的值作为 NDVIsoil， 95% 的值作为 NDVIveg。

2.2 趋势分析

趋势分析 是一种基于时间序列数据的线性回归方法，用于揭示变量的变化动向。本研究应用一元线性回归模型，在像元尺度上定量评估 2004—2024 年成渝地区双城经济圈植被覆盖度的时空变化趋势。该方法通过最小二乘法逐像元拟合斜率，以计算变化速率，进而阐释植被覆盖的时空演变特征。计算公式如下：

式中， n 为研究总年数，取值为 21（ 2004-2024 年）；i 为年份序号，取值范围为 1 至 n ； FVC_i 表示第 i 年的植被覆盖度； θ_slope 为趋势线斜率。若 Θ_slope>0 ，表示该像元在21 年间植被覆盖呈改善趋势；若 Θ_slope<0 ，则表示植被覆盖呈退化态势；若 θ_slope=0 ，则说明植被覆盖状况保持稳定。

3 研究结果

3.1 植被覆盖度时空分布特征

本文参考众多相关研究成果 [11-12]，并根据本区域植被覆盖特征，采用等间距法将成渝地区双城经济圈的植被覆盖度划分为以下五级：低覆盖（ 0.0⩽FVC<0.2 ）、中低覆盖（ 0.2⩽FVC<0.4 ）、中覆盖（0.4⩽FVC<0.6 ）、中高覆盖（ 0.6⩽FVC<0.8 ）和高覆盖（ 0.8⩽FVC⩽1.0 ）。

基于植被覆盖度等间距分级结果，对 2004、2014 及 2024 年三个年份各等级植被覆盖的面积及比例进行统计。由表1 可知，研究区植被覆盖状况总体良好，以中高覆盖度植被为主导，随着时间变化中高植被呈下降趋势，2004—2014 年下降 7.57% ，2014—2024 年下降 8.20% ，2004—2024 年下降 15.77% ，低植被、中植被和中低植被覆盖呈增长趋势，2004—2014 年增长分别为 1.29% 、 0.43% 、 0.46% ，2014—2024 年增长分别为 1.42% 、 2.92% 、 4.27% ，2004—2024 年增长分别为 2.71% 、3.35% 、 4.73% 。高覆盖植被呈先增加后减少趋势，2004—2014增长 5.40% ，2014—2024 年减少 0.41% ，2004—2024 年增长 4.99% 。

表1 2004—2024 年成渝双城经济圈植被覆盖度分级面积及其比例

如图 1 所示，在空间分布上，2004—2024 年成渝地区双城经济圈植被覆盖度表现出明显的空间异质性，整体呈现“中部低、四周高”的格局。2004 年与 2014 年各植被覆盖类型的面积排序均为：中高覆盖＞高覆盖 > 中覆盖 > 中低覆盖 > 低覆盖。至 2024 年，面积排序变为：中高覆盖 > 中覆盖 > 高覆盖 > 中低覆盖 > 低覆盖，其中中高覆盖面积有所减少，中覆盖面积相应增加。

伴随经济快速发展，成都和重庆主城区及辐射带植被退化显著，高覆盖植被向中低等级转化突出，其余城市中心区域的植被覆盖也普遍呈下降趋势。2014 年较 2004 年，研究区四周边缘地区植被覆盖增多较为明显，主要是乐山市、雅安市、达州市、绵阳市、重庆市的北部和南部等区域。2024 年较 2014 年，研究区整体植被覆盖度都在降低，特别是研究区中间中心城市附近增加了较多低覆盖度区域，在研究区的东北方向高植被覆盖区域增加。

整体上，雅安市、乐山市、泸州市、达州市和宜宾市等高植被覆盖区域面积较大，植被类型以草地和森林为主，这些区域多位于研究区边缘，海拔较高，坡度较陡，气候条件适宜，且受人类活动干扰较小，有利于植被的生长与维持。中高植被覆盖区主要分布于资阳市、遂宁市、内江市、自贡市、南充市、广安市、绵阳市及德阳市等地，该区域地处长江以北的盆地内，海拔适中、地势平缓、气候条件良好，土地利用以耕地与园地为主，植被覆盖水平较高。中、中低及低植被覆盖区域则集中分布于重庆市中心城区、成都市及遂宁市等城市化程度较高的地区，该类区域地势平坦，建设用地占比较高，植被覆盖水平普遍较低。

3.2 植被覆盖度时空变化特征

基于一元线性回归模型，对 2004—2024 年成渝地区双城经济圈植被覆盖度的变化趋势进行了分析，结果显示不同区域的植被变化存在明显差异。Lslope值为正时，表示FVC呈增长趋势，为负时则表示下降趋势。根据Lslope 的取值，采用自然断点法将植被覆盖变化趋势划分为五类：Lslope ⩽-0.016788 为明显退化； -0.016788 Lslope ⩽0.007897 为轻度改善；Lslope >0.007897 为明显改善。

通过对FVC 变化趋势图（图2）及面积比例统计表（表2）的分析发现，2004—2024 年间，成渝地区双城经济圈植被覆盖以基本稳定和轻度改善为主，两者面积分别为 5879.90km ² 和 59709.65km ²，占总面积的 32.40% 和 32.31% 。明显改善区域占比 11.43% ，主要分布于达州市、重庆市、广安市、乐山市、泸州市和宜宾市等地，这些区域普遍海拔较高、坡度较大、气候条件良好且受人为干扰较小，利于植被生长。轻度退化区域占 19.74% ，多出现在资阳市、绵阳市、内江市、遂宁市、德阳市、南充市、雅安市及成都市。明显退化区域面积比例最小，为 4.13% ，主要集中在成都市、德阳市、眉山市及重庆市中心城区等人为活动密集区域。

表2 2004—2024 年成渝双城经济圈植被覆盖度变化面积及其比例

4 讨论与结论

目前，成渝地区双城经济圈的开发建设已成为国家重大战略。本研究基于2004—2024 年MODIS 数据，借助一元线性回归趋势分析与像元二分模型，对该区域植被覆盖度的时空分布与动态变化进行了系统分析，主要结论如下：

（1）2004—2024 年，研究区植被覆盖度整体状况良好，大部分区域处于高、中高植被覆盖度，2004 年所占比例为 73.63% 以上，2014 年和 2024 年所占比例分别为 66.52% 和 62.57% 以上。2004 年、2014 年和 2024 年低、中低植被覆盖度面积所占比例分别为 5.75% 、 7.47% 和11.80% 。

（2）空间上，植被覆盖呈现明显的“中部低、四周高”分异特征，与地形格局基本吻合。高覆盖区域主要分布于北部和西部边缘，植被类型以阔叶林、灌丛、草丛及针阔混交林为主；而西北与东南部植被覆盖水平较低，可能与该区域地势平坦、城市化程度高、人类活动干扰强烈有关。

（3）2004—2024 年全区植被覆盖变化总体以基本稳定和轻度改善为主，这一趋势与既有研究结论一致，植被状况的改善可能与四川省和重庆市实施的天然林保护、退耕还林、生物多样性保护及生态屏障建设等一系列生态工程密切相关[13-15]。

本研究聚焦于植被覆盖的时空特征分析，尚未全面涵盖其驱动机制。后续研究可引入更多自然与人为因素进行综合解析，以更全面、科学地支撑成渝双城经济圈的生态保护与可持续发展决策。

参考文献

[1] 赵英时 . 遥感应用分析原理与方法 [M]. 北京 ： 遥感应用分析原理与方法 ，2003.

[2] 颜明 ， 贺莉 ， 王随继 ， 等 . 基于 NDVI 的 1982-2012 年黄河流域多时间尺度植被覆盖变化 [J]. 中国水土保持 科学 ，2018，16（3）：86-94.

[3] 朱高龙 ， 柳艺博 ， 居为民 ， 等 .4 种常用植被指数的地形效应评估 [J]. 遥感学报 ，2013，17（1）：210-234.

[4] 马锋 ， 卓静 ， 何慧娟 ， 等 . 陕西省榆林市植被生态演变及其驱动机制 [J]. 水土保持通报 ，2020，40（5）：257-261，267.

[5] 郑 勇 ， 杨武年 ， 刘 冲 ， 等 . 川西高原近 20 a 植被覆盖变化遥感动态监测及驱动力分析 [J]. 遥感技术与应用 ，2020，35（6）：1447-1456.

[6] 裴志方 . 川西高原植被覆盖度景观格局动态变化研究 [D].成都 ： 成都理工大学 ，2019.

[7] 朱林富 ， 谢世友 ， 杨 华 ， 等 . 基于 MODIS-EVI 的四川植被覆盖地形分布特征 [J]. 西南大学学报 （ 自然科学版 ），2022，44（9）：122-132.

[8] 中共中央 . 国务院印发《成渝地区双城经济圈建设规划纲要》[J]. 中华人民共和国国务院公报 ， 2021（31） ： 13-33.

[9] 曾浩威 ， 凌成星 ， 刘华 ， 等 . 基于关键指标优化的南瓮河国家 级自然保护区生态系统质量变化评估 [J]. 应用生态学报 ， 2023，34（11） ： 3064-3072.

[10] 李晶 ， 崔绿园 ， 闫萧萧 ， 等 . 草原矿区长时序植被覆盖度变化趋势对比分析 [J]. 测绘通报 ，2019（8）：130-134，157.

[11] 张本昀 ， 喻铮铮 ， 刘良云 ， 等 . 北京山区植被覆盖动态变化遥感监测研究 [J]. 地 域 研 究 与 开 发 ，2008，27（1）：108-112.

[12] 李 林 叶 ， 田 美 荣 ， 梁 会 ， 等 .2000-2016 年 呼 伦 贝 尔 草原植被覆盖度时空变化及其影响因素分析 [J]. 生态与农村环境学报 ，2018，34（7）：584-591.

[13] 向珈瑶 ， 彭文甫 ， 陶帅 ， 等 . 2000—2019 年四川省植被恢复成效与影响因素 [J]. 生态学报 ， 2023， 43（4）： 1596-1609.

[14] 余晨渝 ， 肖作林 ， 刘睿 ， 等 . 人类活动对西南山地植被覆盖变化的影响——以重庆市为例 [J]. 生态学报 ， 2022， 42（17）： 7177-7186.

[15] 何利平 ， 简季 . 四川省 2009—2020 年植被覆盖度时空变化遥感动态监测 [J]. 水土保持通 报 ， 2022， 42（2）： 203-209.

资助项目：成都信息工程大学四川省教育厅人文社科重点研究基地气象灾害预测预警与应急管理研究中心2024 年自筹项目，项目名称：成渝地区双城经济圈植被覆盖度变化对生态治理和灾害防治的响应研究，项目编号：ZHYJ24-ZC05。

作者简介：杨玲莉（1989-），女，四川广安人，助教 / 工程师，硕士研究生，研究方向：地理信息系统与环境遥感。