研究使用60 m空间分辨率的1980年7月Landsat 3 MSS影像以及30 m空间分辨率的2000年、2017年7月Landsat 5 TM影像(NDVI数据在每年6—8月效果最佳^[26],因此本文选取中间月份计算流域NDVI),以上影像均来自美国地质勘探局(http:∥glovis.usgs.gov/)。利用ENVI 5.1和ArcGIS 10.2对遥感影像进行几何校正、图像增强、镶嵌和裁剪等处理后,通过ENVI 5.1的Band Math工具计算博多河流域1980年、2000年、2017年流域NDVI数据,其值在-1～1。同时,为同步各年份NDVI计算结果的尺度大小,本研究综合考虑遥感影像的分辨率及转化后的影像效果,将所有影像的栅格单元大小转化为60 m×60 m。

为更好地分析植被覆盖动态变化,根据博多河流域NDVI值和土地利用覆盖情况,除了将NDVI≤0的区域设为裸露区外,将NDVI>0的区域通过自然断点法^[27]分为以下5个等级:裸露区、低覆盖区、中等覆盖区、较高覆盖区和高覆盖区。

研究采用年总降雨量和年平均温度作为影响地表植被动态变化的气候要素,其中1980年、2000年、2017年的气象数据来源于美国国家海洋和大气管理局(https:∥www.noaa.gov/)。综合考虑结果的准确性和城市气象数据的可获取性,本研究选取达卡、博格拉、拉杰沙希和朗布尔等10个城市作为气象点(10个城市均匀分布于博多河流域全境范围内),在ArcGIS 10.2中采用Kriging插值进行空间插值处理,再通过掩膜提取,最终获得博多河流域1980年、2000年、2017年的年总降雨量和年平均温度的空间分布数据,其空间分辨率为60 m。

1980年、2000年、2017年孟加拉国博多河流域各等级下NDVI的数量结构见表1,1980年、2000年流域以裸露区为主,均占流域总面积的80%以上,其余4个等级所占流域面积比例较少。同时,1980年存在0.37 km²的高覆盖区,而在其他年份中均无高覆盖区。2017年博多河流域NDVI整体呈上升趋势,且低覆盖区所占比例较多,占流域总面积的40.45%,其次为裸露区和中等覆盖区,分别占31.79%和27.64%。较高覆盖区在各年份中所占比例较小,分别占流域总面积的0.003 5%,0.066%和0.12%。从NDVI变化结构上看,流域植被整体生长状况开始好转。

表1 1980-2017年博多河流域不同类型NDVI数量结构百分比%

1980—2017年孟加拉国博多河流域植被覆盖状况呈现上升趋势(图2)。由图可知:(1)裸露区:除水域范围外,1980年裸露区主要分布于流域北部和中部,在东南部有少量集中连片分布,2000年流域北部和中部的裸露区范围有扩大趋势,且主要由低覆盖区转入,2017年裸露区主要分布于流域东南部以及河流周边;(2)低覆盖区:1980年、2000年、2017年都主要分布于流域南部和东南部,同时在2017年流域的西北部存在大片低覆盖区,并主要由裸露区转入;(3)中等覆盖区:1980年、2000年中等覆盖区在流域范围内分布较少,主要分布于流域南部靠近河流入海口的区域,在2017年中等覆盖区呈现显著的扩张趋势,其扩张范围主要分布于流域北部和中部且主要由裸露区转入;(4)较高覆盖区:1980年主要分布于流域东南部并为零星分布,2000年在流域东南部的分布有明显的扩张且主要由中等覆盖区转入,而2017年则主要分布于流域中部;(5)高覆盖区:1980年零星分布于流域东南部且分布范围极小,在其他年份没有分布。

利用1980年、2000年、2017年流域整体NDVI数据,计算1980—2017年博多河流域NDVI平均值并得到平均NDVI空间分布图(图3)。从图3可以看出,博多河流域1980—2017年平均NDVI呈现东、南部高,西、北部低的分布模式。流域东部林地分布广泛且降雨较多,南部则位于博多河入海口位置,生态多样性丰富,生态环境质量相比其他区域更好,因此在这些地区NDVI较高,整体处于0.2～0.5,属于低覆盖区和中等覆盖区; 流域南部和西部存在广泛的耕地分布,且主要为旱地,水田面积较小,因此在这些区域植被覆盖程度较弱,NDVI较低,集中处于0.1～0.2。NDVI值小于0.1的无植被覆盖区域主要为河流、湖泊和荒滩等。

图2 1980年、2000年、2017年博多河流域NDVI空间分布

博多河流域1980—2000年植被覆盖指数呈下降趋势(表2),退化区面积占流域总面积的47.91%,并主要以轻度退化区为主,其次为无变化区,占30.97%。如图4A所示,退化区主要位于流域北部、西部和中部,其中轻度退化区主要位于流域北部和西部; 无变化区主要位于流域西北部和北部,在流域东南部有少量零星分布; 改善区主要位于流域南部和东部且以轻度改善为主。

图3 博多河流域1980-2017年年均NDVI空间分布

博多河流域2000—2017年植被覆盖状况呈现好转趋势(表2),改善区面积占流域总面积的73.45%且以高度改善为主,退化区较1980—2000年期间有明显减少,仅占流域总面积的15.27%,无变化区的减少也很显著。如图4B所示,高度改善区在流域北部、西北部、东北部、东部和中部有大规模连片分布,中度改善区和轻度改善区主要分布于流域东部和东南部,无变化区在流域西部和东南部有少量分布,3种类型的退化区集中分布于流域南部和东南部。

从1980—2017年博多河流域NDVI的整体变化趋势上看,流域植被覆盖状况有明显的好转(表2),3种类型的改善区所占面积比例较大,占流域总面积的70.64%,其中,高度改善区面积最大。其他趋势类型按面积占比从大到小依次为:无变化区,轻度退化区,高度退化区和中度退化区。从空间分布上看,见图4C所示,博多河流域NDVI呈现快速增长趋势,且在流域北部和中部增长较为显著,在流域东南部也存在规模分布的中度改善区和轻度改善区,退化区则主要分布于流域南部和东南部,其中高度退化区主要位于博多河周边范围内,而无变化区在流域东部和东南部有少量连片分布。