黃土高原地區500 m分辨率植被覆蓋度數據集
| 黃土高原地區500 m分辨率植被覆蓋度數據集 作者：曹曉萍 張琴琴 楊勤科 展小雲 2019年12月31日 |
 曹曉萍, 張琴琴, 楊勤科，展小雲. 黃土高原地區500 m分辨率植被覆蓋度數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2019, 4(4). (2019-07-09). DOI: 10.11922/csdata.2019.0015.zh. |
摘要&關鍵詞
編輯摘要：黃土高原位於我國的生態敏感區，植被覆蓋動態變化是該區域植被恢復和生態系統健康狀況的重要指標。本數據集包含黃土高原2000年和2010年的逐月植被覆蓋度數據，主要基於中國500 m歸一化差分植被指數（Normalized Difference vegetation index，NDVI）旬合成產品通過投影、裁剪、合成月數據、像元二分模型計算等過程加工生成。本數據可反映黃土高原退耕還林前和退耕還林10年後植被覆蓋度的時空變化情況，主要應用於土壤侵蝕時空動態變換評價、生態環境質量評價等方面。
關鍵詞：黃土高原；植被覆蓋度；NDVI
Abstract & Keywords
編輯Abstract: Loess Plateau is located in an ecologically sensitive area of China. The dynamics of vegetation coverage is an imperative indicator of vegetation restoration and ecosystem health. The dataset includes the monthly vegetation coverage data of the Loess Plateau in 2000 and 2010. The data is mainly obtained from 500 m NDVI ten- day synthetic products through projection, cutting, synthetic monthly data, dimidiate pixel model calculation and other processes. The data can reflect the spatio-temporal variation in the past 10 years before and after the conversation of cropland to forest, and also can be used to evaluate the changes of soil erosion and the quality of ecological environment.
Keywords: Loess Plateau; vegetation coverage; NDVI
數據庫（集）基本信息簡介
編輯| 數據庫（集）名稱 | 黃土高原地區500 m分辨率植被覆蓋度數據集 |
| 據作者 | 楊勤科，張琴琴，曹曉萍，展小雲 |
| 數據通信作者 | 楊勤科（qkyang@ms.iswc.ac.cn） |
| 數據時間範圍 | 2000年，2010年 |
| 地理區域 | 中國黃土高原地區，地理範圍包括33°43′–41°16′N，東經100°54′–114°33′E。 |
| 空間分辨率 | 500 m |
| 數據量 | 467 MB |
| 數據格式 | ESRI grid |
| 數據服務系統網址 | 黃土高原500米分辨率植被覆蓋度數據集（2010年）：http://loess.geodata.cn/data/datadetails.html?dataguid=98209523699998&docid=0； 黃土高原500米分辨率植被覆蓋度數據集（2000年）：http://loess.geodata.cn/data/datadetails.html?dataguid=27840778729871&docid=1。 |
| 基金項目 | 國家科技基礎條件平台建設項目（2005DKA32300），中國科學院「十三五」信息化專項科學大數據工程項目（XXH13505-07）。 |
| 數據集組成 | 數據集共包含23個文件夾，分別為2000年2–12月植被覆蓋度fvc0002，fvc0003…fvc0012和2010年12個月植被覆蓋度fvc1001，fvc1002…fvc1012。 |
Dataset Profile
編輯| Title | A dataset of vegetation coverage with 500-meter spatial resolution in the Loess Plateau |
| Data author | Yang Qinke, Zhang Qinqin, Cao Xiaoping, Zhan Xiaoyun |
| Data corresponding author | Yang Qinke（qkyang@ms.iswc.ac.cn） |
| Time period | 2000 and 2010 |
| Geographical scope | Loess Plateau, 33°43′–41°16′ N， 100°54′–114°33′ E |
| spatial resolution | 500 m |
| Data volume | 467 MB |
| Data format | ESRI grid |
| Data service system | Dataset of Vegetation coverage with 500 m spatial resolution in the Loess Plateau (2010), <http://loess.geodata.cn/data/datadetails.html?dataguid=98209523699998&docid=0>; Dataset of Vegetation coverage with 500 m spatial resolution in the Loess Plateau (2000), <http://loess.geodata.cn/data/datadetails.html?dataguid=27840778729871&docid=1>. |
| Sources of funding | National Science & Technology Infrastructure of China (2005DKA32300), the 13th Five year Informatization Plan of Chinese Academy of Sciences (XXH13505-07). |
| Dataset composition | The dataset contains 23 documents, including vegetation cover fvc0002，fvc0003…fvc0012 from February to December 2000 and fvc1001，fvc1002…fvc1012 from January to December 2010. |
引 言
編輯黃土高原是世界最大的黃土集中分布區，地處乾旱和濕潤過渡區。由於其土層疏鬆、暴雨集中等原因，尤其是歷史上對土地的過度開墾，植被覆蓋度相對較低，區域生態系統脆弱。因此，黃土高原的植被覆蓋度狀況對黃河中下游的生態安全具有極其重要的作用。作為國家生態脆弱區和水土保持建設的重點區域，1999年國家實施了退耕還林（草）工程，1999–2010年間黃土高原累計造林面積已達到1890.6×104 hm2，使得該地區生態環境得到極大改善[1]。2011年國務院發布的《全國主體功能區規劃》中將黃土高原劃分為黃土高原–川滇生態屏障帶重要組成部分，其植被覆蓋度的變化對該區的生態安全有着至關重要的作用。
植被作為地球生態系統的主體，在全球物質和能量的循環過程中起到了十分重要的作用。植被覆蓋度既是反映植被覆蓋狀況最直接的指標[2]，也是區域生態環境狀況的「指示器」[3]。植被覆蓋度的變化能夠反映植被的生長態勢及其進行光合作用的強度，因而區域植被的變化與全球環境變化密切相關[4][5]。
本數據集是黃土高原區域實施退耕還林工程初期的2000年和退耕還林10年後的2010年的逐月植被覆蓋度數據，數據可用於分析退耕還林（草）工程實施以來黃土高原地區、典型流域和土壤侵蝕類型區植被覆蓋的時空變化特徵，揭示黃土高原退耕還林（草）措施的生態成效，並用於土壤侵蝕時空動態變換評價、生態環境質量評價等方面。還可支持地理學、生態學和水土保持科學研究和高校有關學科（地理、生態、林學、水土保持學等）教學。
數據集自2016年在國家地球系統科學數據共享服務平台–黃土高原科學數據中心（http://loess.geodata.cn）发布共享以来，已下载使用40多次，先后支撑国家重点研发计划课题“黄土高原水土流失与生态产业协同发展技术集成与模式”、国家科技重大专项“我国土系调查与《中國土系志》（中西部卷）編制」、國家自然科學基金「黃土高原生物結皮的熱特性、熱傳輸過程以及土壤熱效應」等20多個項目，支撐碩博士論文10餘篇。
1 數據採集和處理方法
編輯植被生長和演替，受到降水和溫度等氣候要素的強烈影響，因此植被覆蓋度在多年間和年內都有變化。野外考察和已有研究表明，退耕還林以來，植被覆蓋度發生了十分明顯的變化。為了既能反映年內各月植被覆蓋度變化，又能反映退耕還林初期和10年後的植被覆蓋度變化，在中國地理空間數據云網站（http://www.gscloud.cn/）下载2000年和2010年旬合成产品归一化差分植被指数（Normalized Difference vegetation index, NDVI），利用像元二分模型計算生成2000年和2010年各月的植被覆蓋度，以期反映黃土高原退耕還林以來植被覆蓋度的年際和年內變化。
1.1 基礎數據準備
編輯黃土高原地區500 m分辨率植被覆蓋度數據集是由來自TERRA衛星的中國500 m NDVI旬合成產品計算得到，產品由MODND1D計算得到，計算方法為取月內每十天最大值。NDVI來源於中國地理空間數據云網站。原始數據缺省2000年1月數據，2000年2月只有下旬數據，因此2000年2月沒有平均值合成。用於裁切的黃土高原邊界（圖1）來源於黃土高原科學數據中心（http://loess.geodata.cn/）。
圖1 黃土高原邊界圖
1.2 數據處理
編輯數據處理均在ARCGIS環境下進行，分為投影、裁剪、合成月數據、計算4個步驟。
1.2.1 投影
編輯為便於使用，本數據集直接採用全國地圖投影的常用投影和參數。投影名稱為正軸等積割圓錐投影（Albers），橢球體為Krasovsy，單位為m。在此過程中將輸出分辨率設置為500 m，重採樣方法規定為二次線性（bilinear），這種採樣結果數據比較連續，不會出現偽條紋。
利用第二次黃土高原科學考察隊定義的黃土高原地區邊界（圖1）進行數據裁切。為了數據的完整，也便於數據應用，裁切時從黃土高原地區邊界向外做了5 km的緩衝帶處理。
1.2.2 合成月數據
編輯對下載的原始NDVI旬合成產品進行濾波、空值填充、去雲等必要處理，然後用最大值合成法，將每月三個旬的數據合成為月NDVI數據。其中空值填充採樣了常用的鄰域均值法。
1.2.3 植被覆蓋度計算
編輯利用目前最通用的像元二分模型（式1），基於月NDVI數據，計算逐月植被覆蓋度。
VFC = (NDVI - NDVIsoil)/ ( NDVIveg - NDVIsoil ) （1）
式中VFC為植被覆蓋度（%）；NDVIsoil 為完全是裸土或無植被覆蓋區域的NDVI值；NDVIveg 則代表完全被植被所覆蓋的像元的NDVI值，即純植被像元的NDVI值。NDVIsoil 和NDVIveg 可以是NDVI統計分布累計頻率為0.5%和99.5%的值[6][7][8]。
黃土高原植被覆蓋度偏低，該累計頻率的賦值方法對覆蓋度計算結果可能會造成一定誤差。
2 數據樣本描述
編輯黃土高原植被覆蓋度數據集命名方式為：fvcyymm，fvc為植被覆蓋度，yy代表年份，mm代表月份，如fvc0002為2000年2月植被覆蓋度數據。本數據集共包含2000年2–12月和2010年1–12月共23個圖層數據，植被覆蓋度單位為%。圖2是部分圖層展示，反映了退耕還林初期的2000年和退耕還林10年後的2010年植物生長枯萎期的12月和生長茂盛期的8月植被覆蓋度變化情況。
圖2 退耕還林前後12月與8月植被覆蓋度變化情況
| 圖片 | 圖片 |
| （a）2000年12月 | （b）2000年8月 |
| 圖片 | 圖片 |
| （c）2010年12月 | （d）2010年8月 |
3 數據質量控制和評估
編輯數據處理過程中，採用了統一的基礎數據源，原始數據分辨率為0.0051°，中緯度地區相當於平面距離567.7 m，所以黃土高原地區換算成平面坐標後設置為500 m。
將所下載的NDVI數據在計算植被覆蓋度前對數據進行如下處理：濾波除噪處理、空值檢查和填充處理、去雲處理等，直至數據無明顯噪音、無空值和偽條紋。從NDVI到植被覆蓋度的計算中，採用了NDVI累計頻率為0.5%和99.5%，從而提高數據計算的準確度。
數據覆蓋範圍為黃土高原地區（圖1），為使數據更精準，在裁切時對黃土高原邊界向外做了5 km緩衝處理。
4 數據使用方法和建議
編輯本數據已於2016年在國家地球系統科學數據共享服務平台–黃土高原科學數據中心（http://loess.geodata.cn/）发布并提供共享服务。在网站下载本数据解压后可使用支持ESRI grid文件格式的GIS軟件打開、顯示、編輯、查看、統計分析等。數據可用於分析退耕還林（草）工程實施以來黃土高原地區、典型流域和土壤侵蝕類型區植被覆蓋的時空變化特徵，揭示黃土高原退耕還林（草）措施的生態成效。
參考文獻
編輯- ↑ 趙安周, 劉憲鋒, 朱秀芳, 等. 2000～2014年黃土高原植被覆蓋時空變化特徵及其歸因[J]. 中國環境科學2016,36(5): 1568-1578.
- ↑ 高健健 , 穆興民, 孫文義. 1981～2012年黃土高原植被覆蓋度時空變化特徵[J]. 中國水土保持,2016,7:52-56.
- ↑ 陳效逑, 王恆. 1982～2003年內蒙古植被帶和植被覆蓋度的時空變化[J]. 地理學報, 2009, 64 (1): 84-94
- ↑ 肖強, 陶建平, 肖洋. 黃土高原近10年植被覆蓋的動態變化及驅動力分析生態學報, 2016, 36(23): 7594-7602.
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- ↑ 魏石磊, 翟亮, 桑會勇, 等. 像元分解模型的植被覆蓋度遙感估算[J]. 測繪科學, 2016, 41(1): 139-143.
- ↑ 陳巧, 陳永富. 應用高分辨率衛星影像監測退耕地植被的覆蓋度[J]. 林業科學, 2006, 42(1): 5-9.
- ↑ 吳炳方, 顏長珍, 周為峰. 密雲水庫上游植被覆蓋度的遙感估算[J]. 資源科學, 2004, 26(4): 153-159.
數據引用格式
編輯楊勤科, 張琴琴, 曹曉萍, 展小雲. 黃土高原500 m分辨率植被覆蓋度數據集（2000年）[DB/OL]. 黃土高原科學數據中心, 2016. DOI: 10.11866/db.loess.2016.02. 楊勤科, 張琴琴, 曹曉萍, 展小雲. 黃土高原500 m分辨率植被覆蓋度數據集（2010年）[DB/OL]. 黃土高原科學數據中心, 2016. DOI:10.11866/db.loess.2016.03.
