京津冀地區500 m分辨率植被覆蓋度數據集

京津冀地區500 m分辨率植被覆蓋度數據集
作者：曾慶雙　張連翀　馮莉莉
2020年5月6日

本作品收錄於《中國科學數據》

曾慶雙, 張連翀, 馮莉莉. 京津冀地區500 m分辨率植被覆蓋度數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2020. (2020-04-27). DOI: 10.11922/csdata.2020.0021.zh.

摘要&關鍵詞

摘要：京津冀在我國有着重要的地理位置，該地區處於東北亞，是中國環渤海的心臟地帶。植被覆蓋度的動態監測對保護和改善生態環境具有重要意義，本文利用2000–2019年的MOD13A1數據，運用MRT、ERDAS和ARCGIS軟件通過波段提取、最大值合成法和像元二分模型法，得到京津冀地區近20年植被覆蓋度數據集。本數據集可用於京津冀地區植被覆蓋度時空格局演變分析、與影響因子的相關性分析、生態環境的變化等方面的研究。

關鍵詞：京津冀；植被覆蓋度；MODIS

Abstract & Keywords

Abstract: The Beijing-Tianjin-Hebei Region has an important geographical position in China, which is located in northeast Asia and the heart of China’s Bohai Sea. Dynamic monitoring of vegetation coverage is of great significance for protecting and improving the ecological environment. In this paper, MOD13A1 data from 2000 to 2019 were downloaded, and MRT, ERDAS and ARCGIS software were used to obtain the vegetation coverage dataset in the Beijing-Tianjin-Hebei Region through band extraction, maximum synthesis method and pixel dichotomy model method. This dataset can be used to analyze the evolution of the spatial and temporal pattern of vegetation coverage in the Beijing-Tianjin-Hebei Region, the correlation between vegetation coverage and influencing factors, and the changes of ecological environment.

Keywords: Beijing-Tianjin-Hebei Region; fractional vegetation cover; MODIS

數據庫（集）基本信息簡介

數據庫（集）名稱	京津冀地區500 m分辨率植被覆蓋度數據集
數據作者	曾慶雙，張連翀，馮莉莉
數據通信作者	曾慶雙（zengqingshuang19@mails.ucas.ac.cn）
數據時間範圍	2000-2019年
地理區域	地理範圍包括北緯43°19′3″-34°54′40″，東經113°9′16″-120°48′30″。地理區域範圍包括北京市、天津市、河北省。
空間分辨率	500 m
數據量	148 MB
數據格式	*.tif
數據服務系統網址	http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/977
基金項目	中國科學院「地球大數據科學工程」A類戰略性先導科技專項「陸地觀測數據資源匯聚與整理」（XDA19020201）。
數據庫（集）組成	本數據集包括2000-2019年近20年的京津冀地區植被覆蓋度數據，每一年數據包含4個文件。其中（1）tif是影像數據；（2）tif.ovr是金字塔數據；（3）tif.aux.xml是附加到柵格的輔助文件與柵格文件位於同一位置，用於存儲無法存儲在柵格文件本身中的任何輔助信息；（4）tfw是關於TIFF影像坐標信息的文本文件。

Dataset Profile

Title	A vegetation coverage dataset of 500 m resolution in Beijing-Tianjin-Hebei Region
Data corresponding author	Zeng qingshuang (zengqingshuang19@mails.ucas.ac.cn)
Data author(s)	Zeng qingshuang,Zhang lianchong,Feng lili
Time range	2000-2019
Geographical scope	Beijing, Tianjin and Hebei (43°19′3″N–34°54′40″N, 113°9′16″E–120°48′30″E).
Spatial resolution	500 m
Data volume	148 MB
Data format	*.tif
Data service system	<http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/977>
Source(s) of funding	China Academy of Sciences 「Earth Big Data Science Project」 Class A Strategic Pilot Science and Technology Project 「Land Observation Data Resources Gathering and Arrangement」 (XDA19020201).
Dataset composition	This dataset includes vegetation coverage products of the Beijing-Tianjin-Hebei Region over the past 20 years, Each year the data contains four files: (1) tif is made up of image data；(2) tif.ovr is made up of image pyramid; (3) tif.aux.xml is an auxiliary file attached to the grid, which is located in the same location as the grid file and is used to store any auxiliary information that cannot be stored in the grid file itself; (4) tfw is a text file about TIFF image coordinate information.

引 言

植被覆蓋度（Fractional Vegetation Cover，FVC）是指植被（包括葉、莖、枝）在地面的垂直投影面積占統計區總面積的百分比，可以綜合反映陸地植物生長狀況以及植物生長發育的各項信息，植被覆蓋度的高低直接影響着生態環境的發展 。京津冀的地理位置在我國十分重要，處於環渤海地區，是東北亞的核心區。由於它重要的地理位置，引起了中國乃至整個世界的矚目。近年來，隨着京津冀一體化的推進，各項綠色工程的實施，該區域的生態環境問題受到廣泛的關注。^{[1][2][3][4][5]}

目前遙感以其範圍大、時效性強、方便快捷等優勢成為研究大區域植被覆蓋度的主要方法 。本文採用2000–2019年MOD13A1數據，提取歸一化植被指數（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）波段並利用像元二分模型得到京津冀地區的植被覆蓋度。本數據集可用於研究京津冀地區植被覆蓋的時空格局演變特徵，評價京津冀地區生態環境質量，同時能作為相關部門制定生態系統保護和改善政策的基礎數據。^[6][7][2]

1 數據採集和處理方法

1.1 數據來源

本文所採用的是MODIS產品中時間分辨率為16 d、空間分辨率為500 m的MOD13A1數據（https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/search/）。美国成功发射了主要搭载着中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer，MODIS）傳感器的互相配合的Terra衛星和Aqua衛星，MODIS數據波譜範圍很寬，有36個波段，波段不連續且全光譜覆蓋，傳感器每隔1–2天就可以獲得從可見光到熱紅外波段（0.4–14.4 μm）的地球海陸空的重複觀察數據，探測器軌道為近極地圓形軌道，與太陽同步。其地面分辨率有250 m、500 m以及1000 m等規格，掃描寬度是2330 km，美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）對MODIS採取免費接收數據並無償使用。

1.2 數據處理

由於京津冀地區MOD13A1數據以分幅的形式跨4個圖幅（圖1），運用數據處理軟件MRT（MODIS Reprojection Tool）對研究區同一時相MOD13A1的所有數據文件進行NDVI波段提取，並按原投影鑲嵌再轉換為適合京津冀的阿爾伯斯投影（又稱雙標準緯線等積圓錐投影），輸出500 m分辨率的tif格式影像。

圖片

圖1 MOD13A1影像覆蓋圖

再利用最大值合成法、像元二分模型法得到京津冀地區植被覆蓋度數據集，以下通過主要步驟進行說明。

（1）通過ERDAS中的Modeler模塊建模將原始數據的NDVI的值處理成理論範圍內，從而獲得京津冀所在的4景影像中的NDVI影像。

（2）通過ERDAS中的Modeler模塊建模來處理影像異常值，得到正確的京津冀NDVI的影像。

（3）通過ERDAS中的Mosaic Tool模塊進行最大值合成，求出一年23景數據中NDVI的最大值。

（4）利用京津冀的邊界矢量圖通過ERDAS對所得的圖像進行裁剪，得到京津冀的植被NDVI影像。

（5）利用像元二分模型法計算出京津冀地區的植被覆蓋度。

該模型假設像元由兩部分組成，包括植被覆蓋部分和非植被覆蓋部分。其中植被覆蓋部分的面積比即該像元的植被覆蓋度，公式為：

圖片 （1）

式中：NDVIsoil 為非植被覆蓋部分像元的NDVI值；NDVIveg 為純植被覆蓋的像元的NDVI值。由於圖像會有噪音的存在，在進行計算過程中不能簡單地把每幅影像的最大值和最小值確定為NDVIveg 和NDVIsoil 。在本研究中選取置信度為2%來設置NDVIsoil 和NDVIveg ，該方法被廣泛應用於估算植被覆蓋度 。^{[8][9][10][11]}

（6）再一次通過ERDAS建模來對20幅影像去除無效值，得到正確的京津冀FVC的影像。

2 數據樣本描述

2.1 數據組成

本數據集為2000–2019年京津冀地區植被覆蓋度的影像，其空間分辨率為500 m，坐標係為WGS1984，投影類型為Albers投影。中央經線為105度，原點緯度為0度，雙標準緯線為北緯25度和北緯47度，總數據量為148 MB。本數據集包括2000–2019年的京津冀地區植被覆蓋度數據，每一年數據包含4個文件：影像文件、金字塔文件、柵格的輔助文件、影像坐標信息的文本文件。

2.2 數據樣本

利用ERDAS和ARCGIS通過1.2章節的處理方法，得到2000–2019年京津冀地區植被覆蓋度數據，部分圖層展示如圖2所示。

圖2 京津冀2014–2019年的植被覆蓋度

圖片	圖片
（a）2019	（b）2018
圖片	圖片
（c）2017	（d）2016
圖片	圖片
（e）2015	（f）2014

3 數據質量控制和評估

從數據產生的每個環節進行質量控制，將下載的MODIS數據進行波段提取NDVI後進行理論數值的處理、異常值去除、填充值的處理等操作，確保數據的準確性。從NDVI到植被覆蓋度的計算中，先利用最大值合成法求年最大值，並進行了最大值數據的檢驗，在像元二分模型法中採取NDVI累計頻率為2%和98%來進行計算，提高數據的可靠性。

4 數據價值

本數據集為2000-2019年京津冀地區植被覆蓋度影像，空間分辨率為500 m，可直接用於京津冀地區植被覆蓋度時空格局演變的分析、與影響因子的關聯分析。本數據集每一年數據中包含影像數據、影像金字塔數據、柵格的輔助文件、影像坐標信息的文本文件4個文件，方便用戶了解影像數據的相關信息。

5 數據使用方法和建議

京津冀地區植被覆蓋度數據集保存為TIFF格式，能夠在ARCGIS等相關軟件中對數據進行讀取、編輯以及後續的一系列分析工作。大部分學者在進行植被覆蓋度方面的研究時基本從時間、空間的變化以及與影響因子的相關性分析等方面展開研究，本文可作為京津冀地區植被覆蓋度研究的基礎數據集，應用於植被覆蓋度時空格局演變特徵、與影響因子關聯分析等研究。

參考文獻

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數據引用格式

曾慶雙, 張連翀, 馮莉莉. 京津冀地區500 m分辨率植被覆蓋度數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2020. (2020-04-20). DOI: 10.11922/sciencedb.977.