2001—2010年?yáng)|洞庭湖濕地NDVI指數(shù)的水位響應(yīng)

曾光明　賴旭　梁婕　黃璐　李曉東　龍勇　武海鵬　袁玉潔

摘要：利用TIMESAT擬合2001年至2010年?yáng)|洞庭湖的MODIS-NDVI數(shù)據(jù)，獲得整個(gè)東洞庭湖濕地A及濕地西側(cè)B和南側(cè)C三個(gè)區(qū)域的NDVI時(shí)間序列.通過(guò)分析NDVI時(shí)間序列與水位變化關(guān)系、繪制樣本自相關(guān)曲線及計(jì)算Spearman秩相關(guān)系數(shù)（ρs），研究了東洞庭湖濕地植被覆蓋和水位變化兩方面功能狀態(tài)，并探討東洞庭湖濕地植被覆蓋對(duì)水位變化的響應(yīng).研究表明：1）東洞庭的植被覆蓋狀況受水位作用是以年為周期，每周期內(nèi)的4月及10月底出現(xiàn)一個(gè)峰值，豐水期7月份出現(xiàn)一個(gè)降低過(guò)程；二次多項(xiàng)式擬合顯示植被覆蓋峰值的水位臨界點(diǎn)在24～25m左右.2）三個(gè)研究區(qū)植被受湖泊水位作用大小關(guān)系是：A區(qū)

關(guān)鍵詞：濕地；NDVI時(shí)間序列；植被覆蓋；水位響應(yīng)；TIMESAT；東洞庭湖

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

湖泊的水陸交錯(cuò)帶[1]是湖泊濕地生物多樣性的重要組成區(qū)域，同時(shí)也是湖泊濕地的生態(tài)功能最敏感的區(qū)域.作為湖泊水域與周圍陸地環(huán)境間物質(zhì)和能量交換的重要通道，水陸交錯(cuò)帶在湖泊生物生產(chǎn)繁殖和營(yíng)養(yǎng)平衡中發(fā)揮著極重要的作用.

衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展，使得獲取大范圍內(nèi)植被覆蓋變化更加方便快速.其中歸一化植被指數(shù)（NDVI）廣泛應(yīng)用于分析植被及其它因素之間的土地覆蓋變化，得到眾多的關(guān)注[2-3].其中中等分辨成像光譜儀（MODIS）獲取的NDVI是一種廣泛應(yīng)用于植被覆蓋研究的指數(shù)[4].Feng等利用MODIS數(shù)據(jù)分析了鄱陽(yáng)湖2000-2010年洪水變化情況[5]，Hu等利用遙感技術(shù)選取1993年、2002年、2006年和2010年的影像分析1993-2010年的洞庭湖植被變化情況[6]，而濕地植被生長(zhǎng)狀況和濕地功能受水文狀況驅(qū)動(dòng)[7]，其相關(guān)變化是連續(xù)過(guò)程.三峽的建立對(duì)東洞庭湖的水文狀態(tài)有一定的改變，東洞庭湖的植被群落與高程密切相關(guān)，植被生長(zhǎng)區(qū)域高程越高及越靠近水面，群落數(shù)越少[8]，24 m至26 m的水位漲落時(shí)序變化大，低高程的泥灘濕地裸露時(shí)間延長(zhǎng)，將向草灘濕地演替，對(duì)植被生長(zhǎng)和生物量累積有利[9-10]，植被覆蓋對(duì)水位響應(yīng)存在連續(xù)變化.對(duì)東洞庭湖濕地的植被隨時(shí)間的生長(zhǎng)狀況及植被覆蓋范圍相對(duì)水位的變化的研究成為江湖關(guān)系改變過(guò)程中的重要研究?jī)?nèi)容.但利用衛(wèi)星遙感技術(shù)手段對(duì)東洞庭湖濕地植被的高時(shí)頻、長(zhǎng)時(shí)序的生長(zhǎng)狀況的監(jiān)測(cè)及其對(duì)水位的變化關(guān)系研究不足.

本研究利用MODIS的NDVI指數(shù)對(duì)東洞庭湖濕地植被生長(zhǎng)狀態(tài)和湖泊水位狀態(tài)的時(shí)間序列進(jìn)行分析，重點(diǎn)研究2001年至2010年?yáng)|洞庭湖濕地植被生長(zhǎng)的年度季節(jié)性變化和年際周期性變化及植被覆蓋與湖泊水位之間的相關(guān)性.通過(guò)連續(xù)變化分析量化相同周期內(nèi)及隨時(shí)間發(fā)展過(guò)程?hào)|洞庭湖湖泊水陸交錯(cuò)帶植被覆蓋對(duì)水位的變化狀況，探討東洞庭湖濕地植被覆蓋變化的重要水位響應(yīng)點(diǎn)，并分析三峽時(shí)期東洞庭湖植被對(duì)湖泊水位的響應(yīng)情況.研究將為東洞庭湖濕地植被在三峽工程建立后水文狀態(tài)發(fā)生改變下的保護(hù)及對(duì)洞庭湖的生態(tài)蓄水位和建閘建壩等生態(tài)修復(fù)工程提供參考依據(jù).

1研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1研究區(qū)概況及劃分說(shuō)明

東洞庭湖地理坐標(biāo)為28°59′29°38′N，112°43′113°15′E，是洞庭湖水系的主要組成部分.其最大湖水面積為1 328 km2，約為洞庭湖面積的50%，年平均過(guò)湖水量達(dá)3 126億m3，是長(zhǎng)江中游重要的調(diào)蓄過(guò)水型湖泊，豐水期為每年6月至8月，枯水期為12月至次年3月，水深4～22 m，最大水位高差為17.17 m.依據(jù)高程面積曲線，東洞庭湖濕地最低高程約為21 m，多年平均顯露時(shí)間約123 d[11].東洞庭湖植被類型隨區(qū)域高程差異有變化，而不同的植被類型其NDVI值會(huì)不同[12-13]，東洞庭湖水位的變化對(duì)不同高程和其不同的植被類型區(qū)域的作用也相應(yīng)產(chǎn)生不同影響.本文依據(jù)高程和植被分布與水位變化范圍劃分三個(gè)研究區(qū)進(jìn)行分析：A區(qū)以東洞庭湖整體為研究區(qū)，包含整個(gè)湖面及B區(qū)和C區(qū).B區(qū)位于東洞庭湖濕地西側(cè)，該區(qū)域植被以蘆葦（Phragmits australis）和楊樹（Populusspp.）為主，最大高程約32 m，豐水年的豐水期可將該區(qū)域全部淹沒，水位變化表現(xiàn)為快漲快退的態(tài)勢(shì).C區(qū)位于東洞庭湖南側(cè)，植被以蘆葦和苔草（Carex）為主，地勢(shì)比較平坦，高程由北向南緩慢增高，最大高程約30 m，水面覆蓋范圍表現(xiàn)為每年隨著水位逐步上升向南逐漸增大，豐水期該區(qū)域?qū)⑷勘缓蜎].通過(guò)對(duì)三個(gè)劃分區(qū)域的整體與部分及部分之間的對(duì)比分析，可全面了解東洞庭濕地植被覆蓋的變化與水位的響應(yīng)情況.

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源

MOD13Q1數(shù)據(jù)是EOS/Terra衛(wèi)星的MODIS產(chǎn)品之一.本研究采用基于最大合成法（maximum value composite ， MVC）每16 d合成（每年23期），分辨率為250 m的NDVI數(shù)據(jù)，該產(chǎn)品經(jīng)過(guò)幾何校正和大氣校正.MODIS數(shù)據(jù)可以從美國(guó)航天航空局的Goddard Space Flight Center衛(wèi)星網(wǎng)站上免費(fèi)獲取（http：//ladsweb.nascom.nasa.gov/index.html）.本研究從衛(wèi)星網(wǎng)站下載時(shí)間覆蓋從2001年至2010年共10年的230期影像為研究對(duì)象，并利用Envi4.7對(duì)原始影像進(jìn)行預(yù)處理.東洞庭湖的水位數(shù)據(jù)采用岳陽(yáng)城陵磯監(jiān)測(cè)站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù).本研究結(jié)合NDVI值選取2001年至2010年這十年的水位數(shù)據(jù)進(jìn)行，選取的水位數(shù)據(jù)（日平均水位）對(duì)應(yīng)衛(wèi)星采集MODIS數(shù)據(jù)的時(shí)間.研究中用到的東洞庭湖高程DEM數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)（http：//datamirror.csdb.cn/index.jsp），所使用的數(shù)據(jù)為SRTM提供的DEM數(shù)據(jù)，空間分辨率為90 m.

2NDVI時(shí)間序列的重構(gòu)與分析方法

TIMESAT軟件[14]由Jnsson和Eklundh共同開發(fā)，可進(jìn)行植被指數(shù)時(shí)間序列數(shù)據(jù)集的重建及植被生長(zhǎng)物候信息的提取，以便獲取季節(jié)性植被生長(zhǎng)規(guī)律信息.該軟件包含SavitzkyGolay濾波法、Asymmetric Gaussians擬合法和Logistic函數(shù)擬合法三種核心算法.本文利用其中可較好描述NDVI時(shí)序數(shù)據(jù)的總體變化趨勢(shì)和全局特征的AG擬合法濾波法[15-16]，對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的MODIS13Q1數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行擬合，去除時(shí)間序列中的異常值，重構(gòu)A，B，C三個(gè)區(qū)域的NDVI時(shí)間序列.將研究區(qū)內(nèi)擬合后所有像元的NDVI值進(jìn)行平均，獲得NDVI平均值的時(shí)間序列，用以代表該區(qū)域該時(shí)段的植被覆蓋變化狀況，并與東洞庭湖水位序列進(jìn)行相關(guān)性分析.

3結(jié)果與分析

3.1NDVI時(shí)間序列去噪結(jié)果與分析

圖2中虛線為A區(qū)原始的NDVI時(shí)間序列，其中的幾個(gè)明顯異常低值是由于2001年12月初、2002年2月中旬及4月中旬、2005年2月初、2006年2月初及2008年1月中旬這幾個(gè)時(shí)間段內(nèi)研究區(qū)域上方的云層影響.本研究區(qū)域是東洞庭湖濕地，鑒于濕地特殊的水文特性對(duì)遙感獲取的NDVI值的影響，原始NDVI時(shí)間序列有一定的鋸齒狀波動(dòng)[19].利用TIMESAT軟件設(shè)置適當(dāng)參數(shù)通過(guò)AG擬合使NDVI時(shí)間序列平滑化，減小噪聲值對(duì)時(shí)間序列的影響.從圖2中可以看出擬合后的曲線平滑，去噪效果良好.

3.2NDVI時(shí)間序列與水位整體變化分析

圖3所示，NDVI時(shí)間序列相對(duì)水位的整體變化趨勢(shì)是：每年的開始階段隨水位的上升NDVI值增大，當(dāng)水位值達(dá)24 m左右時(shí)，NDVI值達(dá)第一個(gè)波峰；隨后NDVI曲線呈下降趨勢(shì)，直至水位達(dá)最高時(shí)，曲線形成一個(gè)波谷；在水位開始下降后NDVI值呈現(xiàn)上升狀態(tài)，直到水位下降至25m左右后，NDVI值達(dá)到第二個(gè)波峰；之后11月份后植被進(jìn)入衰退期，NDVI值隨水位的下降也開始減小.由曲線變化幅度可見，A區(qū)NDVI變化幅度沒有B和C這兩區(qū)明顯；B區(qū)的NDVI值相對(duì)C區(qū)更大，但C區(qū)的NDVI變化程度較B區(qū)更加劇烈.洞庭湖的汛期是每年6月至9月，非汛期則是10月至次年5月.C區(qū)由于植被覆蓋類型為蘆葦及苔草，生長(zhǎng)區(qū)的高程較低，受汛期水位上漲影響大；而B區(qū)的高程較C區(qū)高，主要覆蓋的植被為楊樹和蘆葦，汛期的影響相對(duì)較小.2003年后，汛期累積水量逐漸減少，2006年汛期累積水量出現(xiàn)低于全年累積水量的50%[20].水量的減少使泥灘濕地裸露范圍增大、時(shí)間延長(zhǎng)，NDVI值在2003年后（除C區(qū)2010年）的6月至9月期間相對(duì)2003年前同期較高.東洞庭湖濕地植被質(zhì)心呈現(xiàn)從林地蘆葦苔草逐層靠近湖心的分布特點(diǎn)，1993-2006年三種植被類型的質(zhì)心均不斷向湖心遷移，林地與蘆葦?shù)淖冞w更為顯著[21].區(qū)域內(nèi)一部分低矮的植被類型分布區(qū)被高直的植被類型取代，林地和蘆葦?shù)倪w移也導(dǎo)致汛期NDVI值偏高.

對(duì)2001至2010年這10年的NDVI與東洞庭湖水位進(jìn)行多元線性回歸二次多項(xiàng)式關(guān)系擬合，A，B和C三個(gè)研究區(qū)擬合的相關(guān)系數(shù)R分別為：0.56，0.74，0.66.東洞庭湖濕地的NDVI在低水位和高水位狀態(tài)下，NDVI值較??；在一定的水位水平下NDVI有最大值.其中，A區(qū)NDVI的最大值出現(xiàn)在24 m左右，且大值范圍較小；B區(qū)最大值同樣出現(xiàn)在24 m左右，但水位在21 m～31 m的范圍均有較大NDVI值；而C區(qū)NDVI的大值集中出現(xiàn)在22 m～25 m之間.二次多項(xiàng)式分析表明，東洞庭湖區(qū)的植被覆蓋有一個(gè)水位的臨界點(diǎn)或臨界范圍，且受區(qū)域高程的影響.

3.3NDVI時(shí)間序列樣本自相關(guān)性分析

由圖4三個(gè)不同研究區(qū)內(nèi)的NDVI時(shí)間序列的樣本自相關(guān)曲線分析，A區(qū)和B區(qū)的樣本自相關(guān)曲線在第23期、46期等每隔23個(gè)滯后期處有個(gè)較高的自相關(guān)系數(shù)，在這兩個(gè)區(qū)域內(nèi)NDVI時(shí)間序列是以每23期（1a）為一個(gè)周期的變化.同時(shí)，在A區(qū)和B區(qū)的每個(gè)周期內(nèi)在自相關(guān)系數(shù)為負(fù)值區(qū)形成一個(gè)凸起的小波峰，波峰的起點(diǎn)在第7期左右（4月中旬），結(jié)束點(diǎn)在第19期左右（10月底）.C區(qū)的自相關(guān)曲線與A區(qū)和B區(qū)有很大的差別，從直觀上看，C區(qū)的自相關(guān)曲線是每隔約11.5期就形成一個(gè)周期.

A區(qū)和B區(qū)的樣本自相關(guān)曲線中凸起波峰以及C區(qū)每隔11.5期便形成的凸起“偽周期”，與東洞庭湖水位形成波峰的時(shí)期正好相吻合.水位上升引起NDVI值降低從而使該處數(shù)值自相關(guān)性發(fā)生改變，每一周期內(nèi)凸起的波峰的起止時(shí)間表示水位在植被生長(zhǎng)季中作用時(shí)間長(zhǎng)度，而波峰的大小表明該時(shí)間段內(nèi)植被覆蓋范圍受到水位上升的影響大小，表2為2001至2010年?yáng)|洞庭湖水位的相關(guān)信息.東洞庭湖泥灘濕地分布在24 m以下高程，草灘濕地分布在24～26m高程，蘆葦濕地分布在26m以上高程[10].顯然，水位對(duì)NDVI影響程度是A區(qū)

3.4三峽時(shí)期植被覆蓋與湖泊水位相關(guān)性變化

東洞庭湖水位的變化與三口、四水的入湖水量有關(guān).三峽建成后，三口、四水的入湖水量均呈現(xiàn)不同程度的減少[22].三峽時(shí)期（2003年至今），先后經(jīng)過(guò)五次蓄水過(guò)程，其中在2003年、2006年、2009年分別蓄水至135 m，156 m和175 m.表3為2001年至2010年NDVI序列與水位之間的Spearman秩相關(guān)系數(shù)矩陣，圖5中a，b，c分別是2003，2006，2009年與前后兩年對(duì)比的相關(guān)性變化情況（其中，A_23表示對(duì)A區(qū)全年23期數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，B_23，C_23類推；A_719表示對(duì)A區(qū)當(dāng)年第7至第19期的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，B_719，C_719類推）.相關(guān)系數(shù)變化幅度最大的是C區(qū)，B區(qū)次之，A區(qū)變化則相對(duì)最小；且2003年與2009年C區(qū)植被生長(zhǎng)期和2006年B區(qū)植被生長(zhǎng)期的ρs值與前后兩年對(duì)比變化最大，且ρs絕對(duì)值在植被生長(zhǎng)期均低于前后兩年的ρs值，其中最大變化幅度達(dá)0.505.圖5（d）表示三個(gè)重要蓄水年的蓄水高度與研究區(qū)域的ρs值變化情況，三峽這三個(gè)重要蓄水年的水位從135 m升高至175 m，而A，B，C三個(gè)研究區(qū)全年的ρs分別從0.337，0.451，0.244增大至0.641，0.687，0.518，植被覆蓋與水位之間呈顯著相關(guān)性（表3）.

前后兩年對(duì)比分析表明，三峽的蓄水對(duì)東洞庭湖植被覆蓋與水位的相關(guān)性影響主要集中在東洞庭湖濕地植被生長(zhǎng)期的水陸交錯(cuò)帶.研究表明，三峽蓄水期使城陵磯水位平均降幅2003年為0.59 m，2006年為2.03 m，2009年為2.11 m[23].三峽的蓄水期在植被生長(zhǎng)中后期，該時(shí)期內(nèi)水陸交錯(cuò)帶植被覆蓋與水位之間的相關(guān)性減弱，水位對(duì)植被覆蓋的影響在這三個(gè)蓄水年有減小趨勢(shì).而蓄水水位至135 m，156 m，175 m的這三年植被覆蓋對(duì)水位的年相關(guān)性逐漸增強(qiáng)，表明三峽蓄水量增大引起東洞庭湖水位下降，植被覆蓋對(duì)湖泊水位的響應(yīng)增強(qiáng).

4結(jié)論

利用TIMESAT軟件對(duì)NDVI時(shí)間序列擬合重建消除噪聲值的效果較好，對(duì)研究東洞庭湖濕地的NDVI對(duì)水位響應(yīng)提供了基礎(chǔ).樣本自相關(guān)與Spearman秩相關(guān)等反映了東洞庭湖濕地的NDVI時(shí)間序列的年度與年際變化情況，通過(guò)NDVI的連續(xù)變化分析量化相同周期內(nèi)及隨時(shí)間發(fā)展過(guò)程?hào)|洞庭湖濕地植被覆蓋對(duì)水位的響應(yīng)狀況.

1）東洞庭湖濕地的NDVI主要受汛期水位上漲影響，水位上升或下降至24 m左右NDVI出現(xiàn)一個(gè)峰值，使每個(gè)周期內(nèi)其曲線呈“M”型.

2）通過(guò)對(duì)比分析，對(duì)于地勢(shì)較平坦且以苔草為主的濕地南側(cè)區(qū)域其NDVI對(duì)水位響應(yīng)情況均大于高程為32 m且主要分布為蘆葦和楊樹的濕地西側(cè)區(qū)域.即在東洞庭湖濕地高程越高、植被越趨于旱生或喬灌木，水位對(duì)該區(qū)域的NDVI的作用越小.

3）三峽時(shí)期的2003年、2006年及2009年這三個(gè)重要蓄水年，東洞庭湖汛期時(shí)NDVI對(duì)水位響應(yīng)減弱，而全年的NDVI變化情況對(duì)水位響應(yīng)增強(qiáng).三峽蓄水水位從135 m上升至175 m，NDVI與東洞庭湖水位的年相關(guān)性由中低相關(guān)逐漸增至顯著相關(guān).至2003年三峽大壩蓄水后，東洞庭濕地的NDVI對(duì)湖泊水位的響應(yīng)更加明顯.

參考文獻(xiàn)

[1]尹澄清.內(nèi)陸水/陸交錯(cuò)帶的生態(tài)功能及其保護(hù)和開發(fā)前景[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，1995， 15（3）：331-335.

[2]LEI Sheng， ZHANG Xiuping， LI Rongfang， et al. Analysis the changes of annual for Poyang Lake wetland vegetation based on MODIS monitoring[J]. Procedia Environmental Sciences， 2011， 10：1841-1846.

[3]MAR L Z， PATRICIA K， NORA M，et al. Seasonal and interannual analysis of wetlands in South America using NOAA-AVHRR NDVI time series： the case of the Parana Delta Region[J]. Landscape Ecology， 2008， 23（7）：833-848.

[4]宋富強(qiáng)，邢開雄，劉陽(yáng)，等.基于MODIS/NDVI的陜北地區(qū)植被動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2011， 31（2）：354-363.

[5]FENG Lian， HU Chuanmin， CHEN Xiaoling， et al. Assessment of inundation changes of Poyang Lake using MODIS observations between 2000 and 2010[J]. Remote Sensing of Environment， 2012， 121：80-92.

[6]HU Yanxia， HUANG Jinliang， DENG Fan. Using remote sensing to monitor wetland cover change and succession in Dongting Lake of China during 1993-2010[C]// International Conference on IEEE. 2011：5668-5672.

[7]MITSCH W J， GOSSELINK J G. Wetlands[M]. 4th Edition. New York：Wiley，2007：107-162.

[8]ZHENG Jingming， WANG Lingyan， LI Suyan，et al. Relationship between community type of wetland plants and site elevation on sandbars of the East Dongting Lake， China[J]. Forestry Studies in China， 2009， 11（1）：44-48.

[9]梁婕，蔡青，郭生練，等. 基于MODIS的洞庭湖濕地面積對(duì)水文的響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2012， 32（21）：6628-6635.

[10]謝永宏，陳心勝.三峽工程對(duì)洞庭湖濕地植被演替的影響[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2008， 29（6）：684-687.

[11]吳炳方，黃進(jìn)良，沈良標(biāo).濕地的防洪功能分析評(píng)價(jià)-以東洞庭湖為例[J].地理研究，2000， 19（2）：189-193.

[12]張軍，葛劍平，國(guó)慶喜.中國(guó)東北地區(qū)主要植被類型NDVI變化與氣候因子的關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)報(bào)， 2001， 21（4）：522-527.

[13]那曉東，張樹清，李曉峰，等.MODIS NDVI時(shí)間序列在三江平原濕地植被信息提取中的應(yīng)用[J].濕地科學(xué)， 2007， 5（3）：227-235.

[14]JNSSON P， EKLUNDH L. Timesata program for analyzing time-series of satellite sensor data[J]. Computers and Geosciences， 2004， 30：833-845.

[15]吳文斌，楊鵬，唐華俊，等.兩種NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)擬合方法比較[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009， 25（11）：183-188.

[16]宋春橋，柯靈紅，游松財(cái)，等.基于TIMESAT的3種時(shí)序NDVI擬合方法比較研究- 以藏北草地為例[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2011， 26（2）：147-155.

[17]ZOFFOLI M L， KANDUS P， MADANES N，et al. Seasonal and interannual analysis of wetlands in South America using NOAAAVHRR NDVI time series： the case of the Parana Delta Region[J].Landscape Ecology， 2008， 23（7）： 833-848.

[18]謝明文.關(guān)于協(xié)方差、相關(guān)系數(shù)與相關(guān)性的關(guān)系[J].數(shù)理統(tǒng)計(jì)與管理，2004， 23（3）：33-36.

[19]譚衢霖.鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)環(huán)境遙感變化監(jiān)測(cè)研究[D].北京：中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所， 2002：59-76.

[20]蔡青，黃璐，梁婕，等.基于MODIS遙感影像數(shù)據(jù)的洞庭湖蓄水量估算[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，39（4）：64-69.

[21]雷璇，楊波，蔣衛(wèi)國(guó)，等.東洞庭湖濕地植被格局變化及其影響因素[J].地理研究，2012，31（3）：461-470.

[22]李景保，常疆，呂殿青，等.三峽水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行初期荊江與洞庭湖區(qū)的水文效應(yīng)[J].地理學(xué)報(bào)，2009， 64（11）：1342-1352.

[23]黃群，孫占東，姜加虎.三峽水庫(kù)運(yùn)行對(duì)洞庭湖水位影響分析[J].湖泊科學(xué)，2011，23（3）：424-428.

前后兩年對(duì)比分析表明，三峽的蓄水對(duì)東洞庭湖植被覆蓋與水位的相關(guān)性影響主要集中在東洞庭湖濕地植被生長(zhǎng)期的水陸交錯(cuò)帶.研究表明，三峽蓄水期使城陵磯水位平均降幅2003年為0.59 m，2006年為2.03 m，2009年為2.11 m[23].三峽的蓄水期在植被生長(zhǎng)中后期，該時(shí)期內(nèi)水陸交錯(cuò)帶植被覆蓋與水位之間的相關(guān)性減弱，水位對(duì)植被覆蓋的影響在這三個(gè)蓄水年有減小趨勢(shì).而蓄水水位至135 m，156 m，175 m的這三年植被覆蓋對(duì)水位的年相關(guān)性逐漸增強(qiáng)，表明三峽蓄水量增大引起東洞庭湖水位下降，植被覆蓋對(duì)湖泊水位的響應(yīng)增強(qiáng).

4結(jié)論

利用TIMESAT軟件對(duì)NDVI時(shí)間序列擬合重建消除噪聲值的效果較好，對(duì)研究東洞庭湖濕地的NDVI對(duì)水位響應(yīng)提供了基礎(chǔ).樣本自相關(guān)與Spearman秩相關(guān)等反映了東洞庭湖濕地的NDVI時(shí)間序列的年度與年際變化情況，通過(guò)NDVI的連續(xù)變化分析量化相同周期內(nèi)及隨時(shí)間發(fā)展過(guò)程?hào)|洞庭湖濕地植被覆蓋對(duì)水位的響應(yīng)狀況.

1）東洞庭湖濕地的NDVI主要受汛期水位上漲影響，水位上升或下降至24 m左右NDVI出現(xiàn)一個(gè)峰值，使每個(gè)周期內(nèi)其曲線呈“M”型.

2）通過(guò)對(duì)比分析，對(duì)于地勢(shì)較平坦且以苔草為主的濕地南側(cè)區(qū)域其NDVI對(duì)水位響應(yīng)情況均大于高程為32 m且主要分布為蘆葦和楊樹的濕地西側(cè)區(qū)域.即在東洞庭湖濕地高程越高、植被越趨于旱生或喬灌木，水位對(duì)該區(qū)域的NDVI的作用越小.

3）三峽時(shí)期的2003年、2006年及2009年這三個(gè)重要蓄水年，東洞庭湖汛期時(shí)NDVI對(duì)水位響應(yīng)減弱，而全年的NDVI變化情況對(duì)水位響應(yīng)增強(qiáng).三峽蓄水水位從135 m上升至175 m，NDVI與東洞庭湖水位的年相關(guān)性由中低相關(guān)逐漸增至顯著相關(guān).至2003年三峽大壩蓄水后，東洞庭濕地的NDVI對(duì)湖泊水位的響應(yīng)更加明顯.

參考文獻(xiàn)

[1]尹澄清.內(nèi)陸水/陸交錯(cuò)帶的生態(tài)功能及其保護(hù)和開發(fā)前景[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，1995， 15（3）：331-335.

[2]LEI Sheng， ZHANG Xiuping， LI Rongfang， et al. Analysis the changes of annual for Poyang Lake wetland vegetation based on MODIS monitoring[J]. Procedia Environmental Sciences， 2011， 10：1841-1846.

[3]MAR L Z， PATRICIA K， NORA M，et al. Seasonal and interannual analysis of wetlands in South America using NOAA-AVHRR NDVI time series： the case of the Parana Delta Region[J]. Landscape Ecology， 2008， 23（7）：833-848.

[4]宋富強(qiáng)，邢開雄，劉陽(yáng)，等.基于MODIS/NDVI的陜北地區(qū)植被動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2011， 31（2）：354-363.

[5]FENG Lian， HU Chuanmin， CHEN Xiaoling， et al. Assessment of inundation changes of Poyang Lake using MODIS observations between 2000 and 2010[J]. Remote Sensing of Environment， 2012， 121：80-92.

[6]HU Yanxia， HUANG Jinliang， DENG Fan. Using remote sensing to monitor wetland cover change and succession in Dongting Lake of China during 1993-2010[C]// International Conference on IEEE. 2011：5668-5672.

[7]MITSCH W J， GOSSELINK J G. Wetlands[M]. 4th Edition. New York：Wiley，2007：107-162.

[8]ZHENG Jingming， WANG Lingyan， LI Suyan，et al. Relationship between community type of wetland plants and site elevation on sandbars of the East Dongting Lake， China[J]. Forestry Studies in China， 2009， 11（1）：44-48.

[9]梁婕，蔡青，郭生練，等. 基于MODIS的洞庭湖濕地面積對(duì)水文的響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2012， 32（21）：6628-6635.

[10]謝永宏，陳心勝.三峽工程對(duì)洞庭湖濕地植被演替的影響[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2008， 29（6）：684-687.

[11]吳炳方，黃進(jìn)良，沈良標(biāo).濕地的防洪功能分析評(píng)價(jià)-以東洞庭湖為例[J].地理研究，2000， 19（2）：189-193.

[12]張軍，葛劍平，國(guó)慶喜.中國(guó)東北地區(qū)主要植被類型NDVI變化與氣候因子的關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)報(bào)， 2001， 21（4）：522-527.

[13]那曉東，張樹清，李曉峰，等.MODIS NDVI時(shí)間序列在三江平原濕地植被信息提取中的應(yīng)用[J].濕地科學(xué)， 2007， 5（3）：227-235.

[14]JNSSON P， EKLUNDH L. Timesata program for analyzing time-series of satellite sensor data[J]. Computers and Geosciences， 2004， 30：833-845.

[15]吳文斌，楊鵬，唐華俊，等.兩種NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)擬合方法比較[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009， 25（11）：183-188.

[16]宋春橋，柯靈紅，游松財(cái)，等.基于TIMESAT的3種時(shí)序NDVI擬合方法比較研究- 以藏北草地為例[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2011， 26（2）：147-155.

[17]ZOFFOLI M L， KANDUS P， MADANES N，et al. Seasonal and interannual analysis of wetlands in South America using NOAAAVHRR NDVI time series： the case of the Parana Delta Region[J].Landscape Ecology， 2008， 23（7）： 833-848.

[18]謝明文.關(guān)于協(xié)方差、相關(guān)系數(shù)與相關(guān)性的關(guān)系[J].數(shù)理統(tǒng)計(jì)與管理，2004， 23（3）：33-36.

[19]譚衢霖.鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)環(huán)境遙感變化監(jiān)測(cè)研究[D].北京：中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所， 2002：59-76.

[20]蔡青，黃璐，梁婕，等.基于MODIS遙感影像數(shù)據(jù)的洞庭湖蓄水量估算[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，39（4）：64-69.

[21]雷璇，楊波，蔣衛(wèi)國(guó)，等.東洞庭湖濕地植被格局變化及其影響因素[J].地理研究，2012，31（3）：461-470.

[22]李景保，常疆，呂殿青，等.三峽水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行初期荊江與洞庭湖區(qū)的水文效應(yīng)[J].地理學(xué)報(bào)，2009， 64（11）：1342-1352.

[23]黃群，孫占東，姜加虎.三峽水庫(kù)運(yùn)行對(duì)洞庭湖水位影響分析[J].湖泊科學(xué)，2011，23（3）：424-428.

前后兩年對(duì)比分析表明，三峽的蓄水對(duì)東洞庭湖植被覆蓋與水位的相關(guān)性影響主要集中在東洞庭湖濕地植被生長(zhǎng)期的水陸交錯(cuò)帶.研究表明，三峽蓄水期使城陵磯水位平均降幅2003年為0.59 m，2006年為2.03 m，2009年為2.11 m[23].三峽的蓄水期在植被生長(zhǎng)中后期，該時(shí)期內(nèi)水陸交錯(cuò)帶植被覆蓋與水位之間的相關(guān)性減弱，水位對(duì)植被覆蓋的影響在這三個(gè)蓄水年有減小趨勢(shì).而蓄水水位至135 m，156 m，175 m的這三年植被覆蓋對(duì)水位的年相關(guān)性逐漸增強(qiáng)，表明三峽蓄水量增大引起東洞庭湖水位下降，植被覆蓋對(duì)湖泊水位的響應(yīng)增強(qiáng).

4結(jié)論

利用TIMESAT軟件對(duì)NDVI時(shí)間序列擬合重建消除噪聲值的效果較好，對(duì)研究東洞庭湖濕地的NDVI對(duì)水位響應(yīng)提供了基礎(chǔ).樣本自相關(guān)與Spearman秩相關(guān)等反映了東洞庭湖濕地的NDVI時(shí)間序列的年度與年際變化情況，通過(guò)NDVI的連續(xù)變化分析量化相同周期內(nèi)及隨時(shí)間發(fā)展過(guò)程?hào)|洞庭湖濕地植被覆蓋對(duì)水位的響應(yīng)狀況.

1）東洞庭湖濕地的NDVI主要受汛期水位上漲影響，水位上升或下降至24 m左右NDVI出現(xiàn)一個(gè)峰值，使每個(gè)周期內(nèi)其曲線呈“M”型.

2）通過(guò)對(duì)比分析，對(duì)于地勢(shì)較平坦且以苔草為主的濕地南側(cè)區(qū)域其NDVI對(duì)水位響應(yīng)情況均大于高程為32 m且主要分布為蘆葦和楊樹的濕地西側(cè)區(qū)域.即在東洞庭湖濕地高程越高、植被越趨于旱生或喬灌木，水位對(duì)該區(qū)域的NDVI的作用越小.

3）三峽時(shí)期的2003年、2006年及2009年這三個(gè)重要蓄水年，東洞庭湖汛期時(shí)NDVI對(duì)水位響應(yīng)減弱，而全年的NDVI變化情況對(duì)水位響應(yīng)增強(qiáng).三峽蓄水水位從135 m上升至175 m，NDVI與東洞庭湖水位的年相關(guān)性由中低相關(guān)逐漸增至顯著相關(guān).至2003年三峽大壩蓄水后，東洞庭濕地的NDVI對(duì)湖泊水位的響應(yīng)更加明顯.

參考文獻(xiàn)

[1]尹澄清.內(nèi)陸水/陸交錯(cuò)帶的生態(tài)功能及其保護(hù)和開發(fā)前景[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，1995， 15（3）：331-335.

[2]LEI Sheng， ZHANG Xiuping， LI Rongfang， et al. Analysis the changes of annual for Poyang Lake wetland vegetation based on MODIS monitoring[J]. Procedia Environmental Sciences， 2011， 10：1841-1846.

[3]MAR L Z， PATRICIA K， NORA M，et al. Seasonal and interannual analysis of wetlands in South America using NOAA-AVHRR NDVI time series： the case of the Parana Delta Region[J]. Landscape Ecology， 2008， 23（7）：833-848.

[4]宋富強(qiáng)，邢開雄，劉陽(yáng)，等.基于MODIS/NDVI的陜北地區(qū)植被動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2011， 31（2）：354-363.

[5]FENG Lian， HU Chuanmin， CHEN Xiaoling， et al. Assessment of inundation changes of Poyang Lake using MODIS observations between 2000 and 2010[J]. Remote Sensing of Environment， 2012， 121：80-92.

[6]HU Yanxia， HUANG Jinliang， DENG Fan. Using remote sensing to monitor wetland cover change and succession in Dongting Lake of China during 1993-2010[C]// International Conference on IEEE. 2011：5668-5672.

[7]MITSCH W J， GOSSELINK J G. Wetlands[M]. 4th Edition. New York：Wiley，2007：107-162.

[8]ZHENG Jingming， WANG Lingyan， LI Suyan，et al. Relationship between community type of wetland plants and site elevation on sandbars of the East Dongting Lake， China[J]. Forestry Studies in China， 2009， 11（1）：44-48.

[9]梁婕，蔡青，郭生練，等. 基于MODIS的洞庭湖濕地面積對(duì)水文的響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2012， 32（21）：6628-6635.

[10]謝永宏，陳心勝.三峽工程對(duì)洞庭湖濕地植被演替的影響[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2008， 29（6）：684-687.

[11]吳炳方，黃進(jìn)良，沈良標(biāo).濕地的防洪功能分析評(píng)價(jià)-以東洞庭湖為例[J].地理研究，2000， 19（2）：189-193.

[12]張軍，葛劍平，國(guó)慶喜.中國(guó)東北地區(qū)主要植被類型NDVI變化與氣候因子的關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)報(bào)， 2001， 21（4）：522-527.

[13]那曉東，張樹清，李曉峰，等.MODIS NDVI時(shí)間序列在三江平原濕地植被信息提取中的應(yīng)用[J].濕地科學(xué)， 2007， 5（3）：227-235.

[14]JNSSON P， EKLUNDH L. Timesata program for analyzing time-series of satellite sensor data[J]. Computers and Geosciences， 2004， 30：833-845.

[15]吳文斌，楊鵬，唐華俊，等.兩種NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)擬合方法比較[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009， 25（11）：183-188.

[16]宋春橋，柯靈紅，游松財(cái)，等.基于TIMESAT的3種時(shí)序NDVI擬合方法比較研究- 以藏北草地為例[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2011， 26（2）：147-155.

[17]ZOFFOLI M L， KANDUS P， MADANES N，et al. Seasonal and interannual analysis of wetlands in South America using NOAAAVHRR NDVI time series： the case of the Parana Delta Region[J].Landscape Ecology， 2008， 23（7）： 833-848.

[18]謝明文.關(guān)于協(xié)方差、相關(guān)系數(shù)與相關(guān)性的關(guān)系[J].數(shù)理統(tǒng)計(jì)與管理，2004， 23（3）：33-36.

[19]譚衢霖.鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)環(huán)境遙感變化監(jiān)測(cè)研究[D].北京：中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所， 2002：59-76.

[20]蔡青，黃璐，梁婕，等.基于MODIS遙感影像數(shù)據(jù)的洞庭湖蓄水量估算[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，39（4）：64-69.

[21]雷璇，楊波，蔣衛(wèi)國(guó)，等.東洞庭湖濕地植被格局變化及其影響因素[J].地理研究，2012，31（3）：461-470.

[22]李景保，常疆，呂殿青，等.三峽水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行初期荊江與洞庭湖區(qū)的水文效應(yīng)[J].地理學(xué)報(bào)，2009， 64（11）：1342-1352.

[23]黃群，孫占東，姜加虎.三峽水庫(kù)運(yùn)行對(duì)洞庭湖水位影響分析[J].湖泊科學(xué)，2011，23（3）：424-428.