陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)植被覆蓋度遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

趙艷華, 蘇 德*, 包 揚(yáng), 楊 巍, 趙 超, 白 雲(yún), 趙玉金

1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院, 北京 100012 2.國(guó)家環(huán)境保護(hù)區(qū)域生態(tài)過(guò)程與功能評(píng)估重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100012 3.井岡山生態(tài)環(huán)境綜合觀(guān)測(cè)研究站, 江西 井岡山 343699 4.中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所, 北京 100101

陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)植被覆蓋度遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

趙艷華1,2,3, 蘇 德1,2,3*, 包 揚(yáng)1,2,3, 楊 巍1,2,3, 趙 超1,2,3, 白 雲(yún)1,2,3, 趙玉金4

1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院, 北京 100012 2.國(guó)家環(huán)境保護(hù)區(qū)域生態(tài)過(guò)程與功能評(píng)估重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100012 3.井岡山生態(tài)環(huán)境綜合觀(guān)測(cè)研究站, 江西 井岡山 343699 4.中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所, 北京 100101

為揭示植被覆蓋度時(shí)空動(dòng)態(tài)變化及其與氣候因子的相關(guān)關(guān)系，以2011年國(guó)務(wù)院印發(fā)的《國(guó)家主體功能區(qū)規(guī)劃》中劃定的防風(fēng)固沙類(lèi)型的陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)為研究區(qū)域，以MODIS長(zhǎng)時(shí)間序列的植被指數(shù)產(chǎn)品為數(shù)據(jù)源，采用像元二分法、一元線(xiàn)性趨勢(shì)法以及相關(guān)分析法等，對(duì)陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)植被覆蓋時(shí)空變化及其與氣溫和降水的關(guān)系進(jìn)行分析.結(jié)果表明：陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)植被覆蓋較差，其中以察哈爾右翼中旗的植被覆蓋度為最高，數(shù)值在30%～60%之間；烏拉特后旗植被覆蓋度為最低，處于2.31%～8.89%之間.2000—2010年研究區(qū)植被覆蓋整體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，以低等級(jí)(0～20%)和較低等級(jí)(20%～40%)為主，兩等級(jí)面積占90%以上；處于高等級(jí)(60%～80%)和較高等級(jí)(80%～100%)水平的區(qū)域面積總和僅占研究區(qū)總面積的0.62%.2000—2010年植被覆蓋度由高等級(jí)向低等級(jí)的轉(zhuǎn)化趨勢(shì)明顯，植被退化面積占研究區(qū)總面積的53.4%，植被改善面積僅占1.63%，基本不變的區(qū)域占44.97%.相關(guān)分析顯示，研究區(qū)植被覆蓋度與同期降水響應(yīng)關(guān)系良好，大部分區(qū)域二者呈正相關(guān)；植被覆蓋度與同期氣溫關(guān)系不明顯，大部分區(qū)域二者呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明降水是影響陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)植被覆蓋度變化的主要自然因素.

陰山北麓； 植被覆蓋度； MODIS； 像元二分模型

植被不僅在地球表面的碳、水和能量循環(huán)方面起到重要作用[1- 3]，而且在全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)(GCTE)和國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃(IGBP)等研究中具有重要地位[4].植被還是土壤流失方程、氣候數(shù)值模型、水文生態(tài)模型中重要的控制因子[5- 6].在干旱區(qū)，植被還可作為評(píng)價(jià)土地退化和沙漠化程度的參考指標(biāo)，不同程度退化土地可以通過(guò)地表植被覆蓋度來(lái)劃分[7].近年來(lái)，隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，遙感測(cè)量法在空間上具有更大優(yōu)勢(shì)，它不僅是獲取區(qū)域植被覆蓋度的重要手段[8- 11]，甚至還可以估算全球植被的植被覆蓋度[12- 14].植被覆蓋度的計(jì)算方法有很多，目前應(yīng)用較多的是像元二分模型[15- 17]，該方法對(duì)于沙漠化地區(qū)植被覆蓋度的提取以及沙漠化監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)具有重要的實(shí)踐意義[7].作為全球變化的重要方面，氣候變化對(duì)植被覆蓋度有重要影響[18]，已有大量研究從不同時(shí)空尺度來(lái)探討植被與氣候的相關(guān)關(guān)系[19- 22]，并且在20世紀(jì)80年代就有大量利用NDVI數(shù)據(jù)對(duì)干旱區(qū)進(jìn)行相關(guān)研究的案例，進(jìn)一步探討了NDVI和季度及年際降水量之間的相關(guān)關(guān)系[23- 26]，為干旱區(qū)災(zāi)害預(yù)警提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[27- 30].

我國(guó)陰山北麓區(qū)域不僅是對(duì)全球變化響應(yīng)非常敏感的典型生態(tài)脆弱帶，而且是內(nèi)地重要的生態(tài)屏障[31]，2011年國(guó)務(wù)院下發(fā)的《國(guó)家主體功能區(qū)規(guī)劃》[32]把該區(qū)域的四子王旗、烏拉特中旗、達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗等6個(gè)旗劃為重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)中重要的防風(fēng)固沙區(qū)，明確以封育草原、恢復(fù)植被、退牧還草、降低人口密度為發(fā)展方向.根據(jù)劉廣峰等[7]對(duì)毛烏素沙地進(jìn)行的植被覆蓋度的研究表明，基于NDVI的像元二分模型適合于沙漠化地區(qū)的植被覆蓋度提取.該研究正是基于MODIS NDVI數(shù)據(jù)利用像元二分模型對(duì)2000—2010年陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)的植被覆蓋度進(jìn)行遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和詳細(xì)分析，并結(jié)合同期降水量和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)一步揭示植被覆蓋度與水熱條件的相關(guān)關(guān)系，以期能充分了解該區(qū)域植被變化情況，揭示其動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢(shì)，從而為該功能區(qū)的植被恢復(fù)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)合理的依據(jù)及重要的數(shù)據(jù)支撐.

1 研究區(qū)概況

陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)位于內(nèi)蒙古北部，與蒙古接壤，屬陰山山地向蒙古高原過(guò)渡帶，是典型的農(nóng)牧交錯(cuò)地區(qū)[33]，所選研究區(qū)地理位置為107°05′E～113°30′E、40°03′N(xiāo)～43°30′N(xiāo)，面積9.69×104km2，下轄四子王旗、達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗、察哈爾右翼中旗、察哈爾右翼后旗、烏拉特中旗和烏拉特后旗共6個(gè)旗.大部分區(qū)域?qū)俑珊怠敫珊禋夂?，多年平均降水量?00～400 mm之間，年均風(fēng)速2～6 ms，全年8級(jí)以上的大風(fēng)天數(shù)平均為20～80 d.

研究區(qū)土壤分布具有明顯的地帶性，屬典型草原向荒漠草原過(guò)渡的土壤類(lèi)型，北部和西北部為棕鈣土、南部為栗鈣土、中部為淡栗鈣土，土層厚度和土壤肥力均由南向北遞減.該區(qū)域大部分屬退化嚴(yán)重的草地，生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自我調(diào)節(jié)恢復(fù)能力較弱，極易受人為干擾和自然災(zāi)害的侵襲，水資源貧乏，生態(tài)環(huán)境極為脆弱，風(fēng)蝕沙化土地比重高，為沙塵暴的主要沙源地，對(duì)華北地區(qū)生態(tài)安全構(gòu)成威脅.

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

研究中所用NDVI數(shù)據(jù)是通過(guò)美國(guó)國(guó)家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)網(wǎng)站下載的全國(guó)MODIS MOD13Q1產(chǎn)品數(shù)據(jù)(http：reverb.echo.nasa.gov)，時(shí)間分辨率為16 d，空間分辨率250 m，時(shí)間跨度為2000年1月—2010年12月.為減少來(lái)自大氣中云、氣溶膠、云陰影、視角以及太陽(yáng)高度角的影響，采用最大值合成法得到16 d的合成數(shù)據(jù)，每月有上、中、下旬3個(gè)NDVI值，每年共36個(gè)數(shù)值.首先將MODIS影像進(jìn)行拼接，再利用MRT(MODIS Reprojection Tools)處理工具對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、投影轉(zhuǎn)換等，最后將拼接好且重投影過(guò)的16 d合成的全國(guó)NDVI數(shù)據(jù)內(nèi)插為逐旬?dāng)?shù)據(jù)，得到2000—2010年逐旬的全國(guó)NDVI數(shù)據(jù)；另外，為減少NDVI數(shù)據(jù)時(shí)間序列曲線(xiàn)中異常值等噪聲的影響，對(duì)其進(jìn)行濾波平滑處理.最后再用1∶250 000陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)邊界裁剪得到研究區(qū)的NDVI數(shù)據(jù).

所用土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于“全國(guó)生態(tài)環(huán)境十年變化(2000—2010年)遙感調(diào)查與評(píng)估”項(xiàng)目提供的分辨率為30 m的土地覆蓋產(chǎn)品，為保證與NDVI數(shù)據(jù)的一致性，在GIS環(huán)境下對(duì)土地覆蓋數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，獲取250 m分辨率的土地覆蓋柵格數(shù)據(jù)集.

圖1 2000年與2010年研究區(qū)氣溫和降水量插值結(jié)果Fig.1 Interpolation figures of temperature and precipitation of study area in 2000 and 2010

2.2 研究方法

2.2.1 植被覆蓋度計(jì)算方法

該研究采用被廣泛使用的像元二分模型[15]計(jì)算植被覆蓋度.根據(jù)像元二分模型原理，一個(gè)像元的NDVI值可以表達(dá)為由綠色植被部分所貢獻(xiàn)的信息與裸土部分所貢獻(xiàn)的信息這兩部分組成.其計(jì)算公式：

fc=(NDVI-NDVIsoil)(NDVIveg-NDVIsoil)

(1)

式中：fc為研究區(qū)植被覆蓋度值；NDVIsoil為裸土或無(wú)植被覆蓋區(qū)域的NDVI值；NDVIveg為完全被植被所覆蓋像元的NDVI值，即純植被像元的NDVI值.對(duì)于大多數(shù)類(lèi)型的裸地表面，NDVIsoil是不隨時(shí)間改變的，理論上應(yīng)該接近于零，然而由于大氣影響地表濕度條件的改變，NDVIsoil實(shí)際上是會(huì)隨著時(shí)間而變化，此外由于地表濕度、粗糙度、土壤類(lèi)型、土壤顏色等條件的不同，NDVIsoil也會(huì)隨著空間而變化，變化范圍一般在-0.1～0.2之間[34].筆者參考相關(guān)研究及研究區(qū)內(nèi)NDVI的空間分布情況，分別采取0.05(稀疏植被)與0.10(正常植被)兩個(gè)固定值作為NDVIsoil的值.NDVIveg代表著全植被覆蓋像元的最大值，由于植被類(lèi)型的不同、植被覆蓋的季節(jié)變化、葉冠背景的污染(包括潮濕地面、雪、枯葉等)等因素，使得NDVIveg也會(huì)隨著時(shí)間和空間而改變.因此，該研究通過(guò)計(jì)算NDVI的年最大值，將其與土地覆蓋數(shù)據(jù)疊加，得到每種覆蓋類(lèi)型的NDVI累積頻率，并對(duì)不同覆蓋類(lèi)型的累積頻率閾值進(jìn)行調(diào)整，最終得出各土地覆被類(lèi)型的NDVIveg.

為充分了解陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)的植被生長(zhǎng)情況，選取植被質(zhì)量相對(duì)較好的生長(zhǎng)季(6—9月)進(jìn)行植被覆蓋度統(tǒng)計(jì)，采用ARCGIS 10.1的柵格計(jì)算器計(jì)算植被覆蓋度每旬?dāng)?shù)據(jù)的平均值來(lái)獲得研究區(qū)的年均植被覆蓋度，然后在GIS環(huán)境下按等間距分為5個(gè)等級(jí)，即低等級(jí)(0～20%)、較低等級(jí)(20%～40%)、中等級(jí)(40%～60%)、較高等級(jí)(60%～80%)、高等級(jí)(80%～100%).

2.2.2 趨勢(shì)分析

為研究陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)植被變化速率在空間上的差異，采用一元線(xiàn)性回歸趨勢(shì)分析法對(duì)2000—2010年的年均植被覆蓋度的空間變化進(jìn)行趨勢(shì)模擬.一元線(xiàn)性回歸趨勢(shì)分析法能模擬每個(gè)柵格的變化趨勢(shì)，反映不同時(shí)期植被覆蓋變化趨勢(shì)的空間特征[35].計(jì)算公式：

式中,θslope為變化趨勢(shì)斜率,n為監(jiān)測(cè)時(shí)間(即11 a),fci為第i年的植被覆蓋度.θslope>0說(shuō)明植被覆蓋度呈增加趨勢(shì)；θslope<0說(shuō)明植被覆蓋度呈降低趨勢(shì).

2.2.3 相關(guān)性分析

采用相關(guān)分析法進(jìn)行植被覆蓋變化對(duì)氣候因子的響應(yīng)分析.采用ARCGIS 10.1的柵格計(jì)算器分析植被覆蓋度與降水量(mm)或氣溫(℃)的空間關(guān)系，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn).計(jì)算公式[35- 36]：

3 結(jié)果與討論

3.1 植被覆蓋度時(shí)空分布特征

由圖2可見(jiàn)，2000—2011年陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)植被覆蓋呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，年下降率為0.47%.其中，全區(qū)植被覆蓋度在2003年達(dá)到最高值，為20.67%；在2005年出現(xiàn)最低值僅為10.35%；2006—2010年呈先增加后降低的趨勢(shì).烏拉特中旗和烏拉特后旗的植被覆蓋度呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，其中，烏拉特后旗植被覆蓋度的年增幅為8.49%，烏拉特中旗的年增幅為1.21%.其余區(qū)域均呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，年下降率表現(xiàn)為四子王旗(1.03%)<察哈爾右翼中旗(1.71%)<察哈爾右翼后旗(1.78%)<達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗(1.81%)，其中，以達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗植被覆蓋度的降幅最為明顯，植被退化較為嚴(yán)重.

圖2 研究區(qū)植被覆蓋度的年際變化Fig.2 Annual change curves of the fractional vegetation coverage of study area

2000—2010年陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)植被覆蓋度空間分布如圖3所示，各等級(jí)面積及比例統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示.圖3和表1顯示，大部分區(qū)域植被覆蓋度處于較低水平，并且在空間分布上呈現(xiàn)自西向東逐漸遞增的趨勢(shì)，植被覆蓋度高值區(qū)大多分布在研究區(qū)東南部的察哈爾右翼中旗和察哈爾右翼后旗等部分區(qū)域.其中，四子王旗植被覆蓋度處于低等級(jí)水平的區(qū)域面積占該旗面積的67.20%；達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗植被覆蓋度處于低等級(jí)水平的區(qū)域面積占該旗面積的66.15%；察哈爾右翼中旗和察哈爾右翼后旗的植被覆蓋情況相對(duì)較好，處于中等級(jí)及以上水平的區(qū)域面積分別占各旗區(qū)域面積的42.57%和22.35%，這是因?yàn)檫@兩個(gè)旗是農(nóng)業(yè)活動(dòng)的主要分布區(qū)[37]，農(nóng)作物生長(zhǎng)旺盛使得植被覆蓋值相對(duì)較高；烏拉特中旗和烏拉特后旗植被狀況較差，植被覆蓋度處于低等級(jí)水平的區(qū)域面積分別占86.79%和98.54%，處于中等級(jí)及以上水平的區(qū)域面積僅占3.35%和0.46%，這是因?yàn)樵搮^(qū)域大部分以裸土、裸巖、鹽堿地等為主，植被稀疏，并且荒漠化比較嚴(yán)重.

圖3 2000—2010年研究區(qū)植被覆蓋度等級(jí)的空間分布Fig.3 Spatial distribution of fractional vegetation coverage classification of study area from 2000 to 2010

旗縣統(tǒng)計(jì)參數(shù)植被覆蓋度等級(jí)低較低中較高高四子王旗面積∕km216151．317187．5634．6959．250．375所占比例∕%67．2029．912．640．250．0016察哈爾右翼中旗面積∕km2135．942263．631435．13323．2520．38所占比例∕%3．2554．1834．357．740．49察哈爾右翼后旗面積∕km268．942866．38815．7528．810．13所占比例∕%1．8275．8321．580．760．0033達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗面積∕km211553．635667．38235．1310．81所占比例∕%66．1532．451．350．06烏拉特中旗面積∕km219818．882249．94638．63125．002．00所占比例∕%86．799．852．800．550．01烏拉特后旗面積∕km224123．69243．4488．6925．190．63所占比例∕%98．540．990．360．100．0026

3.2 植被覆蓋度演化特征及空間變化趨勢(shì)

為進(jìn)一步研究2000—2010年陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)植被覆蓋的變化情況，采用轉(zhuǎn)移矩陣法對(duì)2000年和2010年的植被覆蓋度進(jìn)行轉(zhuǎn)移情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2.表2顯示，2000—2010年研究區(qū)內(nèi)低等級(jí)植被覆蓋區(qū)域面積凈增加7 604.09 km2，主要由處于較低等級(jí)和中等級(jí)水平的區(qū)域轉(zhuǎn)化而來(lái)，其中較低等級(jí)區(qū)域中有42.91%轉(zhuǎn)化為低等級(jí)；較低等級(jí)區(qū)域面積凈減少3 861 km2，減少部分大多轉(zhuǎn)化為低等級(jí)；中等級(jí)區(qū)域面積凈減少3 399.2 km2，大部分轉(zhuǎn)化為較低等級(jí)；較高等級(jí)區(qū)域面積凈減少327.66 km2；高等級(jí)區(qū)域面積凈減少僅為16.23 km2.總體來(lái)看，2000—2010年陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)的植被覆蓋度呈由高等級(jí)別向低等級(jí)別轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，植被退化趨勢(shì)明顯.

表2 2000—2010年研究區(qū)植被覆蓋度轉(zhuǎn)移面積及其所占比例

根據(jù)一元線(xiàn)性趨勢(shì)分析方法，采用ArcGIS 10.1的柵格計(jì)算器分析植被覆蓋度的變化趨勢(shì)，并采用自然分類(lèi)法將計(jì)算結(jié)果分為5級(jí)，即明顯改善、輕微改善、基本不變、輕微退化、明顯退化.結(jié)果(見(jiàn)圖4)顯示，2000—2010年陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)植被覆蓋度總體呈下降趨勢(shì)，并且植被覆蓋度及變化趨勢(shì)的空間差異較大.由表3可見(jiàn)，植被改善區(qū)域僅占1.63%，退化區(qū)域占53.4%，44.97%的面積變化不大.植被改善區(qū)域主要分布在烏拉特中旗和烏拉特后旗的南部，明顯改善面積201.13 km2，輕微改善面積1 373.69 km2；退化區(qū)域在各旗縣均有分布，但總體上以達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗南部、四子王旗東南部、察哈爾右翼后旗、察哈爾右翼中旗的退化程度比較嚴(yán)重，輕微退化面積40 666.19 km2，明顯退化面積11 037.38 km2，這些植被退化區(qū)域中大部分是人類(lèi)

圖4 2000—2010年研究區(qū)植被覆蓋度變化趨勢(shì)的空間分布Fig.4 Spatial distribution map of the change trend of fractional vegetation cover of study area from 2000 to 2010

活動(dòng)最為密集的城鎮(zhèn)區(qū)，除了受氣候影響之外，城市建筑面積增加、工礦業(yè)開(kāi)發(fā)迅速等人為活動(dòng)大量侵占了耕地和草地資源，使得植被覆蓋退化比較嚴(yán)重.

表3 2000—2010年植被覆蓋度變化趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3.3 植被覆蓋度與氣象因子的相關(guān)分析

水熱條件、土壤性狀等都是影響植被覆蓋度的因子，其中降水量對(duì)植被的生長(zhǎng)具有重要作用，降水量的增加是植被覆蓋度增加的主要自然決定因素，而適度的氣溫升高能延長(zhǎng)植被的生長(zhǎng)期，從而提高植被覆蓋度[38].筆者基于陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)2000—2010年氣溫、降水量數(shù)據(jù)，通過(guò)ArcGIS 10.1柵格計(jì)算器計(jì)算得到植被覆蓋度與氣溫、降水量的相關(guān)關(guān)系(見(jiàn)圖5)，并對(duì)其顯著性檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)表4).統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，研究區(qū)內(nèi)植被覆蓋度與氣溫、降水量的平均相關(guān)系數(shù)分別為0.54和-0.42，植被覆蓋度與氣溫和降水量呈正相關(guān)的區(qū)域分別為4.20%、98.59%，說(shuō)明植被覆蓋度與降水量的相關(guān)性較好.這與孫艷玲等[39]有關(guān)內(nèi)蒙古植被覆蓋度與降雨量有很強(qiáng)正相關(guān)關(guān)系的研究結(jié)論相符.

植被覆蓋度與氣溫呈負(fù)相關(guān)的區(qū)域面積占總面積的95.8%.其中，73.96%的地區(qū)植被覆蓋度與氣溫呈低度負(fù)相關(guān)，在各旗均有分布；16.85%的地區(qū)與氣溫呈中度(P<0.05)負(fù)相關(guān)，主要分布在烏拉特后旗、烏拉特中旗西北部、四子王旗中南部及察哈爾右翼后旗、察哈爾右翼中旗大部分區(qū)域；高度負(fù)相關(guān)及顯著負(fù)相關(guān)區(qū)域約占總面積的5%，在各旗均有分布，大部分區(qū)域主要集中分布在四子王旗、達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗和烏拉特后旗的部分區(qū)域，這是因?yàn)樵诟珊怠敫珊档貐^(qū)，降水量相對(duì)較少，溫度的升高使得土壤水分蒸發(fā)量和植物的蒸騰作用增大，土壤含水量減少，導(dǎo)致土壤干化，不利于植被的生長(zhǎng)[35].僅有4.19%的地區(qū)植被覆蓋度與氣溫呈正相關(guān)，并且大部分呈低度正相關(guān)，主要分布于烏拉特中旗、達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗西北部、四子王旗北部區(qū)域；植被覆蓋度與氣溫呈高度正相關(guān)的區(qū)域很少，零星分布在達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗及四子王旗的部分區(qū)域.

植被覆蓋度與降水量呈正相關(guān)的區(qū)域占研究區(qū)總面積的98.59%.其中，52.09%的地區(qū)植被覆蓋度與降水量呈低度正相關(guān)，主要分布在烏拉特中旗、達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗、烏拉特后旗及四子王旗的部分區(qū)域；25.94%的地區(qū)植被覆蓋度與降水量呈中度正相關(guān)(P<0.05).植被覆蓋度與降水量呈高度正相關(guān)(P<0.01)的地區(qū)占16.19%，呈顯著正相關(guān)(P<0.001)的區(qū)域占4.37%，這兩部分區(qū)域主要分布在烏拉特后旗、四子王旗、察哈爾右翼中旗和察哈爾右翼后旗.研究區(qū)植被覆蓋度與降水量的相關(guān)性明顯高于氣溫，主要是因?yàn)樵诟珊岛桶敫珊祬^(qū)，降水是影響植被生長(zhǎng)變化的主要限制因子[33,36,40].僅有1.41%的地區(qū)植被覆蓋度與降水呈負(fù)相關(guān)，主要分布在烏拉特中旗的部分區(qū)域及四子王旗北部區(qū)域.植被覆蓋度除了受氣候條件的影響外，還會(huì)受到人為干擾、地形地貌、土壤狀況等諸多因素共同作用的影響[41- 42]，筆者僅對(duì)降水量、氣溫兩個(gè)因素與植被覆蓋度做了相關(guān)分析，并未考慮人類(lèi)干擾等其他因素的影響，有待進(jìn)一步探討.

圖5 植被覆蓋度度與氣溫、降水相關(guān)系數(shù)的空間分布Fig.5 Spatial relationship graph of fractional vegetation cover and temperature and precipitation coefficients

氣溫降水量相關(guān)性相關(guān)系數(shù)面積比例∕%相關(guān)性相關(guān)系數(shù)面積比例∕%顯著負(fù)相關(guān)<-0．850．51顯著負(fù)相關(guān)<-0．850．00高度負(fù)相關(guān)-0．85～-0．744．48高度負(fù)相關(guān)-0．85～-0．740．00中度負(fù)相關(guān)-0．74～-0．616．85中度負(fù)相關(guān)-0．74～-0．60．00低度負(fù)相關(guān)-0．6～073．96低度負(fù)相關(guān)-0．6～01．41低度正相關(guān)0～0．64．19低度正相關(guān)0～0．652．09中度正相關(guān)0．6～0．740．00中度正相關(guān)0．6～0．7425．94高度正相關(guān)0．74～0．850．00高度正相關(guān)0．74～0．8516．19顯著正相關(guān)>0．854．37

4 結(jié)論

a) 2000—2010年陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)的整體植被覆蓋較差，各旗均以低等級(jí)和較低等級(jí)水平的植被覆蓋(占90%以上)為主，較高等級(jí)和高等級(jí)水平區(qū)域面積僅占0.62%.其中，察哈爾右翼中旗植被覆蓋度最高，在30%～60%之間；烏拉特后旗植被覆蓋度最低，在2.31%～8.89%之間.從時(shí)間變化上看，研究區(qū)植被覆蓋度總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì).各旗中除烏拉特后旗和烏拉特中旗的植被覆蓋度略有增加外，其余旗縣植被覆蓋度均出現(xiàn)下降趨勢(shì)，并以達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗和察哈爾后旗的降幅最為明顯，降幅均約20%.

b) 從植被覆蓋度轉(zhuǎn)化趨勢(shì)來(lái)看，2000—2010年陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)內(nèi)植被覆蓋度處于高等級(jí)別的區(qū)域向低等級(jí)別轉(zhuǎn)化的情況較為突出.整個(gè)功能區(qū)內(nèi)有44.97%區(qū)域的植被覆蓋基本維持不變，植被改善面積僅占功能區(qū)總面積的1.63%，主要分布在原有覆蓋度較高的烏拉特中旗和烏拉特后旗部分區(qū)域；退化面積占到53.4%；明顯退化區(qū)域主要分布在受人類(lèi)干擾較為嚴(yán)重的察哈爾右翼中旗、察哈爾右翼后旗、達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗南部及四子王旗的南部.

c) 研究區(qū)植被覆蓋度總體上與降水量的關(guān)系更加密切，但在空間上存在顯著差異，其中植被覆蓋度與降水量呈正相關(guān)的面積高達(dá)98.59%，呈負(fù)相關(guān)的面積僅占1.41%.植被覆蓋度與氣溫的相關(guān)性不大，整體呈負(fù)相關(guān)，在空間上也存在較大差異，二者呈負(fù)相關(guān)的面積占95.8%，呈正相關(guān)的面積占4.19%.由此，進(jìn)一步說(shuō)明降水是影響陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)植被覆蓋度變化的主要自然因素.

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Dynamic Monitoring of Fractional Vegetation Cover of Eco-Function Area of Grassland on Northern Foot of Yinshan Mountains through Remote Sensing Technology

ZHAO Yanhua1,2,3, SU De1,2,3*, BAO Yang1,2,3, YANG Wei1,2,3, ZHAO Chao1,2,3, BAI Yun1,2,3, ZHAO Yujin4

1.Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China 2.Key Laboratory of Regional Eco-Process and Function Assessment and State Environmental Protection, Beijing 100012, China 3.Ecological Environmental Comprehensive Observation Station in Jinggangshan, Jinggangshan 343699, China 4.Institute of Remote Sensing and Digital Earth Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

In order to reveal the spatial-temporal dynamic changes of fractional vegetation cover and the correlation between the temporal dynamics of vegetation coverage and the climate, the eco-function area of the grassland on the northern foot of the Yinshan Mountains was selected as the research area. The area was classified as a wind-break and sand-fixation area in theNationalPlanningofMainFunctionAreasissued by the State Council in 2011. The MODIS long time series vegetation index was taken as the data source. The spatial and temporal changes of the fractional vegetation coverage and the correlation coefficient between the fractional vegetation coverage and the precipitation and temperature were analyzed by using the dimidiate pixel model, linear regression method and correlation analysis method. The results showed that the vegetation coverage condition of the eco-function area of the grassland on the northern foot of the Yinshan Mountains was poor. The fractional vegetation coverage of Chahar Right Middle Banner was the highest, ranging from 30% to 60%, while that of Urad Rear Banner was the lowest, ranging from 2.31% to 8.89%. The overall fractional vegetation cover showed a fluctuant decrease from 2000 to 2010. The fractional vegetation coverage of the eco-function area was dominated by low-grade (0～20%) vegetation and lower-grade (20%～40%) vegetation, which accounted for more than 90% of the total vegetation area. High-grade (60%～80%) vegetation and higher-grade (80%～100%) vegetation just accounted for 0.62%. Moreover, during the research period, the trend of conversion from high-grade to low-grade vegetation coverage was obvious. The area of degraded vegetation accounted for 53.4% of the eco-function area, while the area of improved vegetation accounted for just 1.63%； basically unchanged area accounted for 44.97%. According to statistical correlation analysis, the results showed that the correlation between the fractional vegetation coverage and the precipitation of the corresponding period was favorable, showing a positive correlation in most parts of the area. However, the correlation between the fractional vegetation coverage and the temperature of the corresponding period was not obvious, showing a negative correlation in most parts of the area. These indicated that precipitation was the major natural factor that affected the changes of the fractional vegetation cover in the eco-function area of the grassland on the northern foot of the Yinshan Mountains.

northern foot of the Yinshan Mountains； fractional vegetation coverage； MODIS； dimidiate pixel model

2016- 05- 06

2016- 11- 14

環(huán)境保護(hù)部和中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合項(xiàng)目(STSN- 06)

趙艷華(1979-)，女，內(nèi)蒙古赤峰人，助理研究員，碩士，主要從事生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究，zhyh227@126.com.

*責(zé)任作者，蘇德(1972-)，男(蒙古族)，內(nèi)蒙古赤峰人，研究員，博士，主要從事生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、生態(tài)環(huán)境規(guī)研究，sude@craes.org.cn

X835

1001- 6929(2017)02- 0240- 09

A

10.13198j.issn.1001- 6929.2017.01.35

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