NDVI在祿勸縣植被變化特征分析中的應(yīng)用

劉珊珊++牛超杰+王建雄++尹曉媛++盧瑤

摘要：選取云南省祿勸縣為研究區(qū)域，利用2001-2015年MODIS中國(guó)植被指數(shù)合成產(chǎn)品Tiff遙感圖像，利用ArcGIS對(duì)云南省植被指數(shù)進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計(jì)，得到研究區(qū)域各年每月的NDVI值。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，描述研究區(qū)域植被指數(shù)的年際、季節(jié)及月變化特點(diǎn)，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐姆N植制度進(jìn)行分析。結(jié)果表明：祿勸縣2001-2015年的年平均NDVI值有增加趨勢(shì)，趨勢(shì)線斜率為0.003，在2013年達(dá)到最高值，2014年次之。夏季和秋季的植被覆蓋度高于其他兩個(gè)季節(jié)；秋冬兩季的NDVI值呈增加趨勢(shì)，且冬季的增速大于秋季。祿勸縣一年當(dāng)中NDVI最高值出現(xiàn)在8月，最小值出現(xiàn)在4月，這與祿勸縣植被生長(zhǎng)期和枯萎期相對(duì)應(yīng)。

關(guān)鍵詞：祿勸縣；歸一化植被指數(shù)（NDVI）；植被覆蓋；變化特征

中圖分類號(hào)：S718.54+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2017）02-0117-04

植被是聯(lián)結(jié)土壤、大氣和水分等要素的自然“紐帶”，具有明顯的年際和季節(jié)變化特點(diǎn)，在一定程度上能代表土地覆蓋的變化[1，2]。植被指數(shù)是將遙感地物光譜資料經(jīng)數(shù)學(xué)方法處理后所得、用以反映植被狀況的特征量[3]。在眾多植被指數(shù)中最為常用的是歸一化植被指數(shù)（NDVI），它能夠精確地反映植被綠度、光合作用強(qiáng)度、植被代謝強(qiáng)度及其季節(jié)和年際變化，因此，在大尺度的植被動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)和作物產(chǎn)量預(yù)測(cè)等方面廣泛應(yīng)用[4-7]。近年來，我國(guó)學(xué)者已經(jīng)對(duì)很多地區(qū)的植被指數(shù)時(shí)空變化特征進(jìn)行了深入研究，但是不同地域、不同研究尺度、不同時(shí)間尺度、不同數(shù)據(jù)源的植被指數(shù)時(shí)空變化特征會(huì)有所差異[1]。前人研究表明，中國(guó)西北地區(qū)20世紀(jì)80年代初期至1994年前后植被呈增加趨勢(shì)，而1994-2000年植被有退化趨勢(shì)[8]；長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲地區(qū)的NDVI有降低趨勢(shì)[9]；秦嶺地區(qū)植被覆蓋度在1982-2007年呈降低趨勢(shì)[10]；貴州省植被覆蓋在1982-2003年有增加趨勢(shì)[11]。

祿勸彝族苗族自治縣是云南省昆明市的郊區(qū)縣，地處滇中北部，位于東經(jīng)102°14′～102°56′、北緯25°25′～26°22′之間。祿勸縣域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，并呈明顯的立體氣候特征。無霜期234天，多年平均降水量966.4 mm。金沙江和普渡河河谷地區(qū)氣候濕熱，分布有28個(gè)村，是祿勸熱帶糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物的主產(chǎn)區(qū)。祿勸縣境內(nèi)地形復(fù)雜多樣，地貌千姿百態(tài)，綿亙聳立的群山與縱橫交錯(cuò)的江河溪澗相間，地表被江河切割，南部相對(duì)完整，北部和中部較為破碎。地勢(shì)東北高、西南低，自東北向西南呈階梯狀緩降。全縣國(guó)土面積為4 234.78 km2，山地占總面積的98.4%，壩區(qū)僅占1.6%，耕地少、林地多、復(fù)雜多樣的氣候條件及地形地貌使得祿勸縣植被類型多樣。本研究利用MODIS/NDVI數(shù)據(jù)集，研究了2001-2015年祿勸縣植被的年際、季節(jié)以及月變化情況，進(jìn)一步探討研究區(qū)域植被覆蓋月變化與作物生長(zhǎng)季的關(guān)系，這對(duì)揭示區(qū)域環(huán)境狀況的演化具有現(xiàn)實(shí)意義。

1數(shù)據(jù)來源與處理方法

1.1數(shù)據(jù)來源

NDVI數(shù)據(jù)集是由地理空間數(shù)據(jù)云提供的MODIS中國(guó)植被指數(shù)合成產(chǎn)品，它是由MODND1D計(jì)算得到，計(jì)算方法為取月內(nèi)每天最大值。坐標(biāo)系為EPSG∶4326（WGS84），空間分辨率為500 m，時(shí)間分辨率為月。這里使用2001-2015年的NDVI數(shù)據(jù)集。

NDVI=（NIR-R）/（NIR+R）。 （1）

式中NIR為近紅外波段的反射值；R為紅光波段的反射值。

1.2處理方法

1.2.1基于GIS的Tiff圖像處理由于最初獲取的是全國(guó)范圍的NDVI Tiff圖像，需要進(jìn)一步利用ArcGIS軟件，添加云南省縣界進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計(jì)，從而得到云南省各縣每年每月的NDVI數(shù)值，從中整合研究區(qū)域研究時(shí)段內(nèi)的NDVI數(shù)據(jù)，以便后期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。NDVI的數(shù)值區(qū)間為[-1，1]，負(fù)值表示地面覆蓋為云、水、雪等，對(duì)可見光高反射；0表示有巖石或裸土等，NIR與R近似相等；正值表示有植被覆蓋，且NDVI值隨覆蓋度增大而增大。

1.2.2NDVI數(shù)據(jù)處理（1）年平均值：對(duì)每年12個(gè)月份的NDVI值求平均，所得平均值作為該年的NDVI年均值，計(jì)算公式如下：

NDVIy=Average（∑12i=1NDVIi）。（2）

式中，NDVIy為第y年的NDVI年均值，NDVIi為該年i月份的NDVI值。

（2）季節(jié)平均值：針對(duì)每年12期數(shù)據(jù)，按3-5月為春季，6-8月為夏季，9-11月為秋季，12月-翌年2月為冬季，采用平均值法計(jì)算季節(jié)NDVI值。以春季為例：

NDVIy春=Average（∑5i=3NDVIi）。 （3）

式中，NDVIy春為第y年的春季NDVI均值，NDVIi為該年第i月份的NDVI值。以此類推，分別計(jì)算夏、秋、冬三個(gè)季節(jié)的NDVI均值。

（3）月平均值：取2001-2015年相同月份的NDVI均值作為月平均值，其計(jì)算公式如下：

NDVIm=Average（∑2015j=2001NDVIjm）。 （4）

式中，NDVIm為第m月的月NDVI均值，NDVIjm為第j年第m月份的NDVI值。

2結(jié)果與分析

2.1祿勸縣NDVI年際變化

從圖1可以看出，2001-2007年祿勸縣的NDVI值處于波動(dòng)階段，2008-2014年趨于穩(wěn)定；2001-2015年的年均NDVI值介于0.66～0.73之間，整體呈增加趨勢(shì)，趨勢(shì)線斜率為0.003，表明2001-2015年間祿勸縣植被覆蓋略有增加。2013年NDVI值最高，為0.720452，其次是2014年和2009年，NDVI值分別為0.720424和0.717079。

3結(jié)論

通過使用歸一化植被指數(shù)，利用趨勢(shì)分析法分析2001-2015年祿勸縣NDVI的年際、季節(jié)及月變化特征，得到如下結(jié)論：

（1）在2001-2015年間，祿勸縣NDVI總體呈增加趨勢(shì)，表明其植被覆蓋度呈緩慢增加趨勢(shì)。

（2）夏季和秋季的植被覆蓋度總體高于其他兩個(gè)季節(jié)。春、夏兩季的NDVI值沒有明顯的變化規(guī)律，而秋、冬兩季的NDVI值整體呈增加趨勢(shì)，且冬季的增幅大于秋季，說明祿勸縣2001-2015年秋、冬兩季的植被覆蓋度有所增加。

（3）祿勸縣植被月變化較為明顯，與當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)季密切相關(guān)。5-9月為祿勸縣大春生長(zhǎng)季，NDVI顯著增加；10月進(jìn)入小春生長(zhǎng)季，NDVI略有增加；之后至12月以及次年1-4月NDVI呈下滑趨勢(shì)。

整體來看，除發(fā)生干旱的年份之外，近15年祿勸縣植被覆蓋度不斷增加，主要體現(xiàn)在秋、冬兩季，且植被覆蓋的月變化主要受作物生長(zhǎng)季影響。祿勸縣山地多壩區(qū)少，導(dǎo)致其林地多，耕地少，具備復(fù)雜多樣的氣候條件、地形地（下轉(zhuǎn)第131頁）山 東 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué)2017，49（2）：120～126Shandong Agricultural Sciences山 東 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué)第49卷第2期房鋒，等：山東棉田雜草組成及其群落特征DOI：10.14083/j.issn.1001-4942.2017.02.026

收稿日期：2016-06-07

基金項(xiàng)目：國(guó)家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（2013FY113200）；國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃（2012BAD19B02）

作者簡(jiǎn)介：房鋒，男，博士，助理研究員，研究方向：雜草生物生態(tài)學(xué)。E-mail：weedfang@163.com

通訊作者：李美，女，碩士，研究員，研究方向：雜草學(xué)和除草劑實(shí)用技術(shù)。E-mail：limei9909@163.com