2000—2012年呂梁山區(qū)植被覆蓋時空變化特征

摘 要：呂梁山區(qū)地處山西省的西部地帶，研究該地區(qū)植被覆蓋及其時空變化可以為區(qū)域生態(tài)環(huán)境提供重要決策。本研究以2000-2012年為研究期限，數(shù)據(jù)所采用的是中分辨率的MODIS遙感植被指數(shù)NDVI數(shù)據(jù)，對呂梁山區(qū)13年的NDVI時空分析便得到了區(qū)域內(nèi)植被覆蓋的時空變化特征。研究結果表明：1）近13年來呂梁山區(qū)的NDVI植被覆蓋指數(shù)在2000年到2012年有起伏變化，但總體呈增長狀態(tài)，其增速為13.3%/10a；2）NDVI整體趨勢呈由西北至東南逐漸增加。

關鍵詞：呂梁山區(qū)；植被覆蓋；時空變化；MODIS

1 引言

1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在地表物質(zhì)能量交換等過程都起著重要作用[1]。隨著人類活動的加劇，影響著植被覆蓋的時空演變，研究植被覆蓋的時空變化特征對全球氣候變化等的研究都有重要的理論和現(xiàn)實意義[2]。專家學者研究得出，衛(wèi)星所搭載的傳感器中的近紅外波段和紅光波段可以準確反映植被覆蓋度[3]。 Myneni選擇研究區(qū)域為北半球的高緯度地區(qū)，分析該區(qū)域植被覆蓋的變化得到，過去20年全球變暖使得植被覆蓋增多。Brian D Wardlow人對利用MODIS系列下的植被指數(shù)（NDVI）數(shù)據(jù)來分析美國部分平原地區(qū)玉米的覆蓋情況。我國的氣象局利用研發(fā)的第一套EOS/MODIS接收系統(tǒng)對MODIS展開了大量的研究工作。李海亮等[1]人利用MODIS系列數(shù)據(jù)研究了石羊河流域內(nèi)不同時間和不同的空間分辨率下，對MODIS的NDVI數(shù)據(jù)和MODIS的EVI數(shù)據(jù)提取，研究其時空變化的特點。賈若楠等[4]分析了2001-2015年錫林郭勒盟地區(qū)MODIS-NDVI數(shù)據(jù)研究了該區(qū)域內(nèi)植被時空變化特征以及與氣候因子的關系。劉寶柱等[5]通過研究老哈河流域的250m分辨率MODIS-NDVI數(shù)據(jù)，監(jiān)測NDVI時間序列中產(chǎn)生突變的時空分布。羅文瑋等[6]利用趨勢線分析方法以及小波分析方法對福建省的衛(wèi)星遙感圖像——MODIS植被指數(shù)數(shù)據(jù)進行分析。劉英等[7]利用陜西省2000年至2014年的植被覆蓋數(shù)據(jù)，采用最大值合成法和像元二分法來討論氣候和人類活動對植被覆蓋變化的影響。

1.2 研究意義

呂梁山區(qū)位于黃土高原東部，研究區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境問題嚴重，其中最顯著的特點就是水土流失嚴重。生態(tài)環(huán)境的建設與植被覆蓋的情況有著密切聯(lián)系，該區(qū)域植被類型多，所以研究該地區(qū)植被覆蓋率的時空變化特征對呂梁山區(qū)的生態(tài)環(huán)境建設具有十分重要的意義。

2 研究區(qū)概況

呂梁山區(qū)位于山西西部，緯度約在36°30′～38°30′N，經(jīng)度約在110°10′～110°20′E ，擁有典型的黃土丘陵地貌，其最顯著的特點就是水土流失嚴重。區(qū)域內(nèi)地勢較高，氣候類型屬于半干旱大陸性季風氣候。區(qū)域內(nèi)的植被多為暖溫帶落葉林及暖溫帶落葉闊葉林，與其東部地區(qū)的植被覆蓋相比，其南段森林多已被破壞。

3研究方法

3.1 趨勢線分析法

趨勢線分析的方法來模擬出呂梁山區(qū)2000-2012年每一年7月份NDVI值的隨時間變化的趨勢，進行逐個像元的空間分析運算。對于所產(chǎn)生的時間序列數(shù)據(jù)，每個像元對應有13年的時間序列數(shù)值，將這些數(shù)值再進行一元線性回歸分析，可以得到呂梁山區(qū)植被覆蓋變化趨勢，從中得到的回歸系數(shù)即為趨勢趨向，即可得到NDVI隨年變化的趨勢傾向率圖。

3.2 圖像差值法

該方法的基本原理是將影像進行配準，然后對圖像中每一個像元的灰度值兩兩相減，由此得到了一幅新的差值圖像。在新的差值圖像中，若差值為0或近似等于0則表示該區(qū)域的灰度值未發(fā)生變化。在本文中，選用2000年與2012年經(jīng)圖像處理完成后的遙感影像圖進行差值運算，從新的差值圖像中獲取所需要的關于植被覆蓋的變化信息來對整個研究區(qū)域進行分析。

4 結果與分析

4.1 呂梁山區(qū)植被覆蓋的時間變化特征

在該時間內(nèi)NDVI值有較小的波動，但是總體呈現(xiàn)的是穩(wěn)步增長的狀態(tài)。由此可得在近13年來，呂梁山區(qū)NDVI均值逐漸增大的主要原因是：呂梁地區(qū)大力種植防護林，退耕還林還草以此來改善生態(tài)環(huán)境。

4.2 植被覆蓋的空間變化特征

由圖1可以看出，呂梁山區(qū)的西部尤其是西北部的覆蓋度最低。通過對比山西省的地形圖，呂梁山區(qū)的東南部分布有太原盆地和臨汾盆地，而且汾河流域也在呂梁山區(qū)的東側(cè)，所以這兩個區(qū)域的地勢低平，且水源充足，氣候溫和，更適合大面積的植樹造林活動。而在整個研究區(qū)域的中西部主要山脈為呂梁山脈，水土流失嚴重，使該范圍的植被覆蓋度較低。

其次，還利用圖像差值法來對2000年、2004年、2008年和2012年的遙感圖像分別進行差值運算，結果如圖1所示。分析圖2的2000年和2012年NDVI差值圖，經(jīng)處理過的差值圖像可以得出，紅色越深，表示植被覆蓋度增長的越多，即在研究區(qū)域的西南部地區(qū)，紅色明顯加深。由此可知，人類活動對于生態(tài)環(huán)境的建設也起著至關重要的作用。

4.3 分析與建議

為了可以更進一步保護呂梁山地區(qū)的森林植被，應該盡量減少山區(qū)建設對區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展所帶來的不利影響，同時實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，地方政府部門應該采取一些合理的政策和措施來進行優(yōu)化。首先，繼續(xù)進行封山育林的工作，尤其是在中西部的呂梁山脈地區(qū)，地勢低的地區(qū)進行退耕還林還草，大量植樹造林，從而達到改善生態(tài)環(huán)境的目的。其次，對于該地區(qū)的綜合治理工作還應當依照新提出的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，實現(xiàn)人與自然的和諧統(tǒng)一發(fā)展。

參考文獻：

[1] 李海亮.基于MODIS數(shù)據(jù)的石羊河流域植被覆蓋時空變化研究[D].蘭州：西北師范大學，2009.

[2] 劉斌，孫艷玲，王永財?shù)?基于SPOT/NDVI華北地區(qū)植被變化動態(tài)監(jiān)測與評價[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2013，27（9）：98-103.

[3] 楊尚武.黃河流域不同時間尺度植被覆蓋變化及氣候因子的關系[D]，2015.

[4] 賈若楠，杜鑫，李強子等.近15年錫林郭勒盟植被變化時空特征及其對氣候的響應[J].中國水土保持科學，2016，14（3）：47-56.

[5] 劉寶柱，方秀琴，何祺勝等.基于MODIS數(shù)據(jù)和BFAST方法的植被變化監(jiān)測[J].國土資源遙感，2016，28（3）：146-153.

[6] 羅文瑋，賴日文，陳思雨等.基于NDVI的福建省植被變化特征分析[J].森林與環(huán)境學報，2016，36（2）：141-147.

作者簡介：

丁鵬飛（1995-），男，漢，山西臨汾，碩士研究生，主要從事植被遙感.