云南省九大高原湖泊流域NDVI時(shí)空演變及其與氣候的響應(yīng)關(guān)系

李應(yīng)鑫, 李石華, 彭雙云

(1.云南師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院, 昆明 650500; 2.云南省基礎(chǔ)地理信息中心, 昆明 650034)

全球氣候變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)(GCTE)是國際地圈生物圈計(jì)劃(IGBP)研究的核心內(nèi)容[1]，也是各國政府與研究者關(guān)注的焦點(diǎn)之一。植被作為環(huán)境變化的直接參與者和響應(yīng)者,是聯(lián)系大氣、水分和土壤等多種因素的天然“橋梁”。自然植被分布的變化是氣候變化的響應(yīng)[2]。植被作為高原湖泊流域生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，NDVI值的變化在一定程度上可作為湖泊流域生態(tài)環(huán)境變化的指示器。

植被指數(shù)已廣泛應(yīng)用于定性和定量評(píng)價(jià)植被覆蓋及其生長(zhǎng)活力。在各類的科學(xué)文獻(xiàn)中，發(fā)布了超過150多種植被模型，這些植被指數(shù)中只有極少數(shù)經(jīng)過系統(tǒng)的實(shí)踐檢驗(yàn)。而歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)是反映植被生長(zhǎng)狀態(tài)最佳的指示因子，具有簡(jiǎn)單易操作的特點(diǎn)，是目前應(yīng)用最為廣泛的植被指數(shù)。

近年來，國內(nèi)外有許多學(xué)者利用NDVI數(shù)據(jù)開展了大量的NDVI變化和植被生長(zhǎng)與氣象因子關(guān)系的研究工作。孟夢(mèng)等[3]分析了近30 a內(nèi)蒙古NDVI的變化趨勢(shì)及其對(duì)氣候因子的響應(yīng)機(jī)制,研究表明近30 a內(nèi)蒙古NDVI在時(shí)空分布上整體呈增加趨勢(shì)，并且降水對(duì)NDVI的影響超過了氣溫對(duì)NDVI的影響。劉群等[4]分析了自然與人為因素對(duì)云南省植被變化影響的時(shí)空差異，結(jié)果表明,氣溫和降水對(duì)植被生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，人口增加將抑制植被生長(zhǎng)。劉綠柳等[5]通過分析黃河流域NDVI與溫度、降水關(guān)系的時(shí)空變化時(shí)發(fā)現(xiàn)NDVI與夏季降水相關(guān)顯著的區(qū)域面積最大。羅敏等[6]分析了塔里木河流域生長(zhǎng)季NDVI時(shí)空變化特征及其影響因素表明，降水與植被生長(zhǎng)季NDVI變化呈正相關(guān)，溫度與植被生長(zhǎng)季NDVI變化呈負(fù)相關(guān)。

已有研究有助于了解NDVI演變的特征及其對(duì)氣候因子的響應(yīng)機(jī)制，但多聚焦于2010年以前的單個(gè)湖泊流域的NDVI時(shí)空變化研究，而對(duì)于高原湖泊群流域NDVI的時(shí)空演變研究較少。同時(shí)，對(duì)于區(qū)域內(nèi)云南九大高原湖泊流域植被的時(shí)空演變及其與氣象因子協(xié)同對(duì)比分析研究鮮見報(bào)道。基于此，以云南省九大高原湖泊流域作為研究區(qū)，以Landsat數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)(2000—2015年)等為主要數(shù)據(jù)源，采用相關(guān)性分析、趨勢(shì)分析、變化軌跡分析等方法，開展近16 a云南省九大高原湖泊流域NDVI時(shí)空變化及其與氣候因子的響應(yīng)分析研究，以期為高原湖泊流域的生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供數(shù)據(jù)參考和決策支持。

1 數(shù)據(jù)源與方法

1.1 研究區(qū)概況

云南省九大高原湖泊分布在滇中、滇南、滇西和滇西北，涉及昆明、玉溪、大理、麗江和紅河5個(gè)地(州、市)，分別為瀘沽湖、程海、滇池、陽宗海、星云湖、撫仙湖、杞麓湖、異龍湖、洱海。其中滇池、程海和瀘沽湖屬長(zhǎng)江水系，撫仙湖、杞麓湖、異龍湖、星云湖和陽宗海屬珠江水系，洱海屬瀾滄江水系[7](圖1)。九大高原湖泊流域是云南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較高、人類活動(dòng)最為頻繁的地區(qū)，對(duì)全省的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要意義[8]。近年來，在全球氣候變化及人為因素的共同作用下，云南省九大高原湖泊流域的生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域產(chǎn)生了一系列顯著變化，如：湖泊面積萎縮[9]，湖泊水資源質(zhì)量下降，水資源供需矛盾較為突出等環(huán)境問題，加之高原湖泊流域生態(tài)系統(tǒng)非常脆弱，遭到破壞之后，恢復(fù)難度較大。因此，開展九大高原湖泊流域NDVI演變與氣候因子的響應(yīng)關(guān)系研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義與科學(xué)意義。

1.2 數(shù)據(jù)來源

1.2.1 九大高原湖泊流域界線 采用來源于美國地質(zhì)勘探局(http:∥glovis.usgs.gov/)的分辨率為30 m的DEM數(shù)據(jù)，(在ArcGIS平臺(tái)下的Hydrology模塊完成九大高原湖泊流域邊界提取，其坐標(biāo)系為WGS84/UTM投影(47，48帶))。

圖1 云南省九大高原湖泊流域相對(duì)位置示意圖

1.2.2 NDVI數(shù)據(jù) NDVI數(shù)據(jù)來源于美國地質(zhì)勘探局(http:∥glovis.usgs.gov/)，使用Landsat5，Landsat7，Landsat8的影像數(shù)據(jù)，時(shí)間跨度為2000—2015年，空間分辨率為30 m,能夠滿足研究的需要。影像數(shù)據(jù)見表1，該數(shù)據(jù)產(chǎn)品在發(fā)布前已完成了輻射校正、幾何校正和地形校正。由于該數(shù)據(jù)較其他數(shù)據(jù)集的空間分辨率更高，誤差更小，是目前研究植被覆蓋度變化質(zhì)量較高的數(shù)據(jù)集。

表1 Landsat TM,ETM+和OLI遙感影像數(shù)據(jù)

1.2.3 氣象數(shù)據(jù) 氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.cn)提供的年平均降水、年平均氣溫，時(shí)間跨度為2000—2015年。根據(jù)九大高原湖泊流域周圍28個(gè)氣象站點(diǎn)的分布，使用ArcGIS的Geostatistical Analyst工具中的反距離權(quán)重空間(Inverse Distance Weighted，IDW)插值法對(duì)所獲取的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理，獲得覆蓋流域范圍的氣象數(shù)據(jù)。插值后的氣象數(shù)據(jù)與NDVI數(shù)據(jù)像元大小相同，坐標(biāo)系統(tǒng)一致。

1.3 研究方法

1.3.1 偏相關(guān)分析 地理環(huán)境是一個(gè)由多種因素構(gòu)成的整體，其影響要素較多，具有牽一發(fā)而動(dòng)全身的特點(diǎn)，采用偏相關(guān)分析衡量?jī)梢刂g的相互關(guān)系，而排除其他因素的影響。對(duì)2000—2015年九大高原湖泊流域多年植被NDVI 與同期氣溫、降水量進(jìn)行偏相關(guān)分析，分析多年植被NDVI對(duì)氣溫、降水量的(相關(guān)性)，相關(guān)性計(jì)算公式如下[10]：

(1)

式中：Axy表示變量x，y的相關(guān)性；i表示研究的樣本數(shù)；xi表示第i年植被NDVI值；yi表示對(duì)應(yīng)時(shí)段內(nèi)年氣溫值或者年降水量；-x表示2000—2015年植被NDVI的平均值；-y表示對(duì)應(yīng)時(shí)段內(nèi)降水量多年平均值或氣溫多年平均值,偏相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式如下[11]：

(2)

式中：r12,3表示不考慮變量3的影響后變量1和變量2的偏相關(guān)系數(shù)；r12，r13，r23分別表示變量1和變量2，變量1與變量3，變量2與變量3的相關(guān)系數(shù)。

1.3.2 趨勢(shì)分析 基于獲取的2000—2015年的NDVI數(shù)據(jù)與利用空間插值方法得到的氣象數(shù)據(jù)，使用一元線性回歸方法計(jì)算出每個(gè)柵格像元的NDVI、降水量、和氣溫值在研究時(shí)間跨度內(nèi)的變化趨勢(shì)，斜率slope的計(jì)算公式如下[12]：

(3)

式中：slope表示趨勢(shì)變化的斜率；i表示研究樣本的序號(hào)；NDVIi為第i年的NDVI值；n表示研究時(shí)間的年數(shù)。slope>0時(shí)，說明NDVI呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)；slope<0，說明NDVI呈現(xiàn)出減少的趨勢(shì)[13]。

1.3.3 變化軌跡法 應(yīng)用變化軌跡方法揭示2000—2015年九大高原湖泊流域NDVI變化規(guī)律。變化軌跡分析方法是一種描述NDVI變化在時(shí)間尺度表現(xiàn)的新方法，即對(duì)NDVI變化的時(shí)間格局的動(dòng)態(tài)刻畫[14]。其前提是認(rèn)為許多現(xiàn)象在變化前后均存在特殊的時(shí)間連續(xù)性，致使光譜空間產(chǎn)生獨(dú)特的時(shí)序標(biāo)志[15]。應(yīng)用變化軌跡分析方法能夠進(jìn)行連續(xù)現(xiàn)象與非連續(xù)現(xiàn)象的估算,NDVI變化時(shí)間序列過程可以用軌跡代碼來表示，如AAA,ABC,111等，表達(dá)形式多樣，其中每一個(gè)代碼中的數(shù)字或字母，表示各個(gè)時(shí)間點(diǎn)相應(yīng)柵格上的NDVI類型。變化軌跡分析法計(jì)算公式如下：

Tij=(G1)ij×3n-1+(G2)ij×3n-2+…+(Gn)ij×3n-n

(4)

式中：Tij表示軌跡結(jié)果柵格圖像中第i行j列柵格的軌跡代碼值，表示NDVI的變化過程，無數(shù)學(xué)意義；n為研究樣本序號(hào)；(G1)ij，(G2)ij，…，(Gn)ij為各時(shí)間節(jié)點(diǎn)的柵格圖像上的NDVI代碼值。

2 結(jié)果與分析

2.1 九大高原湖泊流域多年NDVI時(shí)間變化特征

根據(jù)九大高原湖泊流域近16 a的平均NDVI值統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示，16 a來九大高原湖泊流域NDVI值總體以2.6%/10 a的速率上升，從年際變化上分析，2000—2015年，九大高原湖泊流域整體NDVI均值表現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，說明九大高原湖泊流域總體植被覆蓋度在不斷增加。從NDVI變化的總體趨勢(shì)上來看，九大高原湖泊流域近16 a以來NDVI值變化呈現(xiàn)波動(dòng)的趨勢(shì)，在2005—2010年研究時(shí)段內(nèi)，部分流域NDVI值出現(xiàn)了下降的情況[16]。

在研究時(shí)間段內(nèi)，各個(gè)湖泊流域的NDVI均值變化情況為：首先，程海流域、異龍湖流域的變化趨于平穩(wěn)，流域NDVI值緩慢上升；滇池流域、星云湖流域近年來NDVI值波動(dòng)相似，總體呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)；洱海流域近16 a以來，NDVI值變化不顯著，說明其在研究時(shí)段內(nèi)植被覆蓋保持良好；撫仙湖流域在九大高原湖泊流域中總體的NDVI值較低，但在近16 a以來，其植被覆蓋總體保持良好。其次，瀘沽湖流域與杞麓湖流域NDVI值高于其他各流域，表明兩個(gè)流域植被覆蓋比其他地區(qū)好。最后，陽宗海流域在2005年以后植被覆蓋度增長(zhǎng)幅度較大。

圖2 云南省九大高原湖泊流域2000-2015年NDVI均值

2.2 九大高原湖泊流域多年NDVI空間變化特征

通過趨勢(shì)分析法研究2000—2015年云南省九大高原湖泊流域NDVI變化趨勢(shì)，采用自然間斷法進(jìn)行分級(jí)，并統(tǒng)計(jì)各變化區(qū)間的像元數(shù)(圖3)，結(jié)果顯示，撫仙湖流域是改善情況較好的流域，說明當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境保護(hù)措施及其相關(guān)的政策具有較大的成效，在當(dāng)?shù)匾苍O(shè)有撫仙湖管理機(jī)構(gòu)，在一定的程度上較好地保護(hù)了撫仙湖流域的生態(tài)環(huán)境。杞麓湖與星云湖流域植被覆蓋狀況總體比其他幾個(gè)流域好，但研究發(fā)現(xiàn)近年來NDVI值出現(xiàn)了較高程度的退化，這兩個(gè)流域是云南省重要的蔬菜、花卉、烤煙基地，經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較高，人類活動(dòng)方式多樣而且較為頻繁，工業(yè)與城鎮(zhèn)集中，人地矛盾突出。需要說明的是異龍湖與杞麓湖流域湖泊西側(cè)出現(xiàn)了一片具有明顯改善趨勢(shì)的區(qū)域，這是由于2000—2015年期間，兩個(gè)流域湖泊大面積萎縮，西側(cè)區(qū)域有水體轉(zhuǎn)化為了耕地等土地利用類型，所以該區(qū)域的NDVI表現(xiàn)出改善的趨勢(shì)。程海流域，陽宗海流域，洱海流域NDVI變化趨勢(shì)相似，出現(xiàn)嚴(yán)重退化的區(qū)域多為湖泊南岸的平坦地域，明顯改善的地區(qū)分布于流域的山麓地帶，基本不變的區(qū)域面積占比較大。3個(gè)流域的發(fā)展模式也存在相似的地方，旅游業(yè)發(fā)展在區(qū)域的GDP中占有一定的比重，旅游開發(fā)規(guī)模大，是云南省乃至全國著名的旅游地。其中，洱海流域與程海流域當(dāng)?shù)孛褡濯?dú)特的環(huán)保觀念也對(duì)區(qū)域的植被覆蓋產(chǎn)生了積極的影響。滇池流域是云南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度最高，人類活動(dòng)影響程度最深的區(qū)域，在研究時(shí)段內(nèi)，流域內(nèi)的城市開發(fā)強(qiáng)度較大，在其滇池的周圍區(qū)域出現(xiàn)了大面積的退化，明顯改善的區(qū)域很小，表明在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展及人類較強(qiáng)的活動(dòng)下，對(duì)流域內(nèi)的植被覆蓋產(chǎn)生了極大的影響。

將各個(gè)流域不同變化區(qū)域面積占比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖4)，可以看出，杞麓湖流域嚴(yán)重退化面積占流域面積比重最大，撫仙湖流域明顯改善的面積占比較大，植被覆蓋保持良好的為滇池流域，各個(gè)流域均出現(xiàn)了一定程度的退化。瀘沽湖流域是NDVI嚴(yán)重退化程度較小的流域，人類活動(dòng)受到海拔及山地地形的影響，盡管當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)蓬勃發(fā)展，但人類活動(dòng)對(duì)其影響較小。然而處于湖泊周圍的地區(qū)，人類對(duì)其影響較為顯著。在研究時(shí)段內(nèi)，九大高原湖泊流域NDVI退化的區(qū)域主要分布于湖岸、工農(nóng)業(yè)城鎮(zhèn)集中連片地區(qū)，此區(qū)域內(nèi)人類干預(yù)性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)開發(fā)強(qiáng)度大，對(duì)NDVI變化產(chǎn)生了較大的影響。而在人類干預(yù)較少的山麓地帶，NDVI得到了明顯的改善，間接說明九大高原湖泊流域在實(shí)施了退耕還林還草等措施之后取得了明顯的成效。

2.3 九大高原湖泊流域多年NDVI與氣候因子的相關(guān)性分析

九大高原湖泊流域不同區(qū)域的植被長(zhǎng)勢(shì)會(huì)受到氣象因子的影響與控制，氣候通過氣溫的變化及其降水的改變來影響植被的長(zhǎng)勢(shì)與分布。在研究植被動(dòng)態(tài)與氣候變化關(guān)系時(shí)，應(yīng)考慮不同的土地利用與植被類型，因?yàn)橹参锏墓夂献饔煤秃粑饔枚际艿讲煌闹脖活愋蜏囟扰c降水的季節(jié)變化控制[17]。結(jié)合所獲取的氣象數(shù)據(jù)，運(yùn)用偏相關(guān)分析方法，統(tǒng)計(jì)各個(gè)流域的偏相關(guān)值見表2，研究發(fā)現(xiàn)：九大高原湖泊流域中，除程海流域外，其他各個(gè)流域的NDVI值與氣象因子均存在一定的相關(guān)性，但相關(guān)性不明顯，相關(guān)性程度差異較大，這與劉群等[5]學(xué)者的研究有一定的相似。

圖3 云南省九大高原湖泊流域2000-2015年NDVI變化趨勢(shì)

表2 云南省九大高原湖泊流域氣候因子與NDVI的平均偏相關(guān)系數(shù)

從表2可以看出：(1) 在滇西、滇西北地區(qū)的流域(洱海流域、瀘沽湖流域)氣溫與NDVI值的相關(guān)性大于降水與NDVI值的相關(guān)性，氣溫對(duì)植被生長(zhǎng)的影響超過了降水，表明在這些區(qū)域氣溫在一定的程度上是制約植被生長(zhǎng)的重要因素，結(jié)合云南省的綜合自然區(qū)劃，該流域處于大理、麗江盆地高山區(qū)，現(xiàn)有的森林主要為針葉林，海拔3 000 m以下的主要為云南松林和華山松林。3 000 m以上的以云杉冷杉林為主，該區(qū)域的植被及其作物受氣溫的影響極大，旱地和水澆地較多，隨著海拔的增加結(jié)合氣溫的降低，復(fù)種指數(shù)也明顯下降。

圖4 云南省九大高原湖泊流域2000-2015年NDVI各變化類型占比

(2) 滇中地區(qū)的流域(滇池流域、撫仙湖流域、星云湖流域、杞麓湖流域、陽宗海流域)則是降水與NDVI值的相關(guān)性大于氣溫與NDVI值的相關(guān)性，該地區(qū)植被類型多為半濕潤(rùn)常綠闊葉林紅壤地帶，林地多為云南松林與華山松林，多數(shù)林地為混交林。壩子地勢(shì)平坦，耕地集中，灌溉和生活用水量很大[18]。星云湖流域、杞麓湖流域，降水較為豐富，地形平坦的山麓及其湖泊兩側(cè)，相關(guān)性卻比較低，水資源供需矛盾比較突出，降水滿足不了工農(nóng)業(yè)發(fā)展時(shí)，植被與降水的影響關(guān)系被打破，造成了流域內(nèi)湖泊兩岸及平坦地區(qū)的NDVI與降水的相關(guān)性比較低的情況。

(3) 位于滇南的蒙自、元江高原盆地峽谷地區(qū)的異龍湖流域，NDVI值與氣溫和降水相關(guān)性差異不大，季風(fēng)常綠闊葉林是該區(qū)域的主要植被類型，紅河谷地海拔低下，相對(duì)高差達(dá)1 500～2 000 m，是云南省內(nèi)最為干熱的河谷，除局部的河谷外區(qū)域內(nèi)山地海拔多處于2 000 m以下，熱量充足，雨量適中，種植制度多樣，春旱較嚴(yán)重，森林多以云南松為主。

(4) 位于金沙江河谷地區(qū)的程海流域，NDVI值與氣溫和降水呈負(fù)相關(guān)，干熱河谷的特殊氣候是由谷地氣流的局部環(huán)流和焚風(fēng)效應(yīng)相結(jié)合而形成的，在這種特殊條件下所發(fā)育的植被也與云南省總的氣候殊異[19]。該區(qū)域處于少雨的范圍，一年之中旱季較為漫長(zhǎng)，區(qū)域內(nèi)徑流資源較少，氣溫頗高，人類活動(dòng)對(duì)其干預(yù)強(qiáng)度較大，加之河谷地區(qū)焚風(fēng)效應(yīng)的影響，造成了氣溫對(duì)植被的負(fù)相關(guān)影響。程海是區(qū)域內(nèi)最大的湖泊，但其湖面蒸發(fā)較大，降水量較少，湖泊補(bǔ)給少，湖面萎縮，年降水量較小，而蒸發(fā)量較大，導(dǎo)致水量的交換處于停滯狀態(tài)下，對(duì)區(qū)域局部小氣候影響較小。水位逐年下降，湖水的礦化度持續(xù)上升，湖泊周圍農(nóng)田需水量巨大，所以降水對(duì)程海流域植被NDVI的生長(zhǎng)影響較小，這一研究結(jié)論與張亮等[20]的一致，金沙江流域植被覆蓋度與降水和氣溫的偏相關(guān)系數(shù)都呈負(fù)相關(guān)。

(5) 流域內(nèi)湖泊東側(cè)地區(qū)NDVI值與降水因素的相關(guān)性比西側(cè)地區(qū)好，NDVI值與降水因素相關(guān)性較好的區(qū)域主要分布于迎風(fēng)坡的山麓地區(qū)這一特點(diǎn)在滇池流域表現(xiàn)較為明顯。九大高原湖泊流域NDVI值與氣溫的相關(guān)關(guān)系分析，九大高原湖泊流域NDVI值與氣溫存在一定的的相關(guān)性，但地區(qū)間差異大，處于滇西地區(qū)的流域，氣溫對(duì)植被的生長(zhǎng)影響更為明顯。

2.4 九大高原湖泊流域多年NDVI與高程的相關(guān)性分析

云南省地勢(shì)西北高東南低，自北向南呈階梯狀下降。相關(guān)研究表明，高程因子在一定程度上影響植被覆蓋度的空間分布[21]?；诖?，將九大高原湖泊流域的高程帶進(jìn)行依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)合九大高原湖泊流域高程的實(shí)際情況進(jìn)行重分類，九大高原湖泊流域的高程處于1 213～3 910 m之間，并分為1 213～1 660 m，1 660～2 110 m，2 110～2 560 m,2 560～3 010 m,3 010～3 460 m,3 460～3 910 m共6個(gè)高程帶,并且統(tǒng)計(jì)九大高原湖泊流域各高程帶NDVI均值與九大高原湖泊流域各流域在各個(gè)高程帶內(nèi)的NDVI均值結(jié)果見圖5。研究表明，總體上具備自然地帶的基本特征，在1 000～3 000 m的區(qū)域，NDVI值隨著高程的增加而增加；在2 500～3 000 m的高程帶內(nèi)，NDVI值同樣隨高程的增加而增加，但增加率比1 000～3 000 m高程帶的低；在3 000～4 000 m高程帶內(nèi)，NDVI值隨高程的增加而急劇降低。由此可知，3 000 m是NDVI值減少的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，結(jié)合云南省的地形，高程大于3 000 m的流域主要分布于滇西或滇西北地區(qū)，該區(qū)域地勢(shì)險(xiǎn)峻，氣溫低，降水少，氣候因子成為了植被生長(zhǎng)的限制性因子。

同時(shí)，九大高原湖泊流域的各個(gè)流域因所處的高程不同，也存在著一定的空間異質(zhì)性，針對(duì)瀘沽湖流域而言，2 560～3 010 m,3 010～3 460 m,3 460～3 910 m高程帶內(nèi)，NDVI值隨高程的增加而增加，這與九大高原湖泊流域整體NDVI和高程的分布有所差異；程海流域NDVI隨高程的增加變化明顯，而滇中地區(qū)的幾個(gè)流域因?yàn)槠浣?jīng)濟(jì)發(fā)展程度較高，人類活動(dòng)干預(yù)強(qiáng)度較大，NDVI隨高程的增加變化不顯著，滇西地區(qū)的洱海流域NDVI值隨高程的增加而出現(xiàn)了較大的波動(dòng)。

2.5 九大高原湖泊流域多年NDVI變化軌跡分析

根據(jù)NDVI指示意義及相關(guān)學(xué)者的研究，李亞飛等研究迪慶地區(qū)景觀類型時(shí)采用0.3作為植被與非植被的閾值[22]，甘淑等對(duì)瀾滄江流域山區(qū)土地覆蓋遙感監(jiān)測(cè)分類時(shí)則選用了0.15作為植被與非植被的閾值[23]；同時(shí)結(jié)合研究區(qū)實(shí)際及野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)植被與非植被的像元進(jìn)行抽樣比較，在充分考慮研究的植被季像與地方種植制度等因素之后最終確定研究區(qū)分類的閾值。將研究區(qū)NDVI值分為3類，分別為水體與建筑(A)和裸地與其他(B)、植被(C),植被與非植被的NDVI采用0.25作為分類的閾值，水體和建筑NDVI值則采用≤0作為分類的閾值。將NDVI值根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重分類，通過將各年度的NDVI柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，最終得到各流域近16 a新的NDVI柵格數(shù)據(jù)屬性值，同時(shí)形成一個(gè)新的變化圖譜(圖6)。本文使用python作為開發(fā)語言在echarts的環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)NDVI變化軌跡網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)可視化。其中A，B，C分別代表不同的NDVI類型，箭頭方向表示轉(zhuǎn)化的方向，線條的粗細(xì)表示轉(zhuǎn)換次數(shù)的多少。

圖5 九湖流域各高程帶NDVI均值

圖6 云南省九大高原湖泊流域2000-2015年NDVI轉(zhuǎn)化軌跡網(wǎng)絡(luò)圖

從圖6可以看出，在研究時(shí)段內(nèi)，總體上各個(gè)流域均有一定數(shù)量植被類型的轉(zhuǎn)入，除瀘沽湖、陽宗海之外，其他流域由裸地轉(zhuǎn)為植被的數(shù)量較多，撫仙湖流域、滇池流域、洱海流域在研究時(shí)間段內(nèi)其他類型的NDVI轉(zhuǎn)化為植被的數(shù)量較多。撫仙湖流域植被類型轉(zhuǎn)為其他類型的次數(shù)較少，間接說明撫仙湖流域植被恢復(fù)及退耕還林(草)及流域保護(hù)工作取得顯著成效[24]。滇池流域由裸土類型轉(zhuǎn)為水體或建筑類型的數(shù)量在九大高原湖泊流域中是最多的，表明滇池流域在近16 a以來，城市擴(kuò)張面積比其他流域大。

同時(shí)，異龍湖流域也出現(xiàn)了一定數(shù)量的非植被類型轉(zhuǎn)換為植被類型的情況，這主要是因?yàn)楫慅埡饔蛭鱾?cè)的湖泊面積縮小[25]，原來的湖泊演變?yōu)楦氐韧恋乩妙愋?，所以增加了非植被類型轉(zhuǎn)換為植被類型的數(shù)量。各個(gè)流域中，植被與水體或建筑之間的轉(zhuǎn)化次數(shù)都比較少。綜上，九大高原湖泊流域在研究時(shí)段內(nèi)轉(zhuǎn)換次數(shù)最多的是由非植被類型轉(zhuǎn)化為植被類型的轉(zhuǎn)移方式。

3 結(jié)論與存在的問題

3.1 結(jié) 論

本文采用了趨勢(shì)分析、偏相關(guān)分析，變化軌跡等方法，以2000年、2005年、2010年、2015年的Landsat數(shù)據(jù)以及同期的氣象數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，對(duì)云南省九大高原湖泊流域NDVI時(shí)空演化及其與氣候的相關(guān)響應(yīng)關(guān)系開展了研究，得到以下結(jié)論：

(1) 時(shí)間尺度上，九大高原湖泊流域整體NDVI均值表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，表明九大高原湖泊流域植被覆蓋度總體保持穩(wěn)定或者略有增加的趨勢(shì)。在2010年，受異常氣候的影響，許多流域的NDVI較2005年有下降的趨勢(shì)。

(2) 空間尺度上，星云湖流域與杞麓湖流域的NDVI出現(xiàn)了嚴(yán)重的退化，撫仙湖流域是改善情況較好的區(qū)域，各個(gè)流域在區(qū)域均出現(xiàn)了一定程度的輕微退化，盡管總體上改善的面積較大。

(3) 研究時(shí)段內(nèi)，九大高原湖泊流域NDVI變化與氣候因子有一定的相關(guān)性(程海流域除外)，但相關(guān)性不顯著，且不同區(qū)域的空間異質(zhì)性明顯。

(4) NDVI變化與高程分異相關(guān)性顯著，高程1 000～3 000 m的九大高原湖泊流域高程帶內(nèi)，NDVI隨高程的增加而增加，海拔3 000 m是九大高原湖泊流域NDVI值的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

(5) 從變化軌跡上分析，非植被類型轉(zhuǎn)化為植被類型是九大高原湖泊流域主要的NDVI時(shí)空轉(zhuǎn)移方式，滇池流域由裸土轉(zhuǎn)化為水體或建筑的數(shù)量較多。

3.2 存在的問題

利用Landsat遙感數(shù)據(jù)與同時(shí)期氣象數(shù)據(jù)，應(yīng)用趨勢(shì)分析，偏相關(guān)分析等方法分析了云南省九大高原湖泊流域NDVI時(shí)空演變及其與氣候的關(guān)系，并取得了初步結(jié)論。其中，部分流域在2005—2010年的時(shí)間段內(nèi)NDVI值下降明顯，如杞麓湖流域、滇池流域、星云湖流域。在全球氣候背景下，厄爾尼諾與“拉尼娜”事件的快速轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致世界許多地方出現(xiàn)了連年的旱災(zāi)，其中云南省在2009—2010年遭遇了罕見的旱情，由于從孟加拉灣到云南的水蒸氣輸送減少，西風(fēng)帶異常，副熱帶高壓較強(qiáng)，云南處于副熱帶高壓的控制下，所以導(dǎo)致了云南省2009年特大旱災(zāi)的發(fā)生[26],降雨稀少，氣溫異常，對(duì)植被的生長(zhǎng)發(fā)育影響較大，故在一定程度導(dǎo)致了該時(shí)段內(nèi)NDVI下降。

由于各流域植被生長(zhǎng)環(huán)境、地理環(huán)境等差異巨大，而植被與非植被NDVI閾值主要依據(jù)相關(guān)的研究及充分考慮了植被季像與地方種植制度來確定，具有主觀經(jīng)驗(yàn)性。氣象因子通過采用氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)插值來擬合區(qū)域數(shù)據(jù)，存在一定的誤差。同時(shí)，氣象因子對(duì)植被生長(zhǎng)的影響存在滯后性，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)性分析時(shí)，數(shù)據(jù)也會(huì)有滯后性的問題。故使用NDVI數(shù)據(jù)研究時(shí)空演變與趨勢(shì)變化時(shí)，和真實(shí)地物情況會(huì)存在一定誤差。如果需要獲取到精確的植被覆蓋度，仍然需要大量的實(shí)地驗(yàn)證進(jìn)行輔助。因此，植被與非植被的區(qū)域性閾值確定和氣象因子對(duì)植被影響的滯后性將是后續(xù)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。同時(shí)，由于森林系統(tǒng)的生長(zhǎng)與分布不僅受制于氣候的影響，還受制于人類活動(dòng)的影響。在今后研究植被生長(zhǎng)影響因子時(shí)，有必要考慮和分析人類活動(dòng)與城市擴(kuò)張對(duì)其生長(zhǎng)產(chǎn)生的影響。