青海省2000~2015年NDVI的時空變化特征

蒲泓君

摘要：本文基于青海省2000～2015年GIMMS NDVI 3g數(shù)據(jù)，利用最大合成法、變異系數(shù)法、Theil-SenMedian趨勢變化分析法研究了近16年來青海省NDVI的時空變化特征。結(jié)果表明：青海省近16年來NDVI總體趨于穩(wěn)定，但年間波動幅度較大;青海省大部分區(qū)域NDVI呈上升趨勢，其中西寧和海東區(qū)域的增長速度最快。本文研究青海省NDVI的時空變化特征，對揭示青藏高原生態(tài)環(huán)境變化規(guī)律、特征及其演變具有重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：青海省;NDVI;時空變化特征

1 引言

植被與生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)，在調(diào)節(jié)內(nèi)部與外部物質(zhì)、能量交換、環(huán)境演變、物質(zhì)轉(zhuǎn)換等方面起著十分重要的作用[1]。植被覆蓋變換是地球內(nèi)外部相互作用的結(jié)果，對全球環(huán)境變化有著重要的影響作用[2]。一個區(qū)域的植被覆蓋度可以通過計算該區(qū)域地面上所有植被的投影面積與該區(qū)域的總面積之比得出[3]。歸一化植被指數(shù)（Normalized Nifference Vegetation Index，NDVI）是近紅外波段和紅外波段的反射率的差值與兩者之和的比值，它可以很好地反映地表植被覆蓋狀況，主要應(yīng)用于消除輻射誤差和監(jiān)測植被生長狀態(tài)等[4]。目前國內(nèi)外許多學(xué)者展開了研究，崔天翔等[5]以中等分辨率的LANDSAT TM影像為數(shù)據(jù)源，基于線性光譜混合模型，估算研究區(qū)的植被覆蓋度;GIMMS NDVI 3g數(shù)據(jù)具有時間序列長、可靠性強(qiáng)、數(shù)據(jù)連續(xù)、覆蓋范圍廣等優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用于全球和區(qū)域尺度的植被動態(tài)變化分析。本文基于青海省2000～2015年GIMMS NDVI 3g數(shù)據(jù)，利用最大合成法、變異系數(shù)法、Theil-SenMedian趨勢變化分析法研究青海省的NDVI時空變化特征及變化趨勢，為政府進(jìn)行黑土灘治理，改善生態(tài)環(huán)境等提供科學(xué)理論依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

青海省位于青藏高原東北部，介于北緯31°40′至39°19′，東經(jīng)89°35′至103°04′之間，北方和東方與甘肅相鄰，東南方與四川相連，西北方與新疆毗連，南方和西南方與西藏接壤。青海省總體呈現(xiàn)出南北高，中部低，西高東低的態(tài)勢，是一個內(nèi)陸干旱盆地，海拔在1613m～6820m之間，平均海拔在3000m以上。

3 數(shù)據(jù)來源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源及處理

本文所用的GIMMS NDVI 3g數(shù)據(jù)為NASA’S Goddard Space Flight Center 15d合成數(shù)據(jù)，空間分辨率為0.083°×0.083°，數(shù)據(jù)格式為ncd格式，利用轉(zhuǎn)化格式的MATLAB代碼將其轉(zhuǎn)化為GEOTIFF格式，再采用國際上通用的最大合成法（MVC）對NDVI數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3.2 研究方法

3.2.1 變異系數(shù)法

變異系數(shù)（coefficient of variation， CV）是反映NDVI年變化的一個統(tǒng)計量，具體公式如下：

式中：xi為逐年NDVI值，為NDVI平均值。

3.2.2 Theil-SenMedian趨勢變化分析

采用Theil-SenMedian方法分析2000～2015年青海省的NDVI趨勢變化，計算公式如下：

，（2000≤i<j≤2015）

式中：NDVIi和NDVIj分別是青海省各像元第i年和第j年的NDVI平均值。

3.2.3 利用NDVI估算植被覆蓋度

植被覆蓋度與NDVI有較強(qiáng)的線性相關(guān)性，估算植被覆蓋度可以通過建立與NDVI之間的關(guān)系來實現(xiàn)，具體公式如下：

式中：NDVIsoil指的是無植被覆蓋區(qū)域的NDVI值，NDVIveg指的是完全被植被覆蓋的像元的NDVI值。

4 結(jié)果與分析

逐像元計算青海省2000～2015年NDVI的平均值，得到青海省2000～2015年NDVI的年變化。青海省2000～2015年NDVI值在0.43～0.48之間波動，總體呈上升趨勢，其中2001～2002年NDVI顯著上升，2002～2003年NDVI顯著下降，2003～2005年NDVI值有所上升，但不明顯，2005～2008年持續(xù)下降，可能是由厄爾尼諾事件導(dǎo)致的氣候突變造成的，2008～2010年NDVI值急劇上升，可能是由高原和低海拔地區(qū)植被生長對氣候響應(yīng)的差異造成的。

通過對2000～2015年青海省NDVI變異系數(shù)的分析，借鑒幾何區(qū)間分割法將其分為5個等級，其中較低波動區(qū)、低波動區(qū)分別占植被覆蓋區(qū)域面積的50.47%和20.39%，主要分布在海西蒙古藏族自治州、玉樹藏族自治州，中度波動區(qū)、較高波動區(qū)和高波動區(qū)分別約占植被覆蓋區(qū)域面積的20.08%、4.17%和0.38%，較高波動區(qū)與中波動區(qū)主要分布在西寧市，海東藏族自治洲，海南藏族自治州。青海省從西北部向東南部的地勢逐漸變低，濕熱氣流從東南向西北部爬升，造成東南部地區(qū)降水量增多，因此，青海省東南部植被生長相對較穩(wěn)定。青海東部部分盆地和谷地降水相對較少，并且受其它環(huán)境因素等的影響，導(dǎo)致東部區(qū)域植被覆蓋變化波動性較強(qiáng)。

5 結(jié)論

（1）青海省近16年來NDVI呈上升趨勢，但上升不明顯，年間波動幅度較大，其中2002年NDVI值處于波峰，2008年NDVI值處于波谷;海北、海南、黃南、西寧、海東藏族自治州的NDVI均呈緩慢上升趨勢，西寧市和海東地區(qū)增長速度最快;海北、海南與黃南藏族自治州增長幅度相近，海西藏族自治州基本穩(wěn)定不變，果洛藏族自治州與玉樹NDVI呈明顯下降趨勢。

（2）青海省NDVI變化具有地域差異性，東南地區(qū)相對較穩(wěn)定;較低波動區(qū)、低波動區(qū)分別約占植被覆蓋區(qū)域面積的50%和20%，主要分布在海西蒙古藏族自治州、玉樹藏族自治州。

參考文獻(xiàn)：

[1]刁一偉， 裴鐵璠. 植被與大氣之間物質(zhì)和能量交換過程的反演理論研究進(jìn)展[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報， 2005， 16（9）：1765-1768.

[2]陳永金， 陳亞寧， 劉加珍. 塔里木河下游植被覆蓋度變化與地下水質(zhì)關(guān)系[J]. 環(huán)境科學(xué)， 2010， 31（003）：612-617.

[3]李琳. 北京郊區(qū)植被覆蓋度變化動態(tài)遙感監(jiān)測[D]. 北京林業(yè)大學(xué)， 2008.

成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 四川成都 610059