北疆地區(qū)草地TI-NDVI與NDVImax時空異質(zhì)性評價

焦阿永， 陳伏龍， 閆俊杰， 凌紅波， 申瑞華

（1.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子 832003；2.伊犁師范大學(xué)資源與生態(tài)研究所，新疆 伊寧 835000；3.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，新疆 烏魯木齊 830011；4.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

氣候變化和人類活動帶來了全球或區(qū)域生態(tài)環(huán)境的改變。草地是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，草地變化構(gòu)成了全球變化的重要組成部分［1］。草地是人類生存的重要自然資源和環(huán)境基礎(chǔ)，通過對草地變化研究能為人類有效應(yīng)對全球變化帶來的環(huán)境問題提供重要參考和支持。而準(zhǔn)確且敏感的參考指標(biāo)是草地變化研究的基礎(chǔ)［2］。

異質(zhì)性是地表生態(tài)系統(tǒng)的基本特征，也是評價地表覆被動態(tài)要回答的基本問題。為充分理解草地動態(tài)的特征或規(guī)律，學(xué)者們在時間和空間維度上揭示了關(guān)于草地異質(zhì)性的更多細(xì)節(jié)［3-5］。傳統(tǒng)的實地調(diào)查的草地監(jiān)測方法由于耗時和勞動密集型，很難在大尺度上實現(xiàn)對草地的時空監(jiān)測［6-7］。由于遙感技術(shù)在獲取數(shù)據(jù)的時效性、空間性及成本等方面具有無法比擬的優(yōu)勢，是目前區(qū)域植被動態(tài)監(jiān)測的主要方法及數(shù)據(jù)來源［8-9］。借助于遙感數(shù)據(jù)計算得到的植被指數(shù)是量化地表植被狀況的有效和實用方法。各植被指數(shù)中歸一化植被指數(shù)（NDVI）與光合有效輻射、生物量、植被生產(chǎn)力等緊密相關(guān)，是目前表征植被生長狀態(tài)及植被覆蓋度中應(yīng)用最多的植被指數(shù)［10］。且多家機構(gòu)或研究學(xué)者已制備了NOAA-AVHRR NDVI，SPOT-VGT NDVI，TERRA-MODIS NDVI 和GIMMS NDVI 等多種覆蓋全球的NDVI成品數(shù)據(jù)，以方便使用。MODIS數(shù)據(jù)因其較高的空間分辨率，并且改進了在紅光波段和近紅外波段的波幅及輻射定標(biāo)等技術(shù)，使其更詳盡地反映地表植被的空間差異，已被廣泛應(yīng)用于區(qū)域植被的動態(tài)監(jiān)測［11-14］。

在對NDVI 時間序列數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中，年最大值合成法（MVC）常被用于計算年內(nèi)NDVI最大值（NDVImax），來表征單個生長季內(nèi)植被生長達到最好時的狀況，并作為植被在年時間尺度上的狀態(tài)指標(biāo)［15-17］。然而，NDVI在濃密的植被冠層中容易達到飽和，敏感性降低，削弱了NDVI對植被時空異質(zhì)性的表達能力。同時植被的動態(tài)變化不僅存在于植被能達到最佳時的狀況上，也體現(xiàn)在植被生長過程的年際差異上，如植被生長季長度的變化等。時間累積NDVI（Time Integrated NDVI，TI-NDVI）被定義為年內(nèi)NDVI變化曲線與時間軸圍成的面積或一定時期內(nèi)NDVI 的累積值［18-22］?；诘孛姹O(jiān)測和衛(wèi)星遙感的多項研究表明，在農(nóng)作物、灌木、草地和森林等多種生態(tài)系統(tǒng)中TI-NDVI與植物生產(chǎn)力具有很強的相關(guān)性［23-28］。基于此，TI-NDVI 常被作為生產(chǎn)力的替代指標(biāo)廣泛用于植被動態(tài)、生態(tài)功能及環(huán)境脆弱性等研究之中［29-32］。相對于NDVImax，TI-NDVI不僅積累了植被的NDVImax，還積累了植被在返青期和枯萎期的NDVI，揭示更多關(guān)于植被異質(zhì)性的信息。

鑒于此，本研究選擇草地分布廣泛且類型豐富的新疆北部（北疆）作為研究區(qū)，在16 d 合成的MODIS NDVI 時間序列數(shù)據(jù)的支持下，借助于GIS 空間分析技術(shù)以及Mann-Kendall非參數(shù)趨勢檢驗和變異系數(shù)（CV）等數(shù)理統(tǒng)計方法，研究北疆草地時空動態(tài)，分析NDVImax 和TI-NDVI 在表達草地異質(zhì)性方面的優(yōu)勢比較，以期為北疆地區(qū)乃至全球草地有效評估和管理提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于新疆北部（北疆，42°8′24″～48°3′N、80°36′36″～95°55′12″E），地形高差懸殊，海拔高度介于-157～7077 m，主要以山地和盆地為主（圖1），年均降水量200 mm以下，年均氣溫-4～9 ℃，屬于溫帶大陸性干旱半干旱氣候。區(qū)域中部的準(zhǔn)噶爾盆地被天山、阿爾泰山以及準(zhǔn)噶爾西部山地環(huán)繞，西風(fēng)氣流從西南部的伊犁河谷地帶進入盆地，后被東部天山阻隔，無法繼續(xù)東進，水汽停留在原地，給伊犁河谷帶來豐富的降水。北疆地區(qū)降水量空間分布極不均勻，山區(qū)降水量遠(yuǎn)高于平原和盆地，西南部多于東北部。伊犁河谷、天山和阿爾泰山年平均降水量超過200 mm，屬于半干旱區(qū)，其他區(qū)域?qū)儆诟珊祬^(qū)。研究區(qū)域內(nèi)除了額爾齊斯河為外流河，其他河流均為內(nèi)流河，補給水源主要為大氣降水、冰雪融水和地下水。

圖1 研究區(qū)位置及地形Fig.1 Location and topography of the study area

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

研究用到的NDVI 數(shù)據(jù)為美國NASA EOS 數(shù)據(jù)中心（https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov）發(fā)布的MODIS MOD13Q1 產(chǎn) 品。MOD13Q1 數(shù) 據(jù) 為16 d 合成的時間序列數(shù)據(jù)，空間分辨率為250 m，每年23期，時間序列是2000—2019年。在數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中，對NDVI 時間序列數(shù)據(jù)進行了鑲嵌、轉(zhuǎn)投影、重采樣、研究區(qū)裁剪以及Savitzky-Golay 濾波處理［33］。用于年際變化分析的NDVImax 數(shù)據(jù)是通過對每年23期數(shù)據(jù)的最大值合成（MVC）處理獲得，即用年內(nèi)植被生長達到最好狀況時的NDVI作為年尺度上的NDVI。

北疆草地分布邊界的矢量數(shù)據(jù)是通過對Sentinel-2假彩色合成影像的目視解譯獲得。Sentinel-2影像選取2018 年6—9 月植被覆蓋達到最大，且云量＜10%的高質(zhì)量影像。假彩色合成影像像元大小為10 m。對解譯獲得的草地分布矢量數(shù)據(jù)進行了柵格化處理，作為裁剪NDVI 數(shù)據(jù)的掩膜。草地分布數(shù)據(jù)的柵格化處理及NDVI數(shù)據(jù)重采樣處理過程中，像元大小均設(shè)置為250 m×250 m，以確保其與NDVI圖像的空間匹配。同時NDVImax＜0.1的像元被作為無植被區(qū)進行了剔除。

2.2 計算TI-NDVI

TI-NDVI 通常被定義為生長季內(nèi)NDVI 變化曲線與時間軸圍成的面積或NDVI的累積值。累積值計算方便且簡單，因此TI-NDVI利用生長季內(nèi)NDVI的累積值表示，即：

式中：i代表NDVI數(shù)據(jù)的日期。MOD13Q1產(chǎn)品每年23期數(shù)據(jù)，從每年的第1 d到第353 d每16 d一期數(shù)據(jù)，并在計算過程中對NDVI＜0 數(shù)據(jù)進行了剔除，避免植被尚未變綠或已經(jīng)變黃時的NDVI［34］。由于北疆植被生長季通常開始于3 月初，結(jié)束于11 月初，為了進一步降低非植被的噪聲，消除一年中早于65 d、晚于305 d的NDVI。TI-NDVI計算取3月初（第65 d）到11 月初（第305 d）時段內(nèi)共16 期NDVI數(shù)據(jù)。由于NDVI 的取值范圍為0～1.0，因此，理論上TI-NDVI的取值范圍為［0，16］。

2.3 NDVImax與TI-NDVI的比較

分別對2000—2019 年NDVImax 和TI-NDVI 時間序列影像求平均值，獲得NDVImax 和TI-NDVI 多年平均影像，對NDVImax 和TI-NDVI 所揭示的草地空間格局進行差異性比較。并提取NDVImax 多年平均影像所有像素值以及其所對應(yīng)的TI-NDVI 值，以此計算NDVImax 與TI-NDVI 的相關(guān)系數(shù)，評估兩者相關(guān)性。

利用Mann-Kendall 非參數(shù)趨勢檢驗方法，對NDVImax 和TI-NDVI 時間序列影像進行逐像元計算，獲得2000—2019年NDVImax和TI-NDVI變化趨勢空間分布圖，分析NDVImax 和TI-NDVI 變化趨勢的空間分布。同時，對NDVImax 變化趨勢圖與TINDVI 變化趨勢圖進行疊置操作，制作兩者變化趨勢差異的空間分布圖，分析NDVImax 與TI-NDVI 變化趨勢的空間差異。

變異系數(shù)（CV）用于衡量數(shù)據(jù)系列中數(shù)據(jù)點的離散程度。CV越大，說明數(shù)據(jù)點相對平均值離散程度越大。在用NDVImax 或TI-NDVI 等指標(biāo)衡量植被動態(tài)時，所選指標(biāo)的CV越大，能揭示的植被波動就越大，能揭示植被波動的細(xì)節(jié)就更多，對植被動態(tài)也更加敏感。因此，分別在時間和空間維度上對NDVImax 和TI-NDVI 的CV進行了計算。時間維度上，分別對NDVImax 和TI-NDVI 時間序列影像進行逐像元計算，獲得時間CV（CVt）的空間分布圖?？臻g維度上，分別在NDVImax 和TI-NDVI 多年平均值影像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用15×15像元的滑動窗口（即移動窗口中包含225個像元）進行逐像元計算，獲得空間CV（CVs）的空間分布圖。利用CVt和CVs空間分布圖，在時間和空間維度上，對比分析NDVImax 和TINDVI 對草地異質(zhì)性表達的敏感性及兩者的比較優(yōu)勢。在計算CVs時，筆者也嘗試了5×5像元和9×9像元的移動窗口，其CVs空間分異與15×15像元移動窗口的結(jié)果基本一致。

3 結(jié)果與分析

3.1 北疆地區(qū)NDVImax和TI-NDVI空間格局

在像元尺度上計算2000—2019 年北疆NDVImax 和TI-NDVI 的年平均值，表征NDVImax 和TINDVI的空間格局（圖2）。

從圖2 可以看出，北疆地區(qū)NDVImax 和TI-NDVI的空間格局基本相同，均表現(xiàn)出明顯的海拔分異。北疆地處歐亞大陸干旱半干旱區(qū)腹地，水是制約植被生長的關(guān)鍵因素，高程控制著水的空間分布［35-38］。阿爾泰山山區(qū)、天山山脈和塔城盆地周邊山區(qū)降水相對豐沛，草本植物生長良好，草地NDVImax 和TINDVI 分別＞0.5 和＞5.0。而在海拔3500 m 以上的山區(qū)，由于冬季較長，氣溫較低，植被的生長受到制約，草地NDVImax和TI-NDVI相對較低［39-40］，一般分別＜0.4和＜3.0，而在準(zhǔn)噶爾盆地和伊犁河谷的低海拔地區(qū)，由于降水稀少，氣候炎熱，干旱制約了植被的生長，草地NDVImax 和TI-NDVI 最低，NDVImax＜0.2，TINDVI＜2.0。

圖2 北疆年平均NDVImax（a）和TI-NDVI（b）的空間分布Fig.2 Spatial distribution of yearly averaged NDVImax(a)and TI-NDVI(b)in northern Xinjiang

對比圖2a和圖2b可以看出，阿爾泰山北部和天山西南部的高山區(qū)域，TI-NDVI的低值區(qū)域（TI-NDVI＜2.0）明顯多于NDVImax 的低值區(qū)域（NDVImax＜0.3）。這主要是因為此區(qū)域生長季短，即使其NDVImax與其他山區(qū)差異較小，其累積NDVI卻相差很大。表明TI-NDVI 比NDVImax 更能表達高山區(qū)域草地空間分布的異質(zhì)性。

3.2 北疆地區(qū)NDVImax和TI-NDVI年際變化特征

圖3顯示了北疆整個草地NDVImax 和TI-NDVI的年際變化。Mann-Kendall 趨勢檢驗表明，2000—2019 年北疆草地NDVImax 和TI-NDVI 均呈現(xiàn)顯著增加趨勢（P＜0.01），Mann-Kendall 統(tǒng)計量Z分別為2.75 和2.69。年 際 波 動 上，除2000—2001 年、2005—2006 年、2014—2015 年和2018—2019 年外，NDVImax和TI-NDVI的波動變化也基本一致。

圖3 2000—2019年北疆草地區(qū)域平均NDVImax和TINDVI的年際變化Fig.3 Inter-annual variations of the regional averaged NDVImax and TI-NDVI in the grassland of northern Xinjiang from 2000 to 2019

在空間上，NDVImax 和TI-NDVI 的變化趨勢存在明顯差異，但總體上均表現(xiàn)出明顯的海拔分異（圖4a，圖4b）。NDVImax 或TI-NDVI 呈上升趨勢的區(qū)域主要分布在準(zhǔn)噶爾盆地、伊犁河谷和塔城盆地的洼地。下降趨勢主要分布在天山山脈、阿爾泰山山脈和塔城盆地周圍山區(qū)。經(jīng)計算，北疆20.87%草原的NDVImax 呈下降趨勢，其中2.31%達到顯著水平（Z＜-1.96）。NDVImax 呈上升趨勢的草地面積占79.13%，達到顯著水平（Z＞1.96）的草地面積占19.24%。TI-NDVI呈上升趨勢和下降趨勢的比例分別為13.80%和86.20%，達到顯著水平（|Z|＞1.96）的比例分別為0.48%和30.22%（圖5a）。

圖4c 是NDVImax 和TI-NDVI 的變化趨勢的疊加圖。北疆大面積草地NDVImax 和TI-NDVI 呈相反變化趨勢（圖4c 中I-D 和D-I），占比達到17.55%（圖5b），且多位于植被覆蓋度較高的山區(qū)。尤其是阿爾泰山與伊犁河谷周邊的山區(qū)，草地NDVImax和TI-NDVI變化趨勢的差異性明顯不同。阿爾泰山山區(qū)草地變化主要表現(xiàn)為NDVImax 增加而TI-NDVI減小，而伊犁河谷周邊山區(qū)則主要表現(xiàn)為NDVImax減小而TI-NDVI 增加。整個北疆地區(qū)，2000—2019年，8.56%的區(qū)域NDVImax 和TI-NDVI 同時下降（DD），空間上主要分布在天山南部的部分地區(qū)；73.89%的區(qū)域NDVImax 和TI-NDVI 同時增加（I-I），主要分布在植被覆蓋度較低的準(zhǔn)噶爾盆地；5.24%的草地NDVImax增加而TI-NDVI減少（I-D），空間上主要分布在在阿爾泰山脈以及準(zhǔn)噶爾盆地中部和伊犁河谷的部分區(qū)域；12.31%的草地NDVImax減少而TI-NDVI增加（D-I），空間上集中分布在伊犁河谷和塔城盆地周邊山區(qū)。

圖4 NDVImax（a）和TI-NDVI（b）Mann-Kendall非參數(shù)檢驗統(tǒng)計量Z值的空間分布及變化趨勢疊加（c）Fig.4 Spatial distribution of the statistic Z of the Mann-Kendall non-parametric test for NDVImax(a)and TI-NDVI(b),and the superimpose d trend image of NDVImax and TI-NDVI(c)

圖5 Mann-Kendall檢驗（a）和疊加趨勢（b）的Z范圍比例Fig.5 Proportions of Z ranges of Mann-Kendall test(a)and superimposed trends(b)

3.3 NDVImax 與TI-NDVI 在草地時空異質(zhì)性表達上的對比

時空異質(zhì)性是評價植被動態(tài)的基本問題之一。通過計算NDVImax 和TI-NDVI 的時間和空間CV，來對比兩者在表達草地時空異質(zhì)性的差異［41-42］。

圖6a 顯示了NDVImax（圖6a1）和TI-NDVI（圖6a2）的CVs的空間分布及其差異（圖6a3）。NDVImax 和TI-NDVI 的CVs的空間格局幾乎相同。CVs（CVs＞0.3）較大的區(qū)域，多位于天山和阿爾泰的高海拔區(qū)，這些區(qū)域NDVImax 和TI-NDVI 均隨著海拔的升高而快速增大或減?。▓D2），因而CVs均較大。CVs較小的區(qū)域，主要分布在準(zhǔn)噶爾盆地低地或天山、阿爾泰山半山腰，這些區(qū)域NDVImax 和TI-NDVI 在空間上的變化不大（圖2）。然而，54.18%的區(qū)域TINDVI的CVs大于NDVImax 的CVs（圖6a3），空間上主要分布在NDVImax 通常較大（NDVI＞0.6）或沿海拔梯度變化較大的山區(qū)，以及小部分植被覆蓋度最低的地區(qū)（NDVImax＜0.2 和TI-NDVI＜1.0）（圖6a3，圖2），這說明TI-NDVI 更能表達山區(qū)植被覆蓋度較高地區(qū)的草地空間異質(zhì)性。相反，在準(zhǔn)噶爾盆地地區(qū)的低地和伊犁河谷地區(qū)，NDVImax 和TI-NDVI 都很?。∟DVI＜0.4 和TI-NDVI＜4.0），TI-NDVI 的CVs多小于NDVImax 的CVs（圖6a），這意味著NDVImax 在表達低覆蓋草地的空間異質(zhì)性方面更敏感。

圖6b 顯示了2000—2019 年期間NDVImax（圖6b1）和TI-NDVI（圖6b2）CVt的空間分布及其差異（圖6b3）。相較于NDVImax 和TI-NDVI 的CVs空間格局，NDVImax和TI-NDVI的CVt的空間格局差異很大（圖6b1，圖6b2）。對于NDVImax 而言，在準(zhǔn)噶爾盆地、塔城盆地和伊犁河谷的洼地的CVt明顯大于山區(qū)。相反，除準(zhǔn)噶爾盆地植被覆蓋度最低的部分地區(qū)外，低地和山區(qū)TI-NDVI 的CVt差異不大，均處于較低水平（0.05＜CVt＜0.1）（圖6b2）。低地的植被覆蓋率通常比山區(qū)低的多。植被覆蓋度高的地區(qū)NDVI 容易飽和，導(dǎo)致高覆蓋度草地NDVI 的異質(zhì)性被低估，如天山和阿爾泰山區(qū)的草地。圖6b3 為TINDVI 的CVt減去NDVImax 的CVt的差值圖，從圖上可以看出，植被覆蓋度較高的山區(qū)TI-NDVI的CVt多大于NDVImax 的CVt。這意味著TI-NDVI 可以彌補NDVImax 飽和度的不足，更能表達高覆蓋草地的時間異質(zhì)性。然而，低地區(qū)域TI-NDVI的CVs比NDVImax的CVs要小。

圖6 NDVImax和TI-NDVI時空CV的空間分布及其差異Fig.6 Spatial distribution of the spatial and temporal CV of both NDVImax and TI-NDVI,and their difference

4 討論

4.1 NDVImax與TI-NDVI的關(guān)系

NDVImax 是植被在一個生長季所能達到的最大NDVI，而TI-NDVI定義了一個生長季植被的累積NDVI，這是NDVImax 和TI-NDVI 的根本區(qū)別。然而，北疆NDVImax 和TI-NDVI 的空間變化基本一致(圖2)，圖7a也顯示TI-NDVI隨NDVImax的增加而增加，這表明NDVImax 高的地區(qū)TI-NDVI 總體也較大。NDVImax 與TI-NDVI 的Pearson 相關(guān)系數(shù)達到0.89（P＜0.01）。因此，NDVImax 與TI-NDVI 在表示植被空間分布方面有很多共同之處。

從圖7a 中可以看出，隨著NDVImax 從0.1 變化到0.7，TI-NDVI離散分布在2個明顯不同的范圍內(nèi)，這表明具有相同NDVImax 的區(qū)域通常可以分為兩部分，即TI-NDVI 較小的部分和TI-NDVI 較大的部分（圖7b1）。同樣，TI-NDVI相同的區(qū)域也可以用同樣的方式分成兩部分（圖7b2）。表明在相同NDVImax 或TI-NDVI 的區(qū)域可能有完全不同的TI-NDVI或NDVImax。TI-NDVI 離散分布的2 個不同范圍分別對應(yīng)了研究區(qū)內(nèi)的高山區(qū)域和低地平原區(qū)。高海拔地區(qū)氣溫低、冬季長、生長季節(jié)短，如圖7b1 和圖7b2中的A2和B2區(qū)，因此，相較于生長季節(jié)較長的區(qū)域，即使其NDVImax可能相同或相近，TI-NDVI卻要小的多（圖7b1）。然而，山區(qū)具有降水豐富的優(yōu)勢，夏季溫度升高，低溫限制被解除后，NDVImax則遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于干旱的低地荒漠區(qū)（圖7b2）。

圖7 NDVImax和TI-NDVI的散點圖（a）及NDVImax或TI-NDVI相同但TI-NDVI或NDVImax不同的區(qū)域的NDVI（b）Fig.7 Scatter plot of NDVImax and TI-NDVI(a)and NDVI curves of pixels with same NDVImax but different TI-NDVI,NDVI curves of pixels with same TI-NDVI but different NDVImax(b)

NDVImax 和TI-NDVI 均呈現(xiàn)明顯的海拔分異。水和熱是控制植被空間分布的基本因素。然而水和熱沿海拔梯度變化。北疆地處亞歐大陸干旱區(qū)腹地，準(zhǔn)噶爾盆地、伊犁河谷和塔城盆地等海拔較低的區(qū)域植被受缺水和高溫制約，所以這些區(qū)域的NDVImax 和TI-NDVI 均很小。隨海拔的升高，降水增加，氣溫降低，對植被生長的限制逐漸減緩，NDVImax 和TI-NDVI 均逐步增大。當(dāng)海拔達到一定高度且水和熱均最為適宜時，NDVImax 和TI-NDVI 達到最大，如天山和阿爾泰山的半山腰等地區(qū)。隨著海拔的升高，植被受低溫和飽和土壤水的限制，NDVImax 和TI-NDVI 又開始下降，如天山和阿爾泰山的高海拔地區(qū)。海拔對水熱條件的再分配是草地NDVImax和TI-NDVI空間分異的根本原因，這也是北疆草地NDVImax和TI-NDVI均呈海拔分異的原因。

4.2 NDVImax與TI-NDVI變化差異的解釋

NDVImax 和TI-NDVI 在年際波動（圖3）和變化趨勢的空間格局（圖4c）存在差異。用生長季內(nèi)不同時間的NDVI 繪制的曲線不僅顯示了NDVImax（NDVI 曲線的頂點），而且還顯示了TI-NDVI（曲線上累積的NDVI）的大?。▓D8）。因此，通過比較不同生長季或不同地區(qū)的NDVI曲線，可以揭示NDVImax與TI-NDVI變化差異的原因。

對于整個研究區(qū)域，2000—2001 年、2005—2006 年、2014—2015 年和2018—2019 年的區(qū)域平均NDVImax 和TI-NDVI呈現(xiàn)相反的波動（圖3）。從圖8a1 可以看出，2001 年NDVI 曲線的峰值較低，但2001 年第209～305 d 的NDVI 比2000 年大得多，表明2001 年仲夏到秋季的草地狀況較好。這是2000—2001 年NDVImax 下降而TI-NDVI 增加的原因。從圖8a2、圖8a3和圖8a4中可以看出，2005年、2015年和2019年NDVI曲線的峰值均大于2004年、2014 年和2018 年，但春秋季的NDVIs 均較小。2004—2005 年、2014—2015 年 和2018—2019 年，NDVImax增加，TI-NDVI減少。

圖8 TI-NDVI與NDVImax變化趨勢相反年份及兩者變化趨勢不同疊加類型在研究期前期和末期NDVI生長季內(nèi)的變化Fig.8 Changes of TI-NDVI and NDVImax in the years with opposite trends and different superimposed types of the two trends in the NDVI growing season at the beginning and end of the study period

對于NDVImax 和TI-NDVI 變化趨勢的空間差異。天山山脈和塔城盆地周邊的大部分地區(qū)NDVImax 降低而TI-NDVI 增加。相反，阿爾泰山大部分地區(qū)NDVImax 增加而TI-NDVI 降低（圖4c）。對比研究期前5 a（2000—2005 年）與后5 a（2015—2019年）的平均曲線（圖b）可知，在天山及塔城盆地周邊山區(qū)，2000—2004 年NDVI 曲線的峰值比2015—2019年略大，但2015—2019年曲線中第65～145 d的所有NDVI 均大于2000—2004 年（圖8b1）的值，這表明盡管NDVI 峰值有所下降，但春季NDVIs 則有所改善，提高了這些地區(qū)的TI-NDVI。對于阿爾泰山地區(qū)，夏季NDVI雖有增加，但春季和秋季減少更多（圖8b2），導(dǎo)致NDVImax 增加而TI-NDVI 減少。圖8b3 為準(zhǔn)噶爾盆地廣闊洼地的平均曲線，其中NDVImax 和TI-NDVI 在2000—2019 年間均呈現(xiàn)增加趨勢（圖4c）?？梢钥闯?，整個生長季的NDVI 均有所提高（圖8b3）。

單一生長季的NDVI曲線代表了草地的年生長過程。這種一年一度的生長過程通常在時間和空間上都有所不同。而年生長過程的年際變化也是植被動態(tài)的重要特征之一，但這一點在過去的草地動態(tài)監(jiān)測中則很少被考慮。與NDVImax 相比，TINDVI 積累了草地整個生長季的NDVI，這使得TINDVI 成為在表征草地年生長過程方面具有價值的量化指標(biāo)。

5 結(jié)論

（1）北疆地區(qū)NDVImax和TI-NDVI的空間變化基本相同，均表現(xiàn)出明顯的海拔分異。TI-NDVI 總體隨NDVImax的增大而增大，但NDVImax或TI-NDVI相同的區(qū)域，其TI-NDVI或NDVImax 卻存在較大差異。

（2）2000—2019 年北疆地區(qū)草地TI-NDVI 和NDVImax 的總體呈現(xiàn)增加趨勢（P＜0.01），但空間上，整個北疆17.55%草地的TI-NDVI和NDVImax呈現(xiàn)相反的變化趨勢，且多位于草地覆蓋度較高的山區(qū)。尤其是阿爾泰山與伊犁河谷山區(qū)，阿爾泰山草地主要表現(xiàn)為NDVImax 增加而TI-NDVI 減小，伊犁河谷山區(qū)草地則主要表現(xiàn)為NDVImax 減小而TINDVI增加。

（3）在時空異質(zhì)性上，北疆阿爾泰山、伊犁河谷及塔城盆地周邊山區(qū)等草地高覆蓋區(qū)，TI-NDVI 的CVs和CVt均高于NDVImax，TI-NDVI 能彌補草地動態(tài)檢測中NDVI 光飽和缺陷的影響，能更準(zhǔn)確地表達高覆蓋草地的時間異質(zhì)性。