祁連山NDVI的時空變化及其對海拔的響應(yīng)

楊 鶴，朱淑嫻，3，李 麗*，吳鞏勝，國洪艷

(1.云南財經(jīng)大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，云南昆明 650221；2.云南財經(jīng)大學(xué)野生動植物管理與生態(tài)系統(tǒng)健康研究中心，云南昆明 650221；3.和平縣國土整治中心，廣東河源 517200)

植被覆蓋是作為反映區(qū)域性生態(tài)環(huán)境發(fā)展?fàn)顩r的重要衡量指標(biāo)之一，對于物質(zhì)的生態(tài)化學(xué)循環(huán)和全球能量循環(huán)有著至關(guān)重要的影響[1]。歸一化植被指數(shù)(NDVI)是植被長勢和營養(yǎng)信息的重要參數(shù)，是植被和生態(tài)環(huán)境變化最重要的指標(biāo)之一，近年來許多國內(nèi)外學(xué)者對不同時空尺度上地表植被覆蓋變化長時間序列的NDVI數(shù)據(jù)集進(jìn)行了深入分析[2]。李茜榮等[3]結(jié)合2000—2018年成渝經(jīng)濟(jì)圈內(nèi)氣象站點氣溫、降水等氣候指標(biāo)，分析了該地區(qū)NDVI 的時空變化特征及氣候?qū)ζ涞挠绊?。Shabanov等[4]利用AVHRR數(shù)據(jù)分析了我國北部植被的變化。張華等[5]基于祁連山國家公園植被NDVI等數(shù)據(jù)，運(yùn)用地理探測器模型分析2000—2019 年祁連山國家公園植被 NDVI 時空變化特征和植被 NDVI 變化的驅(qū)動因素。李卓等[6]基于MODIS NDVI數(shù)據(jù)，預(yù)測了2005—2015年京津冀植被未來發(fā)展趨勢，得出京津冀地區(qū)植被以持續(xù)恢復(fù)為主的結(jié)論；石玉瓊等[7]基于MODIS NDVI數(shù)據(jù)，研究了2000—2014年榆林地區(qū)植被的季節(jié)變化、年際變化和空間變化，結(jié)果表明退耕還林還草取得明顯成效。

花園水庫位于龍江縣濟(jì)沁河下游，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪，兼顧發(fā)電等綜合利用的大Ⅱ型水利樞紐。樞紐建成后，阻隔了魚類洄游通道，并對魚類產(chǎn)卵場造成不利的影響，擬修建垂直豎縫式魚道過魚，修建魚類增殖保護(hù)站開展人工增殖放流，作為主要魚類保護(hù)措施。據(jù)調(diào)查采集魚類和文獻(xiàn)記載，濟(jì)沁河主要洄游魚有細(xì)鱗魚、哲羅魚、雷氏七鰓鰻、黑龍江茴魚、江鱈等珍貴冷水性魚，以及鰱、鳙、鯉、銀鯽等溫水性魚。魚道的設(shè)計流速主要根據(jù)主要過魚對象的克流能力而定，綜合考慮幾種過魚種類的克流能力，魚道設(shè)計流速取1.0 m/s。

各縣市區(qū)政府均成立了地質(zhì)災(zāi)害防治領(lǐng)導(dǎo)小組，除城區(qū)各分局外，各縣市區(qū)局均設(shè)有專門的地質(zhì)災(zāi)害防治工作機(jī)構(gòu)（地質(zhì)環(huán)境股或地質(zhì)環(huán)境儲量股），耒陽、常寧和衡陽縣還成立了地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站，其中，耒陽、常寧市局地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站為副科級二級事業(yè)單位。自2017年以來，根據(jù)省廳的統(tǒng)一要求，各縣市區(qū)局還采取政府購買服務(wù)方式，分別與坐落在我市的4家地勘單位合作建立地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)指導(dǎo)中心，較好地解決了市縣地質(zhì)災(zāi)害防治缺技術(shù)、缺人員、缺裝備等問題。此外，全市所有已查明的地質(zhì)災(zāi)害隱患點均確定了一名監(jiān)測員。

祁連山是我國西部重要的生態(tài)安全屏障，是冰川與水源涵養(yǎng)國家重點生態(tài)功能區(qū)，對于祁連山我國實行國家公園體制，目的是為了保持祁連山自然生態(tài)系統(tǒng)的原真性和完整性，保護(hù)生物多樣性和生態(tài)安全屏障。雖然祁連山擁有得天獨厚的自然資源，但目前對于祁連山植被仍缺乏研究，存在林地、草地數(shù)據(jù)不清晰，資源空間重疊，自然資源價值的實現(xiàn)目前仍存在諸多困難。研究祁連山植被覆蓋的變化，在保護(hù)和維持自然生態(tài)多樣性及氣候的穩(wěn)定性等方面起著重要作用[8]，這不僅可以更深入地了解祁連山植被的生長條件和影響因素，也為監(jiān)測其穩(wěn)定性、預(yù)警災(zāi)害的發(fā)生和減緩?fù)嘶倪^程提供科學(xué)依據(jù)，同時還為特殊動植物保護(hù)提供參考價值。筆者利用NDVI和DEM數(shù)據(jù)研究2000—2020年祁連山NDVI的時空變化，了解祁連山植被的生長條件及其受海拔的影響，運(yùn)用均值法、線性趨勢分析法和GIS空間分析法對祁連山整個區(qū)域植被NDVI的數(shù)據(jù)進(jìn)行了空間分析，并綜合分析了祁連山植被覆蓋動態(tài)變化的特點與影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況祁連山是我國西北部主要山脈，坐落在青海省和甘肅省，西與當(dāng)金山口接壤，北部為河西走廊，南部是柴達(dá)木盆地，東南部為秦嶺和六盤山(圖1)。祁連山西北高東南低，從東到西長約1 000 km，從北到南寬300 km，總面積約18.5×104km2，大多數(shù)祁連山脈的平均海拔為3 500～5 000 m。祁連山的累計降水量相對較小，年平均累計降水量的整體分布從東南到西北呈現(xiàn)逐漸遞減趨勢[9]。植被分布呈現(xiàn)垂直地帶性特征，海拔由低到高分布有灌叢地、荒漠草原、高山草原、高山灌叢草甸、高寒草甸、高寒稀疏草甸。

或許，文化研究與臺灣“重寫文學(xué)史”思潮的耦合，與其說是文化研究在理論旅行過程之中開拓出了新的問題場域和批判空間，不如將之視為建構(gòu)起了一種“闡釋臺灣”的新范式。而我們對于這一“耦合”與“新范式”應(yīng)該堅持“歷史性的思考”[17]14，因為“歷史性的思考”意味著語境化和持續(xù)批判性。

圖1 研究區(qū)地理位置

2.2 NDVI的時間變化植被覆蓋度變化不顯著，但從低覆蓋度來看，有明顯的改善，低覆蓋度面積明顯減少，整體的覆蓋程度逐漸上升[15]。從2000年的覆蓋度來看，中高覆蓋度和高覆蓋度占均較低，二者加起來27.11%，而低覆蓋度占34.70%，植被覆蓋度情況偏差；2005年高覆蓋度有明顯的上升，從2000年的15.21%上升為20.75%，整體情況有良好的改善；2010年整體情況變化不明顯，高覆蓋度增加到21.54%；2015年低覆蓋度占比減少，中覆蓋度和中高覆蓋度有所上升；到2020年高覆蓋度達(dá)到23.97%，基本與低覆蓋度(25.29%)持平?？傮w來說，祁連山植被整體呈上升趨勢，其中植被低覆蓋度總體逐漸減少，高覆蓋度逐漸增加(表3、圖3)。由此可見，2000—2020年的生態(tài)環(huán)境變化過程中，祁連山的植被和森林覆蓋率以緩慢的速度逐年改善，祁連山高覆蓋度面積總體呈逐步上升趨勢，2000—2005年變化較大，該段時間低覆蓋面積和高覆蓋面積變化均較為明顯。

式中，n為監(jiān)測年數(shù)；NDVIj為第j年NDVI的一個傾向平均值：S為趨勢圖曲線的斜向曲率，其中，S>0，說明NDVI在n～j年間的傾向變動使其傾向通常呈逐漸性增加，反之則可能逐漸減小[13]。同時根據(jù)S的季度變動幅值范圍，使用標(biāo)準(zhǔn)差法定義為極度變差、顯著變差、基本不變、顯著變好和極度變好5個變化區(qū)間，并統(tǒng)計面積及其面積百分比。

2.1 植被的基本特征圖2反映了祁連山地區(qū)2000—2020年分階段植被覆蓋的基本空間特征。根據(jù)祁連山植被土地覆蓋的重分類情況可知(表2)，森林植被及其覆蓋范圍主要有高山灌叢草甸與高山草原。祁連山東南部地區(qū)，年累計平均NDVI最大，值接近于1，主要植被類型為高山灌叢草甸。在祁連山中部地區(qū)和東部地區(qū)，年累計平均NDVI 值位居第2，接近于0.6，主要植被類型高山草原。在祁連山西部，年累計平均NDVI值接近于0，植被覆蓋度相對較小，主要高原地區(qū)植被覆蓋的類型有寒凍風(fēng)化帶和裸地，最西端的荒漠草原地區(qū)植被覆蓋的程度最小，年累積植被平均值在NDVI中逐漸減少出現(xiàn)負(fù)值，主要部分于大沙漠地區(qū)[14]。

(1)

(2)

由于每個研究區(qū)植被覆蓋和研究方法的不同，對于植被覆蓋的分級學(xué)術(shù)界目前仍存在多種方法及標(biāo)準(zhǔn)。筆者結(jié)合前人研究，根據(jù)祁連山植被覆蓋的特點，根據(jù)植被覆蓋度類型的重分類(表1)，將植被覆蓋度分為低覆蓋度、中低覆蓋度、中覆蓋度、中高覆蓋度和高覆蓋度5類，分別從不同角度分析祁連山植被覆蓋的變化情況。

傳播的內(nèi)容上應(yīng)將廣西民族文化的精神、內(nèi)涵、性格等嵌入旅游合作的價值理念、實施策略及合作機(jī)制之中，以民族文化內(nèi)容建設(shè)為基礎(chǔ)，以交流互動為動力，以共同利益為最高原則，拓寬傳播的渠道。

表1 祁連山植被覆蓋類型的重分類

從圖5、6來看，海拔偏高和海拔偏低區(qū)域?qū)?yīng)的NDVI值均較低，而海拔高度相對適中的地區(qū)，對應(yīng)的NDVI值較高[17]。根據(jù)分析得出，植被和其他森林覆蓋度低的祁連山地區(qū)平均海拔為1 353～<2 000 m，這些地區(qū)因其所在的地位是處于祁連山東北部邊緣地帶，受到人類生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)活動的干擾影響較大，森林的砍伐嚴(yán)重、農(nóng)田的開墾及過度放牧等原因，致使當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源和土地逐漸趨于荒漠化，植被的流失也變得嚴(yán)重，對應(yīng)的NDVI值偏低；海拔為2 000～<3 000 m時，對應(yīng)的NDVI值相對較高，大部分分布在祁連山中段地區(qū)；植被覆蓋率較高的區(qū)域?qū)?yīng)海拔為3 000～<3 500 m，在祁連縣中段零星分布，具體為天駿、剛察和祁連縣附近。海拔為3 500～<4 000 m時，是植被覆蓋度最高的海拔高度，該高度的海拔適宜植物的生長，在祁連山中段和大柴旦附近也分布廣泛。植被和森林覆蓋率相對較低的地區(qū)海拔為4 000～<4 500 m，這些地區(qū)位于祁連山東南部，位于海晏、剛察和門源縣等附近，以及西南地區(qū)也有大部分涉及，這些地區(qū)為人類活動范圍。植被覆蓋率低的地區(qū)所對應(yīng)的平均海拔4 500～<5 587 m，該區(qū)域?qū)儆谄钸B山西北部高寒氣候區(qū)域[18]，由于受到強(qiáng)烈的自然氣候和環(huán)境的影響，植被覆蓋率低，生長稀疏。

(3)

1.3 研究方法

2 結(jié)果與分析

1.3.1均值法。均值法是把祁連山植被各年累計NDVI值歸在一起計算的平均值，并用植被的年累積平均NDVI值反映2000—2020年祁連山生長期植被覆蓋度的總體特征[10]，公式為

表2 祁連山植被區(qū)域土地覆蓋的重分類

圖2 2000—2020年NDVI值變化情況

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理數(shù)據(jù)來源于NASA(https：//ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/)2000、2005、2010、2015和2020年的MOD13Q1數(shù)據(jù)，空間分辨率為250 m×250 m，時間為每年8月，排除了冬天被冰雪覆蓋的可能性，且此時也是全年植被生長最好的季節(jié)。將MODIS的原始數(shù)據(jù)計算方法應(yīng)用于ENVI的band 數(shù)學(xué)中，NDVI為-1～1。圖像經(jīng)過拼接，重新開始進(jìn)行圖像投影并再次使用新的MRT進(jìn)行圖像裁剪；然后通過最大的圖像合成切割方式重新獲得月份的圖像NDVImax，以tif的格式重新進(jìn)行圖像輸出。全球數(shù)字空間高程數(shù)據(jù)(DEM，30 m×30 m)來源于中國科學(xué)數(shù)據(jù)云地理空間數(shù)據(jù)云(http：//www.gscloud.cn)，在ArcGIS中利用空間特征分析模塊結(jié)合實際觀測的數(shù)據(jù)將海拔地形特征因子進(jìn)行提取。

表3 2000—2020年植被覆蓋度占比

圖3 2000—2020年植被覆蓋變化情況

2.3 NDVI的空間變化由圖4、表4可知，2000—2020年祁連山年平均植被NDVI總體呈良好發(fā)展趨勢(圖4)，改善的植被占比28.19%。森林植被 NDVI值極度變好的部分總面積1 359.76 km2，占總面積的0.59%，在古浪、湟中等縣區(qū)分布；顯著變好的面積63 393.43 km2，占總面積的27.60%，分布于天峻、民樂、海晏、海北、渭源、化隆等縣區(qū)；祁連山地區(qū)基本不變的植被NDVI總面積161 007.72 km2，占祁連山植被總面積的70.10%，主要分布在肅北縣、大柴旦、海西等多個縣區(qū)；祁連山森林植被 NDVI值極度變差的面積為234.37 km2，占祁連山森林總面積的0.10%，集中分布在剛察縣等部分地區(qū)。祁連山NDVI值極度變差的區(qū)域主要分布在門源回族自治縣等地區(qū)，這些地區(qū)受到人類活動的極大影響，植被呈現(xiàn)出退化的趨勢；顯著變差的總面積為3 683.90 km2，占總面積的1.60%，分布在祁連山中部，門源和剛察周邊零星分布。

圖4 2000—2020年植被覆蓋趨勢變化情況

表4 2000—2020年植被覆蓋趨勢變化面積及其占比

2.4 NDVI受海拔的影響海拔升高100 m，年均氣溫下降0.6 ℃，雨量和相對濕度一般都會在一定高度的基礎(chǔ)上隨著當(dāng)?shù)睾０蔚牟粩嗵嵘徛黾覽16]。從圖5來看，祁連山中西部地區(qū)海拔高度相對于整個祁連山較高，而西北以及沿邊地區(qū)海拔高度較低，東部地區(qū)與南部地區(qū)海拔高度相對較低。

1.3.2線性趨勢分析法。利用線性趨勢分析法模擬2000—2020年祁連山植被NDVI年平均值的空間變化。根據(jù)趨勢線斜率S的改變幅值范圍[11-12]，定義顯著增加、輕微增加、顯著減少、輕微減少、基本不變的變化區(qū)間，分別計算5個變化區(qū)間的面積和變化百分比，并通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和仿真的結(jié)果，進(jìn)行了S<0.05的明顯顯著性水平檢驗。使用圖像差分法分析NDVI的空間變化，綜合分析祁連山植被覆蓋動態(tài)變化的特點與影響，計算公式為

圖5 祁連山DEM分布

3 結(jié)論

(1)祁連山植被覆蓋度呈現(xiàn)東茂西疏的分布狀態(tài)。祁連山東部地區(qū)年累積平均NDVI值最大，越往西NDVI值越小。植被類型為高山灌叢草甸和高山草原對應(yīng)的NDVI值較高，此外，裸地和寒凍風(fēng)化帶對應(yīng)的NDVI值較低。

(2)祁連山年際植被覆蓋度有明顯的改善，低覆蓋度面積占比由34.70%降低到25.29%，高覆蓋度面積占比由15.21%增加到23.97%，覆蓋度整體呈逐漸上升趨勢。

表皮生長因子受體基因突變狀態(tài)對晚期肺腺癌一線化療效果的影響……………………… 張萍 武曉楠 聶鑫 等（2）242

圖6 不同海拔的NDVI值

(3)2000—2020年祁連山地區(qū)植被覆蓋度從整體上看呈現(xiàn)逐步增加的趨勢，改善的植被占比28.19%，主要分布在東部和南部；植被和森林覆蓋度明顯變好，主要分布在海晏、海北、天峻、海西等縣區(qū)附近；祁連山地區(qū)植被覆蓋度明顯變差，主要分布于祁連山中部地區(qū)門源縣以及剛察縣附近和青海湖周圍的地區(qū)。

(4)祁連山海拔高度最高和最低對應(yīng)的NDVI值均偏低，海拔高度相對較高時對應(yīng)的NDVI值也相對較高，而海拔高度為3 500～<4 000 m時對應(yīng)NDVI值最高。

基于“草原絲路”文物資源的內(nèi)蒙古地區(qū)旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展并非是一個地區(qū)的單打獨斗，而是成鏈條，相關(guān)地區(qū)、相關(guān)產(chǎn)業(yè)、相關(guān)產(chǎn)品需協(xié)同發(fā)展。這就需要政府著眼于“草原絲路”文物資源整體，將相關(guān)鄉(xiāng)村相連，相關(guān)省份相連，相關(guān)產(chǎn)業(yè)相連，相關(guān)產(chǎn)品相連，進(jìn)行統(tǒng)一部署。著眼于產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建，拓寬產(chǎn)業(yè)鏈條，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)融合，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)聯(lián)動效應(yīng)，拓寬宣傳及發(fā)展渠道。

首先要保證澳斯麥特爐系統(tǒng)微負(fù)壓，控制在-20 Pa左右，這樣才能及時把爐中物料及粉煤燃燒產(chǎn)生的煙氣及時排出，縮短煙氣在爐中的停留時間，降低反應(yīng)幾率。但是負(fù)壓也不能太大，如果過大會帶走大量熱量，增加燃料消耗，出現(xiàn)其他問題。澳斯麥特爐合理的負(fù)壓可以控制在-30 Pa左右。

4 討論

祁連山植被由西向北向東逐漸增多，主要原因之一是祁連山東部距離海洋相對較近，受西部內(nèi)陸海洋東北季風(fēng)的強(qiáng)烈活動影響，降水比較多；西北距離大海較遠(yuǎn)，而西部內(nèi)陸海洋地區(qū)受到東部內(nèi)陸海洋西風(fēng)槽的影響，降水量僅為東部內(nèi)陸地區(qū)的1/3[18]。

20世紀(jì)80年代中后期祁連山區(qū)氣溫大幅度升高，而后氣候明顯變暖，氣溫變化規(guī)律與我國西北地區(qū)基本一致，全年氣溫變化南北差異明顯。中東部氣溫上升幅度從南到北有增大趨勢，而中西部氣溫上升幅度從南到北呈減小趨勢[15，19]。

植被覆蓋度低的區(qū)域大部分處于人類活動地區(qū)，受到自然和其他人類的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)活動限制而受到的影響比較大，森林的砍伐、農(nóng)田的開墾和灌溉、過度的放牧，使得當(dāng)?shù)氐耐恋刂饾u趨于自然荒漠化，植被退化非常嚴(yán)重[20-23]。