基于MOD13Q1的永州近15年植被變化研究

徐根生，何應法，付煒，王里豪，袁鐵

（湖南省永州市氣象局，湖南永州 425000）

基于MOD13Q1的永州近15年植被變化研究

徐根生，何應法，付煒，王里豪，袁鐵

（湖南省永州市氣象局，湖南永州 425000）

以永州地區為研究區域，利用NASA提供的MOD13Q1-NDVI數據（2000—2014年）研究其植被變化特征。結果表明，永州地區植被指數處在0.6～0.8段的受外部條件的影響較小，而植被指數在0.8～1.0段的受外部條件的影響較大。植被指數在0.4～0.6段的走勢與0.8～1.0段的大多數年份相反，植被指數在0.2～0.4和0～0.2兩段所占比重一直處于一個比較低的水平。總體來說，永州地區的植被指數歷年一直比較高，歷年平均值為0.701。

永州；MOD13Q1；植被變化

動態監測植被生長狀況是生態環境研究的熱點之一，遙感技術以其宏觀、綜合、動態和快速等優點已成為準確獲取下墊面信息的主要手段。在過去的研究中，以NOAA/AVHRR（甚高分辨率輻射計）的歸一化差分植被指數（NDVI）運用最為廣泛。中分辨率成像光譜儀（MODIS）植被指數產品是在已有植被指數基礎上改進設計的，增強了對植被的敏感度，減少外部影響因素（如大氣、觀測視角、太陽角和云等）和內在因素（如葉冠背景和垃圾等）的影響。MODIS傳感器是當前世界上新一代“圖譜合一”的中分辨率光學遙感儀器，每日2次獲取全球36個光譜波段的地球綜合信息觀測數據，在生態環境監測應用中具有巨大的潛力［1～3］。MODIS用于計算NDVI的1（紅波段，RED）、2（近紅外波段，NIR）波段的空間分辨率為250 m，比1.1 km分辨率的AVHRR更能詳盡地反映植被的空間差異性。MODISNDVI輸入的RED和NIR是經過大氣校正的地表反射值，且波幅更窄，避免了NIR區水汽吸收問題；MODIS不僅在發射前做了定標，且在運行過程中可不斷修正偏差，這使它在整體上比AVHRR性能穩定［3～4］。

植被是連接大氣圈、土壤圈、水圈的紐帶，氣候的變化反映在植被的覆蓋度、生物量、葉面積指數等生理參數上，引起參數值的變化，因此，植被在全球變化研究中起著“指示器”的作用，對植被的動態監測可以在一定程度上反映氣候的變化，揭示全球氣候變化的規律。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

永州市下轄零陵、冷水灘2個區和祁陽、東安、雙牌、道縣、江華、江永、寧遠、新田及藍山9個縣。位于湖南省西南部，五嶺山脈北麓，地處北緯24°39′～26°51′、東經111°06′～112°21′。土壤類型多樣，以黃壤和紅壤土為主，大部分pH為5.5～7.0，有機質平均含量為38.5 g/kg，N、P、K比例協調，微量元素含量豐富。屬亞熱帶大陸性季風濕潤氣候區，四季分明，無霜期長，熱量豐富，雨水充沛。無霜期286～311 d，年平均氣溫17.6～18.6℃，≥10℃的活動積溫5 530～5 860℃，≥10℃的作物生長期250～258 d，5—7月日溫大于20℃的天數有78～84 d。年均降水量1 377.3 mm，年均日照時數為1 360～1 740 h［5］。

1.2 研究材料

研究所需的植被指數產品MOD13Q1數據來自美國航空航天局（NASA）數據中心，主要是利用綠色植被在不同波段的光譜反射特征來計算［6］。MOD13Q1空間分辨率為250 m×250 m，時間分辨率為16 d。MOD13Q1以ISIN（Integerized Sinusoidal）一種全球投影格式存放，它把全球影像數據劃分為36列×18行的方格網，每格表示一個文件產品的存放區域，以0開始記錄文件的位置行列號，如文件名中的h28v06表示第29行第7列所在位置。永州覆蓋h28v06、h27v06共2個區域，如圖1所示。MOD13Q1產品提供了NDVI、增強型植被指數EVI、NIR和RED通道反射率數據。以往研究表明，NDVI對植被長勢和生長量非常敏感，能很好地反映地表植被的繁茂程度，NDVI的變化趨勢在一定程度上能代表地表植被覆蓋變化。因此，本研究選取MOD13Q1-NDVI為數據源，定制了2000—2014年每年第209天覆蓋永州的30景MOD13Q1-NDVI數據。

圖1 永州MODIS影像所在區域

1.3 研究方法

首先，利用MRT（MODIS Reprojection Tool）對30景MOD13Q1-NDVI數據進行地理幾何校正與重采樣批處理，提取NDVI數據。然后，利用ERDAS IMAGINE軟件的拼接（Mosaic Tool）功能對每年第209天28行和29行、第7列的MOD13Q1-NDVI數據進行拼接處理，得到15景MOD13Q1-NDVI數據。最后，基于永州地區行政邊界矢量數據，利用ERDAS IMAGINE Mask功能獲取15景永州地區MOD13Q1-NDVI數據。將植被指數分為0～0.2、0.2～0.4、0.4～0.6、0.6～0.8和0.8～1.0共5段，植被指數小于0的歸到0～0.2段，分別統計各段像元所占的百分比。

2 結果與分析

2.1 各段植被指數歷年百分比

從圖2可以看出，永州地區歷年整體植被指數處在0.6～0.8段，其中2000—2003年占的比重較低，其余年份所占比重基本處在50%左右。最高值出現在2008年，為60.46%；最低值出現在2002年，為37.58%。總體來說比較穩定，說明這段指數受外部條件（氣溫、降水、日照等）的影響較小。植被指數在0.8～1.0段的比重起伏較大，總體在2009年后是增加的，最高值出現在2004年，為40.72%；而在2002年，下降的非常迅速，所占比重只有12.29%；其余年份在30%左右波動。說明這段指數受外部條件（氣溫、降水、日照等）的影響較大。植被指數在0.4～0.6段的指數基本在10%～20%波動，最高值出現在2000年，為28.61%，最低值出現在2004年，為5.84%，其走勢與0.8～1.0段大多數年份相反。植被指數在0.2～0.4和0～0.2兩段所占比重一直處于一個比較低的水平，處于0～0.2的地方可能無植被，是建筑物或水體等非植被區，所以很穩定，這兩段都在2002年的時候出現了1個峰值，與0.6～0.8出現的低值形成鮮明對比，可能與2002年的自然條件有關。總體來說，永州地區的植被指數歷年一直較高。

圖2 永州地區各段植被指數歷年百分比

2.2 永州地區歷年植被指數走勢

圖3 永州地區歷年植被指數

用ERDAS IMAGINE Mask功能獲取15景永州地區MOD13Q1-NDVI數據時，對數據選擇了忽略“0”值處理（否則影像填充區域的“0”會影響植被指數的計算），最后得到永州地區歷年植被指數值。由圖3可以看出，永州地區歷年植被指數最高為2004年的0.760，最低為2002年的0.569，這與植被指數在0.8～1.0這段出現高、低值的年份相吻合。歷年平均為0.701，2004年以前波動比較大，而后整體數值比較平穩。

3 小結與討論

1）植被指數的指數處在0.6～0.8段的受外部條件（氣溫、降水、日照等）影響較小，而在0.8～1.0段的比重起伏較大，受外部條件的影響較大。植被指數在0.4～0.6段的與0.8～1.0段大多數年份相反，植被指數在0.2～0.4和0～0.2兩段所占比重一直處于一個比較低的水平。永州地區的植被指數歷年一直較高，平均為0.701。

2）MOD13Q1-NDVI數據具有時間分辨率高、數據重復覆蓋周期短和覆蓋范圍廣等優勢，對植被長勢和生長量非常敏感，NDVI變化趨勢一定程度上代表了地表植被覆蓋變化。本文較為全面地分析、闡述了研究區域內15 a來植被的時空變化過程和趨勢，為近期植被的動態監測提供了基礎科學數據。但也存在一定的不足之處，如在數據時間選擇上，應該用全年的MOD13Q1級產品再平均；在遙感數據來源方面，應該選用空間分辨率較高的產品。MOD13Q1級產品能夠較好地滿足大尺度范圍內植被監測研究的精度需求。

［1］李謝輝，塔西甫拉提·特依拜.綠洲荒漠過渡帶生態環境變化預警線提取與分析研究——以新疆和田綠洲為例［J］.中國沙漠，2008，28（1）：77-82.

［2］劉闖，葛成輝.美國對地觀測系統（EOS）中分辨率成像光譜儀（MODIS）遙感數據的特點與應用［J］.遙感信息，2000（3）：45-48.

［3］袁雷，李春娥，儲少林，等.冷季深入對AMER-E監測內蒙古積雪的影響［J］.草業科學，2008，25（8）：26-30.

［4］李登科，郭鈮.陜西MODIS/NDVI的區域分布和季節變化［J］.中國沙漠，2008，28（1）：108-112.

［5］黎娟，周清明，鄧小華，等.永州烤煙糖堿含量的空間變異特征分析［J］.中國農學通報，2011，27（23）：150-154.

［6］徐斌，陶偉國，楊秀春，等.我國退牧還草工程重點縣草原植被長勢遙感監測［J］.草業學報，2007，16（5）：13-21.

（本文責編：鄭丹丹）

Study on the Vegetation Changes of Yongzhou in Resent 15 Years based on MOD13Q1

XU Gen-sheng，HE Ying-fa，FU Wei，WANG Li-hao，YUAN Tie
（Yongzhou Meteorological Bureau，Yongzhou Hunan 425000，China）

Taking Yongzhou area as the study region，the changes of vegetation characteristics were studied based on MOD13Q1-NDVI data provided by NASA（2000—2014）.The results showed that the vegetation index in 0.6～0.8 of Yongzhou area was less influenced by external conditions，and the vegetation index in 0.8～1.0 was more influenced by external conditions.In most years the trend of vegetation index in 0.4～0.6 was contrary to that of 0.8～1.0.The proportion of vegetation index in 0.2～0.4 and 0～0.2 were at a low level.In general，the vegetation index of Yongzhou area has been always relatively high over the years，and the average value was 0.701.

Yongzhou；MOD13Q1；Vegetation change

Q948

A

1001-1463（2015）03-0027-03

10.3969/j.issn.1001-1463.2015.03.009

2015-01-14

徐根生（1982—），男，湖南攸縣人，工程師，碩士，主要從事氣象通信保障工作。聯系電話：（0746）8379321。E-mail：14040743@qq.com