2000—2012年呂梁山區(qū)植被覆蓋時(shí)空變化特征

摘 要：呂梁山區(qū)地處山西省的西部地帶，研究該地區(qū)植被覆蓋及其時(shí)空變化可以為區(qū)域生態(tài)環(huán)境提供重要決策。本研究以2000-2012年為研究期限，數(shù)據(jù)所采用的是中分辨率的MODIS遙感植被指數(shù)NDVI數(shù)據(jù)，對(duì)呂梁山區(qū)13年的NDVI時(shí)空分析便得到了區(qū)域內(nèi)植被覆蓋的時(shí)空變化特征。研究結(jié)果表明：1）近13年來呂梁山區(qū)的NDVI植被覆蓋指數(shù)在2000年到2012年有起伏變化，但總體呈增長(zhǎng)狀態(tài)，其增速為13.3%/10a；2）NDVI整體趨勢(shì)呈由西北至東南逐漸增加。

關(guān)鍵詞：呂梁山區(qū)；植被覆蓋；時(shí)空變化；MODIS

1 引言

1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在地表物質(zhì)能量交換等過程都起著重要作用[1]。隨著人類活動(dòng)的加劇，影響著植被覆蓋的時(shí)空演變，研究植被覆蓋的時(shí)空變化特征對(duì)全球氣候變化等的研究都有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義[2]。專家學(xué)者研究得出，衛(wèi)星所搭載的傳感器中的近紅外波段和紅光波段可以準(zhǔn)確反映植被覆蓋度[3]。 Myneni選擇研究區(qū)域?yàn)楸卑肭虻母呔暥鹊貐^(qū)，分析該區(qū)域植被覆蓋的變化得到，過去20年全球變暖使得植被覆蓋增多。Brian D Wardlow人對(duì)利用MODIS系列下的植被指數(shù)（NDVI）數(shù)據(jù)來分析美國(guó)部分平原地區(qū)玉米的覆蓋情況。我國(guó)的氣象局利用研發(fā)的第一套EOS/MODIS接收系統(tǒng)對(duì)MODIS展開了大量的研究工作。李海亮等[1]人利用MODIS系列數(shù)據(jù)研究了石羊河流域內(nèi)不同時(shí)間和不同的空間分辨率下，對(duì)MODIS的NDVI數(shù)據(jù)和MODIS的EVI數(shù)據(jù)提取，研究其時(shí)空變化的特點(diǎn)。賈若楠等[4]分析了2001-2015年錫林郭勒盟地區(qū)MODIS-NDVI數(shù)據(jù)研究了該區(qū)域內(nèi)植被時(shí)空變化特征以及與氣候因子的關(guān)系。劉寶柱等[5]通過研究老哈河流域的250m分辨率MODIS-NDVI數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)NDVI時(shí)間序列中產(chǎn)生突變的時(shí)空分布。羅文瑋等[6]利用趨勢(shì)線分析方法以及小波分析方法對(duì)福建省的衛(wèi)星遙感圖像——MODIS植被指數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。劉英等[7]利用陜西省2000年至2014年的植被覆蓋數(shù)據(jù)，采用最大值合成法和像元二分法來討論氣候和人類活動(dòng)對(duì)植被覆蓋變化的影響。

1.2 研究意義

呂梁山區(qū)位于黃土高原東部，研究區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境問題嚴(yán)重，其中最顯著的特點(diǎn)就是水土流失嚴(yán)重。生態(tài)環(huán)境的建設(shè)與植被覆蓋的情況有著密切聯(lián)系，該區(qū)域植被類型多，所以研究該地區(qū)植被覆蓋率的時(shí)空變化特征對(duì)呂梁山區(qū)的生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有十分重要的意義。

2 研究區(qū)概況

呂梁山區(qū)位于山西西部，緯度約在36°30′～38°30′N，經(jīng)度約在110°10′～110°20′E ，擁有典型的黃土丘陵地貌，其最顯著的特點(diǎn)就是水土流失嚴(yán)重。區(qū)域內(nèi)地勢(shì)較高，氣候類型屬于半干旱大陸性季風(fēng)氣候。區(qū)域內(nèi)的植被多為暖溫帶落葉林及暖溫帶落葉闊葉林，與其東部地區(qū)的植被覆蓋相比，其南段森林多已被破壞。

3研究方法

3.1 趨勢(shì)線分析法

趨勢(shì)線分析的方法來模擬出呂梁山區(qū)2000-2012年每一年7月份NDVI值的隨時(shí)間變化的趨勢(shì)，進(jìn)行逐個(gè)像元的空間分析運(yùn)算。對(duì)于所產(chǎn)生的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，每個(gè)像元對(duì)應(yīng)有13年的時(shí)間序列數(shù)值，將這些數(shù)值再進(jìn)行一元線性回歸分析，可以得到呂梁山區(qū)植被覆蓋變化趨勢(shì)，從中得到的回歸系數(shù)即為趨勢(shì)趨向，即可得到NDVI隨年變化的趨勢(shì)傾向率圖。

3.2 圖像差值法

該方法的基本原理是將影像進(jìn)行配準(zhǔn)，然后對(duì)圖像中每一個(gè)像元的灰度值兩兩相減，由此得到了一幅新的差值圖像。在新的差值圖像中，若差值為0或近似等于0則表示該區(qū)域的灰度值未發(fā)生變化。在本文中，選用2000年與2012年經(jīng)圖像處理完成后的遙感影像圖進(jìn)行差值運(yùn)算，從新的差值圖像中獲取所需要的關(guān)于植被覆蓋的變化信息來對(duì)整個(gè)研究區(qū)域進(jìn)行分析。

4 結(jié)果與分析

4.1 呂梁山區(qū)植被覆蓋的時(shí)間變化特征

在該時(shí)間內(nèi)NDVI值有較小的波動(dòng)，但是總體呈現(xiàn)的是穩(wěn)步增長(zhǎng)的狀態(tài)。由此可得在近13年來，呂梁山區(qū)NDVI均值逐漸增大的主要原因是：呂梁地區(qū)大力種植防護(hù)林，退耕還林還草以此來改善生態(tài)環(huán)境。

4.2 植被覆蓋的空間變化特征

由圖1可以看出，呂梁山區(qū)的西部尤其是西北部的覆蓋度最低。通過對(duì)比山西省的地形圖，呂梁山區(qū)的東南部分布有太原盆地和臨汾盆地，而且汾河流域也在呂梁山區(qū)的東側(cè)，所以這兩個(gè)區(qū)域的地勢(shì)低平，且水源充足，氣候溫和，更適合大面積的植樹造林活動(dòng)。而在整個(gè)研究區(qū)域的中西部主要山脈為呂梁山脈，水土流失嚴(yán)重，使該范圍的植被覆蓋度較低。

其次，還利用圖像差值法來對(duì)2000年、2004年、2008年和2012年的遙感圖像分別進(jìn)行差值運(yùn)算，結(jié)果如圖1所示。分析圖2的2000年和2012年NDVI差值圖，經(jīng)處理過的差值圖像可以得出，紅色越深，表示植被覆蓋度增長(zhǎng)的越多，即在研究區(qū)域的西南部地區(qū)，紅色明顯加深。由此可知，人類活動(dòng)對(duì)于生態(tài)環(huán)境的建設(shè)也起著至關(guān)重要的作用。

4.3 分析與建議

為了可以更進(jìn)一步保護(hù)呂梁山地區(qū)的森林植被，應(yīng)該盡量減少山區(qū)建設(shè)對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所帶來的不利影響，同時(shí)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，地方政府部門應(yīng)該采取一些合理的政策和措施來進(jìn)行優(yōu)化。首先，繼續(xù)進(jìn)行封山育林的工作，尤其是在中西部的呂梁山脈地區(qū)，地勢(shì)低的地區(qū)進(jìn)行退耕還林還草，大量植樹造林，從而達(dá)到改善生態(tài)環(huán)境的目的。其次，對(duì)于該地區(qū)的綜合治理工作還應(yīng)當(dāng)依照新提出的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧統(tǒng)一發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李海亮.基于MODIS數(shù)據(jù)的石羊河流域植被覆蓋時(shí)空變化研究[D].蘭州：西北師范大學(xué)，2009.

[2] 劉斌，孫艷玲，王永財(cái)?shù)?基于SPOT/NDVI華北地區(qū)植被變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2013，27（9）：98-103.

[3] 楊尚武.黃河流域不同時(shí)間尺度植被覆蓋變化及氣候因子的關(guān)系[D]，2015.

[4] 賈若楠，杜鑫，李強(qiáng)子等.近15年錫林郭勒盟植被變化時(shí)空特征及其對(duì)氣候的響應(yīng)[J].中國(guó)水土保持科學(xué)，2016，14（3）：47-56.

[5] 劉寶柱，方秀琴，何祺勝等.基于MODIS數(shù)據(jù)和BFAST方法的植被變化監(jiān)測(cè)[J].國(guó)土資源遙感，2016，28（3）：146-153.

[6] 羅文瑋，賴日文，陳思雨等.基于NDVI的福建省植被變化特征分析[J].森林與環(huán)境學(xué)報(bào)，2016，36（2）：141-147.

作者簡(jiǎn)介：

丁鵬飛（1995-），男，漢，山西臨汾，碩士研究生，主要從事植被遙感.