秦嶺地區植被指數動態變化研究

摘要：基于MODIS13 NDVI數據產品，利用最大值合成法、趨勢線分析法，分析了秦嶺地區2000～2019年植被指數的動態變化規律。結果表明：2000～2019年秦嶺地區年NDVI在0.799～0.863之間，整體呈緩慢增長趨勢，增長速度為0.033/（10a）;植被指數退化的區域占研究區的4.111%，分布在各城市周邊地區，主要受城鎮化過程的影響;改善的區域占研究區的36.224%，廣泛分布于秦嶺地區，主要受自然因素和國家政策的影響。

關鍵詞：植被指數;最大值合成法;趨勢線分析法;秦嶺地區

中圖分類號：P423

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2020）13-0035-02

1 引言

在全球氣候變化和人類活動的影響下，陸地生態系統發生顯著變化[1]。植被作為陸地生態系統的一部分，是全球物質和能量循環的重要媒介，也是全球生態環境變化的指示器[2]。其動態變化受自然因素和社會因素共同影響，因此區域植被變化成為國內外研究的熱點問題。歸一化植被指數（Normalized Difference Vegetation Index， NDVI）是由遙感影像近紅外波段與紅光波段的反射值之差比上兩者之和獲取的，其能夠全面地反映區域植被生長狀況，被廣泛應用于全球植被變化的研究。

秦嶺作為中國南北的重要分界線，其特殊的地理位置和氣候環境，使其成為我國自然地理的過渡地帶和氣候變化的敏感區域，亦是人為活動響應的敏感區[3]。同時秦嶺還是我國南水北調中線工程重要的水源涵養地，具有較好的生態系統水源涵養功能[4，5]。因此，保護秦嶺生態環境的重要性不言而喻。近年在全球氣候變化和城市化進度快速發展的背景下，秦嶺生態環境遭到不同程度的破壞，林地和草地不斷被建設用地和耕地所取代，林地和草地面積的減少將會嚴重影響該區域生態環境的可持續發展，并且可能會降低該區域水源涵養能力、凈初級生產力以及引起土壤侵蝕、河流污染等一系列環境問題。因此，為了實現該區生態系統保護及青山綠水的發展戰略，本研究以狹義秦嶺為研究區，利用MODIS影像為數據源，利用最大值合成法和趨勢線分析法，探討2000～2019年秦嶺地區植被指數的動態變化，為保護該區域的生態環境及資源的可持續開發利用提供依據。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源與預處理

本研究的MOD13A1數據來源于美國航空局（https：//ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/search/），是MODIS 1B數據的基礎上經過校正的3級產品，其內容包含全球范圍內的歸一化植被指數（NDVI）和增強型植被指數（EVI），周期為16 d，空間分辨率500 m，每個區域每年共23景數據，其中001代表日序列為1～16 dNDVI合成值[6]。本研究選取的MOD13A1數據包含2000～2019年1～12月的歸一化植被指數數據（2000年1月數據缺失），行列號為h27v05。經過格式轉換、投影變換及最大值合成法，獲取2000～2019年秦嶺地區的NDVI空間分布。

2.2 研究方法

趨勢線分析法是對指標不同時間段的變化趨勢進行分析，從而發現問題的一種分析方法。利用趨勢線分析法可模擬研究區像元尺度的植被指數變化趨勢，從而獲取植被指數在研究時段的時空變化規律。其表達式為：

Slope=n·ni=1i·NDVIi-ni=1ini=1NDVIin·ni=1NDVIii2-（ni=1i）2（1）

式（1）中：Slope為指標變化斜率;n為研究時間段的時間總量，本研究時間段為20年，n取值為20;NDVIi為第i年的植被指數，i=1代表2000年。當Slope>0表示植被指數趨于上升趨勢，Slope<0表示植被指數趨于下降狀態。

3 結果與分析

3.1 植被指數時間變化特征

利用最大值合成法得到2000～2019年秦嶺地區的年NDVI，運用ENVI5.3統計每年的NDVI均值，通過一元線性回歸獲取秦嶺地區NDVI變化趨勢（圖1），統計各年份不同NDVI區間的比例（表1）。由圖表可知，秦嶺地區2000～2019年NDVI在0.799～0.863之間，整體呈緩慢增長趨勢，增長速度為0.033/（10a）。其中，在2004～2009年間，變化不顯著且波動性較大，2009年之后一直保持穩定上升，2014年出現低谷值。表1說明了秦嶺地區植被指數在0.6～0.8之間的比例不斷減少，0.8～1.0的植被指數呈上升趨勢，其它區間相對穩定。

3.2 空間動態變化

通過趨勢線分析法獲取2000～2019年秦嶺地區像元尺度的空間變化趨勢（圖2）及比例（表2）。2000～2019年間，植被指數退化的區域占研究區的4.111%，分布在各城市周邊地區，主要受城鎮化過程的影響。改善的區域占研究區的36.224%，廣泛分布于研究區內，主要受自然因素和國家政策退耕還林還草的影響。

4 結論

基于MODIS13NDVI數據產品，綜合利用最大值合成法、趨勢線分析法，分析了秦嶺地區2000～2019年植被指數的動態變化規律，結果表明：2000～2019年秦嶺地區年NDVI在0.799～0.863之間，整體呈緩慢增長趨勢，增長速度為0.033/（10a）。植被指數退化的區域占研究區的4.111%，分布在各城市周邊地區，主要受城鎮化過程的影響。改善的區域占研究區的36.224%，廣泛分布于研究區內。

參考文獻：

[1]趙 婷，白紅英，鄧晨暉，等.2000～2016年秦嶺山地植被覆蓋變化地形分異效應[J].生態學報，2019，39（12）：4499～4509.

[2]陳超男，朱連奇，田 莉，等.秦巴山區植被覆蓋變化及氣候因子驅動分析[J].生態學報，2019，39（9）：3257～3266.

[3]郭少壯，白紅英，孟 清，等.秦嶺地區林地與草地景觀格局變化及其驅動因素[J].生態學報，2020，40（1）：130～140.

[4]馮林林.秦嶺中高山區植被對氣候變化時空響應研究[D].西安：西北大學，2016.

[5]陳姍姍，劉 康，包玉斌，等.商洛市水源涵養服務功能空間格局與影響因素[J].地理科學，2016， 36（10）： 1546～1554.

[6]楊亮彥，孟婷婷.基于MODIS數據的延安市近20年植被時空動態研究[J].西部大開發（土地開發工程研究），2020，5（3）：64～70.