基于RS與GIS的伏牛山區植被NDVI時空變化分析

禹倩業 張靜靜 高莎

摘 要：基于2000—2017年MODIS-NDVI數據集，在MRT、ArcGIS、SPSS等軟件的輔助下，采用最大值合成法、均值法、一元線性回歸法來分析近18年來伏牛山區植被NDVI時空變化特征。結果表明：2000—2017年伏牛山區植被NDVI呈增長趨勢，增長率為0.024/10 a（P<0.05），其中秋季植被NDVI的增加速率（0.042/10 a）最為顯著，明顯高于春季（0.018/10 a，P<0.05），表明在全球變暖背景下，伏牛山區植被變化情況表現為生長季的延長趨勢強于生長季的提前趨勢。從空間上來看，伏牛山植被覆蓋狀況較好，大部分地區植被NDVI都在0.4～0.8，所占比例達到97.03%，高值區主要分布在中西部海拔較高的山區，低值區零星地分布在研究區南部、東部和北部的城鎮中心。

關鍵詞：植被;MODIS-NDVI;時空變化;伏牛山區

中圖分類號：Q948;TP79文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）01-0144-03

Abstract： Based on the MODIS-NDVI data set of vegetation in Funiu Mountain Area from 2000 to 2017， with the help of MRT， ArcGIS， SPSS and other software， the spatial and temporal variation characteristics of vegetation NDVI in Funiu Mountain Area in recent 18 years were analyzed by using the maximum value synthesis method， mean value method and univariate linear regression method. The results showed that： from 2000 to 2017， the vegetation NDVI in Funiu Mountain area showed an increasing trend， with the growth rate of 0.024/10 a （P < 0.05）. The growth rate of vegetation NDVI in autumn （0.042 / 10 a） was the most significant， which was significantly higher than that in spring （0.018/10 a， P < 0.05）， indicating that under the background of global warming， the vegetation change in Funiu Mountain area showed that the extension trend of growing season was stronger than the advance trend of growing season. Spatially， the vegetation coverage of Funiu Mountain is good. The NDVI of most areas is between 0.4 and 0.8， accounting for 97.03%. The high-value areas are mainly distributed in the high-altitude mountainous areas in the central and western regions， and the low-value areas are scattered in the urban centers in the south， east and north of the study area.

Keywords： vegetation;MODIS-NDVI;temporal and spatial variation;Funiu Mountain

植被覆蓋度可作為生態建設和生態系統評價的綜合性量化指標和重要參數，某一地區植被覆蓋占該地區比重多少是衡量該地區環境變化的重要依據[1-4]。在植被覆蓋度研究中，許多學者利用不同的數據源對國內大部分地區植被覆蓋度的時空變化做了大量研究，并取得了重要成果[5-7]。例如，阿多等基于華北平原近20年的遙感數據，分析華北平原植被覆蓋時空變化規律[6];王宗明等采用1982—2003年東北三省的GIMMS-NDVI數據，分析了東北地區植被NDVI對氣候變化的響應[7]。目前，國內學者對植被覆蓋變化研究較為深入，不僅涉及不同時間尺度植被覆蓋變化的時空特征分析，而且研究了植被覆蓋變化與生物因子之間的響應關系[8-15]。但對于小區域（如伏牛山區）的植被時空變化研究成果有所不足。因此，利用伏牛山區MODIS-NDVI數據集，采用均值法、合成法、一元線性回歸方法等方法分析近18年來伏牛山區植被NDVI時空變化特征，可為該區生態環境保護與恢復工作提供科學依據。

1 研究區域概況

伏牛山地區北到黃河，南到南陽盆地，西到豫陜邊界，東達京廣鐵路。本研究區范圍包括嵩縣、欒川縣、盧氏縣、南召縣、鎮平縣、魯山縣、內鄉縣、西峽縣共8個縣級行政區劃單元。

2 數據和方法

2.1 數據來源與預處理

本文所采用的遙感數據是2000—2017年植被指數MODIS-NDVI產品，來自地理空間數據云（http：//www.gscloud.cn）。首先利用MRT（MODIS Reprojection Tool）進行拼接、投影等預處理，然后基于ArcGIS軟件，利用伏牛山區的矢量圖對經過投影拼接的圖層進行按掩膜提取，并利用最大合成法得到2000—2017年伏牛山區的逐月NDVI數據集，并通過對各月NDVI數據集進行處理，得到年平均和季節平均的植被NDVI數據，從而進行伏牛山區植被覆蓋度時間和空間的變化分析。

2.2 研究方法

本研究采用均值法計算伏牛山區年均植被NDVI值，同時把春（3—5月）、夏（6—8月）、秋（9—11月）、冬（12月至次年2月）這四季中求取的每三個月的平均值作為這四個季度的植被季均NDVI值。采用一元線性回歸法對年均和季均NDVI值的年際變化趨勢進行回歸分析。

3 結果與分析

3.1 伏牛山區植被NDVI時間變化特征

3.1.1 伏牛山區植被NDVI年際變化。圖1為伏牛山區植被年NDVI值年際變化趨勢。從圖上可以看出，2000—2017年植被NDVI呈波動上升趨勢，每增長率為0.024/10 a（[P]<0.05）。表明近18年來伏牛山區植被覆蓋度整體處于不斷改善狀態。

3.1.2 伏牛山區植被NDVI季節變化。從四季植被NDVI變化趨勢來看（見圖2和表1），2000—2017年四季植被NDVI變化均呈不同程度的增長模式，具體表現為秋季（0.042/10 a）>冬季（0.029/10 a，[P]<0.05）>春季（0.018/10 a，[P]<0.05）>夏季（0.007/10 a，[P]<0.01）。其中，秋季植被NDVI的增加速度最為顯著，明顯高于春季植被NDVI的增加速率，表明在全球變暖背景下，伏牛山區植被變化情況表現為生長季的延長趨勢強于生長季的提前趨勢。

3.2 伏牛山區植被NDVI空間變化特征

2000—2017年伏牛山區植被不同NDVI等級像元比例見表2。2000—2017年伏牛山區植被多年年均NDVI的空間分布值主要集中在0.4～0.6，占比為52.57%，主要分布在研究區南部、東部和北部地區;其次是NDVI值主要集中在0.6～0.8，占比為44.46%，主要分布在研究區中西部海拔較高的山區;NDVI值低于0.4的區域占比較小，僅占2.95%，零星地分布在研究區南部、東部和北部的城鎮中心。

4 結論

①2000—2017年伏牛山區植被NDVI呈增長趨勢，增長率為0.024/10 a（P<0.05），其中秋季植被NDVI的增加速率（0.042/10 a）最為顯著，明顯高于春季植被NDVI的增加速率（0.018/10 a，P<0.05）。表明在全球變暖背景下，伏牛山區植被變化情況表現為生長季的延長趨勢強于生長季的提前趨勢。

②從空間上來看，伏牛山植被覆蓋狀況較好，大部分地區的植被NDVI都在0.4～0.8，所占比例達到97.03%，高值區主要分布在中西部海拔較高的山區，低值區零星地分布在研究區南部、東部和北部的城鎮中心。

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