基于GIMMS NDVI指數的沙地植被時空變化規律分析--以科爾沁沙地為例

■朱芳瑩鹿化煜弋雙文

（1南京大學地理與海洋科學學院地貌過程與環境實驗室江蘇南京210093；2 61243部隊新疆烏魯木齊830000）

基于GIMMS NDVI指數的沙地植被時空變化規律分析--以科爾沁沙地為例

■朱芳瑩1，2鹿化煜1弋雙文1

（1南京大學地理與海洋科學學院地貌過程與環境實驗室江蘇南京210093；2 61243部隊新疆烏魯木齊830000）

本文通過植被指數數據分析，總結歷年植被生長變化特點，有助于我們從宏觀上認識沙地綠色植被在年、月時間尺度的變化規律，為防沙治沙工作提供理論依據。研究認為，1982-2006年的25年間，科爾沁沙地綠色植被覆蓋度整體呈現持續增長態勢，但仍有1.88%和11.31%的地區植被出現顯著衰退和衰退；科爾沁沙地植被的生長期為每年的6-10月，其中7月下旬、整個8月以及9月上旬綠色植被達到峰值。

歸一化植被指數（NDVI）科爾沁沙地時空變化

我國北方四大沙地（呼倫貝爾沙地、科爾沁沙地、渾善達克沙地、毛烏素沙地）總面積超12萬平方千米，該區域是我國農業生產條件最為嚴酷、生態環境最為脆弱、人地矛盾和人水矛盾最為突出、土沙轉換最為頻繁，防治難度最大的地區。而綠色植被，正是屹立在這片廣袤土地上的最有利的生力軍，通過研究歷年綠色植被生長變化特點，有助于我們從宏觀上認識沙地植被在年、月間的生長變化規律，有利于我們尋找和發現在防沙治沙過程中存在的問題，為防沙治沙工作提供理論依據。

1　研究區概況及數據基礎

科爾沁沙地位于我國內蒙古自治區東部，西遼河中下游的赤峰市和通遼市一帶，總面積約5萬平方千米【1】，沙地的東部及各個河流谷地處多為一年一熟的糧食作物，以春小麥，大豆、玉米、高粱為主；沙地內部以草原沙地錦雞兒、柳、蒿灌叢、沙生灌叢為主，有少量針茅草原相間其中；沙地西部則多為貝加爾針茅草原，其中夾雜有少量的落葉櫟林。（數據來源：中國1：400萬全要素基礎數據）

GIMMS NOAA/AVHRR NDVI全球植被指數變化數據集由全球總量監測和模擬研究組（Global Inventory Monitoring and Modeling Studies，GIMMS）收集處理。該數據集涵蓋自1981至2006年共26年的植被指數數據，采用ALBERS投影，時間分辨率是15天，空間分辨率是8km。每月有上、下半月兩個值，每年共24幅圖像。GIMMS數據集的處理過程包括校正遙感器靈敏度隨時間的變化、太陽高度角、衛星軌道的漂移等影響；消除EL Chichon和Pinatubo火山爆發導致的大氣氣溶膠的影響。GIMMS-NDVI數據具有時間序列長、覆蓋范圍廣、時空可比性強的植被動態變化表征能力等特點【2、3】，已被廣泛應用于全球及區域尺度的植被動態研究之中。

2　綠色植被覆蓋狀況及生長期分析

使用GIMMS NDVI數據，計算各年份年最大NDVI值，求取多年NDVI的平均值，獲得1982-2006年科爾沁沙地多年平均植被覆蓋圖。

經計算，科爾沁沙地多年平均植被覆蓋度約為55%，空間分布表現為：沙地西部是極低、低覆蓋度的片狀集中分布區；沙地北部是低、中覆蓋度分布區；沙地中、東南部是以中、高、極高覆蓋度為主的多類型復雜交錯區域。

研究認為，在植物越冬后，由黃色變為綠色并恢復生長，即為返青，一個地區半數植被返青的時間點被認為是返青期；同理，當一個地區60%的植被枯黃后，認為枯黃期隨之到來。返青期與枯黃期之間的時段，稱為綠色植被生長期。所以，當植被覆蓋度大于55% *50%=27.5%時，即≥0.31時，我們認為植被的返青期到來。當植被覆蓋度小于55%*40%=22%時，即≤0.27時，植被進入枯黃期。通過累年各月NDVI變化圖可知，科爾沁沙地在6月下旬迎來植被的返青，7月下旬、整個8月以及9月上旬綠色植被達到峰值，10月中下旬進入枯黃期，沙地植被生長期為每年的6-10月。接下來，通過的分級，逐旬分析科爾沁沙地植被覆蓋度的空間演變。

六月上旬，沙地新開河以南，老哈河以東的大片地區返青；六月下旬，沙地的北部、霍林河一帶綠色植被覆蓋度明顯提高。

七月上旬，較之之前，沙地的綠色植被覆蓋度有了較為明顯的提高，除西南部、西拉木倫河與老哈河之間沙層較厚的區域綠色植被覆蓋度低于20%外，其余大部綠色植被覆蓋度已達到或已突破40%。七月中旬，植被進入快速生長和迅速展葉的階段，沙地整體變綠，極高綠色植被覆蓋區成片出現，占到總面積的3%，主要分布在西遼河河流沿岸處。七月下旬，沙地植被長勢進入巔峰階段。

八月上旬，西遼河一帶的極高綠色植被覆蓋區繼續擴大，形成沿河流分布的細長條帶；但西南部線性沙壟綠色植被蓋度仍小于20%的，這片區域在植被長勢最好的8月上、中旬仍然裸露地表，說明這里是常年不長植被的裸露沙地的典型代表，這片區域占到沙地總面積的11%。8月中旬是一年中植被狀況最好的時候。8月下旬開始，高植被覆蓋度的土地面積開始減少，而近幾個月持續減少的低覆蓋度區域面積開始波動增加，植被生長從巔峰態勢進入回落階段。

九月上旬，西遼河沿岸地區綠色植被蓋度明顯降低；沙地東部率先出現由植被覆蓋高密度區向中密度區的轉變；九月中旬至九月下旬，沙地北部、西部、西南部植被幾乎全部開始枯黃，綠色植被蓋度逐漸向低于40%的方向轉變。

十月，沙地逐步進入枯黃期，至十月末，沙地的整體綠色植被蓋度已不足15%，沙地完全進入植被枯黃期。

3　1982-2006年來沙地綠色植被的時空變化

從科爾沁沙地植被覆蓋度年際變化曲線看，沙地植被極低覆蓋區（Pv＜20%）占全區不到2%的面積，近八成的土地都屬于中、高植被覆蓋度區域（40%＜Pv＜80%）。從各年變化來看，2002年以后，年植被覆蓋度均超過60%。2003年出現植被覆蓋度最大值，是綠色植被生長的旺盛年，1982年植被覆蓋度最小，也是生長枯年。

通過趨勢線分析，1982-2006的25年間，科爾沁沙地年植被覆蓋度呈現明顯增長，這與通過MODISNDVI數據得出的結論相一致【13】。由20世紀80年代初的46%增長到2000年后的63%，每年植被覆蓋度增長約0.6個百分點，且呈持續增長狀態。

我們選取NDVI值最小的1982-1987年，以及NDVI最大的2002-2006年的科爾沁沙地年NDVI，通過柵格計算器，分析25年來沙地植被覆蓋的空間變化狀況。

分析可知，科爾沁沙地，整體呈現植被覆蓋度的增長和顯著增長，但植被覆蓋度顯著衰退和衰退的區域分別占到區域總面積的1.88%和11.31%。其中教來河，西遼河、新開河一帶沙漠化變動較為頻繁的區域，植被覆蓋度不斷提高；沙地西部、西北部，本就處于極低、低植被覆蓋的區域（圖2），植被仍出現衰退或顯著衰退現象，沙漠化程度不斷加劇，情況不容樂觀。此外，沙地北部，霍林河沿岸區域，處于低、中植被覆蓋區，多年來植被覆蓋度出現衰退或顯著衰退，雖原有植被覆蓋度較高（圖2），但日益嚴重的植被衰退，仍需要引起高度重視。裘善文認為，老哈河上游的紅山水庫，霍林河西段的向海水庫等，這些在半干旱、半濕潤地區的大河上游修建的大型水庫，會致使河床干涸，河漫灘暴露【14】。這或許是導致綠色植被覆蓋度顯著衰退的潛在因素。

4　結論

（1）科爾沁沙地多年平均植被覆蓋度約為55%，空間表現為沙地中、東部植被覆蓋度高于西、北部。

（2）科爾沁沙地的植被生長期為每年的6-10月，其中7月下旬、整個8月以及9月上旬綠色植被達到峰值。

（3）25年來，沙地年植被覆蓋度由20世紀80年代初的46%增長到2000年后的63%，每年植被覆蓋度增長約0.6個百分點，且呈持續增長狀態。

（4）25年來，沙地整體呈現植被覆蓋度的增長和顯著增長，但植被覆蓋度顯著衰退和衰退的區域分別占到區域總面積的1.88%和11.31%。

致謝：感謝吳霜葉教授、曾曉勇副教授、曾琳先生等的幫助。本研究得到了庫姆塔格沙漠科學綜合考察項目（2012FY111700）、戈壁生態系統地質本底調查和中國沙漠沙地志編寫項目的聯合資助。

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P631［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-289-3