NDVI在祿勸縣植被變化特征分析中的應用

劉珊珊++牛超杰+王建雄++尹曉媛++盧瑤

摘要：選取云南省祿勸縣為研究區域，利用2001-2015年MODIS中國植被指數合成產品Tiff遙感圖像，利用ArcGIS對云南省植被指數進行分區統計，得到研究區域各年每月的NDVI值。在此基礎上進行統計分析，描述研究區域植被指數的年際、季節及月變化特點，并結合當地的種植制度進行分析。結果表明：祿勸縣2001-2015年的年平均NDVI值有增加趨勢，趨勢線斜率為0.003，在2013年達到最高值，2014年次之。夏季和秋季的植被覆蓋度高于其他兩個季節；秋冬兩季的NDVI值呈增加趨勢，且冬季的增速大于秋季。祿勸縣一年當中NDVI最高值出現在8月，最小值出現在4月，這與祿勸縣植被生長期和枯萎期相對應。

關鍵詞：祿勸縣；歸一化植被指數（NDVI）；植被覆蓋；變化特征

中圖分類號：S718.54+1文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2017）02-0117-04

植被是聯結土壤、大氣和水分等要素的自然“紐帶”，具有明顯的年際和季節變化特點，在一定程度上能代表土地覆蓋的變化[1，2]。植被指數是將遙感地物光譜資料經數學方法處理后所得、用以反映植被狀況的特征量[3]。在眾多植被指數中最為常用的是歸一化植被指數（NDVI），它能夠精確地反映植被綠度、光合作用強度、植被代謝強度及其季節和年際變化，因此，在大尺度的植被動態監測、作物長勢監測、自然災害監測和作物產量預測等方面廣泛應用[4-7]。近年來，我國學者已經對很多地區的植被指數時空變化特征進行了深入研究，但是不同地域、不同研究尺度、不同時間尺度、不同數據源的植被指數時空變化特征會有所差異[1]。前人研究表明，中國西北地區20世紀80年代初期至1994年前后植被呈增加趨勢，而1994-2000年植被有退化趨勢[8]；長江三角洲、珠江三角洲地區的NDVI有降低趨勢[9]；秦嶺地區植被覆蓋度在1982-2007年呈降低趨勢[10]；貴州省植被覆蓋在1982-2003年有增加趨勢[11]。

祿勸彝族苗族自治縣是云南省昆明市的郊區縣，地處滇中北部，位于東經102°14′～102°56′、北緯25°25′～26°22′之間。祿勸縣域屬亞熱帶季風氣候區，并呈明顯的立體氣候特征。無霜期234天，多年平均降水量966.4 mm。金沙江和普渡河河谷地區氣候濕熱，分布有28個村，是祿勸熱帶糧食作物和經濟作物的主產區。祿勸縣境內地形復雜多樣，地貌千姿百態，綿亙聳立的群山與縱橫交錯的江河溪澗相間，地表被江河切割，南部相對完整，北部和中部較為破碎。地勢東北高、西南低，自東北向西南呈階梯狀緩降。全縣國土面積為4 234.78 km2，山地占總面積的98.4%，壩區僅占1.6%，耕地少、林地多、復雜多樣的氣候條件及地形地貌使得祿勸縣植被類型多樣。本研究利用MODIS/NDVI數據集，研究了2001-2015年祿勸縣植被的年際、季節以及月變化情況，進一步探討研究區域植被覆蓋月變化與作物生長季的關系，這對揭示區域環境狀況的演化具有現實意義。

1數據來源與處理方法

1.1數據來源

NDVI數據集是由地理空間數據云提供的MODIS中國植被指數合成產品，它是由MODND1D計算得到，計算方法為取月內每天最大值。坐標系為EPSG∶4326（WGS84），空間分辨率為500 m，時間分辨率為月。這里使用2001-2015年的NDVI數據集。

NDVI=（NIR-R）/（NIR+R）。 （1）

式中NIR為近紅外波段的反射值；R為紅光波段的反射值。

1.2處理方法

1.2.1基于GIS的Tiff圖像處理由于最初獲取的是全國范圍的NDVI Tiff圖像，需要進一步利用ArcGIS軟件，添加云南省縣界進行分區統計，從而得到云南省各縣每年每月的NDVI數值，從中整合研究區域研究時段內的NDVI數據，以便后期進行統計分析。NDVI的數值區間為[-1，1]，負值表示地面覆蓋為云、水、雪等，對可見光高反射；0表示有巖石或裸土等，NIR與R近似相等；正值表示有植被覆蓋，且NDVI值隨覆蓋度增大而增大。

1.2.2NDVI數據處理（1）年平均值：對每年12個月份的NDVI值求平均，所得平均值作為該年的NDVI年均值，計算公式如下：

NDVIy=Average（∑12i=1NDVIi）。（2）

式中，NDVIy為第y年的NDVI年均值，NDVIi為該年i月份的NDVI值。

（2）季節平均值：針對每年12期數據，按3-5月為春季，6-8月為夏季，9-11月為秋季，12月-翌年2月為冬季，采用平均值法計算季節NDVI值。以春季為例：

NDVIy春=Average（∑5i=3NDVIi）。 （3）

式中，NDVIy春為第y年的春季NDVI均值，NDVIi為該年第i月份的NDVI值。以此類推，分別計算夏、秋、冬三個季節的NDVI均值。

（3）月平均值：取2001-2015年相同月份的NDVI均值作為月平均值，其計算公式如下：

NDVIm=Average（∑2015j=2001NDVIjm）。 （4）

式中，NDVIm為第m月的月NDVI均值，NDVIjm為第j年第m月份的NDVI值。

2結果與分析

2.1祿勸縣NDVI年際變化

從圖1可以看出，2001-2007年祿勸縣的NDVI值處于波動階段，2008-2014年趨于穩定；2001-2015年的年均NDVI值介于0.66～0.73之間，整體呈增加趨勢，趨勢線斜率為0.003，表明2001-2015年間祿勸縣植被覆蓋略有增加。2013年NDVI值最高，為0.720452，其次是2014年和2009年，NDVI值分別為0.720424和0.717079。

3結論

通過使用歸一化植被指數，利用趨勢分析法分析2001-2015年祿勸縣NDVI的年際、季節及月變化特征，得到如下結論：

（1）在2001-2015年間，祿勸縣NDVI總體呈增加趨勢，表明其植被覆蓋度呈緩慢增加趨勢。

（2）夏季和秋季的植被覆蓋度總體高于其他兩個季節。春、夏兩季的NDVI值沒有明顯的變化規律，而秋、冬兩季的NDVI值整體呈增加趨勢，且冬季的增幅大于秋季，說明祿勸縣2001-2015年秋、冬兩季的植被覆蓋度有所增加。

（3）祿勸縣植被月變化較為明顯，與當地生長季密切相關。5-9月為祿勸縣大春生長季，NDVI顯著增加；10月進入小春生長季，NDVI略有增加；之后至12月以及次年1-4月NDVI呈下滑趨勢。

整體來看，除發生干旱的年份之外，近15年祿勸縣植被覆蓋度不斷增加，主要體現在秋、冬兩季，且植被覆蓋的月變化主要受作物生長季影響。祿勸縣山地多壩區少，導致其林地多，耕地少，具備復雜多樣的氣候條件、地形地（下轉第131頁）山 東 農 業 科 學2017，49（2）：120～126Shandong Agricultural Sciences山 東 農 業 科 學第49卷第2期房鋒，等：山東棉田雜草組成及其群落特征DOI：10.14083/j.issn.1001-4942.2017.02.026

收稿日期：2016-06-07

基金項目：國家公益性行業（農業）科研專項（2013FY113200）；國家“十二五”科技支撐計劃（2012BAD19B02）

作者簡介：房鋒，男，博士，助理研究員，研究方向：雜草生物生態學。E-mail：weedfang@163.com

通訊作者：李美，女，碩士，研究員，研究方向：雜草學和除草劑實用技術。E-mail：limei9909@163.com