青海省2000~2015年NDVI的時空變化特征

蒲泓君

摘要：本文基于青海省2000～2015年GIMMS NDVI 3g數據，利用最大合成法、變異系數法、Theil-SenMedian趨勢變化分析法研究了近16年來青海省NDVI的時空變化特征。結果表明：青海省近16年來NDVI總體趨于穩定，但年間波動幅度較大;青海省大部分區域NDVI呈上升趨勢，其中西寧和海東區域的增長速度最快。本文研究青海省NDVI的時空變化特征，對揭示青藏高原生態環境變化規律、特征及其演變具有重要的現實意義。

關鍵詞：青海省;NDVI;時空變化特征

1 引言

植被與生態環境密切相關，在調節內部與外部物質、能量交換、環境演變、物質轉換等方面起著十分重要的作用[1]。植被覆蓋變換是地球內外部相互作用的結果，對全球環境變化有著重要的影響作用[2]。一個區域的植被覆蓋度可以通過計算該區域地面上所有植被的投影面積與該區域的總面積之比得出[3]。歸一化植被指數（Normalized Nifference Vegetation Index，NDVI）是近紅外波段和紅外波段的反射率的差值與兩者之和的比值，它可以很好地反映地表植被覆蓋狀況，主要應用于消除輻射誤差和監測植被生長狀態等[4]。目前國內外許多學者展開了研究，崔天翔等[5]以中等分辨率的LANDSAT TM影像為數據源，基于線性光譜混合模型，估算研究區的植被覆蓋度;GIMMS NDVI 3g數據具有時間序列長、可靠性強、數據連續、覆蓋范圍廣等優點，因而被廣泛應用于全球和區域尺度的植被動態變化分析。本文基于青海省2000～2015年GIMMS NDVI 3g數據，利用最大合成法、變異系數法、Theil-SenMedian趨勢變化分析法研究青海省的NDVI時空變化特征及變化趨勢，為政府進行黑土灘治理，改善生態環境等提供科學理論依據。

2 研究區概況

青海省位于青藏高原東北部，介于北緯31°40′至39°19′，東經89°35′至103°04′之間，北方和東方與甘肅相鄰，東南方與四川相連，西北方與新疆毗連，南方和西南方與西藏接壤。青海省總體呈現出南北高，中部低，西高東低的態勢，是一個內陸干旱盆地，海拔在1613m～6820m之間，平均海拔在3000m以上。

3 數據來源與研究方法

3.1 數據來源及處理

本文所用的GIMMS NDVI 3g數據為NASA’S Goddard Space Flight Center 15d合成數據，空間分辨率為0.083°×0.083°，數據格式為ncd格式，利用轉化格式的MATLAB代碼將其轉化為GEOTIFF格式，再采用國際上通用的最大合成法（MVC）對NDVI數據進行處理。

3.2 研究方法

3.2.1 變異系數法

變異系數（coefficient of variation， CV）是反映NDVI年變化的一個統計量，具體公式如下：

式中：xi為逐年NDVI值，為NDVI平均值。

3.2.2 Theil-SenMedian趨勢變化分析

采用Theil-SenMedian方法分析2000～2015年青海省的NDVI趨勢變化，計算公式如下：

，（2000≤i<j≤2015）

式中：NDVIi和NDVIj分別是青海省各像元第i年和第j年的NDVI平均值。

3.2.3 利用NDVI估算植被覆蓋度

植被覆蓋度與NDVI有較強的線性相關性，估算植被覆蓋度可以通過建立與NDVI之間的關系來實現，具體公式如下：

式中：NDVIsoil指的是無植被覆蓋區域的NDVI值，NDVIveg指的是完全被植被覆蓋的像元的NDVI值。

4 結果與分析

逐像元計算青海省2000～2015年NDVI的平均值，得到青海省2000～2015年NDVI的年變化。青海省2000～2015年NDVI值在0.43～0.48之間波動，總體呈上升趨勢，其中2001～2002年NDVI顯著上升，2002～2003年NDVI顯著下降，2003～2005年NDVI值有所上升，但不明顯，2005～2008年持續下降，可能是由厄爾尼諾事件導致的氣候突變造成的，2008～2010年NDVI值急劇上升，可能是由高原和低海拔地區植被生長對氣候響應的差異造成的。

通過對2000～2015年青海省NDVI變異系數的分析，借鑒幾何區間分割法將其分為5個等級，其中較低波動區、低波動區分別占植被覆蓋區域面積的50.47%和20.39%，主要分布在海西蒙古藏族自治州、玉樹藏族自治州，中度波動區、較高波動區和高波動區分別約占植被覆蓋區域面積的20.08%、4.17%和0.38%，較高波動區與中波動區主要分布在西寧市，海東藏族自治洲，海南藏族自治州。青海省從西北部向東南部的地勢逐漸變低，濕熱氣流從東南向西北部爬升，造成東南部地區降水量增多，因此，青海省東南部植被生長相對較穩定。青海東部部分盆地和谷地降水相對較少，并且受其它環境因素等的影響，導致東部區域植被覆蓋變化波動性較強。

5 結論

（1）青海省近16年來NDVI呈上升趨勢，但上升不明顯，年間波動幅度較大，其中2002年NDVI值處于波峰，2008年NDVI值處于波谷;海北、海南、黃南、西寧、海東藏族自治州的NDVI均呈緩慢上升趨勢，西寧市和海東地區增長速度最快;海北、海南與黃南藏族自治州增長幅度相近，海西藏族自治州基本穩定不變，果洛藏族自治州與玉樹NDVI呈明顯下降趨勢。

（2）青海省NDVI變化具有地域差異性，東南地區相對較穩定;較低波動區、低波動區分別約占植被覆蓋區域面積的50%和20%，主要分布在海西蒙古藏族自治州、玉樹藏族自治州。

參考文獻：

[1]刁一偉， 裴鐵璠. 植被與大氣之間物質和能量交換過程的反演理論研究進展[J]. 應用生態學報， 2005， 16（9）：1765-1768.

[2]陳永金， 陳亞寧， 劉加珍. 塔里木河下游植被覆蓋度變化與地下水質關系[J]. 環境科學， 2010， 31（003）：612-617.

[3]李琳. 北京郊區植被覆蓋度變化動態遙感監測[D]. 北京林業大學， 2008.

成都理工大學地球科學學院 四川成都 610059