2000—2012年吕梁山区植被覆盖时空变化特征

摘 要：吕梁山区地处山西省的西部地带，研究该地区植被覆盖及其时空变化可以为区域生态环境提供重要决策。本研究以2000-2012年为研究期限，数据所采用的是中分辨率的MODIS遥感植被指数NDVI数据，对吕梁山区13年的NDVI时空分析便得到了区域内植被覆盖的时空变化特征。研究结果表明：1）近13年来吕梁山区的NDVI植被覆盖指数在2000年到2012年有起伏变化，但总体呈增长状态，其增速为13.3%/10a；2）NDVI整体趋势呈由西北至东南逐渐增加。

关键词：吕梁山区；植被覆盖；时空变化；MODIS

1 引言

1.1 国内外研究现状

植被是陆地生态系统的重要组成部分，在地表物质能量交换等过程都起着重要作用[1]。随着人类活动的加剧，影响着植被覆盖的时空演变，研究植被覆盖的时空变化特征对全球气候变化等的研究都有重要的理论和现实意义[2]。专家学者研究得出，卫星所搭载的传感器中的近红外波段和红光波段可以准确反映植被覆盖度[3]。 Myneni选择研究区域为北半球的高纬度地区，分析该区域植被覆盖的变化得到，过去20年全球变暖使得植被覆盖增多。Brian D Wardlow人对利用MODIS系列下的植被指数（NDVI）数据来分析美国部分平原地区玉米的覆盖情况。我国的气象局利用研发的第一套EOS/MODIS接收系统对MODIS展开了大量的研究工作。李海亮等[1]人利用MODIS系列数据研究了石羊河流域内不同时间和不同的空间分辨率下，对MODIS的NDVI数据和MODIS的EVI数据提取，研究其时空变化的特点。贾若楠等[4]分析了2001-2015年锡林郭勒盟地区MODIS-NDVI数据研究了该区域内植被时空变化特征以及与气候因子的关系。刘宝柱等[5]通过研究老哈河流域的250m分辨率MODIS-NDVI数据，监测NDVI时间序列中产生突变的时空分布。罗文玮等[6]利用趋势线分析方法以及小波分析方法对福建省的卫星遥感图像——MODIS植被指数数据进行分析。刘英等[7]利用陕西省2000年至2014年的植被覆盖数据，采用最大值合成法和像元二分法来讨论气候和人类活动对植被覆盖变化的影响。

1.2 研究意义

吕梁山区位于黄土高原东部，研究区域内的生态环境问题严重，其中最显著的特点就是水土流失严重。生态环境的建设与植被覆盖的情况有着密切联系，该区域植被类型多，所以研究该地区植被覆盖率的时空变化特征对吕梁山区的生态环境建设具有十分重要的意义。

2 研究区概况

吕梁山区位于山西西部，纬度约在36°30′～38°30′N，经度约在110°10′～110°20′E ，拥有典型的黄土丘陵地貌，其最显著的特点就是水土流失严重。区域内地势较高，气候类型属于半干旱大陆性季风气候。区域内的植被多为暖温带落叶林及暖温带落叶阔叶林，与其东部地区的植被覆盖相比，其南段森林多已被破坏。

3研究方法

3.1 趋势线分析法

趋势线分析的方法来模拟出吕梁山区2000-2012年每一年7月份NDVI值的随时间变化的趋势，进行逐个像元的空间分析运算。对于所产生的时间序列数据，每个像元对应有13年的时间序列数值，将这些数值再进行一元线性回归分析，可以得到吕梁山区植被覆盖变化趋势，从中得到的回归系数即为趋势趋向，即可得到NDVI随年变化的趋势倾向率图。

3.2 图像差值法

该方法的基本原理是将影像进行配准，然后对图像中每一个像元的灰度值两两相減，由此得到了一幅新的差值图像。在新的差值图像中，若差值为0或近似等于0则表示该区域的灰度值未发生变化。在本文中，选用2000年与2012年经图像处理完成后的遥感影像图进行差值运算，从新的差值图像中获取所需要的关于植被覆盖的变化信息来对整个研究区域进行分析。

4 结果与分析

4.1 吕梁山区植被覆盖的时间变化特征

在该时间内NDVI值有较小的波动，但是总体呈现的是稳步增长的状态。由此可得在近13年来，吕梁山区NDVI均值逐渐增大的主要原因是：吕梁地区大力种植防护林，退耕还林还草以此来改善生态环境。

4.2 植被覆盖的空间变化特征

由图1可以看出，吕梁山区的西部尤其是西北部的覆盖度最低。通过对比山西省的地形图，吕梁山区的东南部分布有太原盆地和临汾盆地，而且汾河流域也在吕梁山区的东侧，所以这两个区域的地势低平，且水源充足，气候温和，更适合大面积的植树造林活动。而在整个研究区域的中西部主要山脉为吕梁山脉，水土流失严重，使该范围的植被覆盖度较低。

其次，还利用图像差值法来对2000年、2004年、2008年和2012年的遥感图像分别进行差值运算，结果如图1所示。分析图2的2000年和2012年NDVI差值图，经处理过的差值图像可以得出，红色越深，表示植被覆盖度增长的越多，即在研究区域的西南部地区，红色明显加深。由此可知，人类活动对于生态环境的建设也起着至关重要的作用。

4.3 分析与建议

为了可以更进一步保护吕梁山地区的森林植被，应该尽量减少山区建设对区域经济社会发展所带来的不利影响，同时实现可持续发展，地方政府部门应该采取一些合理的政策和措施来进行优化。首先，继续进行封山育林的工作，尤其是在中西部的吕梁山脉地区，地势低的地区进行退耕还林还草，大量植树造林，从而达到改善生态环境的目的。其次，对于该地区的综合治理工作还应当依照新提出的可持续发展的战略，实现人与自然的和谐统一发展。

参考文献：

[1] 李海亮.基于MODIS数据的石羊河流域植被覆盖时空变化研究[D].兰州：西北师范大学，2009.

[2] 刘斌，孙艳玲，王永财等.基于SPOT/NDVI华北地区植被变化动态监测与评价[J].干旱区资源与环境，2013，27（9）：98-103.

[3] 杨尚武.黄河流域不同时间尺度植被覆盖变化及气候因子的关系[D]，2015.

[4] 贾若楠，杜鑫，李强子等.近15年锡林郭勒盟植被变化时空特征及其对气候的响应[J].中国水土保持科学，2016，14（3）：47-56.

[5] 刘宝柱，方秀琴，何祺胜等.基于MODIS数据和BFAST方法的植被变化监测[J].国土资源遥感，2016，28（3）：146-153.

[6] 罗文玮，赖日文，陈思雨等.基于NDVI的福建省植被变化特征分析[J].森林与环境学报，2016，36（2）：141-147.

作者简介：

丁鹏飞（1995-），男，汉，山西临汾，硕士研究生，主要从事植被遥感.