青海省2000~2015年NDVI的时空变化特征

蒲泓君

摘要：本文基于青海省2000～2015年GIMMS NDVI 3g数据，利用最大合成法、变异系数法、Theil-SenMedian趋势变化分析法研究了近16年来青海省NDVI的时空变化特征。结果表明：青海省近16年来NDVI总体趋于稳定，但年间波动幅度较大;青海省大部分区域NDVI呈上升趋势，其中西宁和海东区域的增长速度最快。本文研究青海省NDVI的时空变化特征，对揭示青藏高原生态环境变化规律、特征及其演变具有重要的现实意义。

关键词：青海省;NDVI;时空变化特征

1 引言

植被与生态环境密切相关，在调节内部与外部物质、能量交换、环境演变、物质转换等方面起着十分重要的作用[1]。植被覆盖变换是地球内外部相互作用的结果，对全球环境变化有着重要的影响作用[2]。一个区域的植被覆盖度可以通过计算该区域地面上所有植被的投影面积与该区域的总面积之比得出[3]。归一化植被指数（Normalized Nifference Vegetation Index，NDVI）是近红外波段和红外波段的反射率的差值与两者之和的比值，它可以很好地反映地表植被覆盖状况，主要应用于消除辐射误差和监测植被生长状态等[4]。目前国内外许多学者展开了研究，崔天翔等[5]以中等分辨率的LANDSAT TM影像为数据源，基于线性光谱混合模型，估算研究区的植被覆盖度;GIMMS NDVI 3g数据具有时间序列长、可靠性强、数据连续、覆盖范围广等优点，因而被广泛应用于全球和区域尺度的植被动态变化分析。本文基于青海省2000～2015年GIMMS NDVI 3g数据，利用最大合成法、变异系数法、Theil-SenMedian趋势变化分析法研究青海省的NDVI时空变化特征及变化趋势，为政府进行黑土滩治理，改善生态环境等提供科学理论依据。

2 研究区概况

青海省位于青藏高原东北部，介于北纬31°40′至39°19′，东经89°35′至103°04′之间，北方和东方与甘肃相邻，东南方与四川相连，西北方与新疆毗连，南方和西南方与西藏接壤。青海省总体呈现出南北高，中部低，西高东低的态势，是一个内陆干旱盆地，海拔在1613m～6820m之间，平均海拔在3000m以上。

3 数据来源与研究方法

3.1 数据来源及处理

本文所用的GIMMS NDVI 3g数据为NASA’S Goddard Space Flight Center 15d合成数据，空间分辨率为0.083°×0.083°，数据格式为ncd格式，利用转化格式的MATLAB代码将其转化为GEOTIFF格式，再采用国际上通用的最大合成法（MVC）对NDVI数据进行处理。

3.2 研究方法

3.2.1 变异系数法

变异系数（coefficient of variation， CV）是反映NDVI年变化的一个统计量，具体公式如下：

式中：xi为逐年NDVI值，为NDVI平均值。

3.2.2 Theil-SenMedian趋势变化分析

采用Theil-SenMedian方法分析2000～2015年青海省的NDVI趋势变化，计算公式如下：

，（2000≤i<j≤2015）

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

3.2.3 利用NDVI估算植被覆盖度

植被覆盖度与NDVI有较强的线性相关性，估算植被覆盖度可以通过建立与NDVI之间的关系来实现，具体公式如下：

式中：NDVIsoil指的是无植被覆盖区域的NDVI值，NDVIveg指的是完全被植被覆盖的像元的NDVI值。

4 结果与分析

逐像元计算青海省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之间波动，总体呈上升趋势，其中2001～2002年NDVI显著上升，2002～2003年NDVI显著下降，2003～2005年NDVI值有所上升，但不明显，2005～2008年持续下降，可能是由厄尔尼诺事件导致的气候突变造成的，2008～2010年NDVI值急剧上升，可能是由高原和低海拔地区植被生长对气候响应的差异造成的。

通过对2000～2015年青海省NDVI变异系数的分析，借鉴几何区间分割法将其分为5个等级，其中较低波动区、低波动区分别占植被覆盖区域面积的50.47%和20.39%，主要分布在海西蒙古藏族自治州、玉树藏族自治州，中度波动区、较高波动区和高波动区分别约占植被覆盖区域面积的20.08%、4.17%和0.38%，较高波动区与中波动区主要分布在西宁市，海东藏族自治洲，海南藏族自治州。青海省从西北部向东南部的地势逐渐变低，湿热气流从东南向西北部爬升，造成东南部地区降水量增多，因此，青海省东南部植被生长相对较稳定。青海东部部分盆地和谷地降水相对较少，并且受其它环境因素等的影响，导致东部区域植被覆盖变化波动性较强。

5 结论

（1）青海省近16年来NDVI呈上升趋势，但上升不明显，年间波动幅度较大，其中2002年NDVI值处于波峰，2008年NDVI值处于波谷;海北、海南、黄南、西宁、海东藏族自治州的NDVI均呈缓慢上升趋势，西宁市和海东地区增长速度最快;海北、海南与黄南藏族自治州增长幅度相近，海西藏族自治州基本稳定不变，果洛藏族自治州与玉树NDVI呈明显下降趋势。

（2）青海省NDVI变化具有地域差异性，东南地区相对较稳定;较低波动区、低波动区分别约占植被覆盖区域面积的50%和20%，主要分布在海西蒙古藏族自治州、玉树藏族自治州。

参考文献：

[1]刁一伟， 裴铁璠. 植被与大气之间物质和能量交换过程的反演理论研究进展[J]. 应用生态学报， 2005， 16（9）：1765-1768.

[2]陈永金， 陈亚宁， 刘加珍. 塔里木河下游植被覆盖度变化与地下水质关系[J]. 环境科学， 2010， 31（003）：612-617.

[3]李琳. 北京郊区植被覆盖度变化动态遥感监测[D]. 北京林业大学， 2008.

成都理工大学地球科学学院 四川成都 610059