祁连山NDVI的时空变化及其对海拔的响应

杨 鹤，朱淑娴，3，李 丽*，吴巩胜，国洪艳

(1.云南财经大学城市与环境学院，云南昆明 650221；2.云南财经大学野生动植物管理与生态系统健康研究中心，云南昆明 650221；3.和平县国土整治中心，广东河源 517200)

植被覆盖是作为反映区域性生态环境发展状况的重要衡量指标之一，对于物质的生态化学循环和全球能量循环有着至关重要的影响[1]。归一化植被指数(NDVI)是植被长势和营养信息的重要参数，是植被和生态环境变化最重要的指标之一，近年来许多国内外学者对不同时空尺度上地表植被覆盖变化长时间序列的NDVI数据集进行了深入分析[2]。李茜荣等[3]结合2000—2018年成渝经济圈内气象站点气温、降水等气候指标，分析了该地区NDVI 的时空变化特征及气候对其的影响。Shabanov等[4]利用AVHRR数据分析了我国北部植被的变化。张华等[5]基于祁连山国家公园植被NDVI等数据，运用地理探测器模型分析2000—2019 年祁连山国家公园植被 NDVI 时空变化特征和植被 NDVI 变化的驱动因素。李卓等[6]基于MODIS NDVI数据，预测了2005—2015年京津冀植被未来发展趋势，得出京津冀地区植被以持续恢复为主的结论；石玉琼等[7]基于MODIS NDVI数据，研究了2000—2014年榆林地区植被的季节变化、年际变化和空间变化，结果表明退耕还林还草取得明显成效。

花园水库位于龙江县济沁河下游，是一座以灌溉为主，结合防洪，兼顾发电等综合利用的大Ⅱ型水利枢纽。枢纽建成后，阻隔了鱼类洄游通道，并对鱼类产卵场造成不利的影响，拟修建垂直竖缝式鱼道过鱼，修建鱼类增殖保护站开展人工增殖放流，作为主要鱼类保护措施。据调查采集鱼类和文献记载，济沁河主要洄游鱼有细鳞鱼、哲罗鱼、雷氏七鳃鳗、黑龙江茴鱼、江鳕等珍贵冷水性鱼，以及鲢、鳙、鲤、银鲫等温水性鱼。鱼道的设计流速主要根据主要过鱼对象的克流能力而定，综合考虑几种过鱼种类的克流能力，鱼道设计流速取1.0 m/s。

各县市区政府均成立了地质灾害防治领导小组，除城区各分局外，各县市区局均设有专门的地质灾害防治工作机构（地质环境股或地质环境储量股），耒阳、常宁和衡阳县还成立了地质环境监测站，其中，耒阳、常宁市局地质环境监测站为副科级二级事业单位。自2017年以来，根据省厅的统一要求，各县市区局还采取政府购买服务方式，分别与坐落在我市的4家地勘单位合作建立地质灾害防治技术指导中心，较好地解决了市县地质灾害防治缺技术、缺人员、缺装备等问题。此外，全市所有已查明的地质灾害隐患点均确定了一名监测员。

祁连山是我国西部重要的生态安全屏障，是冰川与水源涵养国家重点生态功能区，对于祁连山我国实行国家公园体制，目的是为了保持祁连山自然生态系统的原真性和完整性，保护生物多样性和生态安全屏障。虽然祁连山拥有得天独厚的自然资源，但目前对于祁连山植被仍缺乏研究，存在林地、草地数据不清晰，资源空间重叠，自然资源价值的实现目前仍存在诸多困难。研究祁连山植被覆盖的变化，在保护和维持自然生态多样性及气候的稳定性等方面起着重要作用[8]，这不仅可以更深入地了解祁连山植被的生长条件和影响因素，也为监测其稳定性、预警灾害的发生和减缓退化的过程提供科学依据，同时还为特殊动植物保护提供参考价值。笔者利用NDVI和DEM数据研究2000—2020年祁连山NDVI的时空变化，了解祁连山植被的生长条件及其受海拔的影响，运用均值法、线性趋势分析法和GIS空间分析法对祁连山整个区域植被NDVI的数据进行了空间分析，并综合分析了祁连山植被覆盖动态变化的特点与影响。

1 材料与方法

1.1 研究区概况祁连山是我国西北部主要山脉，坐落在青海省和甘肃省，西与当金山口接壤，北部为河西走廊，南部是柴达木盆地，东南部为秦岭和六盘山(图1)。祁连山西北高东南低，从东到西长约1 000 km，从北到南宽300 km，总面积约18.5×104km2，大多数祁连山脉的平均海拔为3 500～5 000 m。祁连山的累计降水量相对较小，年平均累计降水量的整体分布从东南到西北呈现逐渐递减趋势[9]。植被分布呈现垂直地带性特征，海拔由低到高分布有灌丛地、荒漠草原、高山草原、高山灌丛草甸、高寒草甸、高寒稀疏草甸。

或许，文化研究与台湾“重写文学史”思潮的耦合，与其说是文化研究在理论旅行过程之中开拓出了新的问题场域和批判空间，不如将之视为建构起了一种“阐释台湾”的新范式。而我们对于这一“耦合”与“新范式”应该坚持“历史性的思考”[17]14，因为“历史性的思考”意味着语境化和持续批判性。

图1 研究区地理位置

2.2 NDVI的时间变化植被覆盖度变化不显著，但从低覆盖度来看，有明显的改善，低覆盖度面积明显减少，整体的覆盖程度逐渐上升[15]。从2000年的覆盖度来看，中高覆盖度和高覆盖度占均较低，二者加起来27.11%，而低覆盖度占34.70%，植被覆盖度情况偏差；2005年高覆盖度有明显的上升，从2000年的15.21%上升为20.75%，整体情况有良好的改善；2010年整体情况变化不明显，高覆盖度增加到21.54%；2015年低覆盖度占比减少，中覆盖度和中高覆盖度有所上升；到2020年高覆盖度达到23.97%，基本与低覆盖度(25.29%)持平。总体来说，祁连山植被整体呈上升趋势，其中植被低覆盖度总体逐渐减少，高覆盖度逐渐增加(表3、图3)。由此可见，2000—2020年的生态环境变化过程中，祁连山的植被和森林覆盖率以缓慢的速度逐年改善，祁连山高覆盖度面积总体呈逐步上升趋势，2000—2005年变化较大，该段时间低覆盖面积和高覆盖面积变化均较为明显。

式中，n为监测年数；NDVIj为第j年NDVI的一个倾向平均值：S为趋势图曲线的斜向曲率，其中，S>0，说明NDVI在n～j年间的倾向变动使其倾向通常呈逐渐性增加，反之则可能逐渐减小[13]。同时根据S的季度变动幅值范围，使用标准差法定义为极度变差、显著变差、基本不变、显著变好和极度变好5个变化区间，并统计面积及其面积百分比。

2.1 植被的基本特征图2反映了祁连山地区2000—2020年分阶段植被覆盖的基本空间特征。根据祁连山植被土地覆盖的重分类情况可知(表2)，森林植被及其覆盖范围主要有高山灌丛草甸与高山草原。祁连山东南部地区，年累计平均NDVI最大，值接近于1，主要植被类型为高山灌丛草甸。在祁连山中部地区和东部地区，年累计平均NDVI 值位居第2，接近于0.6，主要植被类型高山草原。在祁连山西部，年累计平均NDVI值接近于0，植被覆盖度相对较小，主要高原地区植被覆盖的类型有寒冻风化带和裸地，最西端的荒漠草原地区植被覆盖的程度最小，年累积植被平均值在NDVI中逐渐减少出现负值，主要部分于大沙漠地区[14]。

(1)

(2)

由于每个研究区植被覆盖和研究方法的不同，对于植被覆盖的分级学术界目前仍存在多种方法及标准。笔者结合前人研究，根据祁连山植被覆盖的特点，根据植被覆盖度类型的重分类(表1)，将植被覆盖度分为低覆盖度、中低覆盖度、中覆盖度、中高覆盖度和高覆盖度5类，分别从不同角度分析祁连山植被覆盖的变化情况。

传播的内容上应将广西民族文化的精神、内涵、性格等嵌入旅游合作的价值理念、实施策略及合作机制之中，以民族文化内容建设为基础，以交流互动为动力，以共同利益为最高原则，拓宽传播的渠道。

表1 祁连山植被覆盖类型的重分类

从图5、6来看，海拔偏高和海拔偏低区域对应的NDVI值均较低，而海拔高度相对适中的地区，对应的NDVI值较高[17]。根据分析得出，植被和其他森林覆盖度低的祁连山地区平均海拔为1 353～<2 000 m，这些地区因其所在的地位是处于祁连山东北部边缘地带，受到人类生产和经济活动的干扰影响较大，森林的砍伐严重、农田的开垦及过度放牧等原因，致使当地的自然资源和土地逐渐趋于荒漠化，植被的流失也变得严重，对应的NDVI值偏低；海拔为2 000～<3 000 m时，对应的NDVI值相对较高，大部分分布在祁连山中段地区；植被覆盖率较高的区域对应海拔为3 000～<3 500 m，在祁连县中段零星分布，具体为天骏、刚察和祁连县附近。海拔为3 500～<4 000 m时，是植被覆盖度最高的海拔高度，该高度的海拔适宜植物的生长，在祁连山中段和大柴旦附近也分布广泛。植被和森林覆盖率相对较低的地区海拔为4 000～<4 500 m，这些地区位于祁连山东南部，位于海晏、刚察和门源县等附近，以及西南地区也有大部分涉及，这些地区为人类活动范围。植被覆盖率低的地区所对应的平均海拔4 500～<5 587 m，该区域属于祁连山西北部高寒气候区域[18]，由于受到强烈的自然气候和环境的影响，植被覆盖率低，生长稀疏。

(3)

1.3 研究方法

2 结果与分析

1.3.1均值法。均值法是把祁连山植被各年累计NDVI值归在一起计算的平均值，并用植被的年累积平均NDVI值反映2000—2020年祁连山生长期植被覆盖度的总体特征[10]，公式为

表2 祁连山植被区域土地覆盖的重分类

图2 2000—2020年NDVI值变化情况

1.2 数据来源与处理数据来源于NASA(https：//ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/)2000、2005、2010、2015和2020年的MOD13Q1数据，空间分辨率为250 m×250 m，时间为每年8月，排除了冬天被冰雪覆盖的可能性，且此时也是全年植被生长最好的季节。将MODIS的原始数据计算方法应用于ENVI的band 数学中，NDVI为-1～1。图像经过拼接，重新开始进行图像投影并再次使用新的MRT进行图像裁剪；然后通过最大的图像合成切割方式重新获得月份的图像NDVImax，以tif的格式重新进行图像输出。全球数字空间高程数据(DEM，30 m×30 m)来源于中国科学数据云地理空间数据云(http：//www.gscloud.cn)，在ArcGIS中利用空间特征分析模块结合实际观测的数据将海拔地形特征因子进行提取。

表3 2000—2020年植被覆盖度占比

图3 2000—2020年植被覆盖变化情况

2.3 NDVI的空间变化由图4、表4可知，2000—2020年祁连山年平均植被NDVI总体呈良好发展趋势(图4)，改善的植被占比28.19%。森林植被 NDVI值极度变好的部分总面积1 359.76 km2，占总面积的0.59%，在古浪、湟中等县区分布；显著变好的面积63 393.43 km2，占总面积的27.60%，分布于天峻、民乐、海晏、海北、渭源、化隆等县区；祁连山地区基本不变的植被NDVI总面积161 007.72 km2，占祁连山植被总面积的70.10%，主要分布在肃北县、大柴旦、海西等多个县区；祁连山森林植被 NDVI值极度变差的面积为234.37 km2，占祁连山森林总面积的0.10%，集中分布在刚察县等部分地区。祁连山NDVI值极度变差的区域主要分布在门源回族自治县等地区，这些地区受到人类活动的极大影响，植被呈现出退化的趋势；显著变差的总面积为3 683.90 km2，占总面积的1.60%，分布在祁连山中部，门源和刚察周边零星分布。

图4 2000—2020年植被覆盖趋势变化情况

表4 2000—2020年植被覆盖趋势变化面积及其占比

2.4 NDVI受海拔的影响海拔升高100 m，年均气温下降0.6 ℃，雨量和相对湿度一般都会在一定高度的基础上随着当地海拔的不断提升而缓慢增加[16]。从图5来看，祁连山中西部地区海拔高度相对于整个祁连山较高，而西北以及沿边地区海拔高度较低，东部地区与南部地区海拔高度相对较低。

1.3.2线性趋势分析法。利用线性趋势分析法模拟2000—2020年祁连山植被NDVI年平均值的空间变化。根据趋势线斜率S的改变幅值范围[11-12]，定义显著增加、轻微增加、显著减少、轻微减少、基本不变的变化区间，分别计算5个变化区间的面积和变化百分比，并通过对数据进行比较和仿真的结果，进行了S<0.05的明显显著性水平检验。使用图像差分法分析NDVI的空间变化，综合分析祁连山植被覆盖动态变化的特点与影响，计算公式为

图5 祁连山DEM分布

3 结论

(1)祁连山植被覆盖度呈现东茂西疏的分布状态。祁连山东部地区年累积平均NDVI值最大，越往西NDVI值越小。植被类型为高山灌丛草甸和高山草原对应的NDVI值较高，此外，裸地和寒冻风化带对应的NDVI值较低。

(2)祁连山年际植被覆盖度有明显的改善，低覆盖度面积占比由34.70%降低到25.29%，高覆盖度面积占比由15.21%增加到23.97%，覆盖度整体呈逐渐上升趋势。

表皮生长因子受体基因突变状态对晚期肺腺癌一线化疗效果的影响……………………… 张萍 武晓楠 聂鑫 等（2）242

图6 不同海拔的NDVI值

(3)2000—2020年祁连山地区植被覆盖度从整体上看呈现逐步增加的趋势，改善的植被占比28.19%，主要分布在东部和南部；植被和森林覆盖度明显变好，主要分布在海晏、海北、天峻、海西等县区附近；祁连山地区植被覆盖度明显变差，主要分布于祁连山中部地区门源县以及刚察县附近和青海湖周围的地区。

(4)祁连山海拔高度最高和最低对应的NDVI值均偏低，海拔高度相对较高时对应的NDVI值也相对较高，而海拔高度为3 500～<4 000 m时对应NDVI值最高。

基于“草原丝路”文物资源的内蒙古地区旅游产业发展并非是一个地区的单打独斗，而是成链条，相关地区、相关产业、相关产品需协同发展。这就需要政府着眼于“草原丝路”文物资源整体，将相关乡村相连，相关省份相连，相关产业相连，相关产品相连，进行统一部署。着眼于产业链的构建，拓宽产业链条，促进产业融合，发挥产业联动效应，拓宽宣传及发展渠道。

首先要保证澳斯麦特炉系统微负压，控制在-20 Pa左右，这样才能及时把炉中物料及粉煤燃烧产生的烟气及时排出，缩短烟气在炉中的停留时间，降低反应几率。但是负压也不能太大，如果过大会带走大量热量，增加燃料消耗，出现其他问题。澳斯麦特炉合理的负压可以控制在-30 Pa左右。

4 讨论

祁连山植被由西向北向东逐渐增多，主要原因之一是祁连山东部距离海洋相对较近，受西部内陆海洋东北季风的强烈活动影响，降水比较多；西北距离大海较远，而西部内陆海洋地区受到东部内陆海洋西风槽的影响，降水量仅为东部内陆地区的1/3[18]。

20世纪80年代中后期祁连山区气温大幅度升高，而后气候明显变暖，气温变化规律与我国西北地区基本一致，全年气温变化南北差异明显。中东部气温上升幅度从南到北有增大趋势，而中西部气温上升幅度从南到北呈减小趋势[15，19]。

植被覆盖度低的区域大部分处于人类活动地区，受到自然和其他人类的农业生产和经济活动限制而受到的影响比较大，森林的砍伐、农田的开垦和灌溉、过度的放牧，使得当地的土地逐渐趋于自然荒漠化，植被退化非常严重[20-23]。