基于GIMMS NDVI指数的沙地植被时空变化规律分析--以科尔沁沙地为例

■朱芳莹鹿化煜弋双文

（1南京大学地理与海洋科学学院地貌过程与环境实验室江苏南京210093；2 61243部队新疆乌鲁木齐830000）

基于GIMMS NDVI指数的沙地植被时空变化规律分析--以科尔沁沙地为例

■朱芳莹1，2鹿化煜1弋双文1

（1南京大学地理与海洋科学学院地貌过程与环境实验室江苏南京210093；2 61243部队新疆乌鲁木齐830000）

本文通过植被指数数据分析，总结历年植被生长变化特点，有助于我们从宏观上认识沙地绿色植被在年、月时间尺度的变化规律，为防沙治沙工作提供理论依据。研究认为，1982-2006年的25年间，科尔沁沙地绿色植被覆盖度整体呈现持续增长态势，但仍有1.88%和11.31%的地区植被出现显著衰退和衰退；科尔沁沙地植被的生长期为每年的6-10月，其中7月下旬、整个8月以及9月上旬绿色植被达到峰值。

归一化植被指数（NDVI）科尔沁沙地时空变化

我国北方四大沙地（呼伦贝尔沙地、科尔沁沙地、浑善达克沙地、毛乌素沙地）总面积超12万平方千米，该区域是我国农业生产条件最为严酷、生态环境最为脆弱、人地矛盾和人水矛盾最为突出、土沙转换最为频繁，防治难度最大的地区。而绿色植被，正是屹立在这片广袤土地上的最有利的生力军，通过研究历年绿色植被生长变化特点，有助于我们从宏观上认识沙地植被在年、月间的生长变化规律，有利于我们寻找和发现在防沙治沙过程中存在的问题，为防沙治沙工作提供理论依据。

1　研究区概况及数据基础

科尔沁沙地位于我国内蒙古自治区东部，西辽河中下游的赤峰市和通辽市一带，总面积约5万平方千米【1】，沙地的东部及各个河流谷地处多为一年一熟的粮食作物，以春小麦，大豆、玉米、高粱为主；沙地内部以草原沙地锦鸡儿、柳、蒿灌丛、沙生灌丛为主，有少量针茅草原相间其中；沙地西部则多为贝加尔针茅草原，其中夹杂有少量的落叶栎林。（数据来源：中国1：400万全要素基础数据）

GIMMS NOAA/AVHRR NDVI全球植被指数变化数据集由全球总量监测和模拟研究组（Global Inventory Monitoring and Modeling Studies，GIMMS）收集处理。该数据集涵盖自1981至2006年共26年的植被指数数据，采用ALBERS投影，时间分辨率是15天，空间分辨率是8km。每月有上、下半月两个值，每年共24幅图像。GIMMS数据集的处理过程包括校正遥感器灵敏度随时间的变化、太阳高度角、卫星轨道的漂移等影响；消除EL Chichon和Pinatubo火山爆发导致的大气气溶胶的影响。GIMMS-NDVI数据具有时间序列长、覆盖范围广、时空可比性强的植被动态变化表征能力等特点【2、3】，已被广泛应用于全球及区域尺度的植被动态研究之中。

2　绿色植被覆盖状况及生长期分析

使用GIMMS NDVI数据，计算各年份年最大NDVI值，求取多年NDVI的平均值，获得1982-2006年科尔沁沙地多年平均植被覆盖图。

经计算，科尔沁沙地多年平均植被覆盖度约为55%，空间分布表现为：沙地西部是极低、低覆盖度的片状集中分布区；沙地北部是低、中覆盖度分布区；沙地中、东南部是以中、高、极高覆盖度为主的多类型复杂交错区域。

研究认为，在植物越冬后，由黄色变为绿色并恢复生长，即为返青，一个地区半数植被返青的时间点被认为是返青期；同理，当一个地区60%的植被枯黄后，认为枯黄期随之到来。返青期与枯黄期之间的时段，称为绿色植被生长期。所以，当植被覆盖度大于55% *50%=27.5%时，即≥0.31时，我们认为植被的返青期到来。当植被覆盖度小于55%*40%=22%时，即≤0.27时，植被进入枯黄期。通过累年各月NDVI变化图可知，科尔沁沙地在6月下旬迎来植被的返青，7月下旬、整个8月以及9月上旬绿色植被达到峰值，10月中下旬进入枯黄期，沙地植被生长期为每年的6-10月。接下来，通过的分级，逐旬分析科尔沁沙地植被覆盖度的空间演变。

六月上旬，沙地新开河以南，老哈河以东的大片地区返青；六月下旬，沙地的北部、霍林河一带绿色植被覆盖度明显提高。

七月上旬，较之之前，沙地的绿色植被覆盖度有了较为明显的提高，除西南部、西拉木伦河与老哈河之间沙层较厚的区域绿色植被覆盖度低于20%外，其余大部绿色植被覆盖度已达到或已突破40%。七月中旬，植被进入快速生长和迅速展叶的阶段，沙地整体变绿，极高绿色植被覆盖区成片出现，占到总面积的3%，主要分布在西辽河河流沿岸处。七月下旬，沙地植被长势进入巅峰阶段。

八月上旬，西辽河一带的极高绿色植被覆盖区继续扩大，形成沿河流分布的细长条带；但西南部线性沙垄绿色植被盖度仍小于20%的，这片区域在植被长势最好的8月上、中旬仍然裸露地表，说明这里是常年不长植被的裸露沙地的典型代表，这片区域占到沙地总面积的11%。8月中旬是一年中植被状况最好的时候。8月下旬开始，高植被覆盖度的土地面积开始减少，而近几个月持续减少的低覆盖度区域面积开始波动增加，植被生长从巅峰态势进入回落阶段。

九月上旬，西辽河沿岸地区绿色植被盖度明显降低；沙地东部率先出现由植被覆盖高密度区向中密度区的转变；九月中旬至九月下旬，沙地北部、西部、西南部植被几乎全部开始枯黄，绿色植被盖度逐渐向低于40%的方向转变。

十月，沙地逐步进入枯黄期，至十月末，沙地的整体绿色植被盖度已不足15%，沙地完全进入植被枯黄期。

3　1982-2006年来沙地绿色植被的时空变化

从科尔沁沙地植被覆盖度年际变化曲线看，沙地植被极低覆盖区（Pv＜20%）占全区不到2%的面积，近八成的土地都属于中、高植被覆盖度区域（40%＜Pv＜80%）。从各年变化来看，2002年以后，年植被覆盖度均超过60%。2003年出现植被覆盖度最大值，是绿色植被生长的旺盛年，1982年植被覆盖度最小，也是生长枯年。

通过趋势线分析，1982-2006的25年间，科尔沁沙地年植被覆盖度呈现明显增长，这与通过MODISNDVI数据得出的结论相一致【13】。由20世纪80年代初的46%增长到2000年后的63%，每年植被覆盖度增长约0.6个百分点，且呈持续增长状态。

我们选取NDVI值最小的1982-1987年，以及NDVI最大的2002-2006年的科尔沁沙地年NDVI，通过栅格计算器，分析25年来沙地植被覆盖的空间变化状况。

分析可知，科尔沁沙地，整体呈现植被覆盖度的增长和显著增长，但植被覆盖度显著衰退和衰退的区域分别占到区域总面积的1.88%和11.31%。其中教来河，西辽河、新开河一带沙漠化变动较为频繁的区域，植被覆盖度不断提高；沙地西部、西北部，本就处于极低、低植被覆盖的区域（图2），植被仍出现衰退或显著衰退现象，沙漠化程度不断加剧，情况不容乐观。此外，沙地北部，霍林河沿岸区域，处于低、中植被覆盖区，多年来植被覆盖度出现衰退或显著衰退，虽原有植被覆盖度较高（图2），但日益严重的植被衰退，仍需要引起高度重视。裘善文认为，老哈河上游的红山水库，霍林河西段的向海水库等，这些在半干旱、半湿润地区的大河上游修建的大型水库，会致使河床干涸，河漫滩暴露【14】。这或许是导致绿色植被覆盖度显著衰退的潜在因素。

4　结论

（1）科尔沁沙地多年平均植被覆盖度约为55%，空间表现为沙地中、东部植被覆盖度高于西、北部。

（2）科尔沁沙地的植被生长期为每年的6-10月，其中7月下旬、整个8月以及9月上旬绿色植被达到峰值。

（3）25年来，沙地年植被覆盖度由20世纪80年代初的46%增长到2000年后的63%，每年植被覆盖度增长约0.6个百分点，且呈持续增长状态。

（4）25年来，沙地整体呈现植被覆盖度的增长和显著增长，但植被覆盖度显著衰退和衰退的区域分别占到区域总面积的1.88%和11.31%。

致谢：感谢吴霜叶教授、曾晓勇副教授、曾琳先生等的帮助。本研究得到了库姆塔格沙漠科学综合考察项目（2012FY111700）、戈壁生态系统地质本底调查和中国沙漠沙地志编写项目的联合资助。

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［3］Beck，P.S.A.，Satellite observations of high northern latitude vegetation productivity changes between 1982 and 2008：ecological variability and regional differences.Environmental Research Letters，2011.6：p.045501.

［4］Chen，P.Y.，et al.，Evaluating different NDVI composite techniques using NOAA-14 AVHRR data.International Journal of Remote Sensing，2003.24（17）：p.3403-3412.

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P631［文献码］ B

1000-405X（2016）-8-289-3