APP下载

玛纳斯河流域植被覆盖度随地形因子的变化特征*

2018-12-12徐丽萍李晓蕾

中国农业气象 2018年12期
关键词:玛纳斯覆盖度坡度

位 宏,徐丽萍**,李晓蕾,薛 凯



玛纳斯河流域植被覆盖度随地形因子的变化特征*

位 宏1,徐丽萍1**,李晓蕾1,薛 凯2,3

(1.石河子大学理学院,石河子 832003;2.南京师范大学地理科学学院,南京 210023;3.虚拟地理环境教育部重点实验室,南京 210023)

基于2000−2016年MODIS NDVI数据,利用像元二分模型和ArcGIS空间分析功能对玛纳斯河流域植被覆盖度分布格局及动态变化特征进行研究,并分析植被覆盖度变化在高程、坡度和坡向上的空间分布差异。结果表明:(1)玛纳斯河流域以低等级植被覆盖为主,高等级植被覆盖面积显著增加,其它各等级面积波动较小,研究期内植被覆盖改善的面积比例(31.17%)远大于退化的面积比例(16.1%),研究区总体植被覆盖度增加,生态环境有所好转。(2)在海拔<800m,坡度<8°区域内,植被覆盖度明显改善,植被显著退化区主要分布在海拔1300−3400m,坡度>25°区域内,植被覆盖度未发生变化的区域主要集中在海拔>3600m范围内。(3)当海拔>2100m时,植被覆盖度随海拔增加呈现持续减少的趋势,海拔低于2100m的地带,植被覆盖度随海拔增加波动较大。(4)随着坡度的增加,植被覆盖度呈逐渐减小的趋势,全流域0−5°坡度范围内植被覆盖度最大(42.69%)。(5)在各坡向上,植被覆盖度差异不明显。流域内平地上的植被覆盖度最大(44.21%);阴坡的植被覆盖度优于阳坡,植被变化趋势除在平地区域较显著外,其余坡向间差异不大。

植被覆盖度;地形因子;像元二分模型;玛纳斯河流域

植被覆盖度是表征陆表植被分布特征和反映生态环境质量的重要指标之一,对全球的气候和环境变化具有重要的指示作用[1]。它不仅能反映自然环境的时空差异和演变过程,也是影响地球系统能量平衡的重要因子。植被覆盖度对水土保持、水源保护、改善局部小气候、大气污染防治等一系列生态过程具有重要意义[2]。当前国内外学者倾向于利用遥感手段提取植被覆盖度,其中利用植被指数与像元二分模型相结合的植被覆盖度遥感估算法更是得到了广泛应用[3−5]。归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)因其对地表植被生长状况的强敏感性,被认为是监测区域植被和生态环境变化的有效指标,在区域和全球范围内的土地覆被情况监测、生态质量评价、景观格局分析等研究中得到了良好的应用[6]。因此,本研究选用NDVI数据进行植被覆盖度的估算。

当前关于植被覆盖度方面的研究主要集中在两个方面,一是区域植被覆盖度时空变化及动态监测研究[7−8],另一个就是植被覆盖度与自然人文因素间的相关关系研究[9−10],但是从地形因子的角度探讨植被覆盖度的地形分异及变化特征的研究报道尚且不多。植被覆盖度不仅受温度、降水等自然因素的制约,坡度、坡向、高程等地形因子对植被覆盖度变化的影响同样不可忽视[11]。玛纳斯河流域地处新疆天山北麓经济带的核心区,是中国典型的内陆干旱生态脆弱区,流域地形因子复杂,地貌类型多样,植被分布呈现出明显的垂直地带性特征[12],受高程、坡度等地形因子的影响显著。当前对该区域的研究主要集中在植被覆盖度动态变化及其对气象因子的响应上[13−14],关于植被覆盖度与地形因子之间相关性的研究相对薄弱。本研究以2000−2016年MODIS NDVI数据为基础,辅以数字高程模型数据(DEM),利用GIS及相关统计方法,研究17a来玛纳斯河流域植被覆盖度的时空变化特征,探讨地形因子对植被覆盖度的影响机制,旨在为该区域环境修复、生态文明建设提供科学基础和理论依据。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

玛纳斯河流域位于新疆天山北麓、准噶尔盆地南缘,行政区划包括石河子市、玛纳斯、沙湾两县,分布在两县境内的新疆生产建设兵团农八师和农六师的农牧团场以及和布克赛尔蒙古自治县、和静县和克拉玛依市的部分地区。地理坐标43°27′−45°21′N、85°01′−86°32′E,海拔介于170−5258m,流域总面积为3.41×104km2。地貌由南向北依次为高山冰川、森林、草甸、干草原和荒漠草原,景观垂直分异特征明显。流域地处亚欧大陆腹地,远离海洋,气候干燥,属典型的温带大陆性气候,夏季炎热干燥,冬季寒冷多风,多年平均气温为6.8℃,年降水量110~200mm,年蒸发量1700~2200mm[15]。流域内农田灌溉主要靠天山冰雪融水汇集的河流径流水。目前该流域己成为新疆最大的绿洲农耕区和中国第四大灌溉农业区,也是新疆水资源利用效率较高的灌区[16]。流域内有塔西河、玛纳斯河、宁家河等共7条独立水系,其中玛纳斯河是径流量最大,流程最长的河流。

1.2 数据来源与处理

MODIS NDVI数据采用美国国家航空航天局地球观测系统(http://ecocast.arc.nasa.gov/)下载的MOD13Q1级植被指数产品,空间分辨率250m,时间分辨率为16d,数据期限2000年2月−2016年12月,每年23景影像,共388期影像。利用MRT (MODIS Reprojection Tool)软件对影像进行批量拼接、投影、格式转换等预处理。然后以研究区矢量边界掩膜裁剪,生成玛纳斯河流域2000−2016年NDVI影像数据集。采用国际通用的最大值合成法(MVC)排除云和大气的干扰得到逐月NDVI产品。为了更好地反映年植被覆盖情况并消除异常数据的干扰,采用2000−2016年研究区生长季(5−10月)内植被覆盖度均值与地形因子叠加,探究植被覆盖度随地形因子的变化特征。

DEM数据来源于美国航天局(NASA)与日本经济产业省(METI)共同推出的ASTER GDEM数据。数据投影为UTM,WGS84坐标系,分辨率为30m×30m。

1.3 研究方法

1.3.1 植被覆盖度

像元二分模型是一种基于线性像元分解模型的植被覆盖度计算方法,因其对影像辐射校正影响不敏感,计算简便,而被广泛应用。它假设每个像元的NDVI值由纯植被成分信息及纯土壤成分信息构成,该像元的NDVI值是两部分植被指数值的加权平均和[17]。即

式中,NDVI为像元NDVI,NDVIV为纯植被覆盖部分NDVI,NDVIS为纯土壤部分的NDVI,fc为植被覆盖度。

根据式(1),植被覆盖度fc的计算式为

理论上,纯土壤部分的NDVIS值应该接近0,纯植被覆盖部分NDVIV值应该接近1。但实际上由于大气、湿度以及太阳光照等因素的影响,NDVIS的值在−0.1~0.2区间波动[18]。对于纯植被覆盖像元,植被覆盖类型及其构成、植被的空间分布和植被生长的季相都会造成NDVIV值的差异,已有研究对NDVIv和NDVIS的取值方法也不尽相同[19]。本研究在实际计算过程中,先逐像元提取每个单元格中的NDVI值并计算其频率累积值,取累积百分比0.5%作为纯土壤像元值NDVIS,99.5%的为纯植被像元值NDVIV[20]。

参考《土壤侵蚀分级标准》中的植被覆盖度等级划分标准,并结合研究区的实际植被覆盖情况,将玛纳斯河流域植被覆盖度划分为5个等级:Ⅰ级为低植被覆盖(fc<30%),Ⅱ级为中低植被覆盖(30%≤fc<45%),Ⅲ级为中等植被覆盖(45%≤fc<60%),Ⅳ级为中高植被覆盖(60%≤fc<75%),Ⅴ级为高植被覆盖(fc≥75%)。为了分析研究期内植被覆盖度的动态变化规律,将2000年与2016年的植被覆盖度栅格图进行差值计算,参考张诗羽等[21]的研究,将差值计算结果d划分为7级,即严重退化区(d<−30百分点)、中等退化区(−30百分点≤d<−10百分点)、轻微退化区(−10百分点≤d<−5百分点)、稳定区(−5百分点≤d<5百分点)、轻微改善区(5百分点≤d<10百分点)、中等改善区(10百分点≤d<30百分点)和显著改善区(d>30百分点)。

1.3.2 地形因子的提取

利用ArcGIS10.3软件对玛纳斯河流域DEM数据镶嵌剪裁后,提取研究区的高程、坡度、坡向等地形因子并划分等级(图1)。

(1)高程:据统计,玛纳斯河流域70%左右面积的高程<1000m,最大高程5258m,相对高差5088m,为了更好地表现高程对植被覆盖度的影响,以100m为间距将研究区高程进行等级划分,统计各高程等级内所有栅格上植被覆盖度平均值的变化情况。

图1 玛纳斯河流域地形图

(2)坡度:研究区坡度范围为0−87.5°,借鉴水土保持工作中普遍采用的8°作为缓坡和斜坡这一分级标准[22],并参考《水土保持综合治理规划通则》规范,将分级标准定为0−5°、5°−8°、8−15°、15−25°、25−35°、>35°共6级。

(3)坡向:参考相关研究[23],以正北方向为0°,22.5°为步长,将研究区分为平地(−1°),北(0−22.5°,337.5°−360°),东北(22.5°−67.5°),东(67.5°−112.5°),东南(112.5°−157.5°),南(157.5°−202.5°),西南(202.5°−247.5°),西(247.5°−292.5°),西北(292.5°− 337.5°)9个坡向带,通常将北坡、东北坡称为阴坡;西北坡、东坡称为半阴坡;将南坡、西南坡称为阳坡;东南坡、西坡称为半阳坡。各等级地形因子划分情况见表1。

将各地形因子专题图与植被覆盖度等级图进行空间叠加分析,统计各级地形因子上对应的平均植被覆盖度及其面积比例,并分析不同植被覆盖度随地形因子等级变化的特征。

表1 研究区内各地形因子分级及其面积比例

2 结果与分析

2.1 玛纳斯河流域植被覆盖度时空变化

2.1.1 时间变化

由图2可见,2000−2016年玛纳斯河流域以低植被覆盖等级为主,高等级植被覆盖面积显著增加,其它各等级面积比例均有不同程度的减少。低植被覆盖等级面积比例在38.28%~53.70%之间波动,2000年其面积比例最大(53.70%),2010年达到最低值(38.28%),其变化趋势大体可以分为两个阶段:2000− 2010年波动下降,2010−2016年波动上升,但总体呈下降趋势;中低植被覆盖等级面积变化平稳,2001年达到最大值(15.87%),2014年达到最小值(9.72%);中等植被覆盖等级和中高植被覆盖等级的面积变化波动都很小,中等植被覆盖等级面积比例在8.52%~14.77%之间波动,中高植被覆盖等级面积比例在9.91%~15.52%之间波动;高等级植被覆盖面积比例波动幅度较大,在2003、2005、2014年出现峰值,最大值出现在2014年(24.94%)。总体来看,玛纳斯河流域植被覆盖度呈上升趋势,生态环境有所好转。

2.1.2 空间变化

研究区内各植被覆盖等级在空间分布上表现出一定的规律性(图3)。低植被覆盖区主要分布在研究区北部及南部高海拔山区,这一区域地表多为裸土或冰川永久积雪,植被覆盖度低,受自然环境的限制,其植被覆盖并未发生明显改善;中低植被覆盖区主要分布在流域中南部,土地利用以草地为主,部分区域植被覆盖度有轻微改善的趋势,但总体变化还是以稳定为主;中等植被覆盖区域分布较零散,大多围绕中高植被覆盖区域分布;中高植被覆盖区和高植被覆盖区分布较集中,主要分布在流域中部及中南部,土地利用方式以耕地和林地为主,二者的分布态势呈“嵌套”式,中高植被覆盖区环绕分布在高植被覆盖区周围。研究区植被覆盖度明显改善区主要分布在流域中部农耕区,主要是由于中等植被覆盖等级和中高植被覆盖等级转化为了高植被覆盖等级,明显退化区域主要分布在流域南部。全区52.73%的面积植被覆盖度无明显变化,植被覆盖退化的总面积所占比例为16.1%,植被覆盖改善的总面积所占比例为31.17%,说明研究区总体植被覆盖度增加,这与流域内不断推进生态保护及退耕还林等政策的实施密不可分;但植被覆盖度仍有一定的波动,可能与气候、自然灾害等有关。

图2 2000−2016年玛纳斯河流域各等级植被覆盖度的年际变化

注:Ⅰ为低植被覆盖(fc<30%),Ⅱ为中低植被覆盖(30%≤fc<45%),Ⅲ为中等植被覆盖(45%≤fc<60%),Ⅳ为中高植被覆盖(60%≤fc<75%),Ⅴ为高植被覆盖(fc≥75%)。下同。

Note: I is low vegetation coverage level(fc<30%), II is low to medium vegetation coverage level (30%≤fc<45%), III is medium vegetation coverage level (45%≤fc<60%), IV is medium to high vegetation coverage level (60%≤fc<75%), and V is high vegetation coverage level (fc≥75%).The same as below.

图3 2000年和2016年研究区植被覆盖分布及空间演变

注:(c)图为按2016年与2000年各像元植被覆盖度差值(d,个百分点)的分类结果,d<−30为严重退化区、−30≤d<−10为中等退化区、−10≤d<−5为轻微退化区、−5≤d<5为稳定区、5≤d<10为轻微改善区、10≤d<30为中等改善区,d>30为显著改善区。下同。

Note:The figure (c) shows the results of classification by pixel vegetation coverage difference (d, percentage points) between 2016 and 2000, d<−30 is a serious degradation area, −3030 is a significant improvement area. The same as below.

2.2 玛纳斯河流域植被覆盖度随地形的变化

2.2.1 随高程变化

由图4可见,全流域植被覆盖度随着栅格高程的变化表现出一定的特点,在400−600m和1300−2900m高程范围内植被覆盖度较高,均超过50%,其中2000−2100m区域植被覆盖度最大,达到74.57%,而其余高程范围内植被覆盖度相对较小。从变化过程看,在200−300m区域植被覆盖度较低,仅23.62%,

图4 2000−2016年各高程范围平均植被覆盖度值的变化

随着海拔的增加植被覆盖度急剧升高,海拔500−800m区域植被覆盖度随海拔升高迅速下降,海拔800−2100m范围内随海拔升高植被覆盖度缓慢提升,海拔超过2100m后植被覆盖度又随海拔升高持续下降,在海拔最高处(5100−5200m)植被覆盖度最低,仅1.18%。

从各海拔等级内植被变化类型所占的面积百分比来看(图5),不同海拔范围内,植被变化情况较复杂。植被改善区域的比例在300−800m海拔范围内最大(约50%),其余各海拔区段内所占比例较小,表明在海拔较低(<800m)处,植被改善情况较好,植被退化区域的比例在1300−3400m海拔范围内最大,均超过50%,随着海拔的升高,植被不变类型的比例开始持续上升。

导致上述变化的原因是,海拔200−300m位于流域北部的裸土区,土地覆被类型多为戈壁滩或荒漠,仅零星分布少量草本植物,因此,这一海拔高程内植被覆盖度较低,植被改善状况也不明显;海拔400−700m是玛纳斯县、石河子市及沙湾县的城市建成区和农业耕作区,是流域内人类活动的主要聚集地,耕地扩张和城市化建设等人为活动致使这一区域植被覆盖度明显改善,因此,这一海拔范围内植被覆盖度明显高于周围地区;当海拔>700m时,随着海拔的增高,越靠近流域上游水源区,水资源越多,植被覆盖度逐渐增加;海拔1800−2200m主要位于山前平原带,山区冰雪融水主要汇聚于此,水资源丰富,热量和水分都适合植被生长,地表植被主要为生长茂密的草地和林地,所以全区植被覆盖度在这一海拔范围内最高,植被覆盖度超过70%;当海拔高度>2200m时,随着海拔的继续抬升,温度明显降低,降雨量减少,植被生长所必须的热量和水分条件受到限制,植被覆盖度逐渐下降[24]。

图5 2016年与2000年相比各高程等级上植被变化情况统计

2.2.2 随坡度变化

坡度能反映地表的倾斜程度,直接影响地表的物质转换与能量流动,在一定程度上也影响地表植被的分布[25]。由研究区坡度与植被覆盖度的空间叠加分析结果可知(图6),玛纳斯河流域70%以上的坡度都在0−5°之间,地势相对平坦,起伏不大。整个流域在0−5°坡度范围内植被覆盖度最大,达到42.69%,随着坡度的增加,植被覆盖度呈逐渐减小的趋势,但是在15°−25°区域内的植被覆盖度(40.86%)稍大于8°−15°区域(40.73%)。

图6 2000−2016年各坡度范围平均植被覆盖度的变化

不同坡度范围内,植被覆盖度以不变为主(图7)。总体上,植被改善的区域面积随着坡度增加而逐渐减少,植被退化类型区域面积则随着坡度增加而逐渐增加。其中,植被退化类型在25°−35°区域面积比例最大,为47.74%,在0−5°坡度范围内最小,为7.64%;各坡度等级内,植被不变类型比例均在47%左右;植被改善类型面积所占比例在8.64%~45.97%范围波动,在0−5°坡度范围内最大,在25°−35°区域面积比例最小。综合来看,玛纳斯河流域植被覆盖度明显改善区域主要位于0−8°坡度范围内,明显退化区域主要位于坡度>25°范围内。

图7 2016年与2000年相比各坡度等级上植被变化情况统计

导致这种变化的原因主要是由于在0−15°范围内,地表坡度相对较小,地势较平坦,人类活动频繁,城市化建设及耕地扩张等一系列活动致使该区域植被覆盖度较高,植被覆盖度改善明显;坡度15°−25°的地区靠近流域山前平原区,水资源丰富,多为植被生长茂密的林地,植被覆盖度也较高,但是由于人类活动的影响,植被覆盖度稍有退化;坡度在>25°范围内,这一区域的地势已不再平坦,且海拔较高,过于陡峭的地形使得降雨无法保存,土壤养分也易流失,植被生长受限,因此植被覆盖度随坡度的继续增加而逐渐降低。另一方面,不同坡度上水热因素的分配也存在差异,坡度大的区域积温较少,单位面积上的平均降水量也小;同时不同坡度的土地持水性也不同,坡度越小的区域水分越容易被土壤吸收,坡度越高降水越容易流失。因此植被覆盖随着坡度的升高而减小[26]。

2.2.3 随坡向变化

坡向表示了每一个栅格高程值变化量的改变方向,不同坡向地表所接收到的太阳辐射能量和土壤水分含量差异很大,进而决定了地表植被的分布态势[27]。由图8可知,不同坡向上的植被覆盖度差异不明显。平地上的植被覆盖度最大,达到44.21%;西南坡向上的植被覆盖度最小,为39.06%,各个坡向上的植被覆盖度均值总体表现为平地>阴坡(北、东北)>半阴坡(东、西北)>半阳坡(东南、西)>阳坡(南、西南)。

不同坡向上,植被覆盖度变化特征以不变类型为主(图9),其面积所占比例均在45%左右。植被改善类型的面积比例在平地上最高,为46.21%,其余坡向间差异不大,植被退化类型的面积比例在平地上最低,为11.72%,其余坡向间差异不大。各个坡向上,植被改善的面积比例均大于植被退化的面积比例,这也说明研究期内植被覆盖度总体呈增加趋势。

导致这种分布差异的原因是坡向通过影响各个坡面接受的太阳辐射以及水、热、光、土等自然资源,阳坡接受的太阳辐射总量要高于阴坡[28],在干旱半干旱地区,过高的太阳辐射反而抑制了植物的光合速率,同时也加速了地表水分的蒸散发,因此,阴坡的植被覆盖度优于阳坡。

图8 2000−2016年各坡向范围平均植被覆盖度的变化

图9 2016年与2000年相比各种坡向上植被变化情况统计

3 结论与讨论

3.1 结论

(1)2000−2016年,玛纳斯河流域以低植被覆盖等级为主,其面积所占比例在39.72%~53.02%范围波动,低植被覆盖等级面积减少了11.08%,高植被覆盖等级面积增幅最大,其它各等级植被覆盖变化幅度较小;空间分布上,植被覆盖显著改善区主要分布在研究区中部农耕区,植被退化较显著区主要分布在流域南部,研究区超过50%的面积(52.73%)植被覆盖度没有发生明显改善,植被覆盖度改善的总面积(31.17%)远大于植被覆盖度退化的总面积(16.1%),说明研究区总体植被覆盖度增加,生态环境有所改善。

(2)玛纳斯河流域植被覆盖度随高程的增加呈现先升高后下降然后缓慢抬升,到达最高点后开始持续下降的趋势,共出现2次峰值,植被覆盖度最大值出现在2000−2100m高度范围内,达到74.57%。在海拔低于2100m的地带,植被覆盖度随海拔增加变化较复杂,当海拔>2100m时,植被覆盖度随海拔增加呈现持续减少的趋势。植被覆盖度明显改善区主要分布在海拔300−800m的范围内,显著退化区主要分布在海拔1300−3400m的范围内,植被覆盖度不变类型主要集中在海拔3600m以上。

(3)整个流域在0−5°坡度范围内植被覆盖度最大,达到42.69%,随着坡度的增加,植被覆盖度呈逐渐减小的趋势。在植被覆盖度变化上,不同坡度范围内,植被覆盖度均以不变为主,植被覆盖度明显改善区域主要位于0−8°内,明显退化区域主要位于坡度>25°范围内。

(4)各坡向等级间植被覆盖度分布差异不明显,平地上的植被覆盖度最大(44.21%);西南坡向上的植被覆盖度最小,为39.06%。植被覆盖度变化在各坡向间差异不大,各坡向上植被覆盖度变化特征均以不变类型为主。总的来说,平地的植被覆盖度最高,阴坡的植被覆盖度优于阳坡。

3.2 讨论

本研究采用遥感和GIS技术相结合的方法分析了玛纳斯河流域植被覆盖度随地形要素的分布特征及变化规律,与传统的实地考察监测方法相比更具有时效性,也提高了效率[29]。但是像元二分模型作为当前反演植被覆盖度的主流模型,其根据影像 NDVI灰度分布,以置信度截取上下限阈值来近似代替纯植被像元和非植被像元信息具有一定的局限性,虽然反演结果精度检验符合要求,但植被覆盖度估算值与实测值间仍有一定的误差,如何进一步提高模型的反演精度仍待进一步研究。

本研究结果发现地形因子与植被覆盖度之间并不是单一的线性关系,植被覆盖度随各地形因子的变化也并非是单一的变化趋势,各地形因子对植被覆盖度的作用程度也不尽相同。各地形因子对植被覆盖度的影响并不是单独作用的,它们对植被覆盖度的影响是一个复杂的综合过程,这与蔡宏等[22]对赤水河流域的研究结果相一致。玛纳斯河流域地形复杂,地貌类型多样,其植被覆盖度的时空变化不仅与地形要素有关,还受自然因素、人文因素等的共同制约[3],本研究仅从地形角度探讨了其与植被覆盖度变化的相互关系,在以后的研究中,还可从其它角度进一步探讨。比如植被覆盖度对气象因子的响应;更长时间序列的植被覆盖度时空变化特征,植被覆盖度变化的驱动因素分析等。

[1] 张启霖,殷红,纪瑞鹏,等.基于NDVI-LST模型对辽宁月尺度土壤水分的反演[J].中国农业气象,2017,38(11):720-728.Zhang Q L,Yin H,Ji R P,et al.Retrieving on monthly soil moisture in Liaoning province based on NDVI-LST module[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2017,38(11):720-728.(in Chinese)

[2] 周伟,刚成诚,李建龙,等.1982-2010年中国草地覆盖度的时空动态及其对气候变化的响应[J].地理学报,2014,69(1):15-30.Zhou W,Gang C C,Li J L,et al.Spatial-temporal dynamics of grassland coverage and its response to climate change in China during 1982-2010[J].Acta Geographica Sinica,2014,69(1):15-30.(in Chinese)

[3] 张学玲,张莹,牛德奎,等.基于TM NDVI的武功山山地草甸植被覆盖度时空变化研究[J].生态学报,2018,38(7):2414-2424.Zhang X L,Zhang Y,Niu D K,et al.Spatial-temporal dynamics of upland meadow coverage on Wugong Mountain based on TM NDVI[J].Acta Ecologica Sinica,2018,38(7):2414-2424.(in Chinese)

[4] 滑永春,李增元,高志海.2001年以来甘肃民勤植被覆盖变化分析[J].干旱区研究,2017,34(2):337-343.Hua Y C,Li Z Y,Gao Z H.Variation of vegetation coverage in Minqin county since 2001[J].Arid Zone Research,2017,34(2):337-343.(in Chinese)

[5] Shaojie M U,Yang H,Jianlong L I,et al.Spatio-temporal dyn- amics of vegetation coverage and its relationship with climate factors in Inner Mongolia,China[J].Journal of Geographical Sciences,2013,23(2):231-246.

[6] 王静,周伟奇,许开鹏,等.京津冀地区城市化对植被覆盖度及景观格局的影响[J].生态学报,2017,37(21):7019-7029.Wang J,Zhou W Q,Xu K P,et al.Spatiotemporal pattern of vegetation cover and its relationship with urbanization in Beijing-Tianjin-Hebei megaregion from 2000 to 2010[J].Acta Ecologica Sinca,2017,37(21):7019-7029.(in Chinese)

[7] 马琳雅,崔霞,冯琦胜,等.2001-2011年甘南草地植被覆盖度动态变化分析[J].草业学报,2014,23(4):1-9.Ma L Y,Cui X,Feng Q S,et al.Dynamic changes of grassland vegetation coverage from 2001to 2011in Gannan prefecture[J].Acta Prataculturae Sinica,2014,23(4):1-9.(in Chinese)

[8] Luo J H,Li X C,Ma R H.Applying remote sensing techniques to monitoring seasonal and interannual changes of aquatic vegetation in Taihu lake,China[J].Ecological Indicators,2016,60:503-513.

[9] 吴喜芳,李改欣,潘学鹏,等.黄河源区植被覆盖度对气温和降水的响应研究[J].资源科学,2015,37(3):512-521.Wu X F,Li G X,Pan X P,et al.Response of vegetation cover to temperature and precipitation in the source region of the Yellow River[J].Resources Science,2015,37(3):512-521.(in Chinese)

[10]赵丽红,王屏,欧阳勋志,等.南昌市植被覆盖度时空演变及其对非气候因素的响应[J].生态学报,2016,36(12):3723-3733.Zhao L H,Wang P,Ouyang X Z,et al.An analysis of the spatio-temporal variation in fractional vegetation cover and its relationship with non-climate factors in Nanchang City,China[J].Acta Ecologica Sinica,2016,36(12):3723-3733.(in Chinese)

[11]陈艳英,唐云辉,张建平,等.基于MODIS的重庆市植被指数对地形的响应[J].中国农业气象,2012,33(4):587-594.Chen Y Y,Tang Y H,Zhang J P,et al.Response of vegetation index based on MODIS to topographic factors in Chongqing[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2012,33(4):587-594.(in Chinese)

[12]梁二敏,张军民,杨卫红.新疆玛纳斯河流域绿洲景观生态脆弱性时空分异[J].干旱区研究,2017,34(4):950-957.Liang E M,Zhang J M,Yang W H.Spatiotemporal variation of landscape ecological vulnerability in oasis in the Manas River Basin,Xinjiang[J].Arid Zone Research,2017,34(4):950-957.(in Chinese)

[13]王丽春,焦黎,来风兵.基于NDVI的新疆玛纳斯湖湿地植被覆盖度变化研究[J].冰川冻土,2018,40(1):176-185.Wang L C,Jiao L,Lai F B.The vegetation coverage change based on NDVI of the wetland by Manas Lake,Xinjiang[J].Journal of Glaciology and Geocryology,2018,40(1):176-185.(in Chinese)

[14]贾青芝,郭鹏,马秀秀,等.近20年玛纳斯河流域南山山区植被覆盖的遥感动态变化监测[J].湖北农业科学,2016,55(5):1121-1125.Jia Q Z,Guo P,Ma X X,et al.Dynamic monitoring of vegetation change in south mountain of Manas River Basin in recent 20 years relying on remote sensing[J].Hubei Agricultural Sciences,2016,55(5):1121-1125.(in Chinese)

[15]刘金巍,靳甜甜,刘国华,等.新疆玛纳斯河流域2000-2010年土地利用/覆盖变化及影响因素[J].生态学报,2014,34(2):3211-3223.Liu J W,Jin T T,Liu G H,et al.Analysis of land use/cover change from 2000 to 2010 and its driving forces in Manas River Basin,Xinjiang[J].Acta Ecologica Sinca,2014,34(2):3211-3223.(in Chinese)

[16]冯异星,罗格平,周德成,等.近50a土地利用变化对干旱区典型流域景观格局的影响:以新疆玛纳斯河流域为例[J].生态学报,2010,30(16):4295-4305.Feng Y X,Luo G P,Zhou D C,et al.Effects of land use change on landscape pattern of a typical arid watershed in the recent 50 years:a case study on Manas River Watershed in Xinjiang[J].Acta Ecologica Sinca,2010,30(16):4295-4305.(in Chinese)

[17]Shuang X U,Shen R P,Yang X Y.A comparative study of different vegetation indices for estimating vegetation coverage based on the dimidiate pixel model[J].Remote Sensing for Land & Resources,2012,24(4):95-100.

[18]朱林富,谢世友,杨华,等.基于MODIS EVI的重庆植被覆盖变化的地形效应[J].自然资源学报,2017,32(12):2023-2033.Zhu L F,Xie S Y,Yang H,et al.The response of dynamic change in vegetation coverage to topography in Chongqing based on MODIS EVI[J].Journal of Natural Resources,2017,32(12): 2023-2033.(in Chinese)

[19]张宇婷,张振飞,张志.新疆大南湖荒漠区1992-2014年间植被覆盖度遥感研究[J].国土资源遥感,2018,30(1):187-195.Zhang Y T,Zhang Z F,Zhang Z.Remote sensing study of vegetation coverage during the period 1992-2014 in Dananhu desert area,Xinjiang[J].Remote Sensing for Land & Resources,2018,30(1):187-195.(in Chinese)

[20]刘宪锋,杨勇,任志远,等.2000-2009年黄土高原地区植被覆盖度时空变化[J].中国沙漠,2013,33(4):1244-1249.Liu X F,Yang Y,Ren Z Y,et al.Changes of vegetation coverage in the Loess Plateau in 2000-2009[J].Journal of Desert Research,2013,33(4):1244-1249.(in Chinese)

[21]张诗羽,张毅,王昌全,等.岷江上游流域植被覆盖度及其与地形因子的相关性[J].水土保持通报,2018,38(1):69-75.Zhang S Y,Zhang Y,Wang C Q,et al.Vegetation coverage and its correlation with topographic factors in upstream watershed of Minjiang River[J].Bulletin of Soil and Water Conservation,2018,38(1):69-75.(in Chinese)

[22]蔡宏,何政伟,安艳玲,等.基于RS和GIS的赤水河流域植被覆盖度与各地形因子的相关强度研究[J].地球与环境,2014,42(4):518-524.Cai H,He Z W,An Y L,et al.Correlation intensity of vegeta- tion coverage and topographic factors in Chishui watershed based on RS and GIS[J].Earth and Environment,2014,42(4):518-524.(in Chinese)

[23]汤巧英,戚德辉,宋立旺,等.基于GIS和RS的延河流域植被覆盖度与地形因子的相关性研究[J].水土保持研究,2017,24(4):198-203.Tang Q Y,Qi D H,Song L W,et al.Correlation of vegetation coverage and topographic factors in Yanhe River Basin based on GIS and RS[J].Research of Soil and Water Conservation,2017,24(4):198-203.(in Chinese)

[24]卢燕宇,田红,侯恩兵,等.实际地形下地表太阳总辐射的简化算法及应用[J].中国农业气象,2017,38(7):397-406.Lu Y Y,Tian H,Hou E B,et al.A simplified calculation method of surface solar radiation over rugged terrains:the procedure and its application in Anhui Province[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 2017,38(7):397-406.(in Chinese)

[25]Ye W M,Qi Z Y,Chen B,et al.Mechanism of cultivation soil degradation in rocky desertification areas under dry/wet cycles[J].Environmental Earth Sciences,2011,64(1):269-276.

[26]程圣东,李占斌,鲁克新,等.文安驿流域植被覆盖度时空分异及其与地貌因子关系研究[J].西安理工大学学报,2011,27(2):145-150.Cheng S D,Li Z B,Lu K X,et al.Spatio-temporal variations in vegetation coverage and correlation with geomorphologic factors in Wenanyi watershed[J].Journal of Xi’an University of Technology,2011,27(2):145-150.(in Chinese)

[27]闫明,刘鹏举,蒋育昊,等.基于DEM与太阳辐射的北京市山地坡向提取方法研究[J].北京林业大学学报,2018,40(1):67-73.Yan M,Liu P J,Jiang Y H,et al.Extraction method of slope aspect based on DEM and solar radiation in mountain area of Beijing[J].Journal of Beijing Forestry University,2018,40(1):67-73.(in Chinese)

[28]党晶晶,赵成章,李钰,等.祁连山高寒草地甘肃臭草叶性状与坡向间的关系[J].植物生态学报,2015,39(1):23-31.Dang J J,Zhao C Z,Li Y,et al.Relationship between leaf traits ofand slope aspects in alpine grassland of Qilian Mountains,China[J].Chinese Journal of Plant Ecology,2015,39(1):23-31.(in Chinese)

[29]刘尧文,沙晋明.基于Landsat影像的多时相植被覆盖度与地形因子关系研究:以平潭岛为例[J].福建师范大学学报(自然科学版),2016,32(4):89-98. |Liu Y W,Sha J M.Multi-temporal vegetation coverage in relation to topographic factors:based on landsat data in Pingtan Island[J].Journal of Fujian Normal University(Natural Science Edition),2016,32(4):89-98.(in Chinese)

Variation Characteristics of Vegetation Coverage Based on Terrain Factors in the Manas River Basin

WEI Hong1, XU Li-ping1, LI Xiao-lei1, XUE Kai2,3

(1.College of Science, Shihezi University, Shihezi 832003, China; 2.School of Geography Science, Nanjing Normal University, Nanjing, 210023; 3. Key Laboratory of Virtual Geographical Environment, Nanjing 210023)

Based on MODIS NDVI data from 2000 to 2016, the distribution pattern and dynamic change characteristics of vegetation coverage in the Manas River Basin of Xinjiang were studied by using the dimidiate pixel model and the spatial analysis of ArcGIS, and the spatial distribution differences of vegetation cover change in elevation, slope and aspect were analyzed. The results showed that: (1) the Manas River Basin was dominated by low vegetation cover, the area of high-level vegetation coverage was significantly increased, and the other levels were less volatile. The area ratio of vegetation cover improvement (31.17%) was much larger than the proportion of degraded area (16.1%) during the study period, the overall vegetation coverage of the study area increased, and the ecological environment improved. (2)In the area of elevation <800m and slope <8°, the vegetation coverage was obviously improved. The vegetation significantly degraded areas were mainly distributed in the elevation of 1300−3400m, the slope was >25°, and the area where the vegetation coverage had not changed was mainly concentrated in the elevation > 3600m. (3)When the elevation was >2100m, the vegetation coverage tended to decrease with the increase of elevation. In the area below 2100m, the vegetation coverage fluctuated greatly with the increase of elevation. (4)With the increase of slope, the vegetation coverage gradually decreased. The vegetation coverage was the largest (42.69%) in the 0−5 degree slope of the whole basin. (5)The difference of vegetation coverage was not significant in all aspects. The vegetation coverage on the flat ground was the largest (44.21%), and the vegetation coverage on the shade aspect was better than the sunny aspect. There was no obvious difference of the vegetation coverage change except in the flat ground.

Vegetation coverage; Topography factor; Dimidiate pixel model; Manas River Basin

10.3969/j.issn.1000-6362.2018.12.006

位宏,徐丽萍,李晓蕾,等.玛纳斯河流域植被覆盖度随地形因子的变化特征[J].中国农业气象,2018,39(12):814-824

收稿日期:2018−05−24

通讯作者。E-mail:xlpalw@sina.com

新疆维吾尔自治区研究生科研创新项目(XJGRI2017044);国家自然科学基金项目(31760151)

位宏(1992−),硕士生,主要从事GIS应用、景观格局研究。E-mail:hnwh12012@163.com

猜你喜欢

玛纳斯覆盖度坡度
呼和浩特市和林格尔县植被覆盖度变化遥感监测
八步沙林场防沙治沙区植被覆盖度时空演变分析
基于NDVI的晋州市植被覆盖信息提取
玛纳斯河
辽宁省地表蒸散发及其受植被覆盖度影响研究
Aqueducts
基于远程监控的道路坡度提取方法
放缓坡度 因势利导 激发潜能——第二学段自主习作教学的有效尝试
民族史诗入梦来——歌剧《玛纳斯》观感
不同坡度的地膜烟揭膜培土试验