秦岭地区植被指数动态变化研究

摘要：基于MODIS13 NDVI数据产品，利用最大值合成法、趋势线分析法，分析了秦岭地区2000～2019年植被指数的动态变化规律。结果表明：2000～2019年秦岭地区年NDVI在0.799～0.863之间，整体呈缓慢增长趋势，增长速度为0.033/（10a）;植被指数退化的区域占研究区的4.111%，分布在各城市周边地区，主要受城镇化过程的影响;改善的区域占研究区的36.224%，广泛分布于秦岭地区，主要受自然因素和国家政策的影响。

关键词：植被指数;最大值合成法;趋势线分析法;秦岭地区

中图分类号：P423

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2020）13-0035-02

1 引言

在全球气候变化和人类活动的影响下，陆地生态系统发生显著变化[1]。植被作为陆地生态系统的一部分，是全球物质和能量循环的重要媒介，也是全球生态环境变化的指示器[2]。其动态变化受自然因素和社会因素共同影响，因此区域植被变化成为国内外研究的热点问题。归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index， NDVI）是由遥感影像近红外波段与红光波段的反射值之差比上两者之和获取的，其能够全面地反映区域植被生长状况，被广泛应用于全球植被变化的研究。

秦岭作为中国南北的重要分界线，其特殊的地理位置和气候环境，使其成为我国自然地理的过渡地带和气候变化的敏感区域，亦是人为活动响应的敏感区[3]。同时秦岭还是我国南水北调中线工程重要的水源涵养地，具有较好的生态系统水源涵养功能[4，5]。因此，保护秦岭生态环境的重要性不言而喻。近年在全球气候变化和城市化进度快速发展的背景下，秦岭生态环境遭到不同程度的破坏，林地和草地不断被建设用地和耕地所取代，林地和草地面积的减少将会严重影响该区域生态环境的可持续发展，并且可能会降低该区域水源涵养能力、净初级生产力以及引起土壤侵蚀、河流污染等一系列环境问题。因此，为了实现该区生态系统保护及青山绿水的发展战略，本研究以狭义秦岭为研究区，利用MODIS影像为数据源，利用最大值合成法和趋势线分析法，探讨2000～2019年秦岭地区植被指数的动态变化，为保护该区域的生态环境及资源的可持续开发利用提供依据。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源与预处理

本研究的MOD13A1数据来源于美国航空局（https：//ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/search/），是MODIS 1B数据的基础上经过校正的3级产品，其内容包含全球范围内的归一化植被指数（NDVI）和增强型植被指数（EVI），周期为16 d，空间分辨率500 m，每个区域每年共23景数据，其中001代表日序列为1～16 dNDVI合成值[6]。本研究选取的MOD13A1数据包含2000～2019年1～12月的归一化植被指数数据（2000年1月数据缺失），行列号为h27v05。经过格式转换、投影变换及最大值合成法，获取2000～2019年秦岭地区的NDVI空间分布。

2.2 研究方法

趋势线分析法是对指标不同时间段的变化趋势进行分析，从而发现问题的一种分析方法。利用趨势线分析法可模拟研究区像元尺度的植被指数变化趋势，从而获取植被指数在研究时段的时空变化规律。其表达式为：

Slope=n·ni=1i·NDVIi-ni=1ini=1NDVIin·ni=1NDVIii2-（ni=1i）2（1）

式（1）中：Slope为指标变化斜率;n为研究时间段的时间总量，本研究时间段为20年，n取值为20;NDVIi为第i年的植被指数，i=1代表2000年。当Slope>0表示植被指数趋于上升趋势，Slope<0表示植被指数趋于下降状态。

3 结果与分析

3.1 植被指数时间变化特征

利用最大值合成法得到2000～2019年秦岭地区的年NDVI，运用ENVI5.3统计每年的NDVI均值，通过一元线性回归获取秦岭地区NDVI变化趋势（图1），统计各年份不同NDVI区间的比例（表1）。由图表可知，秦岭地区2000～2019年NDVI在0.799～0.863之间，整体呈缓慢增长趋势，增长速度为0.033/（10a）。其中，在2004～2009年间，变化不显著且波动性较大，2009年之后一直保持稳定上升，2014年出现低谷值。表1说明了秦岭地区植被指数在0.6～0.8之间的比例不断减少，0.8～1.0的植被指数呈上升趋势，其它区间相对稳定。

3.2 空间动态变化

通过趋势线分析法获取2000～2019年秦岭地区像元尺度的空间变化趋势（图2）及比例（表2）。2000～2019年间，植被指数退化的区域占研究区的4.111%，分布在各城市周边地区，主要受城镇化过程的影响。改善的区域占研究区的36.224%，广泛分布于研究区内，主要受自然因素和国家政策退耕还林还草的影响。

4 结论

基于MODIS13NDVI数据产品，综合利用最大值合成法、趋势线分析法，分析了秦岭地区2000～2019年植被指数的动态变化规律，结果表明：2000～2019年秦岭地区年NDVI在0.799～0.863之间，整体呈缓慢增长趋势，增长速度为0.033/（10a）。植被指数退化的区域占研究区的4.111%，分布在各城市周边地区，主要受城镇化过程的影响。改善的区域占研究区的36.224%，广泛分布于研究区内。

参考文献：

[1]赵 婷，白红英，邓晨晖，等.2000～2016年秦岭山地植被覆盖变化地形分异效应[J].生态学报，2019，39（12）：4499～4509.

[2]陈超男，朱连奇，田 莉，等.秦巴山区植被覆盖变化及气候因子驱动分析[J].生态学报，2019，39（9）：3257～3266.

[3]郭少壮，白红英，孟 清，等.秦岭地区林地与草地景观格局变化及其驱动因素[J].生态学报，2020，40（1）：130～140.

[4]冯林林.秦岭中高山区植被对气候变化时空响应研究[D].西安：西北大学，2016.

[5]陈姗姗，刘 康，包玉斌，等.商洛市水源涵养服务功能空间格局与影响因素[J].地理科学，2016， 36（10）： 1546～1554.

[6]杨亮彦，孟婷婷.基于MODIS数据的延安市近20年植被时空动态研究[J].西部大开发（土地开发工程研究），2020，5（3）：64～70.