基于MOD13Q1的永州近15年植被變化研究

徐根生，何應(yīng)法，付煒，王里豪，袁鐵

（湖南省永州市氣象局，湖南永州 425000）

基于MOD13Q1的永州近15年植被變化研究

徐根生，何應(yīng)法，付煒，王里豪，袁鐵

（湖南省永州市氣象局，湖南永州 425000）

以永州地區(qū)為研究區(qū)域，利用NASA提供的MOD13Q1-NDVI數(shù)據(jù)（2000—2014年）研究其植被變化特征。結(jié)果表明，永州地區(qū)植被指數(shù)處在0.6～0.8段的受外部條件的影響較小，而植被指數(shù)在0.8～1.0段的受外部條件的影響較大。植被指數(shù)在0.4～0.6段的走勢(shì)與0.8～1.0段的大多數(shù)年份相反，植被指數(shù)在0.2～0.4和0～0.2兩段所占比重一直處于一個(gè)比較低的水平?？傮w來說，永州地區(qū)的植被指數(shù)歷年一直比較高，歷年平均值為0.701。

永州；MOD13Q1；植被變化

動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)植被生長(zhǎng)狀況是生態(tài)環(huán)境研究的熱點(diǎn)之一，遙感技術(shù)以其宏觀、綜合、動(dòng)態(tài)和快速等優(yōu)點(diǎn)已成為準(zhǔn)確獲取下墊面信息的主要手段。在過去的研究中，以NOAA/AVHRR（甚高分辨率輻射計(jì)）的歸一化差分植被指數(shù)（NDVI）運(yùn)用最為廣泛。中分辨率成像光譜儀（MODIS）植被指數(shù)產(chǎn)品是在已有植被指數(shù)基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)的，增強(qiáng)了對(duì)植被的敏感度，減少外部影響因素（如大氣、觀測(cè)視角、太陽角和云等）和內(nèi)在因素（如葉冠背景和垃圾等）的影響。MODIS傳感器是當(dāng)前世界上新一代“圖譜合一”的中分辨率光學(xué)遙感儀器，每日2次獲取全球36個(gè)光譜波段的地球綜合信息觀測(cè)數(shù)據(jù)，在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用中具有巨大的潛力［1～3］。MODIS用于計(jì)算NDVI的1（紅波段，RED）、2（近紅外波段，NIR）波段的空間分辨率為250 m，比1.1 km分辨率的AVHRR更能詳盡地反映植被的空間差異性。MODISNDVI輸入的RED和NIR是經(jīng)過大氣校正的地表反射值，且波幅更窄，避免了NIR區(qū)水汽吸收問題；MODIS不僅在發(fā)射前做了定標(biāo)，且在運(yùn)行過程中可不斷修正偏差，這使它在整體上比AVHRR性能穩(wěn)定［3～4］。

植被是連接大氣圈、土壤圈、水圈的紐帶，氣候的變化反映在植被的覆蓋度、生物量、葉面積指數(shù)等生理參數(shù)上，引起參數(shù)值的變化，因此，植被在全球變化研究中起著“指示器”的作用，對(duì)植被的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)可以在一定程度上反映氣候的變化，揭示全球氣候變化的規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

永州市下轄零陵、冷水灘2個(gè)區(qū)和祁陽、東安、雙牌、道縣、江華、江永、寧遠(yuǎn)、新田及藍(lán)山9個(gè)縣。位于湖南省西南部，五嶺山脈北麓，地處北緯24°39′～26°51′、東經(jīng)111°06′～112°21′。土壤類型多樣，以黃壤和紅壤土為主，大部分pH為5.5～7.0，有機(jī)質(zhì)平均含量為38.5 g/kg，N、P、K比例協(xié)調(diào)，微量元素含量豐富。屬亞熱帶大陸性季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，四季分明，無霜期長(zhǎng)，熱量豐富，雨水充沛。無霜期286～311 d，年平均氣溫17.6～18.6℃，≥10℃的活動(dòng)積溫5 530～5 860℃，≥10℃的作物生長(zhǎng)期250～258 d，5—7月日溫大于20℃的天數(shù)有78～84 d。年均降水量1 377.3 mm，年均日照時(shí)數(shù)為1 360～1 740 h［5］。

1.2 研究材料

研究所需的植被指數(shù)產(chǎn)品MOD13Q1數(shù)據(jù)來自美國(guó)航空航天局（NASA）數(shù)據(jù)中心，主要是利用綠色植被在不同波段的光譜反射特征來計(jì)算［6］。MOD13Q1空間分辨率為250 m×250 m，時(shí)間分辨率為16 d。MOD13Q1以ISIN（Integerized Sinusoidal）一種全球投影格式存放，它把全球影像數(shù)據(jù)劃分為36列×18行的方格網(wǎng)，每格表示一個(gè)文件產(chǎn)品的存放區(qū)域，以0開始記錄文件的位置行列號(hào)，如文件名中的h28v06表示第29行第7列所在位置。永州覆蓋h28v06、h27v06共2個(gè)區(qū)域，如圖1所示。MOD13Q1產(chǎn)品提供了NDVI、增強(qiáng)型植被指數(shù)EVI、NIR和RED通道反射率數(shù)據(jù)。以往研究表明，NDVI對(duì)植被長(zhǎng)勢(shì)和生長(zhǎng)量非常敏感，能很好地反映地表植被的繁茂程度，NDVI的變化趨勢(shì)在一定程度上能代表地表植被覆蓋變化。因此，本研究選取MOD13Q1-NDVI為數(shù)據(jù)源，定制了2000—2014年每年第209天覆蓋永州的30景MOD13Q1-NDVI數(shù)據(jù)。

圖1 永州MODIS影像所在區(qū)域

1.3 研究方法

首先，利用MRT（MODIS Reprojection Tool）對(duì)30景MOD13Q1-NDVI數(shù)據(jù)進(jìn)行地理幾何校正與重采樣批處理，提取NDVI數(shù)據(jù)。然后，利用ERDAS IMAGINE軟件的拼接（Mosaic Tool）功能對(duì)每年第209天28行和29行、第7列的MOD13Q1-NDVI數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接處理，得到15景MOD13Q1-NDVI數(shù)據(jù)。最后，基于永州地區(qū)行政邊界矢量數(shù)據(jù)，利用ERDAS IMAGINE Mask功能獲取15景永州地區(qū)MOD13Q1-NDVI數(shù)據(jù)。將植被指數(shù)分為0～0.2、0.2～0.4、0.4～0.6、0.6～0.8和0.8～1.0共5段，植被指數(shù)小于0的歸到0～0.2段，分別統(tǒng)計(jì)各段像元所占的百分比。

2 結(jié)果與分析

2.1 各段植被指數(shù)歷年百分比

從圖2可以看出，永州地區(qū)歷年整體植被指數(shù)處在0.6～0.8段，其中2000—2003年占的比重較低，其余年份所占比重基本處在50%左右。最高值出現(xiàn)在2008年，為60.46%；最低值出現(xiàn)在2002年，為37.58%?？傮w來說比較穩(wěn)定，說明這段指數(shù)受外部條件（氣溫、降水、日照等）的影響較小。植被指數(shù)在0.8～1.0段的比重起伏較大，總體在2009年后是增加的，最高值出現(xiàn)在2004年，為40.72%；而在2002年，下降的非常迅速，所占比重只有12.29%；其余年份在30%左右波動(dòng)。說明這段指數(shù)受外部條件（氣溫、降水、日照等）的影響較大。植被指數(shù)在0.4～0.6段的指數(shù)基本在10%～20%波動(dòng)，最高值出現(xiàn)在2000年，為28.61%，最低值出現(xiàn)在2004年，為5.84%，其走勢(shì)與0.8～1.0段大多數(shù)年份相反。植被指數(shù)在0.2～0.4和0～0.2兩段所占比重一直處于一個(gè)比較低的水平，處于0～0.2的地方可能無植被，是建筑物或水體等非植被區(qū)，所以很穩(wěn)定，這兩段都在2002年的時(shí)候出現(xiàn)了1個(gè)峰值，與0.6～0.8出現(xiàn)的低值形成鮮明對(duì)比，可能與2002年的自然條件有關(guān)?？傮w來說，永州地區(qū)的植被指數(shù)歷年一直較高。

圖2 永州地區(qū)各段植被指數(shù)歷年百分比

2.2 永州地區(qū)歷年植被指數(shù)走勢(shì)

圖3 永州地區(qū)歷年植被指數(shù)

用ERDAS IMAGINE Mask功能獲取15景永州地區(qū)MOD13Q1-NDVI數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)選擇了忽略“0”值處理（否則影像填充區(qū)域的“0”會(huì)影響植被指數(shù)的計(jì)算），最后得到永州地區(qū)歷年植被指數(shù)值。由圖3可以看出，永州地區(qū)歷年植被指數(shù)最高為2004年的0.760，最低為2002年的0.569，這與植被指數(shù)在0.8～1.0這段出現(xiàn)高、低值的年份相吻合。歷年平均為0.701，2004年以前波動(dòng)比較大，而后整體數(shù)值比較平穩(wěn)。

3 小結(jié)與討論

1）植被指數(shù)的指數(shù)處在0.6～0.8段的受外部條件（氣溫、降水、日照等）影響較小，而在0.8～1.0段的比重起伏較大，受外部條件的影響較大。植被指數(shù)在0.4～0.6段的與0.8～1.0段大多數(shù)年份相反，植被指數(shù)在0.2～0.4和0～0.2兩段所占比重一直處于一個(gè)比較低的水平。永州地區(qū)的植被指數(shù)歷年一直較高，平均為0.701。

2）MOD13Q1-NDVI數(shù)據(jù)具有時(shí)間分辨率高、數(shù)據(jù)重復(fù)覆蓋周期短和覆蓋范圍廣等優(yōu)勢(shì)，對(duì)植被長(zhǎng)勢(shì)和生長(zhǎng)量非常敏感，NDVI變化趨勢(shì)一定程度上代表了地表植被覆蓋變化。本文較為全面地分析、闡述了研究區(qū)域內(nèi)15 a來植被的時(shí)空變化過程和趨勢(shì)，為近期植被的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)。但也存在一定的不足之處，如在數(shù)據(jù)時(shí)間選擇上，應(yīng)該用全年的MOD13Q1級(jí)產(chǎn)品再平均；在遙感數(shù)據(jù)來源方面，應(yīng)該選用空間分辨率較高的產(chǎn)品。MOD13Q1級(jí)產(chǎn)品能夠較好地滿足大尺度范圍內(nèi)植被監(jiān)測(cè)研究的精度需求。

［1］李謝輝，塔西甫拉提·特依拜.綠洲荒漠過渡帶生態(tài)環(huán)境變化預(yù)警線提取與分析研究——以新疆和田綠洲為例［J］.中國(guó)沙漠，2008，28（1）：77-82.

［2］劉闖，葛成輝.美國(guó)對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)（EOS）中分辨率成像光譜儀（MODIS）遙感數(shù)據(jù)的特點(diǎn)與應(yīng)用［J］.遙感信息，2000（3）：45-48.

［3］袁雷，李春娥，儲(chǔ)少林，等.冷季深入對(duì)AMER-E監(jiān)測(cè)內(nèi)蒙古積雪的影響［J］.草業(yè)科學(xué)，2008，25（8）：26-30.

［4］李登科，郭鈮.陜西MODIS/NDVI的區(qū)域分布和季節(jié)變化［J］.中國(guó)沙漠，2008，28（1）：108-112.

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［6］徐斌，陶偉國(guó)，楊秀春，等.我國(guó)退牧還草工程重點(diǎn)縣草原植被長(zhǎng)勢(shì)遙感監(jiān)測(cè)［J］.草業(yè)學(xué)報(bào)，2007，16（5）：13-21.

（本文責(zé)編：鄭丹丹）

Study on the Vegetation Changes of Yongzhou in Resent 15 Years based on MOD13Q1

XU Gen-sheng，HE Ying-fa，F(xiàn)U Wei，WANG Li-hao，YUAN Tie
（Yongzhou Meteorological Bureau，Yongzhou Hunan 425000，China）

Taking Yongzhou area as the study region，the changes of vegetation characteristics were studied based on MOD13Q1-NDVI data provided by NASA（2000—2014）.The results showed that the vegetation index in 0.6～0.8 of Yongzhou area was less influenced by external conditions，and the vegetation index in 0.8～1.0 was more influenced by external conditions.In most years the trend of vegetation index in 0.4～0.6 was contrary to that of 0.8～1.0.The proportion of vegetation index in 0.2～0.4 and 0～0.2 were at a low level.In general，the vegetation index of Yongzhou area has been always relatively high over the years，and the average value was 0.701.

Yongzhou；MOD13Q1；Vegetation change

Q948

A

1001-1463（2015）03-0027-03

10.3969/j.issn.1001-1463.2015.03.009

2015-01-14

徐根生（1982—），男，湖南攸縣人，工程師，碩士，主要從事氣象通信保障工作。聯(lián)系電話：（0746）8379321。E-mail：14040743@qq.com