陳 亮， 陳世儉， 蔡曉斌， 劉 惠

(1.中國(guó)科學(xué)院 測(cè)量與地球物理研究所， 武漢 430077； 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049；3.環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)評(píng)估湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 武漢 430077)

基于時(shí)序NDVI的三峽庫(kù)區(qū)植被覆蓋時(shí)空變化特征分析

陳 亮1，2， 陳世儉1，3*， 蔡曉斌1，3， 劉 惠1，2

(1.中國(guó)科學(xué)院 測(cè)量與地球物理研究所， 武漢 430077； 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049；3.環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)評(píng)估湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 武漢 430077)

基于250 m 分辨率的MODIS-NDVI數(shù)據(jù)，從時(shí)間變化和空間變化兩方面分析2000年～2015年三峽庫(kù)區(qū)植被變化特征，運(yùn)用一元線性回歸趨勢(shì)分析方法和F檢驗(yàn)方法對(duì)三峽庫(kù)區(qū)NDVI的變化趨勢(shì)進(jìn)行了定量研究.結(jié)果表明：16 a 來(lái)三峽庫(kù)區(qū)NDVI總體上趨于波動(dòng)增長(zhǎng)，年均增長(zhǎng)率為0.17%，但在時(shí)間和空間上有不同的變化特點(diǎn).從季節(jié)差異上看，春季NDVI增長(zhǎng)最快，其次是秋季和冬季，夏季NDVI變化趨勢(shì)較平緩.從NDVI的空間變化格局上看，NDVI呈顯著增加趨勢(shì)的面積占整個(gè)庫(kù)區(qū)面積的14.47%，輕微增加占55.77%，增加區(qū)主要分布在庫(kù)區(qū)的北部、東北部、東部及東南部.庫(kù)區(qū)20個(gè)縣(區(qū))NDVI 呈顯著增加的面積均大于顯著減少面積，其中巫溪、興山、宜昌、巴東4縣的增減面積均在800 km2以上，植被覆蓋提升明顯；忠縣、重慶市區(qū)、渝北、長(zhǎng)壽4縣(區(qū))的增減面積差均低于30 km2，植被覆蓋增加相對(duì)較慢.庫(kù)區(qū)各類型植被的NDVI均呈上升態(tài)勢(shì)，其中草地NDVI增長(zhǎng)最快，闊葉林NDVI顯著增加面積占其總面積的比例最高，灌叢NDVI顯著增加面積在所有植被類型中最大，退耕還林還草和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型也促使農(nóng)作物NDVI緩慢增長(zhǎng).

時(shí)序NDVI； 植被覆蓋； 監(jiān)測(cè)； 三峽庫(kù)區(qū)

地表植被作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，主要由喬木、灌叢、草地以及農(nóng)作物等組成[1-2]，它是連接土壤、大氣和水分等要素的自然紐帶，在生態(tài)系統(tǒng)間能量的相互流動(dòng)、水文循環(huán)和生物地球化學(xué)循環(huán)中扮演重要角色，也是全球變化的“指示器”[3-5].遙感技術(shù)能夠同步獲取大區(qū)域范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)信息并具有受主觀影響因素較小，精度較高等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今大中尺度地面植被監(jiān)測(cè)的主要手段.植被指數(shù)是指由遙感傳感器獲取的對(duì)植被有一定指示意義的各種數(shù)值，可以間接地反映地表植被的長(zhǎng)勢(shì)、覆蓋度和生物量等[6-7].常用的植被指數(shù)主要包括歸一化植被指數(shù)(Normalized Different Vegetation Index，NDVI)、綠度植被指數(shù)(Green Vegetation Index，GVI)、增強(qiáng)型植被指數(shù)(Enhanced Vegetation Index，EVI)等.其中NDVI是遙感影像的近紅外波段與可見(jiàn)光波段數(shù)值之差與這個(gè)兩個(gè)波段數(shù)值之和的比值參數(shù)，是植被長(zhǎng)勢(shì)狀況和空間分布變化的最佳指示因子并與植被覆蓋度呈線性相關(guān)[8-10]，已被廣泛應(yīng)用到植被覆蓋變化監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)估產(chǎn)、土地覆被類型提取、生物量定量估算及變化趨勢(shì)分析等相關(guān)研究中[11-15].

三峽庫(kù)區(qū)是生態(tài)環(huán)境脆弱敏感區(qū)，也是長(zhǎng)江中下游的生態(tài)安全屏障[16].同時(shí)該區(qū)域位于我國(guó)東西南北植物區(qū)系的過(guò)渡地帶，植物種類繁多，并且在植被指數(shù)及植被覆蓋度的時(shí)空變化方面具有典型的地域差異性特征.針對(duì)三峽庫(kù)區(qū)區(qū)域特點(diǎn)，本文基于250 m分辨率的MODIS-NDVI數(shù)據(jù)，分析了三峽庫(kù)區(qū)2000年～2015年NDVI的分布、時(shí)空變化特征以及庫(kù)區(qū)水土保持生態(tài)恢復(fù)變化情況，擬為該區(qū)植被覆蓋監(jiān)測(cè)、水土保持生態(tài)建設(shè)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供參考.

1研究區(qū)概況

三峽庫(kù)區(qū)西起重慶江津、東至湖北宜昌(105°50'～111°40' E，28° 31'～31° 44'N)，是指受長(zhǎng)江三峽工程淹沒(méi)的地區(qū)，并有移民任務(wù)的20個(gè)行政區(qū)(圖 1) ，總面積約 5. 8萬(wàn) km2.庫(kù)區(qū)位于四川盆地以東，江漢平原以西，大巴山脈以南，鄂西武陵山脈以北的山區(qū)地帶，地形以山地、丘陵為主，滑坡、泥石流、塌方等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā).氣候類型屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫17 ～19 ℃，年降水量 1 000 ～ 1 200 mm.主要植被類型有常綠闊葉林、落葉闊葉混交林、落葉闊葉與常綠針葉混交林、針葉林、農(nóng)作物、灌叢和草地等.

圖1 三峽庫(kù)區(qū)行政區(qū)劃Fig.1 Administrative map of the Three Gorges Reservoir Area

2數(shù)據(jù)與方法

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

本文所使用的遙感影像數(shù)據(jù)來(lái)源于NASA提供的MODIS植被指數(shù)產(chǎn)品MOD13Q1，時(shí)間分辨率為16 d，空間分辨率為250×250 m，時(shí)間范圍為2000年2月至2015年12月.由于最大NDVI可以進(jìn)一步消除殘?jiān)萍按髿獾纫蛩氐挠绊懖⑶铱煞从持脖簧L(zhǎng)的最好狀況，本文將MODIS-NDVI數(shù)據(jù)集采用最大值合成法(MVC)分別得到每個(gè)年份的月NDVI數(shù)據(jù)和年NDVI數(shù)據(jù)，用于庫(kù)區(qū)NDVI的分布和變化趨勢(shì)研究.植被類型數(shù)據(jù)來(lái)源于 “中國(guó)西部環(huán)境與生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心”(http://westgis.ac.cn)提供的矢量化的1∶100萬(wàn)中國(guó)植被圖，在ArcGIS 10.2軟件中將其統(tǒng)一為與MODIS-NDVI 數(shù)據(jù)相同的坐標(biāo)系和投影，并根據(jù)三峽庫(kù)區(qū)的實(shí)際情況將其合并為草地、灌叢、闊葉林、農(nóng)作物、針葉林和水體6種植被類型(圖2).由于本研究主要分析植被的年際變化，因此在分析不同植被類型NDVI年際變化時(shí)未對(duì)水體的NDVI進(jìn)行分析.其他輔助數(shù)據(jù)主要包括NASA提供的30 m 分辨率的GDEM V2版本的DEM數(shù)據(jù).

圖2 三峽庫(kù)區(qū)植被類型Fig.2 Vegetation classes of Three Gorges Reservoir Area

2.2研究方法

運(yùn)用一元線性回歸趨勢(shì)分析方法可以模擬三峽庫(kù)區(qū)2000年～2015年每個(gè)像元年最大NDVI的變化趨勢(shì)，從而監(jiān)測(cè)植被覆蓋的變化情況.對(duì)時(shí)間自變量和NDVI因變量數(shù)據(jù)，采用最小二乘法，計(jì)算每個(gè)像元的NDVI與時(shí)間的回歸斜率，斜率為負(fù)表示該像元年最大NDVI在過(guò)去16 a呈下降趨勢(shì)，反之則表示NDVI呈上升趨勢(shì).其計(jì)算公式為：

(1)

(2)

3研究結(jié)果與分析

3.1NDVI年內(nèi)變化特征

圖3為三峽庫(kù)區(qū)2000年～2015年植被月均NDVI圖，可以看出三峽庫(kù)區(qū)NDVI年內(nèi)變化表現(xiàn)為單峰的鐘型曲線.植被在夏季長(zhǎng)勢(shì)最好，NDVI在7月份達(dá)到峰值(0.799 5)，該階段NDVI普遍較高，差距不大；春季和秋季分別處于植被生長(zhǎng)中和枯萎中2個(gè)階段；冬季植被長(zhǎng)勢(shì)最差，NDVI最小值出現(xiàn)在1月(0.455 8).庫(kù)區(qū)NDVI年內(nèi)變化規(guī)律與該區(qū)氣溫和降雨的年內(nèi)變化特點(diǎn)一致，反映了植被生長(zhǎng)隨氣溫和降水變化的生繁衰枯物候節(jié)律.

為了進(jìn)一步了解三峽庫(kù)區(qū)月NDVI在研究期內(nèi)的變化情況，本文將整個(gè)研究期分為前期(2000年～2007年)和后期(2008年～2015年)2個(gè)時(shí)間段，分別統(tǒng)計(jì)其月均NDVI值并進(jìn)行對(duì)比(圖4).從圖4可以看出，后期各月份的NDVI值均大于或接近前期，其中2月份和6月份的NDVI基本一致，4～9月份和9～12月份的NDVI上升尤為顯著.這表明，從月際尺度上看，研究期內(nèi)三峽庫(kù)區(qū)各月的NDVI值也都呈上升趨勢(shì)或保持穩(wěn)定，其中春季和秋季植被覆蓋提升比較明顯.

圖3 2000年～2015年三峽庫(kù)區(qū)各月平均NDVIFig.3 Averaged monthly NDVI in Three Gorges Reservoir Area from 2000 to 2015

圖4 2000年～2007年、2008年～2015年三峽庫(kù)區(qū)各月平均NDVIFig.4 Averaged monthly NDVI in Three Gorges Reservoir Area in 2000～2007, 2008～2015

3.2NDVI多年季節(jié)變化

國(guó)內(nèi)外學(xué)者在植被覆蓋變化研究時(shí)主要關(guān)注植被的年際變化和月變化從而忽視了植被季節(jié)變化的差異性[17].鑒于前人研究的不足，本文對(duì)庫(kù)區(qū)不同季節(jié)NDVI平均值與時(shí)間序列進(jìn)行一元回歸分析，得到三峽庫(kù)區(qū)不同季節(jié)NDVI變化趨勢(shì)(圖5).可以看出，16 a來(lái)三峽庫(kù)區(qū)春季、夏季、秋季、冬季NDVI均呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，但不同季節(jié)NDVI上升速率有所差異.其中春季NDVI增長(zhǎng)速度最快，年均增長(zhǎng)率達(dá)0.44%，并于2013年達(dá)到最大值，說(shuō)明全球氣候變暖背景下三峽庫(kù)區(qū)的植被春季物候也有所提前；秋季和冬季的年均增長(zhǎng)率分別達(dá)到了0.36%和0.29%，并分別于2008年和2015年達(dá)到最大值，這反映了全球氣候變暖背景下三峽庫(kù)區(qū)的植被秋季和冬季物候也在逐漸推遲；夏季NDVI年際變化則表現(xiàn)穩(wěn)定，年均增長(zhǎng)率僅為0.11%，最大值出現(xiàn)在2015年.

圖5 三峽庫(kù)區(qū)四季NDVI及趨勢(shì)變化Fig.5 Season NDVI and their trends in Three Gorges Reservoir Area

3.3NDVI年際變化特征

圖6是不同植被類型NDVI年均值曲線及其線性趨勢(shì)，2000年～2015年三峽庫(kù)區(qū)植被覆蓋整體呈現(xiàn)波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)，年均增長(zhǎng)率為0.17%，該結(jié)論與劉燦等[18]在重慶市植被覆蓋變化研究的結(jié)果一致.各植被類型NDVI值大致呈現(xiàn)出闊葉林>灌叢>針葉林>草地>農(nóng)作物的基本規(guī)律，并且也都呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，但是不同植被類型變化速率也不完全一致.灌叢、闊葉林、針葉林的年均上升率率都為0.18%，與庫(kù)區(qū)整體大致相當(dāng).草地NDVI增加最快，增長(zhǎng)率為庫(kù)區(qū)整體的1.4倍，這主要由于部分草地通過(guò)退耕還林等生態(tài)措施變成林地或灌叢，即土地利用/覆被類型向NDVI值更高的植被類型轉(zhuǎn)變，NDVI增幅最快.農(nóng)作物NDVI增加最慢，其增長(zhǎng)率比庫(kù)區(qū)整體低18%.退耕還林還草和農(nóng)業(yè)耕作方式的改變促使庫(kù)區(qū)的農(nóng)作物NDVI增加，但是整個(gè)庫(kù)區(qū)的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)變化不大，并且本區(qū)的農(nóng)業(yè)種植區(qū)地形相對(duì)平坦，人口密度大，人類生產(chǎn)活動(dòng)頻繁，城市擴(kuò)張更是導(dǎo)致一些耕地被占用，因而增幅相對(duì)較慢.

2000年～2003年各類型植被NDVI年均值都比較低，并在2002年形成波谷，整體NDVI值僅為0.817.這可能是由于三峽工程的實(shí)施導(dǎo)致長(zhǎng)江上、中游地區(qū)植被遭到破壞，三峽移民對(duì)植被造成了一定影響.2004年～2015年間，各類型植被NDVI年均值呈現(xiàn)升降交替，總體緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì).2006年各類型植被NDVI年均值明顯偏低，整體NDVI值為0.810，達(dá)到最低點(diǎn)，與當(dāng)年庫(kù)區(qū)氣候大旱有關(guān)[19].庫(kù)區(qū)不同類型植被NDVI值的這種波動(dòng)性的變化是氣候變化以及農(nóng)業(yè)耕作方式變化、城市建設(shè)、水利林業(yè)工程建設(shè)、礦產(chǎn)資源開(kāi)采等人類生產(chǎn)活動(dòng)綜合作用的結(jié)果.后期整體NDVI值的上升則在一定程度上反映了庫(kù)區(qū)植被覆蓋增加以及天然林保護(hù)、荒山造林、退耕還林等一系列生態(tài)工程實(shí)施的有效性.

3.4NDVI空間變化特征

為了解三峽庫(kù)區(qū)植被覆蓋空間分布情況，本文逐像元求取三峽庫(kù)區(qū)2000年～2015年年最大NDVI的平均值(圖7)，可以看出，庫(kù)區(qū)NDVI值整體上呈現(xiàn)東高西低的空間分布特點(diǎn).結(jié)合庫(kù)區(qū)植被類型圖(圖2)可知，闊葉林、草地、灌叢、針葉林等NDVI值較高的植被類型主要分布在庫(kù)區(qū)的東部地區(qū)，中西部地區(qū)主要以農(nóng)耕區(qū)為主且受作物生長(zhǎng)周期的影響導(dǎo)致該區(qū)NDVI值偏低.此外，水體及各縣(區(qū))建成區(qū)的NDVI均極低，無(wú)植被或植被覆蓋較差.對(duì)照DEM圖可知，庫(kù)區(qū)高海拔區(qū)域的NDVI值整體都比較高，植被覆蓋相對(duì)較好.這可能是由于高海拔區(qū)域受人類生產(chǎn)活動(dòng)干擾相對(duì)較小，并與庫(kù)區(qū)植被類型隨海拔的升高逐步由水體、農(nóng)作物等轉(zhuǎn)變?yōu)楣嗄玖值氐姆植家?guī)律相吻合.

圖6 三峽庫(kù)區(qū)2000年～2015年不同植被類型NDVI年均值曲線及其線性趨勢(shì)Fig.6 Annual variation of NDVI and linear trend of different vegetation classes in Three Gorges Reservoir Area from 2000 to 2015

圖7 2000年～2015年三峽庫(kù)區(qū)年均NDVI空間分布Fig.7 Annual mean NDVI of Three Gorges Reservoir Area from 2000 to 2015

為了揭示研究期內(nèi)三峽庫(kù)區(qū)植被覆蓋的空間變化情況，本文根據(jù)上述一元線性回歸趨勢(shì)分析算法，在ENVI+IDL 的支持下逐像元分析近16 a 年來(lái)三峽庫(kù)區(qū)植被NDVI的變化趨勢(shì)(圖8 a)，并由上述的F檢驗(yàn)法和等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)得到研究區(qū)植被NDVI變化情況(圖8 b).從圖8可以看出，三峽庫(kù)區(qū)經(jīng)過(guò)近16 a 年的生態(tài)恢復(fù)工程建設(shè)，大部分地區(qū)植被覆蓋狀況得到了較大的改善，但局部區(qū)域也存在一定退化現(xiàn)象.就顯著性檢驗(yàn)的面積而言，庫(kù)區(qū)NDVI變化趨勢(shì)主要以輕微增加為主，該區(qū)域面積占庫(kù)區(qū)總面積的55.77%；趨勢(shì)呈顯著增加的區(qū)域占庫(kù)區(qū)總面積的14.47%；輕微減少區(qū)占庫(kù)區(qū)總面積的14.02%；基本不變區(qū)占庫(kù)區(qū)總面積的11.58%；趨勢(shì)呈顯著減少的區(qū)域面積僅占庫(kù)區(qū)總面積的2.17%.NDVI顯著增加區(qū)域主要分布在庫(kù)區(qū)北部、東北部、東部、東南部等經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后、森林資源本底較好、人口密度較小的山地地區(qū)；輕微增加區(qū)在研究區(qū)分布較為廣泛，但在庫(kù)區(qū)中部、長(zhǎng)江沿岸等植被資源本底一般、工農(nóng)業(yè)發(fā)展較為平衡、人口密度較大的平原丘陵地區(qū)分布最為集中；顯著減少區(qū)、輕微減少區(qū)則主要分布于庫(kù)區(qū)西部、西北部、東南部等植被資源本底較差、經(jīng)濟(jì)發(fā)展好、城市化進(jìn)程快、人口密集、地形較平緩的區(qū)域.這表明植被資源本底條件、城市化率、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口密度、地形條件和農(nóng)業(yè)耕作方式等是庫(kù)區(qū)NDVI空間分布及其變化的重要原因.

圖8 2000年～2015年三峽庫(kù)區(qū)NDVI變化趨勢(shì)(a)及顯著性檢驗(yàn)(b)Fig.8 Trend of NDVI change (a) and its significant test (b) in Three Gorges Reservoir Area from 2000 to 2015

為了解各縣(區(qū))NDVI在研究期內(nèi)的空間變化差異，本文結(jié)合三峽庫(kù)區(qū)行政區(qū)劃圖分別統(tǒng)計(jì)了各個(gè)縣(區(qū))NDVI呈顯著增加和顯著減少變化趨勢(shì)的面積并求取其面積差(表1).可以看出，各縣(區(qū))的顯著增加面積均大于顯著減少面積，但差異較大，其中巫溪、興山、宜昌、巴東4縣的增減面積差明顯大于其他各縣，其差值分別為1 216.4 km2、1 060.5 km2、935.4 km2、851.1 km2，尤其是巫溪和興山2縣的增減面積差均超過(guò)了1 000 km2.參考收集到的巫溪縣和興山縣林業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃可知，巫溪縣作為重慶市森林資源第一大縣，全縣林業(yè)用地面積在2010年已達(dá)3 119.3 km2，僅“十一五”期間實(shí)施的天保工程、退耕還林工程、三峽水庫(kù)庫(kù)周綠化工程就完成造林面積564.7 km2，并計(jì)劃到2015年在現(xiàn)有基礎(chǔ)上新增有林地面積433.3 km2.興山縣通過(guò)“十一五”期間實(shí)施的退耕還林、天保工程、常綠闊葉林保護(hù)、低產(chǎn)林改造和新縣城周邊綠化等重點(diǎn)林業(yè)工程實(shí)現(xiàn)了該縣林地面積的大幅度上升，2010年林業(yè)用地面積已達(dá)1 913.3 km2，占該縣國(guó)土面積的82%，其中森林面積為1 513.3 km2，并提出到2015年完成植樹(shù)造林100 km2，全縣森林面積達(dá)到1 600 km2的目標(biāo).而忠縣、重慶市區(qū)、渝北、長(zhǎng)壽4縣(區(qū))的增減面積差明顯小于其他各縣，其差值分別只有6.3 km2、10.6 km2、16.1 km2和22.7 km2，表明這4個(gè)縣(區(qū))通過(guò)近16a來(lái)的生態(tài)建設(shè)和植被恢復(fù)等措施取得了一定成果，但是相對(duì)于其他各縣，植被覆蓋增加相對(duì)緩慢.

表1 2000年～2015年三峽庫(kù)區(qū)各縣(區(qū))NDVI顯著變化面積

不同植被類型NDVI顯著變化面積也不盡相同.從圖9 可以看出，闊葉林的顯著增加面積占其總面積的36.79%，明顯高于其他植被類型，這主要得益于庫(kù)區(qū)天然林保護(hù)、荒山造林、退耕還林等生態(tài)工程措施的實(shí)施.此外，還與庫(kù)區(qū)眾多與闊葉林有關(guān)的自然保護(hù)區(qū)、森林公園例如湖北三峽萬(wàn)朝山自然保護(hù)區(qū)、龍門河亞熱帶常綠闊葉林自然保護(hù)區(qū)、宜昌天寶山森林公園、神農(nóng)溪省級(jí)自然保護(hù)區(qū)、紅池壩國(guó)家森林公園等的成立關(guān)系密切.以闊葉林分布面積較大的興山縣為例，該縣于2000年開(kāi)始籌建總面積高達(dá)209.86 km2的湖北三峽萬(wàn)朝山自然保護(hù)區(qū)，對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)廣泛分布的常綠闊葉林及其群落進(jìn)行保護(hù).2004年6月又成立了龍門河亞熱帶常綠闊葉林自然保護(hù)區(qū)，其核心保護(hù)區(qū)對(duì)6.50 km2的常綠闊葉林、常綠落葉闊葉混交林以及2.23 km2的珍稀植物群落和部分古大珍稀樹(shù)種實(shí)行絕對(duì)保護(hù)，并人工補(bǔ)植培育了1.21 km2的常綠闊葉林和常綠落葉闊葉混交林.從顯著增加面積來(lái)看，灌叢顯著增加的面積達(dá)3540.6 km2，遠(yuǎn)超出其他植被類型.參考相關(guān)文獻(xiàn)可知三峽庫(kù)區(qū)主要的15個(gè)原生的和次生的灌叢群落類型已成為該區(qū)較為常見(jiàn)的植被類型[20].因此，在庫(kù)區(qū)眾多縣(區(qū))例如興山、巴東、宜昌、萬(wàn)州等實(shí)施封山育林項(xiàng)目工程背景下，灌叢、疏林等植被類型得到了有效恢復(fù).草地NDVI和針葉林NDVI均主要以輕微增加為主，其輕微增加面積占其總面積的比重分別為64.54%和60.88%，草地NDVI的增加主要受益于庫(kù)區(qū)天然草地資源保護(hù)利用及退牧還草等工程的實(shí)施.針葉林NDVI的增長(zhǎng)主要是庫(kù)區(qū)持續(xù)貫徹實(shí)施天然林保護(hù)、荒山造林、退耕還林等生態(tài)工程的結(jié)果.此外，眾多與針葉林有關(guān)的森林公園、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景區(qū)例如2001年宜昌成立的大老嶺自然保護(hù)區(qū)、2002年開(kāi)縣成立的雪寶山國(guó)家森林公園等的成立也對(duì)其NDVI的增長(zhǎng)起積極的促進(jìn)作用.農(nóng)作物的顯著增加面積占其總面積的比重雖然最低(6.84%)，但其顯著增加面積卻達(dá)到了1 575.8 km2，且輕微增加面積所占比重高達(dá)57.09%，這主要由于在退耕還林還草背景下，農(nóng)業(yè)用地面積減少，農(nóng)民為提高作物產(chǎn)量來(lái)增加收益，逐漸開(kāi)始由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的粗放經(jīng)營(yíng)模式轉(zhuǎn)型為集約化的種植模式.尤其是近年來(lái)庫(kù)區(qū)各縣(區(qū))充分利用自身優(yōu)勢(shì)，大力發(fā)展花卉苗木或植物園型、精品農(nóng)業(yè)或特色農(nóng)業(yè)型、文物景觀加園林綠化型等休閑旅游觀光生態(tài)農(nóng)業(yè)模式并取得了良好的綜合效益.該研究結(jié)果反映了退耕還林還草和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型對(duì)三峽庫(kù)區(qū)整體植被覆蓋的提高是積極有效的.

圖9 2000年～2015年三峽庫(kù)區(qū)不同植被類型NDVI趨勢(shì)變化結(jié)果統(tǒng)計(jì)Fig.9 NDVI variation trends from different vegetation classes in Three Gorges Reservoir Area from 2000 to 2015

4結(jié)論

三峽庫(kù)區(qū)植被在夏季長(zhǎng)勢(shì)最好，覆蓋度最高；春季和秋季分別處于植被生長(zhǎng)中和枯萎中2個(gè)階段；冬季植被長(zhǎng)勢(shì)最差，覆蓋度最低.16 a間春季、夏季、秋季、冬季NDVI均呈上升趨勢(shì)，但不同季節(jié)NDVI上升速率有所差異，其中春季NDVI增長(zhǎng)速度最快，年均增長(zhǎng)率達(dá)0.44%；其次是秋季和冬季，年均增長(zhǎng)率分別為0.36%和0.29%；夏季NDVI年際變化表現(xiàn)穩(wěn)定，年均增長(zhǎng)率僅為0.11%.

三峽庫(kù)區(qū)植被覆蓋整體較好并呈現(xiàn)東高西低的空間分布特點(diǎn).2000年～2015年庫(kù)區(qū)植被覆蓋總體呈增加趨勢(shì)，NDVI年均增長(zhǎng)率為0.17%，表明該時(shí)間段三峽庫(kù)區(qū)實(shí)施的一系列生態(tài)建設(shè)工程對(duì)植被覆蓋增加、生態(tài)環(huán)境改善有一定成效.

NDVI變化趨勢(shì)主要以輕微增加為主，該區(qū)域面積占庫(kù)區(qū)總面積的55.77%；趨勢(shì)呈顯著增加的區(qū)域占庫(kù)區(qū)總面積的14.47%；輕微減少區(qū)占庫(kù)區(qū)總面積的14.02%；基本不變區(qū)占庫(kù)區(qū)總面積的11.58%；顯著減少區(qū)僅占庫(kù)區(qū)面積的2.17%，增加區(qū)主要分布在庫(kù)區(qū)的北部、東北部、東部及東南部.庫(kù)區(qū)20個(gè)縣(區(qū))NDVI 呈顯著增加的面積均大于顯著減少面積，其中巫溪、興山、宜昌、巴東4縣的增減面積差在800 km2以上，植被覆蓋提升明顯；忠縣、重慶市區(qū)、渝北、長(zhǎng)壽4縣(區(qū))的增減面積差都低于30 km2，植被覆蓋增加相對(duì)較慢.植被資源本底條件、城市化率、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口密度、地形條件和農(nóng)業(yè)耕作方式等是庫(kù)區(qū)NDVI空間分布及其變化的重要原因.

庫(kù)區(qū)各類型植被NDVI均呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，草地NDVI增加最快，年均增長(zhǎng)率為0.24%；農(nóng)作物NDVI增加最慢，年均增長(zhǎng)率為0.14%；闊葉林NDVI呈顯著增加面積占其總面積的比重最大(36.79%)；灌叢NDVI的顯著增加面積在所有植被類型中最大(3 540.6 km2)；農(nóng)作物NDVI顯著增加面積占其總面積的比例雖然最小(6.84%)，但反映退耕還林還草和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型對(duì)三峽庫(kù)區(qū)整體植被覆蓋的提升是積極有效的.

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Analysis on spatial-temporal variation characteristics of vegetation cover in the Three Gorges Reservoir Area based on time series NDVI data

CHEN Liang1，2， CHEN Shijian1，3， CAI Xiaobin1，3， LIU Hui1，2

(1.Institute of Geodesy and Geophysics of Chinese Academy of Sciences， Wuhan 430077;2.University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049;3.Key laboratory for Environment and Disaster Monitoring and Evaluation， Wuhan 430077)

A lot of studies have demonstrated that the NDVI and vegetation cover conditions showed a significant positive correlation， which could well reflect the status of vegetation cover. Thus， NDVI was subsequently used to study the changes in vegetation spatial and temporal dynamics. In this paper， using the 250 m spatial resolution MODIS-NDVI dataset from 2000 to 2015， we analyzed the vegetation variation characteristics in the Three Gorges Reservoir area from the time scale， space change and vegetation types. As to the methodology for analyzing vegetation coverage changes， monadic linear regression trend analysis and F test method were mostly used to analyze time serial NDVI data for quantitative study of NDVI change trend. The results showed that the annual average NDVI of the Three Gorges Reservoir area was rising with fluctuations on the whole， with an average annual growth rate of 0.17%， but some differences existed in time， space and different vegetation classes in the 16 years. Judging from the seasonal difference， the NDVI increased most significantly in spring， followed by autumn and winter， and the change trend of NDVI in summer is gentle. Judging from the spatial variation pattern of NDVI， the area with significantly increased NDVI accounted for 14.47% in the reservoir， and that with slight increase accounted for 55.77%. The increased areas were mainly distributed in northern， northeast， east， southeast region. Area with NDVI significantly increased area was greater than that with NDVI significantly increased in 20 counties (districts) of the Three Gorges Reservoir area， in which the differences among the area of 4 counties， including Wuxi， Xingshan， Yichang and Badong， were more than 800 km2and the vegetation cover was significantly improved. The differences in the area of Zhongxian， Chongqing， Yubei， Changshou 4 counties (districts) was less than 30 km2and the vegetation cover increased relatively slowly. NDVI of all types of vegetation cover possessed rising trend， in which the NDVI of grass increased fastest while the crop was the slowest， and the NDVI significant increased area of broad leaved forest possess the largest proportion of total area， while the NDVI significant increased area of shrub was the largest in all vegetation types. The transformation of cropland to forest and grass and the transformation of agricultural production mode not only promoted the slow growth of crop NDVI， but also contributed to the overall vegetation coverage of the reservoir area．

time series NDVI; vegetation covers; monitoring; Three Gorges Reservoir Area

2016-11-16.

國(guó)務(wù)院三峽辦項(xiàng)目(JJ2016-15)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(y511041004)；測(cè)繪地理信息公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目(201512026).

1000-1190(2017)03-0407-09

X835

A

*通訊聯(lián)系人. E-mail: sjchen@whigg.ac.cn.