1982—2013年青藏高原植被动态变化时序分析

Original 2017-06-20 赵紫薇 测绘科学

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摘要

针对不同的数据源及时间和空间尺度会使植被覆盖度及其与气象因子影响的结果有所差别这一情况，该文基于青藏高原1982—2012年GIMMS NDVI和2001—2013年MODIS NDVI遥感数据集，结合研究区内12个典型的气象站点数据，进行了青藏高原地区植被覆盖时空动态变化规律及其与气象因子响应的时序分析，并利用重合时间段的数据对比分析了两种传感器在青藏高原地区对植被动态变化监测方面的差异。结果表明：近30年来，青藏高原地区植被呈整体改善趋势，尤其是高海拔地区；不同阶段植被的变化趋势有所不同；两种传感器在反映植被动态变化趋势上差异显著，但两者与气候因子的响应规律相同。

引用格式

引用格式：赵紫薇．1982—2013年青藏高原植被动态变化时序分析 [J].测绘科学,2017,42(6):62-70.

正文

近几十年来，全球气候发生了显著的变化，全球气候变暖成为了各个国家政府、科研人员及公众关注的焦点。政府兼气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告指出,1850—2012年，全球地表平均温度大约升高了0.85 ℃，期间，陆地比海洋增温快，高纬度地区增温比中低纬度地区大，冬半年增温比夏半年增温明显。1983—2012年这一时间段是过去1 400年来最热的30年^[1]。中国气候变化的趋势与全球一致，1913年以来，我国地表平均温度上升了0.91 ℃，近60年气温上升尤为明显，平均每10年就升高0.23 ℃，几乎是全球的两倍，近10年是近百年来最暖的10年。

青藏高原作为地球陆地生态系统的重要组成部分，被誉为“世界的第三极”“全球气候变化的驱动机与放大器”。其具有海拔高、气温低、太阳辐射强、空气相对较薄、植被类型齐全、高寒草地植被面积广阔等特点，属于气候变化的敏感区，而且受人类活动影响小，因此，青藏高原是研究气候变化与生态变化的理想区域^[2-3]。

植被在陆地生态系统中扮演着重要的角色，是连接土壤、大气和水分的自然“纽带”，既受气候变化的影响，同时又对气候变化产生积极的反馈^[4]，是气候变化的忠实反映者。针对青藏高原这个独特的地域单元上植被的时空变化规律及其对气候变化的响应展开研究具有非常重要的意义。

针对青藏高原地区长时间序列植被动态变化监测已有大量的研究。文献[5]利用1982—1999年间的AVHRR(advanced very high resolution radiometer)和归一化植被指数(normalized difference vegetation index，NDVI)数据及相应的气候资料进行研究表明，18年来青藏高原生长季NDVI显著增加，且与气候变化相关联的生长季提前和生长加速是青藏高原草地植被生长季NDVI增加的主要原因；文献[6]利用GIMMS(global inventory modeling and mapping studies)和SPOT VGT NDVI数据，指出1982—2009年青藏高原草地植被覆盖度年际变化具有明显的空间差异性，西藏北部和新疆南部植被盖度有增加趋势，青海的柴达木和共和盆地、祁连山、江河源和川西地区的植被盖度有减少趋势；文献[7]发现青藏高原大部分地区的植被指数均有不同程度的增加，且在植被指数较好的地区增加不明显，而在植被较差的中、北部增加明显，荒漠面积大幅度减少，植被向西北方向移动；文献[8]发现2001—2010年三江源地区植被生长呈好转趋势；文献[9]指出青藏高原植被覆盖度呈“整体升高，局部退化”的趋势，地表植被改善区位于植被低覆盖区，退化区主要位于高覆盖区；文献[10]指出过去20年我国大多数地区的植被覆盖率呈增加趋势；文献[11]利用1981—2002年GIMMS NDVI数据研究得出1992—2002年青藏高原中部和西部地区呈现植被大面积退化现象，退化最强烈的地区主要集中在长江、黄河和澜沧江源区；文献[12]发现江河源近15年来高寒草地退化明显，较高覆盖度的高寒草原与高寒草地面积分别减少了15.82%和5.15%，高寒沼泽草甸面积锐减24.36%，湖泊水域缩减了7.5%，沙漠化面积增加了17.11%。

尽管前人做了大量的研究工作，但由于选取的遥感数据源、空间尺度、时间尺度不同，所得到的植被覆盖变化以及与气象因子响应的结果有所差别。就数据源而言，GIMMS NDVI、SPOT VGT、MODIS NDVI等是常用于植被监测的长时间序列遥感数据集，但是三者在波段设置、大气校正等方面存在差异，致使三者在反映植被信息本身方面存在一定的差异；在空间尺度方面，大到全国范围，小到青藏高原的三江源、藏北地区，所反映的植被变化信息及其与气象因子的关系也不一致；针对时间尺度，如果研究选择的年份、月份不同，也会造成结果的不同。

本文主要选取1982—2012年GIMMS NDVI和2001—2013年MODIS NDVI遥感数据作为基础研究数据，探究整个青藏高原地区30多年来植被的时空变化规律，深入探讨青藏高原地区植被变化与各气候因子的关系，并利用重叠时间段的数据对比分析GIMMS NDVI与MODIS NDVI在青藏高原地区对植被动态变化监测方面的差异。

本文主要利用青藏高原地区1982—2012年GIMMS NDVI和2001—2013年MODIS NDVI数据作为基础数据，研究了整个青藏高原地区30年来植被的时空动态变化规律；结合研究区内12个典型的气象站点数据，探讨了青藏高原地区植被指数与各气候因子的响应关系，并利用重叠时间段的数据对比分析GIMMS NDVI与MODIS NDVI在青藏高原地区在植被动态变化监测方面的差异。得出结论如下：

1)受地形地势和水热条件的共同影响，青藏高原地区植被的空间分布具有明显的地域性特征，呈现出由东南向西北逐渐减少的趋势。

2)植被对于气候变化的响应是一个缓慢的过程，1982—2012年，青藏高原地区植被没有发生急剧的变化，轻微变化占90%以上。30多年来，青藏高原地区整体上植被呈增加趋势，高海拔地区植被增加明显，这可能与温度的升高有关，前20年植被增长趋势明显，近十几年植被出现大面积退化现象，几乎接近一半的地区出现了植被退化现象，青藏高原开始由有利于植被生长向不利于植被生长的方向转变。

3)GIMMS NDVI与MODIS NDVI在反应植被的年际变化趋势上，吻合度仅为53.934 3%，其差异主要体现在高植被覆盖区，对水汽的敏感程度及空间分辨率的不同可能是造成两者差异的主要原因；在月际尺度上，不同植被类型之间两种数据的相似性差异性显著：高寒草甸相关性最好，高寒草原次之，高寒荒漠最差，山地森林几乎不相关；GIMMS NDVI与MODIS NDVI对各气象因子的响应规律相同，均为平均水汽压最高，日最低温度、平均温度、日最高温度次之，平均降水最低。在研究植被与气象因子的关系时，应充分考虑传感器的特性。

4)采用一元线性趋势线法可以较好地反映植被的年际变化趋势，但如何选择一个合适的值域范围作为划分不同的趋势强度的标准，还有待进一步的研究讨论。

5)利用长时间序列遥感数据进行植被的动态变化监测，时间段的划分不同，得到的结果也会不同。如何进行长时间序列的植被断点自动提取，还有待进一步的研究与探讨。

6)本文在探究植被变化与气候因子的相关性时，利用的是同时期的数据，未考虑响应的滞后性，如何进行滞后期的确定，还有待进一步的研究与探讨。

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