生态工程背景下西双版纳NDVI时空变化分析(3)
3.3不同NDVI阈值的重心迁移
为对比分析2011年前后西双版纳NDVI重心迁移变化,分别计算了2004~2010年和2011~2017年逐年不同NDVI阈值的重心坐标,绘制西双版纳NDVI重心迁移图(见图5)。由图5可知,2004~2010年和2011~2017年NDVI的重心迁移方向不尽相同,在0.80~0.85范围内,2004~2010年NDVI整体向东北方向迁移(迁移距离4.55 km),而2011~2017年NDVI重心向西南方向迁移(迁移距离12.55 km)。在0.85~0.90范围内,2004~2010年的重心向东南方向迁移(迁移距离7.56 km),而2011~2017年转向西北方向迁移(迁移距离5.10 km)。在>0.90范围内,植被覆盖度最高,2004~2010年和2011~2017年NDVI重心迁移方向分别为西南、东南方向,迁移距离分别为7.58,4.74 km。而<0.80范围内,NDVI所占面积低于5%,2004~2010年其重心具有向西迁移(略微偏南)的趋势,而2011~2017年为向东南方向迁移的趋势。综上所述,在0.80~0.85和0.85~0.90范围内,2011年前后NDVI重心均向相反方向迁移,且2011年后,重心均具有向西迁移的趋势,其中0.80~0.85的NDVI重心在2011年后迁移幅度最大。
图4NDVI的空间变化率及频度分布 variation and frequency distribution of NDVI in Xishuangbanna
3.4不同地形因子上NDVI的变化
为进一步反映2011年前后不同海拔、坡度和坡向上NDVI的变化情况,利用DEM提取了海拔、坡度和坡向,并采用自然间断点分级法(Jenks)将海拔和坡度分别划分为8个等级,将海拔分为:420~720,720~870,870~1 020,1 020~1 160,1 160~1 310,1 310~1 450,1 450~1 730,1 730~2 415 m,所占面积比例分别为:11.2%,14.2%,17.0%,16.7%,18.2%,11.7%,7.8%,3.2%。将坡度分为:0°~5°,5°~10°,10°~13°,13°~16°,16°~20°,20°~25°,25°~30°,30°~66°,其所占面积比例分别为:9.9%,13.8%,16.6%,18.1%,17.3%,13.7%,8.1%,2.5%。将西双版纳坡向分为: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°~245.7°)、西(247.5°~292.5°)、西北(292.5°~337.5°),所占面积比例分别为13.6%,12.4%,11.0%,12.3%,14.0%,13.4%,11.2%,12.2%。然后,采用ArcGIS空间分析中的分区统计工具分别计算不同海拔、坡度和坡向阈值内的NDVI均值。
由图6(a)可知,随着海拔的增高,NDVI值先升后降。在海拔720 m以下,NDVI平均值最低。与2004~2010年相比,2011~2017年不同海拔高度的NDVI值均呈增加趋势,表明近7 a来生态工程的实施对植被NDVI上升具有重要影响,尤其在720~870 m,NDVI同比增长了2.7%。与720~1 160 m相比,高海拔地区NDVI值较低,这与该区域气候环境有很大关系。由图6(b)可知,随着坡度的增加,NDVI值呈上升趋势,在30°~66°区域NDVI值最高,而最低值则出现在0°~5°,该区域以城镇用地和农村居民点为主。与2004~2010年相比,2011~2017年5°~66°的NDVI值均有上升,其中13°~16°的NDVI变化最大,同比增长了1.4%。由图6(c)可知,NDVI高值区主要集中在西、西北、北3个方向,而低值区则分布在东北、东、西南3个方向上。与2004~2010年相比,2011~2017年不同坡向的NDVI值均呈明显的增加趋势,在东北方向增加最为明显,同比增长了1.2%。
4夏季NDVI与气象因子的关系
由图2(b)可知,西双版纳NDVI的最低值出现在夏季(6~8月),这一结论和大部分地区不尽相同,因此,有必要分析夏季NDVI与气象因子的关系。结合西双版纳气候特点,选取与植被关系密切的气象因子(气温、降水、日照时数和相对湿度)来分析NDVI对气象因子的响应。分别计算夏季各月份NDVI与气温、降水、日照时数和相对湿度的偏相关系数(见表1)。由表1看出,整个夏季的NDVI和气温、相对湿度呈显著负相关,偏相关系数分别为-0.647,-0.507,均通过了0.01的显著性检验,且NDVI和气温的相关性最为显著;NDVI和降水的偏相关系数为-0.188,但未通过显著性检验;植被NDVI和日照时数呈显著正相关(P<0.05)。从各月份上看,植被NDVI和气温、降水、日照时数、相对湿度的偏相关系数的最大值分别出现在6,8,8,7月。综上所述:① 与降水、日照时数和相对湿度相比,夏季NDVI和气温的相关性最为显著,表明气温是影响西双版纳植被生长的主导因子;② 夏季温度过高会影响植被生物产量,对植被覆盖产生抑制作用,而降水过多,日照减少会降低植被的新陈代谢,使得NDVI值降低[24-26]。
图5 migration of centroids of Xishuangbanna vegetation under different NDVI thresholds
图6 不同时段NDVI均值随海拔、坡度和坡向的变化 of NDVI average value with elevations,slopes and aspects in Xishuangbanna