佟斯琴，包玉海，張巧鳳，都瓦拉1. 東北師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院//東北師范大學(xué)自然災(zāi)害研究所，吉林 長(zhǎng)春 10117；2. 內(nèi)蒙古自治區(qū)遙感與地理信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022；. 內(nèi)蒙古師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022；. 內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051

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基于像元二分法和強(qiáng)度分析方法的內(nèi)蒙古植被覆蓋度時(shí)空變化規(guī)律分析

佟斯琴1， 2， 3，包玉海2， 3*，張巧鳳3，都瓦拉4
1. 東北師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院//東北師范大學(xué)自然災(zāi)害研究所，吉林 長(zhǎng)春 130117；2. 內(nèi)蒙古自治區(qū)遙感與地理信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022；3. 內(nèi)蒙古師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022；4. 內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051

摘要：以GIMMS NDVI3g數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用像元二分模型和Intensity analysis方法，從時(shí)間間隔、植被覆蓋度等級(jí)變化和轉(zhuǎn)換3個(gè)層面分析了1982—2010年內(nèi)蒙古植被覆蓋度的變化。結(jié)果表明：由像元二分模型估算的植被覆蓋度與實(shí)測(cè)值有較高的相關(guān)性（0.914）。1980s—1990s植被覆蓋度增加的面積（49.2%）大于其減少的面積（43.3%），而在1990s—21世紀(jì)初植被蓋度減少的面積（57.1%）大于增加面積（35.6%），表明1990年代的植被長(zhǎng)勢(shì)比其他兩個(gè)年代好。1990s—21世紀(jì)初的植被年平均變化速率相對(duì) 1980s—1990s較快。1980s—1990s，高植被覆蓋度的增加活躍，減少較平緩，而低植被覆蓋度的增加和減少均較平緩；1990s—21世紀(jì)初，高覆蓋度和低覆蓋植被的增加較平緩，而減少變化較為活躍。研究期內(nèi)低覆蓋度植被以向高一等級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹?，而高覆蓋度則以向低級(jí)轉(zhuǎn)換為主。

關(guān)鍵詞：植被覆蓋度；像元二分模型；強(qiáng)度分析；時(shí)空變化

引用格式：佟斯琴， 包玉海， 張巧鳳， 都瓦拉. 基于像元二分法和強(qiáng)度分析方法的內(nèi)蒙古植被覆蓋度時(shí)空變化規(guī)律分析［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)， 2016， 25（5）: 737-743.

TONG Siqin， BAO Yuhai， ZHANG Qiaofeng， Duwala. Spatiotemporal Changes of Vegetation Coverage in Inner Mongolia Based on the Dimidiate Pixel Model and Intensity Analysis ［J］. Ecology and Environmental Sciences， 2016， 25（5）: 737-743.

植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體部分，植被覆蓋度（Vegetation Coverage）是指植被（包括葉、莖、枝）在地面的垂直投影面積占統(tǒng)計(jì)區(qū)總面積的百分比（Gitelson et al.，2002），它不僅是反映地表植被生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)的直觀量化指標(biāo)，更是各類(lèi)相關(guān)模型和生態(tài)系統(tǒng)描述的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，被廣泛應(yīng)用于植被覆蓋變化監(jiān)測(cè)（江洪等，2006）、生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)（王朗等，2010）、沙塵暴（張鈦仁等，2010）和水土流失（張清春等，2002）等眾多研究領(lǐng)域中。植被覆蓋度可以表示植被的茂密程度及植物進(jìn)行光合作用面積的大小，是表征陸地植被質(zhì)量和具有一定密度的多種植物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)的重要參數(shù)。植被覆蓋度的變化是區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化的直接結(jié)果，它對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化具有重要指示作用（周偉等，2014）15-30。獲取植被覆蓋度的方法有很多，傳統(tǒng)的植被覆蓋度估算方式是通過(guò)地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，從而得出小區(qū)域和特定植被類(lèi)型的植被覆蓋度，這種方法測(cè)定精度較高，但耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力，在大范圍地區(qū)難以通過(guò)此方法進(jìn)行植被覆蓋度測(cè)定（李苗苗，2003）。因此，隨著遙感技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，在區(qū)域尺度植被覆蓋度的研究中出現(xiàn)了許多基于遙感數(shù)據(jù)的植被覆蓋度估算方法（陳云浩等，2001；黎良財(cái)?shù)龋?012；張學(xué)珍等，2013），主要有回歸模型法、植被指數(shù)法以及像元分解模型法（劉靜等，2009；梁釗雄等，2011）。其中像元分解模型中的像元二分模型（賈坤等，2013；周偉等，201415-30；佟斯琴等，2015）是目前應(yīng)用最為廣泛也是最簡(jiǎn)單的植被覆蓋度估算模型。

傳統(tǒng)的植被覆蓋度變化研究方法主要基于轉(zhuǎn)移矩陣，只給出某一種植被覆蓋類(lèi)型轉(zhuǎn)至其他類(lèi)型的面積，并不能提供定量的、系統(tǒng)的變化過(guò)程。2008 年Aldwaik et al.（2012）創(chuàng)建了Intensity analysis方法，運(yùn)用轉(zhuǎn)移矩陣分析某一區(qū)域不同時(shí)間段的土地類(lèi)型在時(shí)間間隔、類(lèi)型和轉(zhuǎn)換3個(gè)層面的分析，得到不同土地變化強(qiáng)度規(guī)律。內(nèi)蒙古草原是典型的中緯度溫帶干旱、半干旱草原生態(tài)系統(tǒng)，占全國(guó)草地面積22%，它不僅是我國(guó)畜牧業(yè)生產(chǎn)基地，也是我國(guó)重要的生態(tài)屏障。針對(duì)內(nèi)蒙古植被覆蓋變化，國(guó)內(nèi)學(xué)者以遙感 NDVI（歸一化植被指數(shù)）數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)做了大量研究（穆少杰等，2012；陳效逑等，2009；王軍邦等，2010），然而僅限于植被 NDVI的時(shí)空變化特征，且由于遙感數(shù)據(jù)獲取受局限，未能得到30年尺度的觀測(cè)數(shù)據(jù)。因此，本文以1982 —2010年的GIMMS NDVI3g為數(shù)據(jù)源，在利用像元二分模型計(jì)算植被覆蓋度的基礎(chǔ)上，結(jié)合Intensity analysis方法，分析內(nèi)蒙古植被覆蓋度不同年代時(shí)空分布及變化，試圖揭示內(nèi)蒙古在 1982—2010年期間地表植被覆蓋度的動(dòng)態(tài)變化，以期為地方政府準(zhǔn)確掌握區(qū)域生態(tài)變化態(tài)勢(shì)、評(píng)估生態(tài)工程成效提供參考。

1　數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古自治區(qū)位于我國(guó)北部邊疆（97°12′～126°04′E，37°24′～53°23′N(xiāo)），橫跨東北、華北、西北地區(qū)，接鄰8個(gè)省區(qū)，北與蒙古國(guó)和俄羅斯接壤，土地總面積為 1.183×106km2，占全國(guó)總面積的12.3%，在全國(guó)各省、市、自治區(qū)中排列第三，有9個(gè)地級(jí)市和3個(gè)盟（圖1）。處于歐亞大陸內(nèi)部，在東亞季風(fēng)的影響下，除了大興安嶺北端地區(qū)屬于寒冷的大陸性氣候外，其他地區(qū)屬于溫帶大陸性氣候區(qū)。年平均氣溫在-5～10 ℃之間，自東北向西南遞增；年平均降水量在35～530 mm之間，自東向西遞減。

1.2 NDVI數(shù)據(jù)來(lái)源與數(shù)據(jù)預(yù)處理

遙感數(shù)據(jù)來(lái)源于全球總量監(jiān)測(cè)和模擬研究組（Global Inventory Monitoring and Modeling Studies，GIMMS）收集處理的NOAA/AVHRR NDVI3g第三代全球植被數(shù)據(jù)集，獲取時(shí)段為1981年7月—2013 年12月，是空間分辨率為8 km×8 km的15 d合成產(chǎn)品，從網(wǎng)站 http://ecocast.arc.nasa.gov上免費(fèi)下載。該數(shù)據(jù)集已經(jīng)過(guò)大氣校正，輻射校正，幾何校正，衛(wèi)星軌道的漂移、云量、太陽(yáng)高度角和火山爆發(fā)導(dǎo)致的氣溶膠對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響等處理（Tucker et al.，2005）。用最大合成法（李杭燕等，2009）（MVC）獲取月NDVI值。由于內(nèi)蒙古地區(qū)大部分植被在冬季幾乎停止生長(zhǎng)或被積雪覆蓋（Zhou et al.，2001），本文選取每年的生長(zhǎng)季，即4—10月份作為每年的研究時(shí)段，并對(duì)4—10月份NDVI取平均值獲取年平均NDVI。本研究時(shí)間序列為1982—2010年，其中1980年代指的是1982—1990年，1990年代為1990—2000年，21世紀(jì)初為2001—2010年。

1.3 植被覆蓋度計(jì)算

采用像元二分模型反演植被覆蓋度。其基本原理是，假設(shè)每個(gè)像元都可分解為純植被和純土壤兩個(gè)部分，所得到的光譜信息（如 NDVI）是以?xún)煞N純組分的面積比例加權(quán)的線性組合。其中，純植被所占的面積百分比即為研究區(qū)的植被覆蓋度（公式1）。具體可表示為：

式中，VFC表示植被覆蓋度；NDVI、NDVIsoil和NDVIveg分別表示任意像元、純土壤像元和純植被像元的NDVI。也可得：

式中，NDVImax和NDVImin分別為區(qū)域內(nèi)NDVI的最大值和最小值。由于不可避免存在噪聲，NDVImax和NDVImin一般取一定置信度范圍內(nèi)的最大值與最小值，置信度的取值主要根據(jù)圖像實(shí)際情況來(lái)定。參考李苗苗（2003）提出的估算NDVImax和NDVImin的方法，提取研究區(qū)統(tǒng)計(jì)結(jié)果中NDVI值的累積概率為5%和95%的NDVI值作為NDVImin和NDVImax。

根據(jù)內(nèi)蒙古土地利用圖、估算的植被覆蓋度圖以及“全國(guó)沙漠化類(lèi)型劃分”原則，結(jié)合內(nèi)蒙古植被類(lèi)型分布，將內(nèi)蒙古植被覆蓋度分為以下5個(gè)等級(jí)（表1）。

圖1　研究區(qū)地理位置及實(shí)測(cè)點(diǎn)分布圖Fig. 1　Location of study area and distribution of field survey points

表1　植被覆蓋度等級(jí)劃分Table 1　Classification of vegetation coverage degrees in Inner Mongolia

強(qiáng)度分析（Intensity analysis）是基于時(shí)間點(diǎn)上的要素分布情況進(jìn)行的分析，要求各時(shí)間點(diǎn)上的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)要一致。因此，本文將在內(nèi)蒙古地區(qū) 1982 —2010年的逐年植被覆蓋度的空間分布的基礎(chǔ)上，求得1980年代（1980s）、1990年代（1990s）和21世紀(jì)初均值，作為3個(gè)時(shí)間點(diǎn)的植被覆蓋度分布；并對(duì)每個(gè)年代的植被覆蓋度劃分等級(jí)；利用ArcGIS空間疊加分析模塊進(jìn)行疊加計(jì)算，分別得到 1980s —1990s和1990s—21世紀(jì)初兩個(gè)個(gè)時(shí)間段的植被覆蓋度轉(zhuǎn)移矩陣（表2），滿足Intensity analysis分析的前提。

表2　兩個(gè)研究時(shí)段內(nèi)的植被覆蓋度轉(zhuǎn)移矩陣（像元）Table 2　Transition matrix of vegetation coverage in three study periods （pixel）

1.4 強(qiáng)度分析方法及數(shù)據(jù)預(yù)處理

強(qiáng)度分析方法是一種定量分析土地利用/土地覆蓋變化，適用于兩個(gè)或兩個(gè)以上時(shí)間段以及兩個(gè)或兩個(gè)以上不同類(lèi)型的分析，包括3個(gè)層面的分析，即時(shí)間間隔、類(lèi)別、轉(zhuǎn)換層面。第1個(gè)層面分析每個(gè)時(shí)間間隔的總體變化規(guī)模和變化速率的大小，稱(chēng)之為間隔層面，計(jì)算每個(gè)時(shí)間間隔的年變化強(qiáng)度之后與均值線對(duì)比其變化速率的快慢。由公式1計(jì)算每個(gè)時(shí)間段的變化面積百分比；公式2給出了變化速率均值線，如果St的值在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)t都相等的話，則St的值等于U，這是強(qiáng)度分析的基本邏輯，并適用于類(lèi)別層面和轉(zhuǎn)換層面的分析。

St為時(shí)間段［Yt， Yt+1］的年變化強(qiáng)度；J為類(lèi)別數(shù)量；下標(biāo)i表示某時(shí)間段初始時(shí)間點(diǎn)的類(lèi)別；下標(biāo)j表示某時(shí)間段終止時(shí)間點(diǎn)的類(lèi)別；下標(biāo)m表示向其他等級(jí)轉(zhuǎn)換的類(lèi)別；下標(biāo)n表示由其他類(lèi)別轉(zhuǎn)換而來(lái)的類(lèi)別；T為時(shí)間段的數(shù)量；下標(biāo)t是［Yt， Yt+1］期間的某一時(shí)間點(diǎn)，范圍是［1， T-1］；Yt為時(shí)間點(diǎn) t的年份。

U為時(shí)間Intensity analysis均值線的值。

第2個(gè)層面為類(lèi)別層，分析每個(gè)類(lèi)別在某一個(gè)時(shí)間段增加（公式5）或減少的程度（公式6），并將其與均值線對(duì)比可知其變化速率的緩急情況。

Gtj為［Yt，Yt+1］中j等級(jí)的年總增加強(qiáng)度。

Ltij為從時(shí)間點(diǎn)Yt的i等級(jí)轉(zhuǎn)換至?xí)r間點(diǎn)Yt+1的j等級(jí)的像元個(gè)數(shù)。

第3個(gè)為轉(zhuǎn)換層面，分析某一類(lèi)別轉(zhuǎn)換為另一類(lèi)別和其他類(lèi)別轉(zhuǎn)入該類(lèi)別的程度，并找出在某一特定時(shí)間間隔內(nèi)哪種類(lèi)別的轉(zhuǎn)換尤為強(qiáng)烈。

Rtin為［Yt， Yt+1］中i等級(jí)至n（i≠n）等級(jí)的年轉(zhuǎn)換強(qiáng)度。

Wtn為［Yt， Yt+1］中從時(shí)間點(diǎn)Yt的非n等級(jí)至n等級(jí)的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換強(qiáng)度。

Qtmj為［Yt， Yt+1］中m等級(jí)至（m≠j）等級(jí)的年轉(zhuǎn)換強(qiáng)度。

Vtm為［Yt， Yt+1］中從時(shí)間點(diǎn)Yt+1的m等級(jí)至所有非m等級(jí)的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換強(qiáng)度。

2　結(jié)果分析

2.1 植被覆蓋度計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證

為驗(yàn)證NDVI像元二分模型應(yīng)用于植被覆蓋度反演是否有效，本研究在錫林郭勒境內(nèi)選取 30個(gè)（圖2）1 m×1 m樣方進(jìn)行實(shí)地采樣驗(yàn)證，考察時(shí)間為2013年8月16—17日，使用GPS定位，獲得采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)。最后根據(jù)經(jīng)緯度坐標(biāo)將從影像上獲取的估算結(jié)果與實(shí)地測(cè)量結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，選取的影像為 2013年 8月上旬的數(shù)據(jù)（geo13aug15a.n11-VI3g）。結(jié)果表明，應(yīng)用 NDVI像元二分模型估算的結(jié)果與實(shí)測(cè)值間有較高的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達(dá)到了 0.914，表明用像元二分模型估算的植被覆蓋度是可靠的，該結(jié)果與劉玉安等人（2012）的結(jié)果較一致。

2.2 內(nèi)蒙古植被覆蓋度變化格局

圖3為1982—2010年內(nèi)蒙古各年代植被覆蓋度空間分布圖，從圖中可以看出，植被覆蓋度高等級(jí)出現(xiàn)在研究區(qū)東部，低等級(jí)出現(xiàn)在西部，總體上呈由研究區(qū)東部向西部植被覆蓋度逐漸減小的趨勢(shì)。為更深入地探討近30年內(nèi)蒙古植被覆蓋度時(shí)空變化，利用ArcGIS的分類(lèi)統(tǒng)計(jì)工具，對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)不同時(shí)期、不同等級(jí)的植被覆蓋度進(jìn)行面積統(tǒng)計(jì)（表3）。結(jié)果表明，在3個(gè)年代均表現(xiàn)為高覆蓋度植被面積占比最大，其次是中高覆蓋度、低覆蓋度、中覆蓋度，中低覆蓋度面積最??；中高和高覆蓋度植被的面積占研究區(qū)總面積的60%以上，表明內(nèi)蒙古植被長(zhǎng)勢(shì)較好。

圖2　植被覆蓋度估算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果相關(guān)性分析Fig. 2　Correlation analysis between the estimation and measurement of vegetation coverage

圖3　內(nèi)蒙古各年代植被覆蓋度等級(jí)分布圖Fig. 3　Spatial distribution of vegetation coverage degree in each decade in Inner Mongolia

表3　各年代植被覆蓋度等級(jí)面積統(tǒng)計(jì)Table 3　Area statistics of vegetation coverage degrees in each decade

不同等級(jí)植被蓋度在不同年代的面積變化表現(xiàn)為在1980s—1990s間，中低、中和中高覆蓋度面積有不同程度的減少，而低和高覆蓋度植被面積增加，中低、中和中高覆蓋度減少的面積有99%轉(zhuǎn)為高覆蓋度，表明1990s的植被長(zhǎng)勢(shì)比1980s的好。結(jié)合空間變化圖4（a）可知，1980s—1990s內(nèi)蒙古地區(qū)植被覆蓋呈增加的面積（49.2%）大于減少的面積（43.3%），主要分布在呼倫貝爾北部、錫林郭勒盟、通遼和赤峰南部、呼和浩特市、烏蘭察布中南部、巴彥淖爾南部、鄂爾多斯東部和阿拉善少數(shù)零星區(qū)域；除了阿拉善盟額濟(jì)納旗西部和大興安嶺東側(cè)的某些像元之外，其他地區(qū)植被覆蓋度減少。

1990s—21世紀(jì)初高植被覆蓋度減少面積最大（表3），其次是低覆蓋度和中覆蓋度，中低和中高覆蓋度增加。本研究低覆蓋度指的是沙漠化土地、低產(chǎn)草地等，主要分布在內(nèi)蒙古西部位于荒漠地區(qū)的阿拉善盟。結(jié)合圖4（b）得出，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，內(nèi)蒙古植被蓋度呈減少的面積（57.1%）大于增加面積（35.6%），植被蓋度減少的地區(qū)主要分布在內(nèi)蒙古中西部，結(jié)合前段1980s—1990s的分析結(jié)果可知，以中覆蓋度和中高覆蓋度為主的錫林郭勒盟植被蓋度減少最明顯，這是由于 21世紀(jì)初期錫林郭勒地區(qū)采礦活動(dòng)加劇及受沙塵暴和干旱等氣候?yàn)?zāi)害的影響，導(dǎo)致草場(chǎng)退化、沙化現(xiàn)象日益明顯（楊強(qiáng)等，2015）；植被覆蓋增加的地區(qū)位于內(nèi)蒙古西部，以低和中低覆蓋度等級(jí)為主，該地區(qū)植被蓋度增加除氣候要素的影響之外生態(tài)恢復(fù)工程的實(shí)施是植被恢復(fù)的關(guān)鍵（Tian et al.，2015）。

2.3 強(qiáng)度分析結(jié)果

1980s—1990s和1990s—21世紀(jì)初兩個(gè)時(shí)間段的間隔分析如圖5所示，0的左側(cè)表示每個(gè)時(shí)段的整體變化面積，而延伸到0的右側(cè)的條形圖表示每個(gè)時(shí)間間隔年變化面積的強(qiáng)度，若強(qiáng)度條在均值線（圖中虛線）的左側(cè)，則認(rèn)為該時(shí)間段的變化相對(duì)緩慢；若在均值線的右側(cè)，則認(rèn)為該時(shí)間段的變化相對(duì)較快。內(nèi)蒙古植被覆蓋度在1980s—1990s的變化面積小于1990s—2010年，且1990s—21世紀(jì)初的變化速率相對(duì)1980s—1990s較快。

圖4　1980s—1990s（a）和1990s—21世紀(jì)初（b）植被覆蓋度空間變化特征Fig. 4　Spatial variation characteristics of vegetation coverage in the 1980s to 1990s （a） to the early 21st century （b）

圖5　時(shí)間強(qiáng)度分析：1980s—1990s和1990s—21世紀(jì)初Fig. 5　Time intensity analysis for two time intervals: the 1980s—1990s and the 1990s—early 21stcentury

兩個(gè)時(shí)段的內(nèi)蒙古植被覆蓋度等級(jí)變化規(guī)律如圖6所示。0的左側(cè)條形圖為各等級(jí)植被覆蓋度的年變化面積，0的右側(cè)為年變化強(qiáng)度，通過(guò)均值線的為變化活躍，反之變化強(qiáng)度平緩。圖 6a1、a2 為 1980s—1990s植被覆蓋度等級(jí)增加和減少變化結(jié)果，低覆蓋度、中低覆蓋度和中覆蓋度增加和減少的面積相當(dāng)，中高覆蓋度減少的面積稍大于其增加的面積，而高覆蓋度增加的面積大于其減小的面積；除了低覆蓋度植被，中低覆蓋度、中覆蓋度、中高覆蓋度的增加和減少均較為活躍，高覆蓋度的增加相對(duì)活躍、減少相對(duì)平緩。以上均說(shuō)明 1990s的植被長(zhǎng)勢(shì)比1980s的好。

1990s—21世紀(jì)初內(nèi)蒙古植被覆蓋度等級(jí)層面分析結(jié)果為圖 6b1、b2所示。低覆蓋度、中覆蓋度和高覆蓋度減少的面積均大于其增加的面積，且減少?gòu)?qiáng)度較為活躍；中低和中高覆蓋度增加的面積大于其減少的面積，增加強(qiáng)度相比其減少程度較為活躍。

圖6　植被覆蓋度等級(jí)變化強(qiáng)度分析（a：1980s—1990s ；b：1990s—21世紀(jì)初；1-增加；2-減少）Fig. 6　Category intensity analysis for two time intervals: a for the 1980s-1990s， b for the 1990s-early 21st century， 1 for gains and 2 for losses

由公式（7）～（10）計(jì)算出的轉(zhuǎn)換層面的分析結(jié)果可知，一個(gè)植被覆蓋等級(jí)在各個(gè)時(shí)間段與其他等級(jí)相互轉(zhuǎn)換的強(qiáng)度，可以說(shuō)明哪種轉(zhuǎn)換更為強(qiáng)烈。為了更直觀地顯示各植被覆蓋度等級(jí)間的轉(zhuǎn)換規(guī)律，統(tǒng)計(jì)了各時(shí)間段占主導(dǎo)的轉(zhuǎn)換形式。如表 4所示，不同植被覆蓋度等級(jí)在兩個(gè)時(shí)段內(nèi)的主導(dǎo)轉(zhuǎn)換是一致的，低植被覆蓋度在 1980s—1990s和1990s—21世紀(jì)初以中低植被覆蓋度之間的轉(zhuǎn)換為主導(dǎo)；中低覆蓋度以向低覆蓋度和中覆蓋度轉(zhuǎn)換為主；中覆蓋度以向中低和中高覆蓋度轉(zhuǎn)換為主導(dǎo)；中高覆蓋度以向中和高覆蓋度的轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲗?dǎo)；而高覆蓋度則以向中高覆蓋度轉(zhuǎn)換為主導(dǎo)。總體來(lái)說(shuō)，研究期內(nèi)內(nèi)蒙古低覆蓋度植被以向高一等級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鳎虚g等級(jí)的植被覆蓋度以向低等級(jí)和高等級(jí)轉(zhuǎn)換為主，而高覆蓋度則以向低級(jí)轉(zhuǎn)換為主。

表4　1982—2010年內(nèi)蒙古各時(shí)間段主導(dǎo)植被覆蓋度轉(zhuǎn)換Table 4　Conversion of dominant vegetation coverage in Inner Mongolia during three time periods

3　結(jié)論與討論

在遙感和GIS技術(shù)支持下，基于像元二模型和Intensity analysis方法，分析了內(nèi)蒙古植被覆蓋度在1982—2010年不同年代的時(shí)空變化特征，得出如下結(jié)論：

（1）證實(shí)了像元二分模型應(yīng)用于植被覆蓋度反演是有效的，具有較高的植被覆蓋度估算精度，其實(shí)測(cè)值與估算值相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.914。

（2）對(duì)內(nèi)蒙古不同年代植被覆蓋度而言，空間分布均有從東向西逐漸減小的特征；各類(lèi)別面積大小有高覆蓋度＞中高覆蓋度＞低覆蓋度＞中覆蓋度＞中低覆蓋度。

（3）1980s—1990s植被覆蓋呈增加的面積（49.2%）大于減少的面積（43.3%），而在1990s—21世紀(jì)初植被蓋度呈減少的面積（57.1%）大于增加面積（35.6），1990年代的植被長(zhǎng)勢(shì)比其他兩個(gè)年代好。

（4）1990s—21世紀(jì)初的年平均變化速率相對(duì)1980s—1990s較快；1980s—1990s高植被覆蓋度的增加活躍，減少變化較平緩，低植被覆蓋度的增加和減少均較平緩。1990s—21世紀(jì)初，高覆蓋度和低覆蓋植被的增加較平緩，而減少變化較為活躍；研究期內(nèi)低覆蓋度植被以向高一等級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鳎吒采w度則以向低級(jí)轉(zhuǎn)換為主。

強(qiáng)度方法不僅強(qiáng)調(diào)類(lèi)別變化的大小，更考慮不同等級(jí)變化的強(qiáng)度。采用該方法，可以對(duì)植被覆蓋度變化規(guī)律進(jìn)行深度分析，包括各個(gè)時(shí)間段植被覆蓋度變化的快慢，植被覆蓋度等級(jí)的總體變化活躍程度以及各植被覆蓋度等級(jí)間的轉(zhuǎn)換情況。但該方法仍存在很多不足之處，需做進(jìn)一步完善，比如沒(méi)有考慮到不同類(lèi)別的聚合對(duì)結(jié)果的影響，以及數(shù)據(jù)本身的不確定性。應(yīng)該在分析過(guò)程中加入空間位置的信息，從時(shí)空變化上進(jìn)行完整的分析。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合氣候變化和中國(guó)生態(tài)保護(hù)、治理政策，進(jìn)一步深入研究?jī)?nèi)蒙古植被變化機(jī)制，進(jìn)而為該地區(qū)植被恢復(fù)和災(zāi)害預(yù)警提供科學(xué)支撐。

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DOI：10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.05.002

中圖分類(lèi)號(hào)：X17

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-5906（2016）05-0737-07

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃子課題（2013BAK05B01）；國(guó)家自然基金項(xiàng)目（41461102）

作者簡(jiǎn)介：佟斯琴（1991年生），女（蒙古族），博士研究生，主要從事自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理研究。E-mail: tsq118446@163.com

*通信作者，E-mail: baoyuhai@imnu.edu.cn

收稿日期：2016-04-11

Spatiotemporal Changes of Vegetation Coverage in Inner Mongolia Based on the Dimidiate Pixel Model and Intensity Analysis

TONG Siqin1， 2， 3， BAO Yuhai2， 3， ZHANG Qiaofeng3， Duwala4
1. College of Environmental Science， Northeast Normal University//Nature Disaster Research Institute，Northeast Normal University， Changchun 130117， China；2. Inner Mongolia Key Laboratory of Remote Sensing and Geographic Information System， Hohhot 010022， China；3. College of Geographical Science， Inner Mongolia Normal University， Hohhot 010022， China；4. Inner Mongolia Autonomous Region Ecological and Agricultural Meteorology Center， Hohhot 010051， China

Abstract：In this paper， based on the GIMMS NDVI3g data， using dimidiate pixel model and intensity analysis methods to analyze the changes of vegetation coverage in Inner Mongolia from 1982 to 2010 at three levels as time interval， category and transition. The results show that the vegetation coverage estimated by dimidiate pixel model has a high correlation with the measured values， which up to 0.836. The vegetation coverage's increased area （49.2%） is greater than the reduced area （43.3%） from 1980s to 1990s， while in 1990s to the 21stcentury the reduced area （57.1%） is greater than the increased area （35.6%）， indicating that the vegetation growth in the 1990s is better than the two other decades. From the intensity analysis we can see that the average annual rate of change in the 1990s-early 21stcentury was relatively faster than that of the 1980s-1990s. In the 1980s-1990s， the gain of high vegetation coverage was active and the loss was dormant； the gain and loss of low vegetation coverage was both dormant. In the 1990s-early 21stcentury the gain of high and low vegetation coverage both are dormant， while the losses were active. In two study periods， the low coverage of vegetation transition to a higher level， however the high vegetation coverage is converting to the lower coverage.

Key words：vegetation coverage； dimidiate pixel model； intensity analysis； spatiotemporal changes