2001―2010年东洞庭湖湿地ndvi指数水位响应

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1、2001-2010年东洞庭湖湿地NDVI指数水位响应摘要：利用TIMESAT拟合2001年至2010年东洞庭湖的M0DIS-NDVI数据，获得整个东洞庭湖湿地A及湿地西侧B和南侧C三个区域的NDVI时间序列•通过分析NDVI时间序列与水位变化关系、绘制样本自相关曲线及计算Spearman秩相关系数（Ps）,研究了东洞庭湖湿地植被覆盖和水位变化两方面功能状态，并探讨东洞庭湖湿地植被覆盖对水位变化的响应•研究表明:1）东洞庭的植被覆盖状况受水位作用是以年为周期，每周期内的4月及10月底出现一个峰值，丰水期7月份出现一个降低过程；二次多项式拟合显示植被覆盖峰值的水位临

2、界点在24〜25m左右.2）三个研究区植被受湖泊水位作用大小关系是：A区2NDVI时间序列的重构与分析方法TIMESAT软件［14］由Jnsson和Eklundh共同开发，可进行植被指数时间序列数据集的重建及植被生长物候信息的提取，以便获取季节性植被生长规律信息.该软件包含SavitzkyGolay滤波法、AsymmetricGaussians拟合法和Logistic函数拟合法三种核心算法.本文利用其中可较好描述NDVI时序数据的总体变化趋势和全局特征的AG拟合法滤波法［15-16］,对经过预处理的M0DIS13Q1数据产品进行拟合，去除时间序列中的异常值，重构

3、A,B,C三个区域的NDVI时间序列•将研究区内拟合后所有像元的NDVI值进行平均，获得NDVI平均值的时间序列，用以代表该区域该时段的植被覆盖变化状况，并与东洞庭湖水位序列进行相关性分析.3结果与分析3.1NDVI时间序列去噪结果与分析图2中虚线为A区原始的NDVI时间序列，其中的几个明显异常低值是由于2001年12月初、2002年2月中旬及4月中旬、2005年2月初、2006年2月初及2008年1月中旬这几个时间段内研究区域上方的云层影响•本研究区域是东洞庭湖湿地，鉴于湿地特殊的水文特性对遥感获取的NDVI值的影响，原始NDVI时间序列有一定的锯齿状波动[1

4、9].利用TIMESAT软件设置适当参数通过AG拟合使NDVI时间序列平滑化，减小噪声值对时间序列的影响.从图2中可以看出拟合后的曲线平滑，去噪效果良好.3.2NDVI时间序列与水位整体变化分析图3所示，NDVI时间序列相对水位的整体变化趋势是：每年的开始阶段随水位的上升NDVI值增大，当水位值达24m左右时，NDVI值达第一个波峰；随后NDVI曲线呈下降趋势,直至水位达最高时，曲线形成一个波谷；在水位开始下降后NDVI值呈现上升状态，直到水位下降至25m左右后，NDVI值达到第二个波峰；之后11月份后植被进入衰退期，NDVI值随水位的下降也开始减小.由曲线变化

5、幅度可见,A区NDVI变化幅度没有E和C这两区明显；B区的NDVI值相对C区更大，但C区的NDVI变化程度较B区更加剧烈•洞庭湖的汛期是每年6月至9月，非汛期则是10月至次年5月.C区由于植被覆盖类型为芦苇及苔草，生长区的高程较低，受汛期水位上涨影响大；而B区的高程较C区高，主要覆盖的植被为杨树和芦苇，汛期的影响相对较小.2003年后，汛期累积水量逐渐减少，2006年汛期累积水量出现低于全年累积水量的50%[20],水量的减少使泥滩湿地裸露范围增大、时间延长，NDVI值在2003年后（除C区2010年）的6月至9月期间相对2003年前同期较高.东洞庭湖湿地植被质

6、心呈现从林地芦苇苔草逐层靠近湖心的分布特点，1993-2006年三种植被类型的质心均不断向湖心迁移，林地与芦苇的变迁更为显著[21].区域内一部分低矮的植被类型分布区被高直的植被类型取代，林地和芦苇的迁移也导致汛期NDVI值偏高.对2001至2010年这10年的NDVI与东洞庭湖水位进行多元线性回归二次多项式关系拟合，A,B和C三个研究区拟合的相关系数R分别为：0.56,0.74,0.66.东洞庭湖湿地的NDVI在低水位和高水位状态下，NDVI值较小；在一定的水位水平下NDVI有最大值•其中，A区NDVI的最大值出现在24m左右，且大值范围较小；B区最大值同样出

7、现在24m左右，但水位在21m〜31m的范围均有较大NDVI值；而C区NDVI的大值集中出现在22in〜25m之间•二次多项式分析表明，东洞庭湖区的植被覆盖有一个水位的临界点或临界范围，且受区域高程的影响.3.3NDVI时间序列样本自相关性分析由图4三个不同研究区内的NDVI时间序列的样本自相关曲线分析，A区和B区的样本自相关曲线在第23期、46期等每隔23个滞后期处有个较高的自相关系数，在这两个区域内NDVI时间序列是以每23期（la）为一个周期的变化.同时，在A区和B区的每个周期内在自相关系数为负值区形成一个凸起的小波峰，波峰的起点在第7期左右（4月中旬）,

8、结束点在第19期左右（1