2000—2016年朝鮮植被覆蓋動態(tài)變化及其驅(qū)動力研究

戚德康 南穎 李勝楠 王健文

摘要基于MODIS NDVI探究朝鮮植被覆蓋的空間分布格局，運(yùn)用斜率分析法擬合2000—2016年朝鮮植被覆蓋動態(tài)變化趨勢，運(yùn)用Pearson相關(guān)分析法分析朝鮮植被NDVI與氣溫、降水的相關(guān)性，在此基礎(chǔ)上，總結(jié)了2000—2016年朝鮮植被覆蓋動態(tài)變化規(guī)律及其驅(qū)動因素。結(jié)果表明：朝鮮植被覆蓋空間分布不均，北部高原、山地區(qū)以及中東部山地丘陵區(qū)NDVI值最高；西、南海岸地帶，平原地區(qū)以及東部沿海區(qū)NDVI值最低。朝鮮植被生長季NDVI整體上呈減少趨勢，但局部有增加趨勢，空間差異明顯；其中減少面積為39 161 km2，占國土面積的31.9%，增加面積為28 972 km2，占國土面積的23.6%；生長季各月整體上均呈減少趨勢，減少幅度5月最大，7月次之，9月最小。植被變化與氣溫、降水存在相關(guān)性，并存在一定程度的滯后性；年際受氣溫影響略大，年內(nèi)9月植被與前期1月、前期與同期累積氣溫存在顯著相關(guān)性，與當(dāng)月、前期與同期累積降水存在顯著相關(guān)性。

關(guān)鍵詞MODIS NDVI；植被覆蓋；動態(tài)變化；氣候因子；朝鮮

中圖分類號Q948.112；P461+.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2017）21-0059-06

Dynamic Changes of Vegetation Coverage and Its Driving Force in North Korea during 2000-2016

QI Dekang1， NAN Ying1*， LI Shengnan2 et al

（1.Department of Geography， College of Science， Yanbian University， Yanji， Jilin 133000；2. Graduate School of International Studies， Yanbian University，Yanji， Jilin 133000）

AbstractThe spatial distribution pattern of vegetation of North Korea was explored based on MODIS NDVI. The dynamic change trend of vegetation cover in North Korea during 2000-2016 was fitted. The correlation between NDVI and temperature， precipitation in North Korea by Pearson correlation analysis was analyzed， on the basis of that， the law and cause of dynamic change in North Korea during 2000-2016 was summarized. The results showed that the spatial distribution of vegetation cover in North Korea was uneven. The NDVI value was highest in the northern plateau and mountain areas， as well as in the hilly and hilly areas in the central and eastern part of the country. The NDVI values were lowest in the coastal areas of the west and south， the plains and the eastern coastal areas. Vegetation cover of the overall was reducing， vegetation cover of the local was increasing and the spatial distribution of vegetation cover was different significantly. The area of reduced was 39 161 km2， accounting for 31.9% of the land， the area of increased was 28 972 km2， accounting for 23.6% of the land. The growth season showed less trend in each month， the largest magnitude of the reduced in May ，followed by July， the least magnitude of the reduced in September. Changes of vegetation coverage was related to temperature and precipitation， and had a certain degree of lag. The influence of temperature was slightly larger than the precipitation， within the year， there was a significant correlation between the vegetation of September and the temperature， and there was also a significant correlation between the vegetation of September and the precipitation.

Key wordsMODIS NDVI；Coverage of vegetation；Dynamic change；Climate factor；North Korea

植被是地表生態(tài)系統(tǒng)中最重要的組成部分，能夠通過光合作用、呼吸作用、蒸騰作用及表面反照率從根本上調(diào)節(jié)地表的能量平衡、水循環(huán)、生物地球化學(xué)循環(huán)[1]。它不僅是重要的自然資源，還具有指示性作用，在一定程度上能代表土地覆蓋的變化，并在全球變化研究中充當(dāng)指示器的作用[2]。因此，研究植被在較長時間尺度上的變化規(guī)律，對于更好地理解生態(tài)系統(tǒng)的變化特征，揭示全球變化的規(guī)律具有重要作用[3]。

歸一化植被指數(shù)（normalized difference vegetation index，NDVI）反映了植被吸收光合有效輻射比例，能很好地反映地表植被的繁茂程度，與植被覆蓋度、葉面積指數(shù)、植被生產(chǎn)力等指標(biāo)有較好的相關(guān)性[4-5]。遙感數(shù)據(jù)在空間和時間上具有連續(xù)性，有助于監(jiān)測區(qū)域乃至全球植被在時間和空間上的動態(tài)變化。近年來，MODIS NDVI等數(shù)據(jù)產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于植被動態(tài)變化的研究中。武正麗等[6]對祁連山植被覆蓋變化做了大量研究，并對植被變化與氣候因子的相關(guān)性進(jìn)行了探討；張韻婕等[7]基于遙感和氣象數(shù)據(jù)分析了1982—2013年蒙古高原植被動態(tài)變化；張建亮等[8]對長白山國家級自然保護(hù)區(qū)植被時空變化及驅(qū)動因子進(jìn)行了研究；周夢甜等[9]研究了近15年新疆不同類型植被NDVI時空動態(tài)變化及其對氣候變化的響應(yīng)；徐勇等[10-11]利用MODIS13Q1產(chǎn)品并結(jié)合相關(guān)氣候資料研究了江蘇省植被覆蓋變化及與氣候因子的關(guān)系；杜加強(qiáng)等[12-14]從不同尺度和方面對新疆植被NDVI動態(tài)變化進(jìn)行了研究，探討了氣候變化和人類活動對植被生長的影響。準(zhǔn)確獲取地表植被覆蓋信息，對揭示地表空間變化規(guī)律，探討變化驅(qū)動因子和分析區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重要意義[15-16]。

朝鮮是東北亞朝鮮半島重要的生態(tài)區(qū)，也是其境內(nèi)許多內(nèi)陸河的發(fā)源地和地表徑流形成區(qū)，朝鮮的生態(tài)安全環(huán)境關(guān)乎我國東北乃至整個東北亞的生態(tài)安全與穩(wěn)定。然而，由于朝鮮的相對封閉，數(shù)據(jù)和資料獲取有限，因此我國少有學(xué)者使用MODIS NDVI對朝鮮近十幾年來的植被動態(tài)變化進(jìn)行研究。筆者以地表植被受到嚴(yán)重退化的朝鮮為例，基于MODIS NDVI探究了朝鮮植被覆蓋的空間分布格局；運(yùn)用斜率分析法擬合了2000—2016年朝鮮植被覆蓋動態(tài)變化趨勢；運(yùn)用Pearson相關(guān)分析研究了朝鮮植被NDVI與氣溫、降水的相關(guān)性，在此基礎(chǔ)上，總結(jié)了2000—2016年朝鮮植被覆蓋動態(tài)變化規(guī)律及其驅(qū)動因素，以期為理解朝鮮植被生長狀況及其影響因素，維持我國東北地區(qū)乃至東北亞生態(tài)安全與穩(wěn)定、環(huán)境災(zāi)害預(yù)警及生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1資料與方法

1.1研究區(qū)概況

朝鮮全稱朝鮮民主主義人民共和國，全國分為9個道1個直轄市2個特別市，人口2 405萬，國土面積122 762 km2（世界分國地圖，由中國地圖出版社2016年3月修訂）。朝鮮位于亞洲大陸東部，朝鮮半島北部，其領(lǐng)土北部與我國吉林省、遼寧省接壤，東北部與俄羅斯為鄰，南部隔軍事分界線（三八線）與韓國接壤，西南瀕臨黃海，東部為日本海。地勢東高西低、北高南低，平均海拔440 m，多山地，平原較少。全境北部以蓋馬高原為中心山地廣布，地表植被屬針葉林帶，主要樹種有魚鱗松、西伯利亞沙松、銀松等；中東部是山地丘陵區(qū)，高原與山間盆地較多，其中，東部植被多為針闊混合林，中部多為闊葉林；西、南海岸是丘陵低地區(qū)。氣候?qū)俸Ｑ笮韵虼箨懶詺夂蜻^渡的溫帶季風(fēng)性氣候，年平均氣溫8～12 ℃，年均降水量1 000～1 200 mm。比同緯度其他地區(qū)氣溫低，而且溫差也大。境內(nèi)湖泊較多，以海跡湖居多，如白頭山上的中朝界湖——天池及長津湖、長淵湖等。朝鮮地理位置及其境內(nèi)氣象站點(diǎn)分布見圖1。

1.2數(shù)據(jù)來源及處理

2000—2016年MODIS NDVI數(shù)據(jù)（軌道號：h27v04，h27v05，h28v05）由美國航空航天局提供（http：//ladsweb.nascom.nasa.gov/data/search.html），空間分辨率為250 m，時間分辨率16 d。在朝鮮，生長季一般為4—10月，但初霜早來（9月中旬），終霜較晚（5月上旬），10月開始降雪，故該研究選取5—9月的MODIS NDVI數(shù)據(jù)，共計510景。利用MRT（Modis reprojection tools）軟件對MODIS影像進(jìn)行波段提取、影像鑲嵌、投影變換、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等一系列批量操作處理，并對每月2期的NDVI數(shù)據(jù)采用最大值合成法（maximum value composites，MVC）合成月最大NDVI，以消除云的影響。

氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)來源于FAO和Korean Meteorological Administration（KMA），由延邊大學(xué)地理系項(xiàng)目團(tuán)隊積累，包含了朝鮮境內(nèi)27個氣象站點(diǎn)記錄的2000—2015年（2016年數(shù)據(jù)尚未發(fā)布）氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)等，采用克里金插值法將各個站點(diǎn)氣溫、降水值插到整個研究區(qū)，以便獲取氣候因子區(qū)域均值序列。朝鮮國家及道級矢量行政界線數(shù)據(jù)由朝鮮金日成綜合大學(xué)提供。

1.3研究方法

利用均值法分析了朝鮮植被覆蓋的空間分布格局；采用斜率分析法擬合了2000—2016年朝鮮植被NDVI動態(tài)變化趨勢；最后，運(yùn)用相關(guān)分析法探究了植被NDVI與氣溫、降水的相關(guān)性，在此基礎(chǔ)上，總結(jié)了2000—2016年朝鮮植被NDVI的變化規(guī)律及其驅(qū)動因素（圖2）。

45卷21期戚德康等2000—2016年朝鮮植被覆蓋動態(tài)變化及其驅(qū)動力研究

1.3.1朝鮮植被NDVI的空間分布格局。

參考武正麗等[17]的研究，對2000—2016年植被生長季（每年5—9月）NDVI取累積后的平均值，即植被累積年平均NDVI值，并以此來反映2000—2016年朝鮮植被空間分布格局整體特征。具體計算方法如下：

NDVI=（17m=19n=5NDVImn）/17

式中，NDVI為累積年平均NDVI；NDVImn表示第m年第n月的NDVI值；m=1表示2000年，m=2表示2001年，…，m=17表示2016年。

研究朝鮮植被覆蓋的年際變化規(guī)律，對2000—2016年生長季5—9月的月最大NDVI取平均值來代表年平均NDVI值。公式如下：

NDVIδ=（9n=5NDVInm）/5

式中，NDVIδ表示年平均NDVI，m=2000年，2001年，…，2016年。

1.3.2朝鮮植被NDVI變化趨勢。

利用斜率分析法模擬2000—2016年朝鮮植被NDVI的變化趨勢，以此來反映植被覆蓋變化的空間分布特征。將模擬的結(jié)果定義為嚴(yán)重減少、中度減少、輕度減少、基本不變、輕度增加、中度增加、高度增加7個分類別，并統(tǒng)計出各類別所占整個研究區(qū)的比例大小。公式如下：

Slope=nni=1ii-ni=1ini=1inni=1i2-（ni=1i）2

式中，Slope為方程線性斜率；n為研究的累積年數(shù)（17）；i為年份序號，表示第i年；i為第i年最大NDVI?；貧w方程的斜率表示植被的變化趨勢，Slope為正，表示植被增加；反之，表示植被退化。

1.3.3植被NDVI與氣候因素的相關(guān)性。

采用相關(guān)分析法研究NDVI與氣候因子的相關(guān)性。將生長季內(nèi)各月NDVI與月平均氣溫和月降水量進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)為-1～1，并定義|α|≤0.2為弱相關(guān)，0.2<|α|≤0.4為較強(qiáng)相關(guān)，0.4<|α|≤0.7為顯著相關(guān)，|α|>0.7為極顯著相關(guān)。相關(guān)系數(shù)的大小代表相關(guān)性的高低，相關(guān)系數(shù)的絕對值越大，表示兩者相關(guān)性越高；相關(guān)系數(shù)的絕對值越小，表示兩者的相關(guān)性越低。公式如下：

α=ni=1（xi-）（yi-）

ni=1（xi-）2（yi-）2

式中，α為變量x、y的相關(guān)系數(shù)，代表要素間相關(guān)程度；n為研究的年份總數(shù)（17）；xi為NDVI均值；yi為氣候因子；，為2個變量的平均值。

2結(jié)果與分析

2.1NDVI空間分布格局

由圖3可知，北部山地高原區(qū)分別位于蓋馬高原東北部、東部、南部、西部的咸境山脈、摩天嶺、赴戰(zhàn)嶺、狼林山脈以及中東部山地丘陵區(qū)，是NDVI高值區(qū)，年累積平均NDVI值為3.99～4.58，主要植被類型是針葉林、針闊混合林；蓋馬高原植被NDVI次之，為3.36～3.99，這里是玄武巖臺地，由古老的結(jié)晶片巖、片麻巖組成，主要植被類型是針葉林，有些地方混生有黑樺、山樺、白楊等闊葉樹，海拔約2 000 m，為朝鮮地形上的“屋頂”，平均氣溫低；西、南海岸地帶、平原地區(qū)及東部沿海區(qū)植被覆蓋較少，年累積平均NDVI為2.24～3.36；其中平壤及其周邊地區(qū)年累積平均NDVI最小，為0～2.24。

2.2生長季NDVI的年際變化趨勢

由圖4a可知，2001—2003、2004—2007年植被的NDVI呈增長趨勢，2003年最大，接近0.78；2007—2016年表現(xiàn)為先減少后增加再減少后增加的趨勢，2009、2011、2014年為低谷，2010、2013年達(dá)到峰值。整體上看，朝鮮植被呈不斷減少趨勢，2001—2016年朝鮮的平均氣溫呈微弱降低趨勢，也導(dǎo)致了植被生長的緩慢。由圖4b～圖4f可見，生長季各月（5—9月）NDVI整體上均呈減少趨勢，減少幅度5月最大，7月次之，9月最小，各月變化趨勢存在差異。5月植被在2001—2011年呈波浪式減少，2011—2013年增長顯著，增長幅度為0.07。6月植被在2006—2008、2010—2012、2013—2015年減少顯著。7、8月植被在2000—2008年變化不大，2008年以后有起伏變化。9月植被整體上變化不明顯，但年際之間起伏變化顯著，呈先減少后增加再增加后減少趨勢，最大幅度為0.07。

2.3生長季NDVI的空間變化特征

由圖5、表1可知，2000—2016年朝鮮植被覆蓋整體上呈微弱減少趨勢，嚴(yán)重減少的區(qū)域面積為5 402 km2，占國土面積的4.4%，這類區(qū)域主要分布在西、南部平原地區(qū)，其中平壤、沙里院、海州、元山、咸興等道府所在地植被減少尤為嚴(yán)重；中度和輕度減少的區(qū)域面積達(dá)33 759 km2，占國土面積的27.5%，主要分布在西、南部丘陵低地區(qū)和東部沿海地帶及東北部咸境山區(qū)，植被減少的原因在于朝鮮近年來城市的擴(kuò)張，土地利用的增加。另外，長期以來植被砍伐用作燃料或者開墾梯田導(dǎo)致植被急劇減少，植被減少致使雨水不受阻礙地傾瀉而下，這也是造成2016年8月30日席卷朝鮮咸境北道的臺風(fēng)“獅子山”過后，該區(qū)域洪水肆虐的直接原因之一。植被增加（高度增加、中度增加、輕度增加）的區(qū)域面積為28 972 km2，占國土面積的23.6%，這類區(qū)域主要分布在朝鮮南部，西北部部分區(qū)域以及北部蓋馬高原。原因?yàn)槟喜坑斜环Q為“松都”的開城，該區(qū)域尤其是松岳山松林茂密，這里也是高麗人參產(chǎn)地，靠近“三八”軍事分界線，植被破壞程度低；北部蓋馬高原海拔高，受人類破壞少，植被有所增加。

2.4NDVI與氣溫、降水的相關(guān)性

氣候要素、土地利用變化等都會對區(qū)域地表植被產(chǎn)生影響，其中以氣溫和降水對植被生長的影響最為直接和重要[18]。筆者以收集到的2000—2015年氣溫、降水?dāng)?shù)據(jù)對朝鮮植被覆蓋動態(tài)變化與氣候因子的相關(guān)性進(jìn)行了探究。從圖6、7可以看出，朝鮮NDVI變化與氣溫的擬合程度更大，NDVI隨氣溫的變化在2006—2015年具有同步性，其余年份略有滯后。NDVI隨降水的變化在2007—2014年具有同步性，其余年份略有滯后。

筆者進(jìn)一步研究了2000—2015年朝鮮植被年內(nèi)生長季各月與氣溫、降水的相關(guān)性（表2），通常植被對氣溫和降水的響應(yīng)存在滯后性，故分析了NDVI與氣溫、降水在當(dāng)月、前期1月、前期與同期累積3個層面的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)5月植被與當(dāng)月氣溫存在較強(qiáng)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.317，與當(dāng)月降水存在負(fù)相關(guān)，由于朝鮮部分區(qū)域終霜較晚（5月上旬），植被生長受氣溫的影響大，氣溫逐漸抬升，植被開始較快生長。6月植被與前期1月降水較強(qiáng)相關(guān)、與當(dāng)月氣溫存在弱相關(guān)，說明氣溫回升，植被生長對水的需求增多。7月植被與前期1月氣溫存在弱相關(guān)，與降水存在負(fù)相關(guān)。8月植被與當(dāng)月氣溫、前期1月、前期與同期累積氣溫存在較強(qiáng)相關(guān)，與當(dāng)月降水存在較強(qiáng)相關(guān)，說明7月的氣溫對8月植被生長存在較強(qiáng)影響，8月溫度升高，對當(dāng)月降水的需求較高。9月植被與前期1月、前期與同期累積氣溫存在顯著相關(guān)，與當(dāng)月、前期與同期累積降水存在顯著相關(guān)，與當(dāng)月氣溫存在負(fù)相關(guān)，說明8月氣溫對9月植被的影響顯著，當(dāng)月降水促進(jìn)植被生長作用顯著，同時也進(jìn)一步表明植被對氣溫、降水存在一定的滯后性。

3結(jié)論

（1）朝鮮植被覆蓋空間分布不均，北部蓋馬高原、咸境山脈、摩天嶺、赴戰(zhàn)嶺、狼林山脈等山地區(qū)以及中東部山地丘陵區(qū)是NDVI高值區(qū)；西、南海岸地帶，平原地區(qū)以及東部沿海區(qū)是NDVI低值區(qū)；其中平壤及其周邊地區(qū)NDVI最小。

（2）2000—2016年朝鮮植被生長季變化總體趨勢不斷減少，減少幅度年際間存在差異，朝鮮的平均氣溫呈微弱降低態(tài)勢，土地利用程度加大，這都造成了植被的減少；生長季各月（5—9月）整體上均呈減少趨勢，減少幅度5月最大，7月次之，9月最小。

（3）2000—2016年朝鮮植被變化存在明顯的空間差異，減少的面積為39 161 km2，占國土面積的31.9%，這類區(qū)域主要分布在東北部咸境山區(qū)，西、南部平原地區(qū)，其中平壤、沙里院、海州、元山、咸興等道府所在地植被減少尤為嚴(yán)重；增加的面積為28 972 km2，占國土面積的23.6%，這類區(qū)域主要分布在朝鮮南部，西北部部分區(qū)域及北部蓋馬高原。

（4）2000—2016年朝鮮植被變化與氣溫、降水存在相關(guān)性，并存在一定程度的滯后性；年際受氣溫影響略大，年內(nèi)9月植被與前期1月、前期與同期累積氣溫存在顯著正相關(guān)，與當(dāng)月及前期與同期累積降水存在顯著正相關(guān)。

（5）該研究對研究長白山植被變化驅(qū)動因子，進(jìn)而揭示朝鮮半島北部乃至東北亞生態(tài)環(huán)境演變都有重要意義。今后應(yīng)對更長時間序列的朝鮮植被覆蓋變化進(jìn)行研究，并考慮地形、輻射等因素對植被生長的影響機(jī)制；采用更高分辨率、多源遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并逐步量化人類活動對朝鮮植被變化的影響程度，以期人類福祉與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

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