1 引言
新疆处在欧亚大陆腹地，距海洋较远，气候干旱、降水较少，是典型的内陆干旱区。新疆山区天然林处于积雪冰川和河川水系之间，具有控制能量平衡和水分循环、保护永久积雪和冰川安全、拦截与调节山区降水和冰雪融水的重要生态水文作用（赵传燕等，2010），同时具有涵养水源、净化水质、保持水土、防风固沙等重大生态功能（朱雅丽等，2017），担负着调节生态平衡的重大责任。随着经济建设对森林物质产品需求的增长和各类经济活动对森林生态系统干扰强度的加大，山区天然林的自然更新问题日益突出，如何对其进行合理有效的保护是亟需解决的问题。掌握山区天然林在不同地形因子下的空间分布规律能够为山区天然林的保护与管理工作提供指导。
已有学者通过布设样地采用点格局分析法分析研究了艾比湖区域植物种群的分布（王庭权等，2015）、北京山区不同龄级刺槐（Robinia Pseudoacacia）个体的分布格局与空间关联性（刘淑燕等，2010）、北京山区椴树（Tilia miqueliana Maxim.）空间分布与海拔的关系（贾国栋，2011）、青海云杉不同龄级树木在不同尺度下的空间分布格局（赵丽琼等，2010）、长白山云冷杉林幼苗幼树的空间分布格局（杨华，2014），这些研究在小尺度上报道了植物种群、树木的空间分布规律，但研究结论往往受到取样数量和取样范围的影响。基于3S技术，在大尺度范围对不同山区天然乔木林空间分布的位置和数量进行定量研究分析的报道较少。
目前，相关学者运用GIS、RS技术研究了森林景观、种群、资源的空间分布情况（常禹等，2003；胥晓等2005；曾宏达，2005; 岳刚等，2013），也有学者运用GIS、RS技术分析研究了新疆森林资源动态变化（李虎等，2003）、祖厉河流域的土地分类和地类空间分布（彭守璋等，2010），本文借鉴和参考了以上研究的技术方法，采用3S技术，基于DEM数据、Landsat数据和森林资源调查数据，定量研究了阿尔泰山、天山西部天然乔木林的空间分布规律，以期为山区森林的经营管理、更新、恢复和重建提供科学依据。
2 材料与方法
2.1 研究区概况
本文选取阿勒泰林场、伊宁林场和霍城林场为研究区（图1）。其中阿勒泰林场位于阿尔泰山中部（87°25' E ~ 88°38'E，47°46' N ~ 48°39'N），海拔900m-3899m，属温带半干旱大陆性气候。阿尔泰山的森林植被类型形成于第四纪，主要是以落叶松为主的寒温带山地针叶林植被类型，具有较为明显的植被垂直带谱，主要分布有针阔树种，欧洲山杨（Populus tremula）、疣枝桦（Betula platyphylla）、西伯利亚云杉（P.obovata ledeb.）、、西伯利亚冷杉（Abies sibirica）、西伯利亚落叶松（Larix sibirica Ledeb.）（张绘芳等，2017）。阿尔泰山林区面积和蓄积在新疆山地林区位居第二，是仅次于天山林区的第二大山地林区（张绘芳等，2017）。
伊宁林场、霍城林场位于天山西部，伊犁河谷中部，伊犁哈萨克自治州境内，其地理位置80°48′~ 82°02′E，44°04′~ 44°32′N，海拔高度129m ~ 3630m。整个林区的景观格局具有鲜明的中亚山地森林特征，林地和草地交错分布，成、过熟林比重大，中、幼龄林比重小（李虎等，2008）。土壤类型主要有高山草甸土、亚高山草甸土、灰褐色森林土、山地栗钙土、山地黑钙土。
2.2 数据收集与处理
DEM数据：收集了涵盖研究区的1：50000地形数据，运用ArcGIS 10.2 3D 分析工具，将地形数据进行空间插值生成分辨率为10米的数字高程模型（DEM），依据DEM生成研究区海拔、坡向、坡度分布图。
Landsat数据：收集了研究区Landsat MSS/TM/ETM+/OLI数字影像，其中收集了阿勒泰林场时间为1977年7月9日和9月1日、1989年9月3日、2002年8月22日和2016年9月5日等4期遥感影像，伊宁林场时间为1977年8月18日、1994年9月30日、2001年9月2日和2016年8月25日等4期遥感影像，霍城林场时间为1977年9月30日、1992年7月13日、2001年7月14日和2016年9月1日等4期影像。运用ENVI 5.1按照B4-B3-B2顺序进行波段合成，再经过几何校正、辐射定标、大气校正和去云处理等处理，得到研究区所需遥感影像数据。
2.3 计算归一化植被指数（NVDI）
归一化植被指数NVDI能够敏感地感应植被冠层的背景亮度，对于绿色植被覆盖情况具有良好指示（郭铌，2003；石玉琼等，2018），因此本文选取NVDI作为天然乔木林分类的规则条件。其计算公式如下：
（1）
式中：和分别是近红外波段和红光波段的反射率。
2.4 天然乔木林分类
运用ENVI 5.1对研究区遥感影像NVDI进行提取，计算研究区NVDI值，分析得到天然乔木林NVDI区间值。运用ENVI 5.1基于规则的面向对象法提取天然乔木林，并通过林地变更调查数据对分类结果进行评定（丁程锋等，2016），以提高分类精度。