貴州省植被NDVI與氣象因子的相關(guān)性分析

（貴州城市職業(yè)學(xué)院，貴州貴陽市，550025） 趙妮平 梁萍萍

（凱里學(xué)院，貴州凱里市，556099） 劉 嬌

地表植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是連接自然元素的“紐帶”和其他生物賴以生存的基礎(chǔ)[1]。植被的變化情況能反映當(dāng)?shù)厮?、氣候，人類活動等方面的變化[2]，對監(jiān)測區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化有著十分重要的作用。田鵬舉[3]等研究表明貴州省的NDVI 值整體呈正增長趨勢；馬有絢[4]研究認(rèn)為溫度、降水和相對濕度是影響植物的關(guān)鍵性因素；邢愿[5]等研究認(rèn)為，氣溫、降水變化對貴州省植被生長的影響分別表現(xiàn)為不存在明顯滯后期、存在一個月滯后期；任榮儀[6]等人從NDVI的時空變化上分析了NDVI 在不同地貌類型下溫度和降水對植被NDVI的影響，認(rèn)為NDVI 的變化趨勢在巖溶峽谷區(qū)和斷陷盆地區(qū)的增加顯著，在非喀斯特地區(qū)較差，在非喀斯特地貌的穩(wěn)定性最高，喀斯特地貌的穩(wěn)定性最差。

眾多研究表明，植被的生長變化是受到多種因素共同作用影響的，降水和氣溫是影響植被生長變化的主要?dú)夂蛞蜃覽7]，而在對貴州省植被NDVI的研究中發(fā)現(xiàn)，從空間上探討逐月NDVI 對氣候因子響應(yīng)關(guān)系的較少，因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以2001~2018年分辨率為500m的MOD13A1數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用GIS 技術(shù)，采用相關(guān)分析的方法，分別分析了貴州省NDVI與降水、氣溫的相關(guān)性，進(jìn)一步探究了貴州省NDVI對降水、氣溫的響應(yīng)機(jī)制。

1 研究區(qū)概況

貴州省，簡稱“黔”或“貴”，地處云貴高原，位于東經(jīng)103°36′～109°35′、北緯24°37′~29°13′，地勢西高東低，自中部向北、東、南三面傾斜，平均海拔在1100m左右。氣候?yàn)閬啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，四季分明、春暖風(fēng)和、雨量充沛、雨熱同期，年降水量在1100~1 400mm，年均氣溫在14~16℃，因地形和緯度等因素的影響，貴州省內(nèi)氣候從東到西、從南到北、從低到高變化明顯形成了多種氣候類型。境內(nèi)山地和丘陵占92.5%，由于省內(nèi)巖溶地貌發(fā)育非常典型，且貴州省生態(tài)環(huán)境脆弱，很容易受到破壞，因此，保護(hù)植被生長和提高植被覆蓋對改善全省生態(tài)環(huán)境十分重要。

圖1 貴州省行政區(qū)劃圖

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

2.1.1 NDVI數(shù)據(jù)

本文主要采用的是2001~2018 年NDVI 數(shù)據(jù)，空間分辨率為500m，時間分辨率為16d的MODIS植被指數(shù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)MOD13A1，從美國NASA（https://www.nasa.gov/）獲得。利用MRT 軟件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和投影轉(zhuǎn)換并通過最大值合成法（MVC）去除云、大氣和太陽高度角等產(chǎn)生的影響，得到2001~2018 年逐月的NDVI。

2.1.2 氣象數(shù)據(jù)

2001~2018 年降水、氣溫數(shù)據(jù)是從中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)（http://data.cma.cn/）下載，并且選用貴州省內(nèi)具有連續(xù)數(shù)據(jù)的31 個國家氣象站點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，得到降水、氣溫的逐月數(shù)據(jù)，最后采用ANUSPLIN 氣象插值方法[8]生成月平均降雨和月平均氣溫的柵格數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

相關(guān)分析法，通過計算和檢驗(yàn)相關(guān)系數(shù)，探究貴州省NDVI 與降水、氣溫的相互關(guān)系。利用原始時間序列的殘差項進(jìn)行計算[9]公式如下：

式中，Rxy為因變量x與自變量y的相關(guān)系數(shù)；n為樣本數(shù)量； 與 為因變量x與自變量y的均值。Rxy 取值范圍為[-1.0，1.0]，相關(guān)系數(shù)的正負(fù)表示氣候因子與NDVI呈正負(fù)相關(guān)。

3 結(jié)果分析

3.1 NDVI與降水的相關(guān)性分析

降水和溫度是影響區(qū)域植被變化的主要?dú)夂蛞蜃覽10]，植被在不同時期對水熱條件的響應(yīng)時間不同。為了揭示NDVI 對氣候因子（降水、氣溫）的響應(yīng)規(guī)律，計算不同時間尺度的降水、氣溫與NDVI的相關(guān)性。由研究結(jié)果（圖2）可知，NDVI與不同時間的降水相關(guān)系數(shù)均不同，其中，NDVI與前推一個月的降水相關(guān)系數(shù)最大（0.884）；NDVI 與前推五個月的降水相關(guān)系數(shù)最小（0.259）。NDVI與不同時間尺度降水的相關(guān)系數(shù)在空間分布上存在明顯的差異性。NDVI 與當(dāng)前月、前推一個月和前推二個月的降水相關(guān)系數(shù)呈西高東低的空間分布特征，以畢節(jié)市西部地區(qū)最為顯著；NDVI 與后三個時間的降水相關(guān)系數(shù)同其與前三個時間的降水相關(guān)系數(shù)空間分布特征相反，呈東高西低，以黔東南州最為顯著。

圖2 貴州省NDVI與不同時間尺度的降水相關(guān)系數(shù)

3.2 NDVI與氣溫的相關(guān)性分析

同理，由研究結(jié)果（圖3）可知，NDVI 與氣溫的相關(guān)系數(shù)最大值在當(dāng)前月（0.903），隨時間的前推，NDVI 與氣溫的相關(guān)性依次減小。NDVI 與當(dāng)前月、前推一個月和前推二個月的氣溫相關(guān)系數(shù)呈西高東低的空間分布特征，以畢節(jié)市西部地區(qū)最為顯著；NDVI與前推三個月、前推四個月和前推五個月的降水相關(guān)系數(shù)呈南高北低的空間分布特征。由此表明，植被的生長對降水和氣溫的響應(yīng)存在明顯的時空滯后性。

圖3 貴州省NDVI與不同時間尺度的氣溫的相關(guān)系數(shù)

統(tǒng)計NDVI 與降水、氣溫的相關(guān)性可得（圖4），貴州省有69.89%的植被NDVI 與降水的相關(guān)系數(shù)介于0.5～0.8之間，0.96%的植被NDVI與降水的相關(guān)系數(shù)大于0.8；NDVI與氣溫的相關(guān)系數(shù)介于0.5～0.8之間的植被有89.41%，NDVI與氣溫的相關(guān)系數(shù)大于0.8 的植被有2.37%。通過對比貴州省植被NDVI 與降水和氣溫的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，氣溫對貴州省植被生長的影響高于降水。貴州省水資源較豐富，植被可以通過其他條件獲得生長需要的水分，降水只是條件之一，因此，降水對貴州省植被生長的影響小于氣溫。

圖4 貴州省NDVI與不同時間尺度降水、氣溫的平均相關(guān)系數(shù)

進(jìn)一步統(tǒng)計貴州省各市州NDVI與降水和氣溫的平均相關(guān)系數(shù)可知，畢節(jié)市NDVI 與降水和氣溫的平均相關(guān)系數(shù)高于其他市州，且NDVI 對降水和氣溫變化響應(yīng)的平均滯后時間短，即畢節(jié)市NDVI對降水和氣溫的敏感性高于其他地區(qū)；黔東南州NDVI與降水的平均相關(guān)系數(shù)最小，且NDVI對降水變化響應(yīng)的滯后時間最長，究其原因?yàn)榍瓥|南州植被覆蓋良好短時期內(nèi)的降水對植被的生長影響較小；各市州NDVI與氣溫的平均相關(guān)系數(shù)差異不大，且NDVI對氣溫變化的響應(yīng)無滯后期。

4 結(jié)論

本文基于2001~2018年貴州省逐月NDVI、降水和氣溫數(shù)據(jù)，對其逐像元計算分析，探究貴州省植被NDVI 的時空變化特征和NDVI 與降水和氣溫的相關(guān)性及響應(yīng)機(jī)制，得到以下結(jié)論：

貴州省降水與氣溫空間分布不均，共同影響NDVI，即NDVI 與不同時間尺度降水和氣溫的相關(guān)系數(shù)存在明顯空間差異；NDVI與當(dāng)前月、前推一個月和前推二個月的降水和氣溫的相關(guān)系數(shù)均呈西高東低的空間分布特征，且均以畢節(jié)市西部地區(qū)最為顯著。

貴州省植被NDVI對降水變化響應(yīng)的滯后時間約為一個月；貴州省NDVI 對氣溫的響應(yīng)不存在明顯的時空滯后性，即氣溫變化對貴州省植被生長的影響是同步的。

畢節(jié)市NDVI與降水和氣溫的平均相關(guān)系數(shù)高于其他市州，且NDVI 對降水和氣溫變化響應(yīng)的平均滯后時間短，即畢節(jié)市NDVI 對降水和氣溫的敏感性高于其他地區(qū)。