長三角地區植被NDVI時空動態對土地利用類型變化研究

孫澤辰

摘 要：基于長三角地區2000—2016年的MODIS-NDVI數據，2000年和2015年的2期土地利用空間數據，采用斜率分析法等方法研究長三角植被覆蓋情況的時空變化。結果表明，一是近年長三角NDVI呈略微下降趨勢，且空間差異明顯;二是NDVI與降水量具有弱的正相關關系，與氣溫呈負相關關系;三是2000—2005年研究區內農田、林地、草地和水體區域呈減少趨勢，面積減少且存在城市擴張趨勢。

關鍵詞：長三角;植被覆蓋;NDVI;土地利用類型

中圖分類號：F127? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1673-291X（2021）22-0147-03

引言

國內外對NDVI的相關研究和對長三角地區的內容研究都比較全面，但是未曾涉及NDVI在與自然氣候因素之外與土地利用率之間的關系。本研究利用多元線性回歸和相關性分析方法，分析長三角地區不同植被類型NDVI年際變化與其氣候因子的相關性。

長江三角洲城市群經濟體量巨大，其社會經濟活動的廣泛輻射對生態環境產生了巨大影響，造成耕地的大量流失、林地的部分蠶食[1]。以下研究揭示了長江三角洲植被覆蓋時空分布變化特征，探究植被覆蓋要素演變趨勢，為政府制定相關政策、協調發展、保護環境等提供依據，為學者深入研究長三角植被時空變化提供幫助，為環境保護組織進一步發展環保事業提供指導[2]。

一、研究區域概況

長江三角洲城市群區域面積211 700km2，約占國土地面積的1.1%。長江三角洲城市群是我國經濟最發達的區域之一，是全國城市化最高的地區之一，不同的地理單元具有高度空間異質性，長江三角洲未來或將成為具有全球競爭力的世界級城市群。長三角地區位于中緯度地區，為亞熱帶季風氣候，熱量充足，降水充沛，年均降雨量約為1 000～1 400mm，最大降雨發生在夏季。

二、數據與方法

（一）數據來源及預處理

2000—2012年長三角地區植被數據是來自美國國家航空航天局（NASA）提供的空間分辨率為1 000m的MODIS-NDVI數據。氣候數據為2000—2015年長三角月降水量和月平均氣溫數據，來源于中國科學院資源環境科學數據中心。土地利用類型數據為2000—2016年研究區土地利用類型變化圖，來源于中科院官網。

（二）研究方法

1.均值法。通過計算研究區2000—2016年每年長三角地區的NDVI平均值來表示2000—2016年研究地區不同年份的NDVI變化特征。

2.NDVI趨勢分析。為研究長三角植被覆蓋在不同時間的空間分布特征，對研究區2000—2016年NDVI值數據變化趨勢采用一元線性回歸趨勢分析，模擬每個像元的趨勢變化[3]，反映該區域整個的NDVI變化的趨勢。

3.相關分析法。地球表面是一個復雜的系統。本研究采用相關分析方法，分析系統各要素NDVI變化與氣候因子的響應關系。不同氣候因子與NDVI的相關度取決于NDVI年平均與相應平均氣溫、降水量的相關系數。

三、結果分析

（一）NDVI的空間分布基本特征

長三角地區2000—2016年平均NDVI反映了長三角地區植被覆蓋情況的空間分布特征，可以代表最新的長三角地區植被分布情況。長三角的植被NDVI整體上的分布特征為南高北低，在中部地區夾雜著較低的區域，南部整體NDVI值較高（0.4—0.778），總體介于-0.3—0.778之間，高NDVI值植被區多在杭州市、紹興市、寧波市、臺州市等東部地區，NDVI稍低一些的區域多在揚州市、臺州市、南通市、南京市、鎮江市、常州市、嘉興市等北部和中部區域。對年平均值逐差得出NDVI增加值的最高值在0.028，而最低值在-0.0316，大部分區域在0值范圍上下。其中在南京西南部，紹興市東北部，南通市、無錫市、蘇州市、寧波市、臺州市周邊、湖州市臨太湖區域、杭州灣區域都有呈區域性的NDVI值下降區域[4]。

（二）年均NDVI的時間分布特征

數據處理后得到2000—2016年每年的NDVI平均值，得出年NDVI平均值總體介于0.326—0.3473，最小值出現在2008年，最大值則出現在2014年，分別為0.3265和0.3473，其差值為0.0208。其斜率為0.0001，總體呈極小的下降趨勢且NDVI值在細微范圍內變化差異不大，在2007年、2008年兩年間差值變化最大，達到了0.02。

（三）NDVI與氣候因子的相關分析

對2000—2016年長三角平均NDVI與氣溫和降水進行相關分析得出：一是該地區的降水量總體呈上升趨勢，傾斜率為17.047，其中年均降水量的最低值出現在2004年（1 106.51mm），最高出現在2015年（1 666.01mm），最高年均降水量與最低年均降水量之差為559.5mm;二是該地區的平均氣溫在16～18°C之間，氣溫變化較小，其中最低值出現在2015年（15.92°C），最高氣溫出現在2007年（17.75°C），最高氣溫與最低氣溫相差1.83°C，溫差不高，且氣溫變化的傾斜率為-0.0286，總體呈下降趨勢，且下降趨勢不大，僅2015年一年平均氣溫較低。

由此得出，長三角地區的NDVI總體呈下降趨勢，線性傾斜率為-0.0001，氣溫總體呈下降趨勢，線性斜率為-0.0286，降水量總體呈上升趨勢，從以上數據中得到的NDVI與降水量相關系數為0.256154774，NDVI與氣溫相關系數為-0.06779。

（四）NDVI與土地類型變化之間的關系

結合分析土地利用類型數據與分析處理所得NDVI數據，將原有十多種土地利用類型按數據分析所需分為農田、林地、草地、城市、水體等五種類型。