貴州省植被NDVI與氣象因子的相關性分析

（貴州城市職業學院，貴州貴陽市，550025） 趙妮平 梁萍萍

（凱里學院，貴州凱里市，556099） 劉 嬌

地表植被是陸地生態系統的重要組成部分，是連接自然元素的“紐帶”和其他生物賴以生存的基礎[1]。植被的變化情況能反映當地水文、氣候，人類活動等方面的變化[2]，對監測區域生態環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]研究認為溫度、降水和相對濕度是影響植物的關鍵性因素；邢愿[5]等研究認為，氣溫、降水變化對貴州省植被生長的影響分別表現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，認為NDVI 的變化趨勢在巖溶峽谷區和斷陷盆地區的增加顯著，在非喀斯特地區較差，在非喀斯特地貌的穩定性最高，喀斯特地貌的穩定性最差。

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氣候因子[7]，而在對貴州省植被NDVI的研究中發現，從空間上探討逐月NDVI 對氣候因子響應關系的較少，因此，本文在前人研究的基礎上，以2001~2018年分辨率為500m的MOD13A1數據為基礎，利用GIS 技術，采用相關分析的方法，分別分析了貴州省NDVI與降水、氣溫的相關性，進一步探究了貴州省NDVI對降水、氣溫的響應機制。

1 研究區概況

貴州省，簡稱“黔”或“貴”，地處云貴高原，位于東經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。氣候為亞熱帶濕潤季風氣候，四季分明、春暖風和、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。境內山地和丘陵占92.5%，由于省內巖溶地貌發育非常典型，且貴州省生態環境脆弱，很容易受到破壞，因此，保護植被生長和提高植被覆蓋對改善全省生態環境十分重要。

圖1 貴州省行政區劃圖

2 數據來源及研究方法

2.1 數據來源

2.1.1 NDVI數據

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

2.1.2 氣象數據

2001~2018 年降水、氣溫數據是從中國氣象科學數據共享服務網（http://data.cma.cn/）下載，并且選用貴州省內具有連續數據的31 個國家氣象站點的數據進行統計，得到降水、氣溫的逐月數據，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據。

2.2 研究方法

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

式中，Rxy為因變量x與自變量y的相關系數；n為樣本數量； 與 為因變量x與自變量y的均值。Rxy 取值范圍為[-1.0，1.0]，相關系數的正負表示氣候因子與NDVI呈正負相關。

3 結果分析

3.1 NDVI與降水的相關性分析

降水和溫度是影響區域植被變化的主要氣候因子[10]，植被在不同時期對水熱條件的響應時間不同。為了揭示NDVI 對氣候因子（降水、氣溫）的響應規律，計算不同時間尺度的降水、氣溫與NDVI的相關性。由研究結果（圖2）可知，NDVI與不同時間的降水相關系數均不同，其中，NDVI與前推一個月的降水相關系數最大（0.884）；NDVI 與前推五個月的降水相關系數最小（0.259）。NDVI與不同時間尺度降水的相關系數在空間分布上存在明顯的差異性。NDVI 與當前月、前推一個月和前推二個月的降水相關系數呈西高東低的空間分布特征，以畢節市西部地區最為顯著；NDVI 與后三個時間的降水相關系數同其與前三個時間的降水相關系數空間分布特征相反，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系數

3.2 NDVI與氣溫的相關性分析

同理，由研究結果（圖3）可知，NDVI 與氣溫的相關系數最大值在當前月（0.903），隨時間的前推，NDVI 與氣溫的相關性依次減小。NDVI 與當前月、前推一個月和前推二個月的氣溫相關系數呈西高東低的空間分布特征，以畢節市西部地區最為顯著；NDVI與前推三個月、前推四個月和前推五個月的降水相關系數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系數

統計NDVI 與降水、氣溫的相關性可得（圖4），貴州省有69.89%的植被NDVI 與降水的相關系數介于0.5～0.8之間，0.96%的植被NDVI與降水的相關系數大于0.8；NDVI與氣溫的相關系數介于0.5～0.8之間的植被有89.41%，NDVI與氣溫的相關系數大于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性發現，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、氣溫的平均相關系數

進一步統計貴州省各市州NDVI與降水和氣溫的平均相關系數可知，畢節市NDVI 與降水和氣溫的平均相關系數高于其他市州，且NDVI 對降水和氣溫變化響應的平均滯后時間短，即畢節市NDVI對降水和氣溫的敏感性高于其他地區；黔東南州NDVI與降水的平均相關系數最小，且NDVI對降水變化響應的滯后時間最長，究其原因為黔東南州植被覆蓋良好短時期內的降水對植被的生長影響較小；各市州NDVI與氣溫的平均相關系數差異不大，且NDVI對氣溫變化的響應無滯后期。

4 結論

本文基于2001~2018年貴州省逐月NDVI、降水和氣溫數據，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性及響應機制，得到以下結論：

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系數存在明顯空間差異；NDVI與當前月、前推一個月和前推二個月的降水和氣溫的相關系數均呈西高東低的空間分布特征，且均以畢節市西部地區最為顯著。

貴州省植被NDVI對降水變化響應的滯后時間約為一個月；貴州省NDVI 對氣溫的響應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。

畢節市NDVI與降水和氣溫的平均相關系數高于其他市州，且NDVI 對降水和氣溫變化響應的平均滯后時間短，即畢節市NDVI 對降水和氣溫的敏感性高于其他地區。