长三角地区植被NDVI时空动态对土地利用类型变化研究

孙泽辰

摘 要：基于长三角地区2000—2016年的MODIS-NDVI数据，2000年和2015年的2期土地利用空间数据，采用斜率分析法等方法研究长三角植被覆盖情况的时空变化。结果表明，一是近年长三角NDVI呈略微下降趋势，且空间差异明显;二是NDVI与降水量具有弱的正相关关系，与气温呈负相关关系;三是2000—2005年研究区内农田、林地、草地和水体区域呈减少趋势，面积减少且存在城市扩张趋势。

关键词：长三角;植被覆盖;NDVI;土地利用类型

中图分类号：F127        文献标志码：A      文章编号：1673-291X（2021）22-0147-03

引言

国内外对NDVI的相关研究和对长三角地区的内容研究都比较全面，但是未曾涉及NDVI在与自然气候因素之外与土地利用率之间的关系。本研究利用多元线性回归和相关性分析方法，分析长三角地区不同植被类型NDVI年际变化与其气候因子的相关性。

长江三角洲城市群经济体量巨大，其社会经济活动的广泛辐射对生态环境产生了巨大影响，造成耕地的大量流失、林地的部分蚕食[1]。以下研究揭示了长江三角洲植被覆盖时空分布变化特征，探究植被覆盖要素演变趋势，为政府制定相关政策、协调发展、保护环境等提供依据，为学者深入研究长三角植被时空变化提供帮助，为環境保护组织进一步发展环保事业提供指导[2]。

一、研究区域概况

长江三角洲城市群区域面积211 700km2，约占国土地面积的1.1%。长江三角洲城市群是我国经济最发达的区域之一，是全国城市化最高的地区之一，不同的地理单元具有高度空间异质性，长江三角洲未来或将成为具有全球竞争力的世界级城市群。长三角地区位于中纬度地区，为亚热带季风气候，热量充足，降水充沛，年均降雨量约为1 000～1 400mm，最大降雨发生在夏季。

二、数据与方法

（一）数据来源及预处理

2000—2012年长三角地区植被数据是来自美国国家航空航天局（NASA）提供的空间分辨率为1 000m的MODIS-NDVI数据。气候数据为2000—2015年长三角月降水量和月平均气温数据，来源于中国科学院资源环境科学数据中心。土地利用类型数据为2000—2016年研究区土地利用类型变化图，来源于中科院官网。

（二）研究方法

1.均值法。通过计算研究区2000—2016年每年长三角地区的NDVI平均值来表示2000—2016年研究地区不同年份的NDVI变化特征。

2.NDVI趋势分析。为研究长三角植被覆盖在不同时间的空间分布特征，对研究区2000—2016年NDVI值数据变化趋势采用一元线性回归趋势分析，模拟每个像元的趋势变化[3]，反映该区域整个的NDVI变化的趋势。

3.相关分析法。地球表面是一个复杂的系统。本研究采用相关分析方法，分析系统各要素NDVI变化与气候因子的响应关系。不同气候因子与NDVI的相关度取决于NDVI年平均与相应平均气温、降水量的相关系数。

三、结果分析

（一）NDVI的空间分布基本特征

长三角地区2000—2016年平均NDVI反映了长三角地区植被覆盖情况的空间分布特征，可以代表最新的长三角地区植被分布情况。长三角的植被NDVI整体上的分布特征为南高北低，在中部地区夹杂着较低的区域，南部整体NDVI值较高（0.4—0.778），总体介于-0.3—0.778之间，高NDVI值植被区多在杭州市、绍兴市、宁波市、台州市等东部地区，NDVI稍低一些的区域多在扬州市、台州市、南通市、南京市、镇江市、常州市、嘉兴市等北部和中部区域。对年平均值逐差得出NDVI增加值的最高值在0.028，而最低值在-0.0316，大部分区域在0值范围上下。其中在南京西南部，绍兴市东北部，南通市、无锡市、苏州市、宁波市、台州市周边、湖州市临太湖区域、杭州湾区域都有呈区域性的NDVI值下降区域[4]。

（二）年均NDVI的时间分布特征

数据处理后得到2000—2016年每年的NDVI平均值，得出年NDVI平均值总体介于0.326—0.3473，最小值出现在2008年，最大值则出现在2014年，分别为0.3265和0.3473，其差值为0.0208。其斜率为0.0001，总体呈极小的下降趋势且NDVI值在细微范围内变化差异不大，在2007年、2008年两年间差值变化最大，达到了0.02。

（三）NDVI与气候因子的相关分析

对2000—2016年长三角平均NDVI与气温和降水进行相关分析得出：一是该地区的降水量总体呈上升趋势，倾斜率为17.047，其中年均降水量的最低值出现在2004年（1 106.51mm），最高出现在2015年（1 666.01mm），最高年均降水量与最低年均降水量之差为559.5mm;二是该地区的平均气温在16～18°C之间，气温变化较小，其中最低值出现在2015年（15.92°C），最高气温出现在2007年（17.75°C），最高气温与最低气温相差1.83°C，温差不高，且气温变化的倾斜率为-0.0286，总体呈下降趋势，且下降趋势不大，仅2015年一年平均气温较低。

由此得出，长三角地区的NDVI总体呈下降趋势，线性倾斜率为-0.0001，气温总体呈下降趋势，线性斜率为-0.0286，降水量总体呈上升趋势，从以上数据中得到的NDVI与降水量相关系数为0.256154774，NDVI与气温相关系数为-0.06779。

（四）NDVI与土地类型变化之间的关系

结合分析土地利用类型数据与分析处理所得NDVI数据，将原有十多种土地利用类型按数据分析所需分为农田、林地、草地、城市、水体等五种类型。