贵州省植被NDVI与气象因子的相关性分析

（贵州城市职业学院，贵州贵阳市，550025） 赵妮平 梁萍萍

（凯里学院，贵州凯里市，556099） 刘 娇

地表植被是陆地生态系统的重要组成部分，是连接自然元素的“纽带”和其他生物赖以生存的基础[1]。植被的变化情况能反映当地水文、气候，人类活动等方面的变化[2]，对监测区域生态环境变化有着十分重要的作用。田鹏举[3]等研究表明贵州省的NDVI 值整体呈正增长趋势；马有绚[4]研究认为温度、降水和相对湿度是影响植物的关键性因素；邢愿[5]等研究认为，气温、降水变化对贵州省植被生长的影响分别表现为不存在明显滞后期、存在一个月滞后期；任荣仪[6]等人从NDVI的时空变化上分析了NDVI 在不同地貌类型下温度和降水对植被NDVI的影响，认为NDVI 的变化趋势在岩溶峡谷区和断陷盆地区的增加显著，在非喀斯特地区较差，在非喀斯特地貌的稳定性最高，喀斯特地貌的稳定性最差。

众多研究表明，植被的生长变化是受到多种因素共同作用影响的，降水和气温是影响植被生长变化的主要气候因子[7]，而在对贵州省植被NDVI的研究中发现，从空间上探讨逐月NDVI 对气候因子响应关系的较少，因此，本文在前人研究的基础上，以2001~2018年分辨率为500m的MOD13A1数据为基础，利用GIS 技术，采用相关分析的方法，分别分析了贵州省NDVI与降水、气温的相关性，进一步探究了贵州省NDVI对降水、气温的响应机制。

1 研究区概况

贵州省，简称“黔”或“贵”，地处云贵高原，位于东经103°36′～109°35′、北纬24°37′~29°13′，地势西高东低，自中部向北、东、南三面倾斜，平均海拔在1100m左右。气候为亚热带湿润季风气候，四季分明、春暖风和、雨量充沛、雨热同期，年降水量在1100~1 400mm，年均气温在14~16℃，因地形和纬度等因素的影响，贵州省内气候从东到西、从南到北、从低到高变化明显形成了多种气候类型。境内山地和丘陵占92.5%，由于省内岩溶地貌发育非常典型，且贵州省生态环境脆弱，很容易受到破坏，因此，保护植被生长和提高植被覆盖对改善全省生态环境十分重要。

图1 贵州省行政区划图

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源

2.1.1 NDVI数据

本文主要采用的是2001~2018 年NDVI 数据，空间分辨率为500m，时间分辨率为16d的MODIS植被指数产品数据MOD13A1，从美国NASA（https://www.nasa.gov/）获得。利用MRT 软件进行格式转换和投影转换并通过最大值合成法（MVC）去除云、大气和太阳高度角等产生的影响，得到2001~2018 年逐月的NDVI。

2.1.2 气象数据

2001~2018 年降水、气温数据是从中国气象科学数据共享服务网（http://data.cma.cn/）下载，并且选用贵州省内具有连续数据的31 个国家气象站点的数据进行统计，得到降水、气温的逐月数据，最后采用ANUSPLIN 气象插值方法[8]生成月平均降雨和月平均气温的栅格数据。

2.2 研究方法

相关分析法，通过计算和检验相关系数，探究贵州省NDVI 与降水、气温的相互关系。利用原始时间序列的残差项进行计算[9]公式如下：

式中，Rxy为因变量x与自变量y的相关系数；n为样本数量； 与 为因变量x与自变量y的均值。Rxy 取值范围为[-1.0，1.0]，相关系数的正负表示气候因子与NDVI呈正负相关。

3 结果分析

3.1 NDVI与降水的相关性分析

降水和温度是影响区域植被变化的主要气候因子[10]，植被在不同时期对水热条件的响应时间不同。为了揭示NDVI 对气候因子（降水、气温）的响应规律，计算不同时间尺度的降水、气温与NDVI的相关性。由研究结果（图2）可知，NDVI与不同时间的降水相关系数均不同，其中，NDVI与前推一个月的降水相关系数最大（0.884）；NDVI 与前推五个月的降水相关系数最小（0.259）。NDVI与不同时间尺度降水的相关系数在空间分布上存在明显的差异性。NDVI 与当前月、前推一个月和前推二个月的降水相关系数呈西高东低的空间分布特征，以毕节市西部地区最为显著；NDVI 与后三个时间的降水相关系数同其与前三个时间的降水相关系数空间分布特征相反，呈东高西低，以黔东南州最为显著。

图2 贵州省NDVI与不同时间尺度的降水相关系数

3.2 NDVI与气温的相关性分析

同理，由研究结果（图3）可知，NDVI 与气温的相关系数最大值在当前月（0.903），随时间的前推，NDVI 与气温的相关性依次减小。NDVI 与当前月、前推一个月和前推二个月的气温相关系数呈西高东低的空间分布特征，以毕节市西部地区最为显著；NDVI与前推三个月、前推四个月和前推五个月的降水相关系数呈南高北低的空间分布特征。由此表明，植被的生长对降水和气温的响应存在明显的时空滞后性。

图3 贵州省NDVI与不同时间尺度的气温的相关系数

统计NDVI 与降水、气温的相关性可得（图4），贵州省有69.89%的植被NDVI 与降水的相关系数介于0.5～0.8之间，0.96%的植被NDVI与降水的相关系数大于0.8；NDVI与气温的相关系数介于0.5～0.8之间的植被有89.41%，NDVI与气温的相关系数大于0.8 的植被有2.37%。通过对比贵州省植被NDVI 与降水和气温的相关性发现，气温对贵州省植被生长的影响高于降水。贵州省水资源较丰富，植被可以通过其他条件获得生长需要的水分，降水只是条件之一，因此，降水对贵州省植被生长的影响小于气温。

图4 贵州省NDVI与不同时间尺度降水、气温的平均相关系数

进一步统计贵州省各市州NDVI与降水和气温的平均相关系数可知，毕节市NDVI 与降水和气温的平均相关系数高于其他市州，且NDVI 对降水和气温变化响应的平均滞后时间短，即毕节市NDVI对降水和气温的敏感性高于其他地区；黔东南州NDVI与降水的平均相关系数最小，且NDVI对降水变化响应的滞后时间最长，究其原因为黔东南州植被覆盖良好短时期内的降水对植被的生长影响较小；各市州NDVI与气温的平均相关系数差异不大，且NDVI对气温变化的响应无滞后期。

4 结论

本文基于2001~2018年贵州省逐月NDVI、降水和气温数据，对其逐像元计算分析，探究贵州省植被NDVI 的时空变化特征和NDVI 与降水和气温的相关性及响应机制，得到以下结论：

贵州省降水与气温空间分布不均，共同影响NDVI，即NDVI 与不同时间尺度降水和气温的相关系数存在明显空间差异；NDVI与当前月、前推一个月和前推二个月的降水和气温的相关系数均呈西高东低的空间分布特征，且均以毕节市西部地区最为显著。

贵州省植被NDVI对降水变化响应的滞后时间约为一个月；贵州省NDVI 对气温的响应不存在明显的时空滞后性，即气温变化对贵州省植被生长的影响是同步的。

毕节市NDVI与降水和气温的平均相关系数高于其他市州，且NDVI 对降水和气温变化响应的平均滞后时间短，即毕节市NDVI 对降水和气温的敏感性高于其他地区。