長三角地區(qū)植被NDVI時空動態(tài)對土地利用類型變化研究

孫澤辰

摘 要：基于長三角地區(qū)2000—2016年的MODIS-NDVI數(shù)據(jù)，2000年和2015年的2期土地利用空間數(shù)據(jù)，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(jié)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(guān)關(guān)系，與氣溫呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;三是2000—2005年研究區(qū)內(nèi)農(nóng)田、林地、草地和水體區(qū)域呈減少趨勢，面積減少且存在城市擴(kuò)張趨勢。

關(guān)鍵詞：長三角;植被覆蓋;NDVI;土地利用類型

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

引言

國內(nèi)外對NDVI的相關(guān)研究和對長三角地區(qū)的內(nèi)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(guān)系。本研究利用多元線性回歸和相關(guān)性分析方法，分析長三角地區(qū)不同植被類型NDVI年際變化與其氣候因子的相關(guān)性。

長江三角洲城市群經(jīng)濟(jì)體量巨大，其社會經(jīng)濟(jì)活動的廣泛輻射對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)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(guān)政策、協(xié)調(diào)發(fā)展、保護(hù)環(huán)境等提供依據(jù)，為學(xué)者深入研究長三角植被時空變化提供幫助，為環(huán)境保護(hù)組織進(jìn)一步發(fā)展環(huán)保事業(yè)提供指導(dǎo)[2]。

一、研究區(qū)域概況

長江三角洲城市群區(qū)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(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的區(qū)域之一，是全國城市化最高的地區(qū)之一，不同的地理單元具有高度空間異質(zhì)性，長江三角洲未來或?qū)⒊蔀榫哂腥蚋偁幜Φ氖澜缂壋鞘腥?。長三角地區(qū)位于中緯度地區(qū)，為亞熱帶季風(fēng)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(fā)生在夏季。

二、數(shù)據(jù)與方法

（一）數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

2000—2012年長三角地區(qū)植被數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。氣候數(shù)據(jù)為2000—2015年長三角月降水量和月平均氣溫數(shù)據(jù)，來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心。土地利用類型數(shù)據(jù)為2000—2016年研究區(qū)土地利用類型變化圖，來源于中科院官網(wǎng)。

（二）研究方法

1.均值法。通過計算研究區(qū)2000—2016年每年長三角地區(qū)的NDVI平均值來表示2000—2016年研究地區(qū)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(qū)2000—2016年NDVI值數(shù)據(jù)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(qū)域整個的NDVI變化的趨勢。

3.相關(guān)分析法。地球表面是一個復(fù)雜的系統(tǒng)。本研究采用相關(guān)分析方法，分析系統(tǒng)各要素NDVI變化與氣候因子的響應(yīng)關(guān)系。不同氣候因子與NDVI的相關(guān)度取決于NDVI年平均與相應(yīng)平均氣溫、降水量的相關(guān)系數(shù)。

三、結(jié)果分析

（一）NDVI的空間分布基本特征

長三角地區(qū)2000—2016年平均NDVI反映了長三角地區(qū)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(qū)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(qū)夾雜著較低的區(qū)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(qū)多在杭州市、紹興市、寧波市、臺州市等東部地區(qū)，NDVI稍低一些的區(qū)域多在揚(yáng)州市、臺州市、南通市、南京市、鎮(zhèn)江市、常州市、嘉興市等北部和中部區(qū)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(qū)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(qū)域、杭州灣區(qū)域都有呈區(qū)域性的NDVI值下降區(qū)域[4]。

（二）年均NDVI的時間分布特征

數(shù)據(jù)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(xiàn)在2008年，最大值則出現(xiàn)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(xì)微范圍內(nèi)變化差異不大，在2007年、2008年兩年間差值變化最大，達(dá)到了0.02。

（三）NDVI與氣候因子的相關(guān)分析

對2000—2016年長三角平均NDVI與氣溫和降水進(jìn)行相關(guān)分析得出：一是該地區(qū)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(xiàn)在2004年（1 106.51mm），最高出現(xiàn)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(qū)的平均氣溫在16～18°C之間，氣溫變化較小，其中最低值出現(xiàn)在2015年（15.92°C），最高氣溫出現(xiàn)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(qū)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(shù)據(jù)中得到的NDVI與降水量相關(guān)系數(shù)為0.256154774，NDVI與氣溫相關(guān)系數(shù)為-0.06779。

（四）NDVI與土地類型變化之間的關(guān)系

結(jié)合分析土地利用類型數(shù)據(jù)與分析處理所得NDVI數(shù)據(jù)，將原有十多種土地利用類型按數(shù)據(jù)分析所需分為農(nóng)田、林地、草地、城市、水體等五種類型。