基于小波的浙江省NDVI与自然—人文因子多尺度空间关联分析

地理研究GEOGRAPHICAL RESEARCH 第34卷第3期

2015年3月V ol.34,No.3March,2015

基于小波的浙江省NDVI 与自然—人文因子

多尺度空间关联分析

徐芝英1,2，胡云锋1，甄霖1，庄大方1

（1.中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101；2.中国科学院大学，北京100049）

摘要：对地表植被的空间分布格局及其与自然、人文因子间的关系开展综合的、多尺度的定量

分析，这是全球气候变化背景下土地利用与覆被研究中的一项重要内容。以地处亚热带湿润

季风区的浙江省为研究区，设置了东西向（样线A ）和北南向（样线B ）两条样线，并应用小波分

析方法对研究区NDVI 、高程、坡度和土地利用强度等因子的尺度特征以及这些因子间的多尺

度相关关系进行了分析。结果表明：①研究区内，NDVI 、高程、坡度及土地利用强度的空间分

布格局存在四个尺度域；

②上述因子在样线A 及样线B 上的空间分布分别存在两个主要特征尺度，其中东西向（样线A ）上的特征尺度为40km 和80km ，北南向（样线B ）上主要的特征尺度

为30km 和50km ；③在较大尺度域（8km 以上），土地利用强度是影响NDVI 空间分布的最主

要因素，而在小尺度域（0~8km ），坡度和高程因子成为影响NDVI 分布的主要因子。研究还认

为，小波分析方法为识别地理要素空间分布的特征尺度、量测要素间任意尺度、任意位置上的

相干关系，提供了方便的工具。

关键词：陆地植被；环境因子；尺度特征；多尺度相关；小波分析

DOI:10.11821/dlyj201503014

1引言

作为联系土壤圈和大气圈间的桥梁，陆地植被生态系统一直是地理学、生态学、大气科学等学科研究的重点对象之一。在全球气候变化背景下，陆地植被生态系统的空间分布、动态演替及其与相关自然、人文驱动因子间的关系受到研究人员的广泛关注。对表征地表植被生长因子与相关影响因子间关系的研究已经由传统的静态、单一尺度、仅关联单一要素的分析，逐步发展到动态、多尺度、综合自然—人文多要素的分析阶段。

大量研究已经表明，气候、地形、土地利用、土壤性状、动物及微生物活动等环境因子可对地表植被的空间格局及动态演变产生影响。Nicholson 等[1-3]研究发现，气温和降水与植被生长存在显著相关，且降水量对于地表植被的影响存在阈值；冯建孟等[4,5]分析了地形因子对于塑造山区植被的空间格局具有重要作用；Pearson 等[6]认为土地利用因子在精细尺度上主导了植被类型的空间分布。总的来看，由于缺乏合适的分析工具，这些研究虽然能够囊括多种自然—人文因子来开展综合性分析，但研究尺度相对单一，多数收稿日期：2014-07-03;修订日期：2014-11-08

基金项目：国家重点基础研究发展计划项目（973计划）（2010CB950904）；国家自然科学基金项目（40971223）；中

国科学院方向性项目（KZCX2-EW-306）

作者简介：徐芝英（1987-），女，浙江江山人，硕士，主要从事地理空间分析研究。

E-mail:xuzyhappy11@

通讯作者：胡云锋（1974-），男，江西赣州人，博士，副研究员，主要从事资源环境遥感与地理信息技术应用研

究。E-mail:huyf@

567-577页

地理研究34卷研究只能在区域尺度上给出一个定性或定量的结论。

小波分析是一种新兴的多尺度分析方法，能以离散或连续的方式在不同尺度上刻画因子的空间分布特征、厘定因子间的联系程度，因此受到生态、遥感和空间分析等学科研究人员的重视[7-9]。李双成等[10,11]基于小波变换方法对生态与环境因子的多尺度特征、生态地理界线进行了分析与识别，邱炳文等[5]利用离散小波对武夷山自然保护区NDVI 与地形因子进行了多尺度空间相关分析，李小梅等[12]利用离散小波对福州市NDVI 的特征尺度进行了识别和分析。概括起来，目前的小波应用研究多是在离散的尺度上、就地表植被与地形地貌等自然因子间的关系进行讨论；由于缺乏可靠的数据支撑和适宜的评估指标，研究未能将人类活动因子纳入研究视野。

鉴于此，以浙江省作为研究区，首先构建了东西向和北南向两条生态样线；继而选取归一化植被指数NDVI 表征地表植被空间分布，选取高程、坡度及土地利用强度指数作为驱动NDVI 变化的自然、人文因子，而后应用小波方差分析法，对生态样线上自然、人文因子空间分布的尺度特征进行识别，应用小波相干分析技术，对NDVI 与相关自然—人文因子间的多尺度关系展开定量分析。

2研究方法与数据来源

2.1研究区与样线

浙江省位于118°01′E~123°08′E 及27°01′N~31°10′N 之间，陆地总面积约为10.2万km 2。地貌类型以山地为主，约占全省面积的70%；其次为平原，约占全省面积的20%。地势由西南向东北倾斜，大致可分为五个自然地理单元，即西部丘陵区、南部山地区、东部丘陵和平原区、中部盆地区及东北部平原区（图1）。

浙江省属于亚热带湿润季风气候，陆地植被常年生长良好。研究区年平均气温为15~18℃，平均降水量为1092~2029mm 。自

然植被以常绿阔叶林为主，森林资源十分

丰富。全省林地面积约为5.57万km 2，森

林广泛分布于浙东、浙南和浙西的丘陵地

区，覆盖率达59.4%；耕地则主要集中在中

部的金衢盆地和东北部的浙北平原。

样线设置应当考虑样线的位置应尽量

与浙江省区域的主轴（即横轴与纵轴）平

行或重合，并考虑研究区自然地理特征的

空间变异规律，尽可能多地穿越各种自然

地理和生态景观单元。根据以上原则，本

研究构建了东西向（样线A ）和北南向

（样线B ）两条生态样线（图1）。

样线A 西起于29°11′55″N 、118°9′51″E ，

东止于29°38′49″N 、121°44′2″E ，自西向东

依次穿越了浙西丘陵、钱塘江流域、金衢盆

地以及浙东丘陵区。样线B 南起于27°43′49″N 、119°32′14″E ，北终于30°45′49″N 、119°48′46″E ，

自北向南依次穿越了浙北平原区域、浙西图1浙江省地形及样线设置Fig.1Terrain of Zhejiang province and distributions of two ecological transacts

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