基于NDVI的重庆市植被覆盖变化及其对气候因子的响应

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第２２卷第１１期２０１３年１１月

长江流域资源与环境

R e s o u r c e s a n dE n v i r o n m e n t i n t h eY a n g

t z e B a s i n V o l ２２N o １１

N o v ．２０１３

㊀

基于N D V I 的重庆市植被覆盖

变化及其对气候因子的响应

刘㊀灿１,２,３,高阳华２,李月臣１,杨世琦２,倪波顺１,

２,３

(１．重庆师范大学地理与旅游学院,重庆４０００４７;２．重庆市气象科学研究所,重庆４０１１４７;

３．G I S 应用研究重庆市高校重点实验室,重庆４０００４７

)摘㊀要:运用美国N A S A 发布的MO D １３Q １级产品１６d 最大值合成数据结合重庆市３４个气象站点的气候资料,分析２０００~２０１１年重庆市植被变化状况以及N D V I 与主要气候因子温度㊁降水的相互关系.结果表明:１２a 来重庆市年均N D V I 呈增长趋势,但空间时间尺度上有所差异,从空间尺度上看N D V I 增长区域主要分布在东北㊁东南㊁西南部区域,N D V I 降低区域主要分布在重庆主城区㊁

区县城区及长江沿岸㊁三峡库区消落带;从时间尺度上看,春季㊁秋季N D V I 有一定幅度的增长,夏季N D V I 趋于稳定,冬季N D V I 有所下降;N D V I 在年际尺度上与温度和降水相关并不显著,但在月份尺度上与气温降水均呈显著相关关系,且与气温相关性大于降水.关键词:N D V I

;重庆市;温度;降水;相关性中图分类号:Q ９４８．１１２㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:１００４Ｇ８２２７(２０１３)１１Ｇ１５１４Ｇ０７

收稿日期:２０１３Ｇ０１Ｇ１１;修回日期:２０１３Ｇ０３Ｇ０１

基金项目:中国气象局气象关键技术集成与应用面上项目(C MA G J ２０１３M ４１);重庆市科技攻关计划项目(C S T C ,２００９A C ０１２５

);重庆市工程技术研究中心建设项目(c s t c ２０１１p t Ｇg c ８００２３);重庆市气象局开放式研究基金项目(基于多源遥感数据的三峡库区植被动态变化研究)

作者简介:刘㊀灿(１９８７~㊀),男,湖南省永州人,硕士,主要从事遥感与地理信息方面研究．E Ｇm a i l :c q

n u l i u c a n ＠s i n a ．c o m ㊀㊀植被是陆地生态系统的主体[１]

,

调节着生态系统中的能量平衡㊁物质循环,是连接大气圈㊁水圈㊁生物圈㊁土壤圈等圈层的重要环节与 纽带 [２]

.在各地表特征参数中,归一化植被指数

(N D V I ),利用植被叶绿素对０ ６９μm 波段的强吸收,通过红外与近红外波段的组合(N D V I ＝(ρ

n i r Ｇρr e d )/(ρn i r ＋ρr e d ),ρn i r 为近红外波段,ρ

r e d 为红外波段)来表达植被状态信息;它能够非常精确地反映植被绿度㊁光合作用强度,反映植被代谢强度及其季节和年际变化,因此是反映植被生长状态及研

究植被覆盖度的有效指标[

３~５]

.而作为植被生长环境所必须的温度㊁降水等主要气候因子,其在植被的生长㊁物候㊁内部的水分关系与气体交换等过

程中亦有着非常重要的作用[６,７]

.近年来,诸多学

者对N D V I 与气候因子的关系进行了深入研

究[８~１７]

.研究表明,N D V I 与气温㊁

降水相关性具有明显的区域差异,在某些区域N D V I 与主要气

候因子或者某个气象因子相关明显[１８~２０]

,在另一

些区域其相关性不明显[

２１~２３]

.本文对重庆市２０００~２０１１年MO D I S ＧN D V I 数据进行分析,

旨在揭示重庆市２０００~２０１１年N D V I 分布㊁变化及其对区域气候因子的响应特征,从而为区域植被长势监测㊁植被重建和生态恢复工作提供建设性意见.

重庆市位于我国西部中纬度地带,长江上游地区,介于东经１０５ʎ１１ᶄ~１１０ʎ１１ᶄ,北纬２８ʎ１０ᶄ~

３２ʎ１３ᶄ,东西长４７０k m ,南北宽４５０k m ,面积约８２４００k m ２,东邻湖北㊁湖南,南接贵州,西靠四川,北连陕西.地形从南北向长江河谷倾斜,起伏较大.西北部和中部以丘陵㊁低山为主,东南部靠大巴山和武陵山两座大山脉,主要河流有长江㊁嘉陵江㊁乌江㊁涪江㊁綦江㊁大宁河等.重庆气候属亚热带季风性湿润气候,年平均气温在１８ħ左右,冬季最低气温平均在６ħ~８ħ,夏季最高气温平均在２７~２９ħ.终年少霜雪,多云雾,冬暖㊁夏热㊁春早㊁秋短.雨量充沛,常年降水量１０００~１４００mm .

１㊀数据与方法

１．１㊀数据及处理

１．１．１㊀N D V I 数据

本文采用的是美国N A S A 发布的２０００~２０１１

年MO D １３Q １级产品中１６d 最大值合成N D V I 数

据集,分辨率为２５０m ,由于植被１月份N D V I 较低不会影响全年的N D V I 值,因此本文将２０００年１月MO D I S ＧN D V I 缺失值予以去除.利用MR T (MO Ｇ

D I SR e p r o j

e c t i o n T o o l s )㊁E N V I ㊁A R C G I S 软件对收集到的２０００~２０１１年N D V I 数据进行处理,主要过程包括拼接㊁投影㊁裁剪等,并利用最大值合成法提取重庆市１２aN D V I 数据集.

１．１．２㊀气象数据

气象数据来自重庆市气象局气象科学研究所提供的２０００~２０１１年月㊁年气温与降水资料.气象数据去除异常值和缺测值,将３４个气象站点的气温㊁

降水进行空间插值得到整个研究区域的相应气象数据.

１．２㊀研究方法１．２．１㊀N D V I 最大化处理采用目前国际上通用的最大化合成法MV C

(M a x i m u m V a l u eC o m p o s i t e s ),利用A R C G I S 软件对１６dN D V I 数据进行最大化处理,获取最大化月㊁季㊁年N D V I 数据,

计算公式如下:M N D V I ＝m a x ２

i

N D V I i j

(１

)式中:M N D V I 是第i 月(

年)的最大化N D V I ;N D V I i j 是第

i 月(年)j 旬(月)的N D V I 值.１．２．２㊀N D V I 趋势线分析为了定量研究N D V I 的变化趋势,

本文采用一元线性回归分析的方法,来分析每个像元的N D V I 变化趋势.对时间自变量和N D V I 因变量数据,采用最小二乘法,计算数据集中所有像元的N D V I 与

时间的回归斜率,若S l o p

e ＞０则说明此像元N D V I m a x 在１

２a 的变化趋势是增加的,反之则是减少.具体计算公式如下[

１４

]:S l o p

e ＝n ˑ n

i ＝１

(i ˑN D V I

i

m a x

)－ n i ＝１ n

i ＝１N D V I i

m a x

n ˑ n i ＝１

i ２

－(

n

i ＝１

i )２

(２

)式中:变量i 为１~１２的年序号;N D V I i

m a x 为第i 年N D V I m a x .运用A

R C G I S 中的栅格计算功能模块,可计算N D V I 在２０００~２０１１年的变化趋势图,直观反映１２a 的时间序列中重庆地区植被N D Ｇ

V I 的变化趋势.

１．２．３㊀数据标准化处理

用于研究的各数据值域相差较大,为了避免大

值对小值的掩盖,需要对原始数据进行标准化处理,

具体公式为[

２４

]:x ᶄi ＝

x i －x －

σ

(５)式中:x ᶄi 为标准化后数据;x i 为原始数据;

均值x －

＝ n

i ＝１x i

/n ;均方差σ＝ n

i ＝１

(

x i

－x －)

２

/(n －１)１．２．４㊀统计分析为研究N D V I 与气象要素之间的相互关系,利用统计分析软件S P S S 采用P e a r s o n 相关系数和偏相关系数对N D V I 与各气象因子进行相应分析.

２㊀结果与分析

２．１㊀N D V I 变化

２．１．１㊀N D V I 年内变化

图１为重庆市２０００~２０１１年植被月均N D V I

图,可以看出,重庆市N D V I 年内变化较大,N D V I

值呈现出先增加后减少的变化过程.从月份上看,

１２㊁１㊁２月N D V I 值相对较小,

最小值出现在１月(０ ４７４２),而最大值出现在７月(０ ８０４２).其中３~５月为研究区N D V I 急剧上升阶段,１０~１２月为N D V I 急剧下降阶段,６~８月N D V I 普遍较高,

变化不大,３~６月为植被主要生长期,７月植被达到饱和,夏季过后植被趋于枯萎N D V I 值迅速下降

.

图１㊀重庆市多年平均N D V I 月变化

F i g ．１㊀１２Ｇy e a rA v e r a g e d M o n t h l y N D V I i nC h o n g q i n g

㊀

为了进一步说明近年来重庆月N D V I 变化情

况,本文分别计算了２０００~２００５年和２００６~２０１１

５

１５１㊀第１１期㊀㊀㊀㊀刘㊀灿,等:基于N D V I 的重庆市植被覆盖变化及其对气候因子的响应