湖南省植被指数（NDVI）与气象因子的关系研究

论文总字数：17210字

目 录

一、引言…………………………………………………………………1

二、当前研究状况………………………………………………………2

三、研究资料与方法……………………………………………………3

3.1 研究区域…………………………………………………………………………………3

3.2 研究资料…………………………………………………………………………………3

3.3 研究方法…………………………………………………………………………………4

四、分析与结果…………………………………………………………5

4.1 湖南NDVI指数的时空分布特征……………………………………………………5

4.1.1 湖南NDVI指数的多年变化特征………………………………………………5

4.1.2 湖南NDVI指数的多年变化趋势空间分布特征………………………………7

4.2 湖南省降水时空分布特征………………………………………………………………8

4.2.1湖南省多年降水变化特征…………………………………………………8

4.2.2湖南省降水量多年变化趋势空间分布特征…………………………………10

4.3湖南省气温时空分布特征……………………………………………………11

4.3.1湖南省多年气温变化特征……………………………………………………11

4.3.2 湖南省气温多年变化趋势空间分布特征……………………………………12

五、NDVI指数与各气象因子的关系…………………………………13

5.1 NDVI指数与降水的关系………………………………………………………………13

5.2 NDVI指数与气温的关系………………………………………………………………13

六、 结论与不足………………………………………………………14

参考文献………………………………………………………………15

致谢……………………………………………………………………17

湖南省植被指数（NDVI）与气象因子的关系研究

谭矣

，China

Abstract： In this paper, the relationship between vegetation index and meteorological factors in Hunan Province was studied by using GIMMSNDVI data and meteorological data (including temperature and precipitation) of 20 major weather stations in Hunan Province. Firstly, the NDVI index and the corresponding meteorological factors are analyzed in time and space. The meteorological elements and NDVI indices in the same period are analyzed by linear regression analysis. The Spatial distribution map about the correlation between meteorological elements and NDVI index in Hunan Province is obtained. The results show that: (1) The NDVI index and NDVI index of Hunan are analyzed by linear regression analysis. (2)temperature relative to the precipitation in terms of correlation with the NDVI index significantly more areas .

Key words： Hunan Province；NDVI index；Meteorological factors ；Linear regression equation

1. 引言

环境和生物的关系总是相辅相成的，生物在影响环境的同时，环境也在影响生物，植物作为生态环境中的重要组成部分，所以植物的生长情况同样受到四周环境因子的制约，而恰恰在众多环境因子中，气象因子就是影响植物生长发育一个重要因素。从全球的角度来讲，有些特定的植物在特定的纬度（或者说是温度带）生长，可以说大部分原因是当地的气象因子来决定的；反过来说当地的气象因子的条件在很大程度上会影响到当地会生长出何种与其气象条件对应的植物。

我国疆土辽阔，南北地跨三大温度带（热带，温带，寒带），东部邻靠大洋，西部又深居内陆，同时我按地势分为三个阶梯，地形地貌复杂多样，综上原因，我国的气象条件在全国各地都有所不同，即不同地方有不同地方的气候特征，这也导致了我国拥有多种类型的植被；气象条件会影响植物的生长发育，最典型的例子——《晏子春秋·杂下之十》有记载：“橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳”；又例如，我国的西北 新疆地区，其气候类型为典型的大陆性干旱气候，这种气候的主要特征就是，全年降水稀少，但这种气候下的地区其蒸发量却很大，新疆又被天山山脉分为北疆和南疆（天以北为北疆，以南为南疆），其中我国最大沙漠塔克拉玛干沙漠就位于南疆的塔里木盆地中，相对来讲新疆北疆的降水量要比南疆多，山区的降水又多余盆地降水^[1],同时南疆的植被也比北疆植被的覆盖要少很多，塔里木盆地植被也比四周山区的植被要少，由此可见降水对植被生长的影响^[2]；我国内蒙古地区，因干湿程度不同，植被类型从东往西为森林、草原、荒漠，这同样也反应了降水对植被生长的影响；由此看来多数植物是只能生长在合适自身的气象条件之下的，即植物生长发育需要收到气象因子的制约。

植物的生长受气象要素的影响，但植物生理活动与大气之间进行的物质交换（如CO2和水）以及能量的交换（光照，热量等）的同时也会影响到当地的气象条件。植被稀少会容易导致水土流失，土壤风化，出现扬沙和沙尘暴等不利天气，北京、内蒙古等地区沙尘暴出现与其周边的植被覆盖量有很大的关系。其次植物的存在对大气的碳氧平衡以及生态系统的碳循环起着至关重要的作用，众所周知，大多数植物生长发育所需的物质和能量是依靠自身的光合作用生产的有机物来提供的，二氧化碳是植物作为光合作用的主要原料之一，在有光照的条件下大气中的大部分CO₂是被植物所吸引利用，植物在制造有机物的同时，也放出了多数生物所需的O₂，同时植物也依靠这些O₂来进行呼吸作用，分解有机物，产生自身生长发育所需的能量，在几年前，全世界一直都在关注这全球变暖的问题，而全球变暖的“罪魁祸首”就是CO₂，太阳发出的长波辐射是会被大气所吸收的，而短波辐射可以到达地面，地面在吸收这些辐射后，也会放出长波辐射，CO₂的增多使得大气加强了对地面长波辐射的吸收，从而是得大气的温度上升，近年来CO₂逐年上升，除了因为人类大量使用化石燃料，大量排放CO₂有很大的关系外，也与大面积砍伐树木森林，有很大的关联。植被的减少，会直接导致环境中光合作用的CO₂消耗量减少，另一方面人类大量排放CO2，在此消彼长的情况下，大气中的CO₂含量理所当然的就上升了，而全球变暖的后果则是极地的冰雪消融、冻土融化和全球海平面上升，同时更会导致端天气频发^[3-7]，这也体现了植被的生长发育对环境影响。

本文采用植被指数（NDVI）为研究指标，植被指数又被称作标准差异植被指数或归一化差分植被指数，被应用于检测植被生长状态和植被覆盖度等作用^[8]。当前研究植被和气象条件的关系中通常都会使用NDVI指数，它与植被覆盖度、生理条件和叶面积指数等性状特征具有良好的关系，有利于大尺度的植物活动研究^[9-12]，可以说它是植物的生长情况以及植物在空间分布上的密度的最佳指示因子。而本文在探讨NDVI指数和气象因子关系是，将会忽略气候因子对不同植被类型的影响差异，也不会排除掉类似于水体或者其他的非植被地区的干扰^[13]。

影响NDVI指数的主要气象因子有降水和气温两个要素，本文将利用降水和温度这两个气象要素在时间和空间上来讨论湖南地区的NDVI指数和气象因子的关系，所研究的数据主要是从1982年到2006年这25年间湖南省NDVI数据、降水数据、温度数据（气象数据主要来自分布在湖南省内的20个气象站点），首先将整个湖南省各个数据单独作时间序列的分析，得出整个湖南省每种数据在时间上的变化，画出其变化的曲线图，分析得出其变化趋势，然后再将湖南省各地区的数据作时间序列分析，得出湖南省各个地区的变化趋势，利用相关系数对其趋势作显著性检验，再利用ArcGIS导入各地每个数据的变化趋势，做出每种数据的空间变化趋势分布图，随后将各地的气象数据和NDVI数据进行作相关分析，得出各个地区的相关性，将相关性导入到ArcGIS中，分别做出，湖南省降水数据和NDVI数据的相关性空间分布图，以及温度数据和NDVI数据的相关性空间分布图，最后根据上述的图表以及相关的结果，分析出湖南省的NDVI指数与其气象因子的具体关系。在时空上研究气象因子和NDVI之间的关系是为了给湖南省在合理开发土地资源、植被资源以及研究如何检测气象环境、发现气候变化规律上提供一些帮助与依据。

二、当前研究现状

通过收集大量相关的文献，得出了如下当前NDVI值与气象因子的研究进展：2004年在中国地理学会以及2004年学术年会暨海峡两岸地理学术研讨会中，李霞于她的文章里面提出降水为影响我国北方植被生长情况的主要气象因子，同年薛玲利用NDVI数据对我国东北地区从1981年到2001年东北平原作物的蒸散量做了相关研究；2005年辜智慧、陈晋、史培军、徐明四人分析了锡林郭勒草原从1983年到1999年其归一化植被指数与气象因子的关系，得出气象因子与NDVI相关性最高时间段在NDVI增长阶段；同年王宏等人对东北森林NDVI与气象因子关系做了相关研究时，得出东北森林中NDVI与气象因子相关性最强的植被类型。2006年赵文武等人对陕北黄土丘陵沟壑区的气象因子与NDVI相关性做了分析，得出NDVI与温度的相关关系最好。2007年张培松对全国各省的NDVI与气象因子关系做了研究，得出NDVI与降水以及温度的具体关系。2008年渠翠平等人对科尔沁草甸草地NDVI与气象因子关系做研究，得出草地增长期时段NDVI受降水影响较大。2009年韩春光就新疆植被指数与气象因子做了研究，得出NDVI受温度影响最强，其次是降水。2010年刘亚龙等人研究了山东地区气象因子与NDVI的持续性做了分析，得出NDVI和多个气象因子都有长程相关性。2011唐金等人的研究发现NDVI与同期的降水以及气温的变化趋势相吻合。2012年王鼎震的研究中表明黑龙江省黑土地区NDVI与气温相关性以正相关为主。2013年神祥金研究指出东北地区植被NDVI对温度的响应存在滞后期。2014年程红霞等人对新疆北疆地区NDVI与气象因子关系做研究时发现温度与棉花NDVI有较强的相关性。2015年汪琴研究表明福建省年均NDVI与气象因子呈现较弱的相关性。2016年赵卓文对宁夏的NDVI指数与气象因子相关性做研究得出降水量与NDVI在宁夏由南往北呈现出明显的减小趋势^[14-21]。

综上所述，目前没有对湖南地区的NDVI指数与气象因子的相关性做相应的研究，本文将对此做补充。

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