归一化植被指数对江苏省气温、降水变化的时空响应特征

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1、归一化植被指数对江苏省气温、降水变化的时空响应特征徐勇，奚砚涛，许伟，刘欣婷，颜丙囤（中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州２２１０００）摘要：根据２０００－２０１１年江苏省中分辨率成像光谱仪—归一化植被指数（ＭＯＤＩＳ－ＮＤＶＩ）数据和１３个气象站点每日气温和降水数据，分析了江苏省ＮＤＶＩ与气温和降水间的相关性，根据４个时滞期（前０－前３月），计算了１３个气象站点ＮＤＶＩ与同期及前期（前１－前３月）气温和降水之间的相关系数，并得出相应的时空分布特征和时滞期。研究结果表明：①在整个研究区，ＮＤＶＩ与气温和降水均显著相关

2、，且气温影响程度高于降水；②空间上，ＮＤＶＩ对气温变化的响应在整个研究区都很显著，且最大相关系数为苏南＞苏北＞苏中，而对降水的响应存在较大的差异，ＮＤＶＩ对降水变化响应的最大相关系数为苏北＞苏中＞苏南；③ＮＤＶＩ在多数地区与当月气温变化同步响应，仅吴县东山ＮＤＶＩ对前１月气温变化的响应最为强烈，ＮＤＶＩ对降水变化在整个研究区呈现不同的滞后期，但以滞后１个月为主；④不同时间、研究尺度、气候区和植被类型等条件下，ＮＤＶＩ对气温和降水变化响应的相关性和时间滞后性还需进一步探讨。.jyqk2，占江苏省总面积的７０％以上，比例居中

3、国各省首位，主要由苏南平原、苏中江淮平原、苏北黄淮平原组成。江苏省地势低平，河湖较多，平原、水面所占比例占江苏省的９０％以上。近年来，随着江苏省经济的飞速发展，城市化进程的加快，全省范围内植被覆盖率有下降的趋势，尤其在长江下游地区，城市面积不断扩大，农作物种植面积不断减少，该地区已成为全省植被覆盖率最低的地区。１．２数据研究中使用的ＭＯＤＩＳ（ｍｏｄｅｒａｔｅ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｉｍａｇｉｎｇｓｐｅｃｔｒｏｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ）数据能够准确地反映植被的变化情况，数据于ＮＡＳＡ提供的ＭＯＤ１３Ｑ１产品，时间跨度为２０００

4、年２月至２０１１年１２月，空间分辨率为２５０ｍ，时间分辨率为１６ｄ，经过了几何精校正、辐射校正、最大值合成等处理［２０］。获得的ＭＯＤＩＳ数据经过ＭＲＴ软件批处理，提取其中的ＮＤＶＩ数据，在ＡｒｃＧＩＳ１０．０中以江苏省行政区划矢量图为掩膜裁剪出研究区的ＮＤＶＩ数据。利用最大值合成法（ＭＶＣ）合成月最大化ＮＤＶＩ数据，并利用Ｓａｖｉｔｚｋｙ－Ｇｏｌａｙ滤波法将ＮＤＶＩ值进行降噪处理，保证ＮＤＶＩ数据的可靠性。气温和降水数据于中国气象局国家气象信息中心提供的江苏１３个国家基本／基准气象站（图1）１９９９年１０月至２０１１年

5、１２月的日平均气温和降水资料，主要包括日平均气温、日最高气温、日最低气温和日降水量。１．３研究方法利用地理信息系统软件ＡｒｃＧＩＳ１０．０，通过克里金插值方法，将ＮＤＶＩ数据内插生成２０００年２月至２０１１年１２月共１４３个月的ＮＤＶＩ数据，空间分辨率为１ｋｍ×１ｋｍ。对研究区１３个气象站点从１９９９年１０月至２０１１年１２月共１４７月的平均气温和降水量数据，利用ＡｒｃＧＩＳ１０．０的克里金插值方法格网化为１ｋｍ分辨率的平均气温和降水空间数据。基于逐月ＮＤＶＩ和气温、降水空间数据，利用ＡｒｃＧＩＳ１０．０空间分析模块生成

6、整个研究区月平均ＮＤＶＩ、气温、降水时间序列数据。同时考虑到降水通过土壤渗透、植物根系吸收反映到ＮＤＶＩ上的过程比较缓慢，可能会产生一定的滞后期，故为了排除这一影响，本研究计算２０００年２月至２０１１年１２月共１４３个月各月平均ＮＤＶＩ分别与当月（前０月）、前１月、前２月、前３月的平均气温、降水的相关系数。根据研究区１３个气象站点的位置，利用ＡｒｃＧＩＳ１０．０获取各个气象站点周围５ｋｍ×５ｋｍ区域的月ＮＤＶＩ平均值，作为该点月ＮＤＶＩ，构成１３个气象站点１４３个月的ＮＤＶＩ序列。根据１９９９年１０月至２０１１年１２月平

7、均气温和降水数据，求出１３个气象站点各月ＮＤＶＩ与当月（前０月）、前１月、前２月、前３月气温、降水的相关系数，分别从４个相关系数中挑选出最大值及其相应的时滞期：Ｒ＝ｍａｘ｛Ｒ0，Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，…，Ｒn｝（１）式中，Ｒ为滞后相关系数，Ｒn为当月ＮＤＶＩ与前推第ｎ月气温、降水的相关系数，若Ｒ＝Ｒｎ，则滞后期为ｎ个月（ｎ＝０，１，２，３，…）。利用ＡｒｃＧＩＳ１０．０绘制成最大相关系数和时滞期空间分布图，从而进一步了解ＮＤＶＩ对气温、降水响应在时间和空间上分布的差异性。２结果与分析２．１ＮＤＶＩ对气温和降水的时间响应特征２

8、．１．１各站点ＮＤＶＩ对气温和降水的时间响应特征由表１可以看出，江苏省１３个气象站点ＮＤＶＩ与气温变化响应的相关系数，除吴县东山与前１月相关性最好外，其余１２个站点都与当月气温变化相关性最好，且从当月到前３月相关系数逐渐降低，相关性越来越弱。ＮＤＶＩ与当月气温变化的相关系数除吕泗为０．３９外，其余１２个站点相关系数均