1、    植被覆蓋對降水的響應研究    唐清竹 吳達瑩 吳川東摘要：半干旱地區植被覆蓋與降水有著密切的聯系，本研究以典型半干旱地區甘肅省榆中縣為例，利用歸一化植被指數（ndvi），結合近十年的降水數據進行相關分析，運用spss軟件分析計算兩者的相關系數，探究降水與ndvi指數之間的響應關系。結果表明榆中縣植被覆蓋率與降水之間具有較為顯著的正相關性。關鍵詞：榆中縣;ndvi;植被覆蓋;降水：x17 ：a ：2095-672x（2020）03-0-03doi：10.16647/15-1369/x.2020.03.111response of vegetati

2、on cover to precipitation in yuzhong county，gansu provincetang qingzhu1，wu daying2，wu chuandong1（1.lanzhou university college of earth and environmental sciences，lanzhou gansu 730000，china;2.lanzhou university second hospital，lanzhou gansu 730000，china）abstract：semi-arid areas of vegetation cover an

3、d precipitation has the close relation.this paper takes a typical semi-arid areas yuzhong county in gansu province as an example，using the normalized difference vegetation index （ndvi）， combined with nearly a decade of precipitation data to make crosscorrelation analysis， using spss software analysi

4、s calculating correlation coefficient of the two，to explore the response of the relationship between precipitation and the ndvi.the results show that there is a significant positive correlation between vegetation coverage and precipitation in yuzhong county.key words：yuzhong county;ndvi;vegetation c

5、over;precipitation植被作為全球氣候變化的“指示器”，連結了土壤、水分和大氣，能夠反映各種氣候要素不同年度、不同季節的變化情況1。植被覆蓋變化受自然變化和人類活動影響，其中以氣溫和降水的影響最為顯著2-3。隨著遙感技術的高速發展，現已可通過遙感技術獲取地表植被覆蓋情況4，其中歸一化植被指數（ndvi）就是通過遙感影像數據分析得出的用來表征植被覆蓋的典型遙感特征參數5，其計算公式為：式中，nir表示近紅外波段的反射率，red表示紅外波段的反射率。ndvi能夠很好的反映植被生長狀況、植被繁茂程度及生物量的特征及變化，一般情況下與植被覆蓋度成正比，且對于同一種植被而言，ndvi值越高

6、，說明地表植被覆蓋度越高6。ndvi表征的植被覆蓋度與氣候變化的響應關系研究已成為當前環境變化研究的熱點之一7，國內外許多學者都做過此類研究，如chuai （2013）等人在內蒙古地區研究發現氣溫和降雨對ndvi的影響對于不同植物類型和不同季節各不相同。例如在夏季，ndvi與氣溫相關性不顯著，而對于栽培植物、灌木、草原草甸及荒漠地區的植被來說，ndvi與降水之間存在明顯的相關性1。roerink（2003）等人曾在歐洲地區研究發現在極為干旱地區，植被與降水的相關性最高，在中度濕潤地區，兩者仍存在一定的相關性，在非常濕潤地區，兩者的響應關系不明顯8。陳歡（2013）、李霞（2007）、丁明軍（2

7、009）、吳麗麗（2014）等學者研究發現植被覆蓋對氣候因子的響應中還存在累積效應與時滯效應。在中國大陸，植被與降水的交互作用時間主要為2.5個月左右，因為植被生長主要通過吸收土壤水分，而土壤主要通過大氣降水獲得水分，水分通過大氣傳遞到土壤，最后由植被吸收，所以植被對降水存在明顯的滯后響應9-12。青藏高原的存在使得我國西北地區的氣候條件不同于世界上其他同緯度地區，我國西北地區降水稀少，水資源匱乏，植被生長狀態較差，生態環境極為脆弱，是國內外學者研究生態環境問題的熱點地區之一。而甘肅省榆中縣地處西北，作為我國的典型半干旱地區，氣候干燥、降水稀少、日照充足、日溫差大，生態環境極為脆弱，且近年來土

8、地荒漠化程度逐年加劇，利用ndvi表征該地區植被覆蓋情況十分有益。且作為西北小區域研究區，研究植被覆蓋與降水之間的相關性十分具有代表性。目前國內外尚未有利用統計學三大相關性檢驗與雙尾顯著性檢驗表征植被覆蓋與降水量間相關關系的研究，本研究具有創新性。1 研究區概況甘肅省榆中縣位于103°49104°35e，35°3436°27n，總面積3259.77km2，海拔14303670m。屬溫帶半干旱氣候，年平均氣溫6.7，年平均降雨量350mm，無霜期120d。榆中縣南部大部分位于興隆山自然保護區，天然森林植被良好、生物種類繁多，生態環境良好。北部低山丘陵和中部

9、黃土丘陵區是該縣宜林荒山荒地的重點分布區，也是生態環境十分脆弱的地區，植被主要以灌草和農作物為主。中部川地和苑川河谷地水資源相對較豐富，是該縣主要的農作物種植區，植被主要有農作物、果樹林和農田林網10 。榆中縣位于甘肅省中部，屬典型的半干旱地區，是植被由森林向荒漠草原演化的典型過渡帶，因此榆中縣的植被覆蓋率對我國整個生態植被的演化趨勢有著典型的代表意義，同時也對榆中縣本地的經濟發展、生態平衡和水資源高效利用有著重要意義。2 數據與分析方法2.1 數據來源與預處理本研究采用的甘肅省榆中縣地區遙感影像數據來自于地理空間數據云（http：/2.2 分析方法spss數據分析：確定相關變量，以降水量為自

10、變量，ndvi指數為因變量，通過相關性檢驗和正態分布檢驗得出兩者的相關性。統計學三大相關性檢驗：皮爾遜（pearson）相關也稱積差相關或積矩相關，是英國統計學家皮爾遜提出的一種計算直線相關的方法，它適用于兩個變量總體是正態分布或接近正態的單峰分布，兩個變量的觀測值是成對的且每對觀測值之間相互獨立。斯皮爾曼（spearman）等級相關是根據等級資料研究兩個變量間相關關系的方法，它是依據兩列成對等級的各對等級差來進行計算的，又稱等級差數法。斯皮爾曼等級相關對數據條件的要求沒有皮爾遜相關系數嚴格，只要兩個變量的觀測值是成對的等級評定資料或是由連續變量觀測資料轉化得到的等級資料，無論兩個變量的總體分

11、布形態和樣本容量的大小，都可使用斯皮爾曼相關進行研究。肯德爾（kendall）檢驗是一個無參數假設檢驗，它使用計算而得的相關系數去檢驗兩個隨機變量的統計依賴性。當兩個變量的標準差都不為零時，相關系數才有意義14。spss相關性檢驗中的皮爾遜相關系數、肯德爾相關系數和斯皮爾曼相關系數反映的都是降水量與ndvi的相關性的指標，范圍為-11。相關系數的值為1時，x和y分布在一條直線上，兩者的關系可用單調直線方程來描述，且y隨著x的增加而增加，即兩個變量正相關。相關系數的值為-1時兩個變量即呈負相關。相關系數的值為0時兩個變量之間沒有線性關系。相關系數越大表示兩者相關性越強。雙尾顯著性檢驗：sig.意

12、為顯著性（significant），sig.是差異性顯著與否的檢驗值，用來說明相關分析結果有無統計學意義。spss首先假設兩個變量間相關性為零為原假設，根據已有數據算出兩個變量間“相關性為零”的概率，即p值，一般與5%或1%進行比較。若p值小于5%，則說明原假設概率極低，換言之也就是有超過95%的概率說明兩個變量間存在顯著相關性。本研究中若要確定降水量（mm）與ndvi兩者的相關性及響應關系，進行統計學三大相關性檢驗與雙尾顯著性檢驗并確定兩者存在顯著相關性是十分有必要的。3 結果與分析3.1 降水量與ndvi變化趨勢由圖2可看出，ndvi值在年尺度內與降水量的變化基本相吻合，降水量增多對應的n

13、dvi值也相應增加，但本次研究中ndvi對降水的累積效應和滯后效應并不明顯。3.2 正態分布檢驗圖3、圖4展示了降水量（mm）與ndvi的正態q-q圖，正態q-q圖通過把測試樣本數據的分位數與已知分布相比較，從而檢驗數據的分布情況。q-q圖是一種散點圖，若要鑒別樣本數據是否近似于正態分布，只需看圖上的點是否近似在一條直線附近，圖形為直線說明數據正態分布，且該直線的斜率為標準差，截距為均值，直線越接近呈45度角并穿過原點說明分布越接近正態分布。由圖中可以看出，降水量（mm）與ndvi數據（圖中黑點）均大致分布在一條直線上，說明兩個變量符合正態分布，且斜率不為零，降水量（mm）與ndvi符合進行相

14、關性檢驗的條件，可以進行三大相關性檢驗。3.3 皮爾遜相關性檢驗表1顯示了降水量（mm）與ndvi的皮爾遜相關性的數據，由表1可看出，降水量（mm）與ndvi平均值的皮爾遜相關系數為0.563*，sig.小于0.01，說明兩者間相關性顯著，且具有統計學意義。3.4 肯德爾相關性檢驗表2顯示了降水量（mm）與ndvi的肯德爾相關性的數據，由圖2可看出，降水量（mm）與ndvi平均值的肯德爾相關系數為0.420*，sig.小于0.01，說明兩者間相關性顯著。3.5 斯皮爾曼相關性檢驗表3顯示了降水量（mm）與ndvi的斯皮爾曼相關性的數據，由圖3可看出，降水量（mm）與ndvi平均值的斯皮爾曼相關

15、系數為0.594*，sig.小于0.01，說明兩者間相關性顯著。4 總結與討論榆中縣在2003-2012年內月平均降水量范圍為0150mm，總體降水稀少，ndvi數值分布在-0.050.2間，植被稀少，覆蓋度不高。由兩者間相關曲線可看出降水量增多相對應研究時段內ndvi數值也相應增大，說明兩者間具有一定的相關關系。通過對榆中縣2003-2012年月平均降水量（mm）與ndvi進行皮爾遜、肯德爾、斯皮爾曼三大相關性分析與雙尾顯著性檢驗，得出兩者間相關性顯著，ndvi對降水存在一定的響應關系。榆中縣植被覆蓋具有明顯的地區和季節不平衡性，為使該地區生態環境得到改善、經濟健康發展、水資源得以高效利用，

16、有計劃有步驟地進行退耕還林、還草等政策，加強對現有草地、林地、森林的管理與自然資源如南部興隆山區的保護，是榆中縣生態環境建設的重要內容，對榆中縣整體發展具有重要意義。本次研究中ndvi數據量受遙感影像數據限制沒有降水數據豐富，因此只能代表較大尺度時間內植被覆蓋的粗略變化情況，不能完全體現出小時段尺度內植被覆蓋度的細微變化，今后有必要在小尺度范圍內進一步研究得出兩者間更加精確的響應關系。此外，本次研究只討論了植被覆蓋情況與降水量的響應關系，今后有必要在人類活動、植被自然生長季等因素方面進行進一步的研究。參考文獻1x. w. chuai， x. j. huang， w. j. wang， et a

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