摘 要

植被是衡量区域生态系统环境的指示器，而植被覆盖是影响水土流失的重要因素。本文基于2004-2014年MODIS NDVI遥感数据、气象站点的气温、降水量数据，采用最大值合成法、均值法、趋势分析法和相关分析法，在年际和季节尺度上，探讨武汉市植被NDVI时空变化特征及气象因子时间变化特征，并分析了植被NDVI与气象因子的相关性及其响应特征。研究表明：1）近11年来，研究区NDVI年际变化在总体上呈上升趋势，2014年达到最大值，为0.4640；季节变化上，春、秋季节植被NDVI呈上升趋势，夏季呈下降趋势；2）年际及季节NDVI的空间分布特征是城市中心区和东、西部沿江滩涂植被覆盖程度较低，周边城区植被覆盖呈北部gt;南部gt;东部gt;西部的递减趋势；3）研究区大部分城区植被覆盖均有增长趋势，年际NDVI改善面积比例占52.89%，季节NDVI变化以改善趋势为主，且秋季gt;春季gt;夏季，其中夏季植被覆盖变化趋势波动最大；4）研究区气象因子的时间变化特征均呈下降趋势，年均气温为17.46℃，年均降水量为695.26mm，其中气温、降水量最大值均出现在夏季；5）年均NDVI与降水量存在显著负相关性，表明研究区植被覆盖对降水量的相应特征较为明显，季节尺度上，唯有秋季NDVI与气温存在显著负相关性，秋季植被覆盖度受到气温影响作用较大，而春季NDVI受降水量的影响相对较大，较于降水夏季NDVI受气温的影响较为明显。

关键词：NDVI；气象因子；时空变化特征；相关性

Abstract

The vegetation is an indicator of the regional ecosystem environment, and vegetation coverage is an important factor affecting soil erosion. The paper based on MODIS NDVI data in 2004-2014 years and climate data set included temperature and precipitation of meteorological stations. Applied methods include maximum value synthesis, Mean method, the trend analysis and correlation analysis. Exploring the characteristics of spatial-temporal changes of vegetation NDVI and the temporal changes of meteorological factors in Wuhan on the annual and seasonal scales. Analysis the correlation and the response characteristics between vegetation NDVI and meteorological factors. The results showed that：1) In the past 11 years, the annual variation of NDVI in the study area presented the trend of increasing. It reached a maximum value of 0.4640 in 2014. In the seasonal changes, the NDVI of vegetation in spring and autumn showed an upward trend, while in summer, the NDVI showed a downward trend. 2) The spatial distribution characteristics of annual and seasonal NDVI is that the vegetation coverage of the urban center area and the east and west coastal tidal flats are relatively low, and the vegetation coverage of the surrounding urban areas is the decreasing trend of northerngt; southerngt; easterngt; western. 3）The vegetation coverage of most urban areas in the study area has an increasing trend. The annual NDVI improvement ratio accounted for 52.89%. Seasonal NDVI changes are mainly to base on the improving trend of autumngt; springgt; summer, and the summer vegetation coverage changes fluctuate most. 4) The temporal changes of meteorological factors in the study area showed a downward trend. The average annual temperature was 17.46°C, and the average annual precipitation was 695.26mm. Among them, the maximum values of temperature and precipitation all appeared in summer. 5) There is a significant negative correlation between annual average NDVI and precipitation, which indicates that the vegetation coverage in the study area has obvious characteristics of precipitation. On the seasonal scale, seasonal NDVI only in autumn has a significant negative correlation with temperature, and autumn vegetation coverage has an greater influenced in temperature. Spring NDVI is relatively influenced by precipitation, and it is more obvious than the influence of precipitation on the temperature of summer NDVI.

Key words: NDVI; meteorological factors; temporal and spatial characteristics; correlation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3 研究目标、研究内容及技术路线 2

1.3.1 研究目的 2

1.3.2 研究内容 3

1.3.3 技术路线 3

第二章 数据来源及研究方法 5

2.1 研究区概况 5

2.1.1 地理位置 5

2.1.2 自然环境概况 5

2.1.3 社会经济概况 6

2.2 数据来源及预处理 6

2.2.1 遥感数据来源及处理 6

2.2.2 气象数据来源及处理 8

2.3 研究方法 8

2.3.1 最大值合成法 8

2.3.2 均值法 9

2.3.3 趋势分析法 9

2.3.4 相关分析法 10

第三章 武汉市植被NDVI时空变化特征 11

3.1 武汉市植被NDVI时间变化特征 11

3.2 武汉市植被NDVI空间变化特征 12

3.2.1 植被NDVI空间分布格局 12

3.2.2 植被NDVI时空变化趋势 14

第四章 武汉市植被NDVI与气象因子的响应分析 17

4.1武汉市影响植被NDVI的气象因子研究 17

4.1.1 武汉市气温、降水量的时间变化特征 17

4.1.2 武汉市植被NDVI与气温、降水量之间的变化特征 17

4.2 武汉市植被NDVI变化与气温、降水量的相关性分析 19

第五章 结论与展望 21

5.1 结论 21

5.2 展望 22

参考文献 24

致 谢 26

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

植被是陆地生态系统的重要组成成员，也是衔接大气、土壤和水分等自然要素的“桥梁”，同时在年际和季节时间尺度上，植被具有明显的时空变化，所以植被是全球变化研究的“指示器”^[1]。植被是陆地生态系统的主要组成的一部分，在全球变化中起到了十分重要的作用。植被不仅具备对水土保持，径流调节，区域气候调节，沙尘防护，美化环境等方面起到关键性作用，同时具有调节全球能量循环以及维持全球气候的稳定等作用。植被作为景观生态变化的指示器，能客观直接地反映出自然因素和人文行为活动导致并引起的自然景观变化以及时空差异。

从气候的角度，植被与气候之间的作用主要表现在两个方面：一方面是植被与气候可以通过调节相互适应，另一方面是植被与气候相互适应的过程中，植被对气候会有相应的反馈。在全球变化研究中，植被作为自然生态系统中的重要因子可以很快的适应气候的变化，降水量的增减、温度的高低都会对植被起到相对的作用，进而影响植被生态环境的变化；同时生态环境中的植被就会通过蒸腾作用、光合作用等与大气间的物质（水、二氧化碳等）和能量（热量、太阳辐射等）进行交换来影响气候。在每个气候带内均有一套与其相对应的植被生态系统，这表明了气候对植被有一定的影响作用并且植被对气候有着比较强的适应性。

由此可见，研究植被覆盖变化及植被覆盖与气象因子之间的关系是具有现实意义的，其研究分析结果可以为对生态系统的可持续发展提供理论依据，具有一定参考价值。

1.2国内外研究现状

气候变化对植物的生长环境具有直接性的影响，而环境的改变进而会影响到植被生长状况。迄今为止，植被覆盖与气候变化的关系研究仍是生态领域的研究热点，同时是国内外学者研讨的主要内容之一。

国外学者主要的研究方向着重于植被 NDVI 与气候要素的相关性方面，而少有对植被覆盖变化特征的研究。Kawashima^[2]研究了从TM数据提取的NDVI与表面温度及亮度温度梯度之间的线性关系，并探讨了不同地表类型表面温度的植被效应。Schmidt等^[3] 采

用NOAA/AVHRR NDVI数据来研究以色列南部不同植被与降水的关系，结果表明该地区植被对降水的响应特征表现出较强的敏感性。Anyamba等^[4]基于NOAA/AVHRR NDVI遥感数据对Sahedian州的植被覆盖变化情况进行研究，结果表明，年内和季节的植被覆盖度与降水具有较好的响应程度，而在年际尺度上，其对将降水的响应特征并不显著。Fensholt等^[5]利用1981-2007年的AVHRR GIMMS数据，探究了在半干旱地区的植被覆盖变化趋势以及NDVI受季节和气候变化的影响程度。Fu等人^[6]利用23年的NDVI数据对澳大利亚Namoi catchment 半干旱地区进行研究NDVI与气温、降水量、地表水和地下水等气候要素的响应关系。

目前国内针对植被覆盖与气候变化的关系研究已开展，已具备较为成熟的研究结论。周伟等^[7]利用GIMMS NDVI数据和MODIS NDVI数据以及气温和降水数据来分析研究中国草地覆盖度变化对气候变化的响应。坡面草地和草甸的覆盖度对气温的响应特征较为显著，而荒漠和平原地区的植被覆盖度受降水量影响较大。吴喜芳等^[8]基于NOAA/AVHRR NDVI和MODIS NDVI遥感数据，研究黄河源区域植被覆盖度对气温、降水的响应关系，得出结论：黄河源区植被覆盖对气温变化的响应更为敏感，其属于热量限制性生态区。李学梅等^[9]基于SPOT VGT NDVI数据分析了重庆市植被NDVI变化的时空特征和与气候变化的关系。戴声佩等^[10]基于GIMMS NDVI数据，研究我国西北地区植被覆盖时空变化特征及其对气温和降水变化的响应。在气候要素中气温和降水与植被覆盖变化的相关性最大，但其中哪一个因子影响较大，通常仍会因时、因地而异，并且具有明显的时空差异性，除此之外，还存在其他因素的影响。

1.3 研究目标、研究内容及技术路线

1.3.1 研究目的

（1）近年来随着城市现代化的发展和城市建设土地的扩张，在全国范围内，城市区域是植被覆盖度退化情况愈来愈严重，因此了解城市植被覆盖状况是非常必要的。本文将探讨武汉市植被覆盖时空分布状况以及植被覆盖变化趋势分布特征，其研究结果可为城市生态保护措施及规划提供数据依据。

（2）研究区具有江河纵横、湖港交织的地理优势，气候特点表现为夏季高温、多降水，冬季温度低且湿润，具有较为明显的季节性差异。气温和降水的时间和空间分布情况会影

响到植被的生长和时空分布，本文旨在研究气温和降水的时空变化以及气温和降水对植被NDVI的影响，并分析得到影响武汉市植被覆盖度的主要气候因素。

1.3.2 研究内容

气温与降水的时空分布特征影响着植被的时空分布与生长情况，本文将研究武汉市植被覆盖在时间和空间上的分布特征，并探究武汉市气温和降水量在时间上的变化特征以及气温和降水对植被覆盖度的影响。利用GIS和RS技术，通过研究区2004-2014年的MODIS NDVI数据、气象数据，在年际及季节尺度上，研究分析武汉市植被覆盖度时空变化特征，气象因子的时间变化特征，并分析植被NDVI与气象因子变化的相关关系。主要研究内容如下：

（1）基于武汉市2004-2014年的MODIS-NDVI数据分析来11年来武汉市植被NDVI时空变化特征，以及武汉市植被覆盖变化趋势特征。

（2）对武汉市气象站点气温、降水数据进行整理为数据集。运用线性回归分析法在Excel中对气候因子的时间变化特征进行分析。

（3）基于武汉市MODIS NDVI数据并结合气温和降水数据，利用相关分析等数理统计方法，计算在年际及季节时间尺度上植被NDVI值与气温与降水量的相关系数，并研究分析武汉市植被NDVI对气候变化的响应特征。

1.3.3 技术路线

本研究采用的技术路线如图1-1所示。在研究过程中，将GIS和RS技术结合相关软件使用，基于多种数据和方法进行对植被覆盖时间和空间分布变化的分析和不同时间尺度下，植被NDVI与气象因子相关关系分析^[11]。

第二章 数据来源及研究方法

2.1 研究区概况

2.1.1 地理位置

武汉市位于中国中部，是湖北省省会，亦是中国中部地区的中心城市。江河纵横、湖港交织，将市区分由武昌、汉口、汉阳3部分组成，3镇隔江鼎立。周边与湖北省的黄冈、鄂州、黄石、咸宁、孝感、仙桃、潜江、天门等8个大中型城市交界，组成武汉"1 8"城市圈。全市土地面积8494.41 km²，其中，城区面积3963.6 km²。武汉市内水域面积达全市总面积的四分之一，构成了武汉与江、湖相邻的水域生态环境。

2.1.2 自然环境概况

(a) 地形地貌

武汉市为平原地区，具有东部和南部高，西部和北部低的地势特点，长江和汉江将其分离成三个临江城镇，分别是武昌、汉口和汉阳。武汉具有水系发达、山水交融的复杂地形，分布着大大小小近百个湖泊。武汉地区地形形态主要有以分布于武昌、汉阳地区，丘陵呈线状或残丘状分布的剥蚀丘陵区，分布于武昌、汉阳的平原湖区与残丘之间的剥蚀堆积垄岗区，分布于整个汉口市区及武昌、汉阳沿江一带的堆积平原区三种类型。

(b) 水文气候

武汉市处于亚热带季风性湿润气候区，一年雨量充足。武汉年平均气温15.8℃~17.5℃，年日照总时数1810~2100h，年总辐射104 ~113kcal/cm²。武汉水资源充裕，水域面积2205.06km²，占总面积的25.79％。年降雨集中在5月～8月期间，且在5～8月的降雨日数较多。近年来极端最高气温38.09℃，极端最低气温-4.7℃，冬夏季相对湿度均高于75％，年蒸发量大。一年四季分配也以夏季最长，冬季次之，具有冬夏漫长春秋短促的著特点。最冷月出现在1月-12月，平均气温在6℃以下，而7、8月为最热月，最高气温超过35℃，其平均气温接近30℃，总体表现为夏季高温多雨，冬季低温潮湿典型的夏热冬冷型气候。

(c)植被

武汉植被属于中亚热带常绿阔叶林与落叶阔叶林混交到北亚热带落叶阔叶林与常绿阔叶混交林的过度地带，有丰富的植物物种资源 ^[12]。根据资料显示，武汉市有许多种类的蕨类和种子植物，其植被类型兼具南方和北方植物区系。以长江、汉江为界，界限以南主要以楠竹、杉木、女贞、油茶、樟树、柑桔等树种为主，界限以北主要以法桐、杨树、马尾松、水杉切等树种为主。但是由于城市化建设的加快发展使得天然、原生地带性植被已濒临消失，所辖面积内的森林植被也基本被人工次生林逐渐替代。

2.1.3 社会经济概况

武汉具有优越的经济地理位置，我国重要的铁路、道路等交通要道都交汇于武汉，便利了对外交通，给予了武汉进行市场对接，区域经济走向一体化的有利条件。武汉的第一产业、第二产业和第三产业现处于稳中提升，产业结构继续优化，三次产业占比为3.0：43.7：53.3。武汉国民经济一直处于稳中有进、稳中向好的发展态势，质量效益稳步提升。但相对的，武汉发展中仍存在不平衡不充分现象，保持经济稳定增长仍然是一项任重而道远的任务。

2.2 数据来源及预处理

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：