论文推荐｜基于MODIS的枣庄市NDVI时空变化特征及驱动因子分析

摘要：引文格式：崔云鹏,邢丽珠.基于MODIS的枣庄市NDVI时空变化特征及驱动因子分析[J].安徽农业科学,2025,53(03):187-192,201.

作者：崔云鹏1,2，邢丽珠1,2

单位：1.山东省气象防灾减灾重点实验室；2.枣庄市气象局

简介：崔云鹏，男，山东枣庄人，工程师，从事地面综合气象观测研究。

基金项目：山东省气象局科学技术研究项目（2022SDQX08，2023SDYD16）。

来源：《安徽农业科学》2025年3期

引文格式：崔云鹏,邢丽珠.基于MODIS的枣庄市NDVI时空变化特征及驱动因子分析[J].安徽农业科学,2025,53(03):187-192,201.

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植被是陆地生态系统的主体，在全球气候变化研究中起着敏感指示器的作用。植被指数作为重要的生态气候参数，是反映绿色植被相对丰度和活性的辐射量化值，常被用于表征研究区域的植被生理状况、绿色生物量及植被生产力等，是描述生态系统的基础数据。目前已提出的植被指数超过20种，其中归一化植被指数（normal difference vegetation index，NDVI）反映了地表植被的生长状况，不仅是衡量区域植被生长发育水平的重要依据，还能为城市生态环境建设提供决策参考，已广泛应用于生态、气象和农业等领域。利用NDVI时序数据研究植被覆盖变化及对外界响应，对生态系统及其生态效益具有重要意义，已经成为全球变化研究的重要方向之一。

枣庄市过去为老工业城市和资源型城市，依靠丰富的煤炭资源，大力发展工业经济，随着煤炭的开采，区域地表植被发生较大变化，生态环境日益恶化。近些年随着城市转型，注重绿色发展，大力实施增绿护绿、推进国土绿化、发展绿色产业、完善生态功能，建成国家森林城市、国家园林城市，生态环境有了明显改善。但是，生态保护与经济发展之间的矛盾仍然突出，生态安全形势仍然严峻。因此，需要对枣庄市NDVI演变趋势等方面进行定量评价与分析。

目的

探究枣庄市植被NDVI时空变化特征，揭示影响该市植被变化的主要气象因素和人类活动影响，为区域生态保护提供科学依据。

方法

基于MODIS NDVI遥感数据，采用趋势分析、相关分析和残差分析等方法，对枣庄市（图1）2001—2020年NDVI进行时空变化及影响因素分析。

图1 枣庄市DEM（a）及土壤覆盖类型（b）分布

结果

◆枣庄市NDVI演变特征

从图2可以看出，2001—2020年枣庄市NDVI年际变化特征分为两段，整体呈现不断改善特征，均值为0.73，气候倾向率为0.011/10a，年际变化以2010年为拐点，第1阶段2001—2010年，气候倾向率为0.048/10a，2002年呈显著下降趋势，NDVI为0.67（最低），2002—2007年NDVI指数上升趋势明显，最大NDVI为0.76（2007年）；第2阶段2011—2020年，气候倾向率为0.008/10a。整体来说NDVI变化呈现先快速增加后缓慢增加的趋势。

图2 2001—2020年枣庄市NDVI年际变化

从2001—2020年枣庄市NDVI空间分布（图3）可以看出，枣庄市NDVI较低的地区主要出现在滕州市、薛城区、市中区的市区，NDVI较高的地区主要分布在峄城区南部、台儿庄区北部。2001—2010年各地的市区NDVI逐渐增大，2011—2020年NDVI变化较小。NDVI增多的地区主要位于滕州市南部、山亭区东部、峄城区南部、台儿庄区北部和西部，其中峄城区南部、台儿庄区北部和西部的NDVI在2011—2020年明显增大。

图3 2001—2020年枣庄市NDVI空间分布

从2001—2020年枣庄市NDVI气候倾向率空间分布（图4）可以看出，2001—2020年NDVI主要下降的地区为各个区（县）城市区，NDVI在滕州市西部、薛城区南部、市中区东部下降较快；其余地区NDVI的气候倾向率基本大于0.001/10a，近20年枣庄市整体NDVI有较大的增长，尤其对于山亭区南部、薛城区东部、台儿庄区西部，NDVI的气候倾向率超过了0.050/10a。

图4 2001—2020年枣庄市NDVI气候倾向率空间分布

◆枣庄市气象因子变化

植物的生长过程需要水分和热量，适当的气温、降水和日照条件有利于促进植物的生长。从2001—2020年枣庄市气象因子年际变化（图5）可以看出，近20年枣庄市平均气温整体上不断上升，平均温度-时间的相关系数（R2）为0.1685，2010年后平均气温的上升趋势更为明显；近20年降水量呈现先下降后升高的变化趋势，从2012年以来持续增多的降水量将对NDVI的变化产生明显影响；平均相对湿度和日照时数变化较为一致，在20年间未发生较大的变化。

图5 2001—2020年枣庄市气象因子年际变化

利用ArcGIS软件绘制2001—2020年影响植物生长的4个主要气象因子在枣庄市的平均空间分布图（图6）。从图6可以看出，近20年枣庄市平均气温的分布呈现东低西高的特征，较高的地区出现在滕州南部、薛城西部，局部可达到15.49℃，气温较低的地区出现在山亭区东部、市中区东部、峄城区东部。近20年枣庄市年降水量呈现南高北低的趋势，滕州市降水量较少，年降水量平均为767.17mm，降水量最多的地区出现在台儿庄区东部，年降水量可达906.80mm。近20年枣庄市平均相对湿度的空间分布特征与年降水量类似，呈现南部较高、北部较低的特征，其中滕州市北部、山亭区北部出现了较小的平均相对湿度，为64.29%；高值地区出现在峄城区、台儿庄地区，平均相对湿度为67.90%。近20年枣庄市日照时数整体由西北向东南递减，日照时数较低值出现在市中区南部、峄城区中部、台儿庄区东部，日照时数较高值出现在滕州市西北部。

图6 2001—2020年枣庄市气象因子空间分布

◆气象因子与NDVI相关性及残差趋势

气象因子与NDVI相关关系。对枣庄市NDVI与区域时间段内平均气温、降水量、日照时数、平均相对湿度进行空间相关性分析，结果发现（图7），平均气温与NDVI相关性较高的地区出现在枣庄市南部，并零散分布在整个研究区域内，包括峄城区和台儿庄区，相关系数最高可达0.75；通过与城区对比发现，市中区城区处平均气温与NDVI的相关系数较高，有较好的对应。枣庄市北部降水量与NDVI有较高的相关性，尤其是滕州市市区外以及山亭区西北部地区，结合图6可以看出，降水量较低可能是该地区NDVI较低的重要原因。平均相对湿度与NDVI相关系数较高的地区出现在薛城区、市中区、滕州市，相关系数达到0.79。日照时数与NDVI正负相关系数分布的高值区较为分散，高值区主要出现在滕州、薛城西部，低值区出现在滕州北部、山亭西南部。

图7 2001—2020年枣庄市NDVI与气象因子相关系数空间分布

人为因素对NDVI的影响。土地是人类生活与活动的重要场所，土地利用方式的改变能够有效地体现出人类活动对地表环境的影响，也能反映出植被的变化情况。从枣庄市人为影响因素对NDVI的影响分布（图8）可以看出，人为因素对NDVI的影响主要作用于城区，除山亭区外，滕州市、薛城区、市中区、峄城区、台儿庄区较为明显，对NDVI起负贡献，残差可达-0.29。从图8b可以看出，枣庄市南部除城区外大面积的弱显著正向促进区域与显著正向促进区域可能导致NDVI在南部地区较大，表明区域植被覆盖得到了明显的改善，城镇扩张会导致植被NDVI显著下降。因此人为因素在城区附近对NDVI起到显著的负贡献，而在城区外贡献为正。