基于Mann-Kendall貴州省歸一化植被指數趨勢分析

【摘 要】 利用 2000～2018年的的MOD13A1產品數據，引入Mann-Kendall趨勢分析方法，分析了貴州省近19年的植被變化趨勢。結果表明，貴州省平均NDVI呈波動增加趨勢，表現為東高西低、北高南低、中部地區植被覆蓋最差的空間異質性分布，其中增長型區域面積占比72.3536%，衰減型區域占比為27.6464%。

【關鍵詞】 Mann-Kendall 歸一化植被指數 趨勢分析

植被覆蓋度是判斷土壤侵蝕模數、固持土壤等的重要指標。衛星遙感技術是當前最重要的觀測植被變化方式之一，其中歸一化植被指數則是其重要的參數。目前對區域性NDVI的研究相對較少，且分析方法多采用主成分分析、傅里葉小波分析、R/S法，而Mann-Kendall趨勢分析相對較少。本文以MODIS MOD13A1產品數據為數據源，利用Mann-Kendall分析法對貴州省NDVI變化趨勢進行分析。

1.研究區概況

貴州省位于中國西南部，介于東經103°36'～109°35'、北緯24°37'～29°13'之間，地勢呈西高東低，幅員面積達176167km2。貴州省植被資源豐富，常見植被類型為常綠闊葉林、寒溫性針葉林、山地季雨林、暖性針葉林等，屬于亞熱帶濕潤季風氣候，全省年均氣溫15～18℃，年降水量為900～1500mm，氣候復雜多樣。山地和丘陵占全省面積92%以上，省內北部大婁山由西向東貫穿整個北部地區，東北部武陵山從湘蜿蜒至黔，西部烏蒙山高聳，中南部苗嶺橫亙。

2.數據及方法

2.1數據來源及處理。NDVI數據為MODIS 2000～2018年的MOD13A1產品，空間分辨率500m×500m，時間分辨率16d，為反映貴州省地表植被覆蓋特征，選取植被生長季（6月～8月）的NDVI數據，利用MODIS MRT處理工具對數據進行處理，采用最大值合成法（MVC）[1]獲取生長季逐月NDVI數據，最后計算逐年生長季NDVI均值。

2.2研究方法。

2.2.1 Theil-Sen median 趨勢分析耦合Mann-Kendall 檢驗。在植被時序趨勢分析中，Theil-Sen median 趨勢分析耦合Mann-Kendall檢驗方法對數據誤差具有較強的抗擾性，結果較為精確，可行性較高，用以判斷長時間序列數據的趨勢[2]。其中，Theil-Sen median趨勢分析用于量化NDVI的變化趨勢，計算公式為：

式中，10，則NDVI時間序列呈上升趨勢;反之，則呈下降趨勢。

Mann-Kendall非參數檢驗方法經常用于進行突變檢驗，不受少數異常值的干擾，在氣象、氣候、水文等時間序列的分析中得到了較為廣泛的應用[3]。Mann-Kendall計算過程為：

式中，sign為符號函數，NDVIk與NDVIi為時序數據集合，n為集合長度。在a顯著性水平下，|Zc|>U1-a/2時，時間序列在a水平上變化趨勢顯著;Zc>0，變化趨勢上升，當Zc<0，變化趨勢為下降。

3.結果與分析

3.1平均NDVI分布。整體來看，研究區平均NDVI呈增加趨勢，表現為東高西低、北高南低的空間異質性分布。具體來看，貴州省植被覆蓋從東北向西南方向逐漸遞減，這主要與該區域降雨的空間分布有關。植被覆蓋較好的區域（NDVI>0.65），主要分布在赤水縣、正安縣及其周邊區域，在赤水市的植被覆蓋也較好，植被覆蓋較差的區域（NDVI處于0.065～0.400）主要分布在貴州省中部，包括安順縣、平壩縣、貴陽市等區縣。

3.2 NDVI變化趨勢。本次研究取0.05置信水平，即以|Zc|等于1.96為臨界閾值，界定變化趨勢的顯著與非顯著性，|Zc|大于1.96表示置信水平小于0.05，變化趨勢顯著;|Zc|小于1.96 表示置信水平大于 0.05，變化趨勢不顯著。將貴州省植被變化趨勢劃分為4個等級，其中統計量Zc小于-1.96區域表示植被明顯衰減，統計量Zc大于1.96的區域表示植被明顯增強，統計量Zc大于-1.96小于0的區域為植被無明顯衰減，統計量Zc大于0且小于1.96的區域為植被無明顯增強。統計表明，2000年到2018年貴州省植被整體以增長為主，其中增長型區域面積占比72.3536%，衰減型區域占比為27.6464%。從衰減和增長的程度來看，近19a來貴州省植被覆蓋明顯增強的區域為13.1762%，主要分布在畢節市西南部及東北部、遵義市北部、黔南州南部等地區，明顯衰減的區域僅1.4617%，主要分布在遵義市、貴陽市中部，其余大部分衰減或增長的趨勢并不顯著，表明貴州省植被覆蓋整體趨于良好，但仍有部分區域植被覆蓋逐漸減少、退化，這主要受研究區的自然災害、人類活動等因素的影響。

4.結論

本文基于MOD13A1的NDVI數據，采用Theil-Sen median 趨勢分析耦合Mann-Kendall 檢驗方法分析了貴州省2000年～2018年NDVI變化趨勢，得到以下結論：

（1）貴州省2000年～2018年平均植被NDVI在整體上呈波動增加趨勢，全省NDVI值在在0.065～0.818之間，空間異質性較為明顯，表現為東高西低、北高南低、中部地區植被覆蓋最差。年平均NDVI值從2000年的0.609增加到2018年的0.622，整體上全省的植被覆蓋有所改善，該研究結果與鄭有飛等對貴州省植被覆蓋的變化趨勢分析相符合。

（2）從空間上看，研究區植被覆蓋呈現明顯的空間差異性，統計結果表明，2000年到2018年貴州省植被整體以增長為主，增長型與衰減型分別占比72.3536%、27.6464%。明顯增強區域主要分布在畢節市西南部及東北部、遵義市北部、黔南州南部等地區;明顯衰減區域主要分布在遵義市、貴陽市中部。

【參考文獻】

[1] 周錫飲，師華定，王秀茹.氣候變化和人類活動對蒙古高原植被覆蓋變化的影響（J）.干旱研究2014，31（4）：604-610.

[2] Jiang W G， Yuan L H， Wang W J， Cao R， Zhang Y F， Shen W M. Spatio-temporal analysis of vegetation variation in the Yellow River Basin.Ecological Indicators，2015，51：117-126.

[3] YUES，PILON P，CAVADIAS G.Power of the Man-Kendall and S pearman's rho tests for detecting monotonic trends in hyd rological series[].Journal of Hydrology，2002（259）：254-271

作者簡介：陳陽（1994-），女，漢族，重慶市潼南，學生，理學學碩，單位：成都理工大學地球科學學院地圖學與地理信息系統專業，研究方向：遙感地學應用。