邢文娟， 张静静

（郑州师范学院地理与旅游学院，郑州 450044）

植被作为陆地生态系统的重要组成部分，具有显著的年际和季节变化特点. 作为连接大气、水分和土壤的“自然纽带”，植被具有保土固土、调节气候、减少水土流失等多方面的作用［1］. 植被覆盖度是指植被（包括叶、茎、枝）在地面的垂直投影面积占统计区总面积的百分比. 植被覆盖度能较好地表示地表植被生长情况，其时空变化受到土壤、气候、人文等多种因素的共同影响［2］. 在全球气候变暖的背景下，陆地植被的覆盖度会因气候变化对陆地植被生长过程的影响而改变［3-4］. 探究植被覆盖度的时空变化可以为应对全球气候变化提供科学依据，在全球气候变化研究中具有重要意义.

归一化植被指数（NDVI，Normalized Difference Vegetation Index）在遥感影像中表示为近红外波段的反射值与红光波段的反射值之差比上两者之和，这一指数在一定程度上可以较好地反映植被覆盖度的变化［3-5］，因此在植被覆盖变化研究中，众多学者用归一化植被指数（NDVI）表示植被覆盖度. 近年来，国内外众多学者依据不同的NDVI数据对不同地区植被覆盖度的时空变化开展了大量研究并得出了一些重要结论. 刘宪锋等人分析了西北地区NDVI变化特征，认为不同气候因子（气温、降水）对植被活动的影响具有明显的空间差异性［6］. Myneni等人利用NDVI对北半球植被活动进行研究时发现，在1981—1991年期间，由于气候变暖使得研究区植被活动趋势增强，其中中纬度地区较为明显［7］. 王宗明等采用1982—2003 年东北地区的GIMMS NDVI数据、植被类型数据和气象数据，分析了东北地区植被NDVI对气候变化的响应［8］. 信忠保等通过分析1981—2006 年的NDVI 数据，指出黄土高原植被生长期延长的主要驱动力是气候变暖，降水起伏是植被覆盖变化的重要驱动因素［9］. 就我国而言，目前关于植被覆盖度的研究大多数是针对大尺度的地理单元进行分析［10-12］，而对郑州市植被覆盖的时空变化研究较少，难以为郑州市生态环境保护提供理论依据和实践参考. 因此，本文基于MODIS-NDVI数据，借助ArcGIS、SPSS等软件操作平台，辅以均值法、最大值合成法、一元线性回归模拟等方法对2000—2017年郑州市植被覆盖的时空变化特征进行了分析，以期为郑州市的生态环境监测与保护工作提供科学依据.

1 研究区域概况

郑州市位于河南省的北部和华北平原的南部，地理坐标为东经112°42′～114°14′，北纬34°16′～34°58′.地形特征表现为自西南向东北呈阶梯状降低. 气候类型属北温带大陆性季风季候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨. 全市现辖6区（金水区、中原区、管城区、二七区、上街区、惠济区）、5市（巩义市、新郑市、新密市、荥阳市、登封市）、1县（中牟县），总面积7 446.2 km2.

2 研究数据和方法

2.1 数据来源与预处理

本文所运用的MODIS-NDVI 数据是地理空间数据云（http：//www.gscloud.cn）提供的2000—2017 年植被指数产品（MOD13Q1），其时间分辨率为16 d，空间分辨率为250 m. 利用MRT工具、ArcGIS软件等对下载好的2000—2017年郑州市MODIS-NDVI数据进行拼接、投影、裁剪等处理.

2.2 研究方法

本文采用最大值合成法、均值法、一元线性回归模拟法［13］对2000—2017年郑州市植被NDVI的时空变化特征进行分析.

3 结果与分析

3.1 郑州市植被NDVI的时间变化特征

3.1.1 郑州市月均植被NDVI 变化特征 从图1

图1 2000—2017年郑州市月均植被NDVI变化趋势Fig.1 Variation trend of monthly average vegetation NDVI in Zhengzhou City from 2000 to 2017

可以看出，2000—2017年郑州市月均植被NDVI整体呈先增加后减小的趋势，具体表现为1—4 月的月均植被NDVI 呈上升趋势，5 月呈现出微下降的趋势，这是因为5月郑州市种植的冬小麦被大量收割，所以植被覆盖度降低. 6—8 月的月均植被NDVI 呈现出上升趋势，并且在7 月达到了一年的最高值，这是因为6—8月是夏季，郑州市高温多雨的气候条件有利于植被的生长，所以此时植被最为茂盛，植被覆盖度最高，但因为在6月初也有部分冬小麦被收割，所以6月的月均植被NDVI稍低于7月和8月，同时因为6月中下旬又会种植新的作物，所以导致6月的月均植被NDVI稍高于5月. 从9月开始月均植被NDVI逐渐降低，但是因为植被生长具有一定的“滞后效应”，所以9月的月均植被NDVI下降较少，10—12月植被逐渐枯萎，所以月均植被NDVI 在10—12月呈显著下降趋势. 整体来看，2000—2017年郑州市月均植被NDVI的变化规律与郑州市的气候特点以及农作物种植特点相符合.

3.1.2 郑州市季均植被NDVI 变化特征 图2 和表1 展示了2000—2017 年郑州市季均植被NDVI 的变化特征. 从图2 可以看出，四个季度中植被NDVI 最大的是夏季，其次是春季、秋季、冬季，这符合一般情况. 但2005年、2008年、2011年和2014年这四年秋季的季均植被NDVI均大于春季，且夏季的季均植被NDVI都有所下降. 因为这四年的夏季降水较多，植被生长作物收割延迟，所以导致这四年夏季的季均植被NDVI 降低，秋季的季均植被NDVI升高. 从变化趋势来看，郑州市四季的季均植被NDVI有上升也有下降，其中春夏两季的季均植被NDVI呈下降趋势，秋冬两季的季均植被NDVI呈上升趋势. 分析原因发现，近些年来随着郑州市城建用地面积的不断增长，导致可供生长植被的土地面积逐渐减少，这也就使得郑州市春季的季均植被NDVI逐渐降低. 同时，也正是由于可供生长植被的土地面积减少以及春季种植作物减少，才相应地使得夏季植被覆盖度降低，再加上近些年来台风频繁，夏季降水较多，不利于植被的生长，从而使得郑州市夏季的季均植被NDVI也明显下降. 秋冬两季的季均植被NDVI呈上升趋势，考虑一方面是由于受夏季气候的影响，秋季植被生长作物收割延迟，同时由于气候变暖导致秋季气温稍微升高，所以植被枯萎减缓，这也就使得秋季的季均植被NDVI呈现出上升趋势；另一方面是由于近些年来郑州地区较多暖冬，冬季气温比早些年要高，降雪量减少以及冬雪覆盖植被的时间变短等因素有利于作物的生长，所以使得冬季植的季均植被NDVI呈现出上升趋势.

图2 2000—2017年郑州市季均植被NDVI变化趋势Fig.2 Variation trend of seasonal average vegetation NDVI in Zhengzhou City from 2000 to 2017

表1 2000—2017年郑州市季均植被NDVI和年均植被NDVI变化趋势的线性回归方程及显著性检验结果Tab.1 Linear regression equation and significance test results of the change trend of seasonal average vegetation NDVI and annual average vegetation NDVI in Zhengzhou City from 2000 to 2017

3.1.3 郑州市年均植被NDVI变化特征 图3为2000—2017年郑州市年均植被NDVI的变化特征. 由图3可以看出，郑州市年均植被NDVI在2000—2017年呈波动上升趋势，年均植被NDVI的增长率为0.009/10 a（表1）.以上结果表明郑州市的植被覆盖度正在朝着良好的方向发展，说明城市绿化对郑州市植被覆盖有很大的贡献，这也体现了郑州市对生态保护政策的良好贯彻落实. 本研究得到的2000—2017年郑州市年均植被NDVI呈上升趋势的研究结论与李新鸽等的研究结论一致［14］.

3.2 郑州市植被NDVI的空间变化特征

图4 和图5 反映了2000—2017 年郑州市多年年均植被NDVI 的空间分布状况和统计特征. 可以看出，NDVI 值在0.4～0.5 之间的区域分布面积最广，占研究区总面积的52.95%，主要分布在中牟县、新郑市的中北部、巩义市以及登封市的大部分区域. NDVI值在0.5～0.6 之间的区域占研究区总面积的27.45%，主要分布在新密市的东南部和新郑市的西南部、荥阳市的中部与南部、巩义市与登封市以及与新密市的交界处. 新密市的东南部地势平坦，大多为农作物覆盖，新郑市的西南部为始祖山，始祖山为省级森林公园，市政府对植被开发保护尤为重视，引进大量四季常青树，荥阳市的中部和南部的地形为丘陵和平原，大多为农作物覆盖，巩义市与登封市以及与新密市的交界处为五指岭，人工干预较少，植被生长茂盛，因此这四个地区的植被覆盖度较高. NDVI 值在0.2～0.4 之间的区域主要是郑州市所辖的各市县的主城区，占研究区总面积的17.83%. NDVI值大于0.6的区域占研究区总面积的28.56%，所占面积较少，主要位于登封市的西北边界. NDVI值低于0.2 以下的区域仅占研究区总面积的0.66%，所占面积最少，主要位于郑州市的北部边界以及郑州市辖区中部. 郑州市北部边界是黄河河道，为水体覆盖区，郑州市辖区中部为整个郑州市经济最为发达的地区，此地区城建发达、人口分布集中，所以这两个地区植被覆盖度较低. 整体来看，除黄河河道和郑州市各辖区的主城区以外，郑州市其他地区的植被覆盖状况良好.

4 结论

本研究基于MODIS-NDVI 数据，综合运用最大合成值法、均值法、一元线性回归模拟等方法分析了郑州市近18 年植被覆盖的时空变化特征. 得到以下主要结论：

图3 2000—2017年郑州市年均植被NDVI变化趋势Fig.3 Variation trend of annual average vegetation NDVI in Zhengzhou City from 2000 to 2017

图4 2000—2017年郑州市多年年均植被NDVI空间分布图Fig.4 The spatial distribution map of annual average vegetation NDVI in Zhengzhou City from 2000 to 2017

图5 2000—2017年郑州市多年年均植被NDVI空间分布像元统计图Fig.5 Pixel statistics graph of the spatial distribution of annual average vegetation NDVI in Zhengzhou City from 2000 to 2017

1）2000—2017 年郑州市月均植被NDVI整体呈先增大后减小的趋势，其中7月和8月的植被覆盖度最高.

2）2000—2017年郑州市季均植被NDVI最大的是夏季，最小的是冬季. 其中，春夏两季的季均植被NDVI呈下降趋势，秋冬两季的季均植被NDVI呈上升趋势，这说明生长季延长是郑州市植被应对全球气候变化的主要响应.

3）2000—2017年郑州市年均植被NDVI呈增加趋势，表明郑州市的植被覆盖总体上处于不断改善的状态.

4）在空间上，除黄河河道和郑州市各辖区的主城区以外，郑州市其他地区的整体植被覆盖状况良好.

需要说明的是，由于缺乏相关的具体资料，本文在表述植被NDVI上升或下降的原因时比较笼统，未对植被覆盖变化的人文、自然因素进行定量分析，在以后的研究中有待于进一步分析植被覆盖度变化与人文、自然因素之间的定量关系，从而为郑州市生态环境监测与保护工作提供更加全面的理论基础和科学依据.