基于Mann-Kendall贵州省归一化植被指数趋势分析

【摘 要】 利用 2000～2018年的的MOD13A1产品数据，引入Mann-Kendall趋势分析方法，分析了贵州省近19年的植被变化趋势。结果表明，贵州省平均NDVI呈波动增加趋势，表现为东高西低、北高南低、中部地区植被覆盖最差的空间异质性分布，其中增长型区域面积占比72.3536%，衰减型区域占比为27.6464%。

【关键词】 Mann-Kendall 归一化植被指数 趋势分析

植被覆盖度是判断土壤侵蚀模数、固持土壤等的重要指标。卫星遥感技术是当前最重要的观测植被变化方式之一，其中归一化植被指数则是其重要的参数。目前对区域性NDVI的研究相对较少，且分析方法多采用主成分分析、傅里叶小波分析、R/S法，而Mann-Kendall趋势分析相对较少。本文以MODIS MOD13A1产品数据为数据源，利用Mann-Kendall分析法对贵州省NDVI变化趋势进行分析。

1.研究区概况

贵州省位于中国西南部，介于东经103°36'～109°35'、北纬24°37'～29°13'之间，地势呈西高东低，幅员面积达176167km2。贵州省植被资源丰富，常见植被类型为常绿阔叶林、寒温性针叶林、山地季雨林、暖性针叶林等，属于亚热带湿润季风气候，全省年均气温15～18℃，年降水量为900～1500mm，气候复杂多样。山地和丘陵占全省面积92%以上，省内北部大娄山由西向东贯穿整个北部地区，东北部武陵山从湘蜿蜒至黔，西部乌蒙山高耸，中南部苗岭横亘。

2.数据及方法

2.1数据来源及处理。NDVI数据为MODIS 2000～2018年的MOD13A1产品，空间分辨率500m×500m，时间分辨率16d，为反映贵州省地表植被覆盖特征，选取植被生长季（6月～8月）的NDVI数据，利用MODIS MRT处理工具对数据进行处理，采用最大值合成法（MVC）[1]获取生长季逐月NDVI数据，最后计算逐年生长季NDVI均值。

2.2研究方法。

2.2.1 Theil-Sen median 趋势分析耦合Mann-Kendall 检验。在植被时序趋势分析中，Theil-Sen median 趋势分析耦合Mann-Kendall检验方法对数据误差具有较强的抗扰性，结果较为精确，可行性较高，用以判断长时间序列数据的趋势[2]。其中，Theil-Sen median趋势分析用于量化NDVI的变化趋势，计算公式为：

式中，10，则NDVI时间序列呈上升趋势;反之，则呈下降趋势。

Mann-Kendall非参数检验方法经常用于进行突变检验，不受少数异常值的干扰，在气象、气候、水文等时间序列的分析中得到了较为广泛的应用[3]。Mann-Kendall计算过程为：

式中，sign为符号函数，NDVIk与NDVIi为时序数据集合，n为集合长度。在a显著性水平下，|Zc|>U1-a/2时，时间序列在a水平上变化趋势显著;Zc>0，变化趋势上升，当Zc<0，变化趋势为下降。

3.结果与分析

3.1平均NDVI分布。整体来看，研究区平均NDVI呈增加趋势，表现为东高西低、北高南低的空间异质性分布。具体来看，贵州省植被覆盖从东北向西南方向逐渐递减，这主要与该区域降雨的空间分布有关。植被覆盖较好的区域（NDVI>0.65），主要分布在赤水县、正安县及其周边区域，在赤水市的植被覆盖也较好，植被覆盖较差的区域（NDVI处于0.065～0.400）主要分布在贵州省中部，包括安顺县、平坝县、贵阳市等区县。

3.2 NDVI变化趋势。本次研究取0.05置信水平，即以|Zc|等于1.96为临界阈值，界定变化趋势的显著与非显著性，|Zc|大于1.96表示置信水平小于0.05，变化趋势显著;|Zc|小于1.96 表示置信水平大于 0.05，变化趋势不显著。将贵州省植被变化趋势划分为4个等级，其中统计量Zc小于-1.96区域表示植被明显衰减，统计量Zc大于1.96的区域表示植被明显增強，统计量Zc大于-1.96小于0的区域为植被无明显衰减，统计量Zc大于0且小于1.96的区域为植被无明显增强。统计表明，2000年到2018年贵州省植被整体以增长为主，其中增长型区域面积占比72.3536%，衰减型区域占比为27.6464%。从衰减和增长的程度来看，近19a来贵州省植被覆盖明显增强的区域为13.1762%，主要分布在毕节市西南部及东北部、遵义市北部、黔南州南部等地区，明显衰减的区域仅1.4617%，主要分布在遵义市、贵阳市中部，其余大部分衰减或增长的趋势并不显著，表明贵州省植被覆盖整体趋于良好，但仍有部分区域植被覆盖逐渐减少、退化，这主要受研究区的自然灾害、人类活动等因素的影响。

4.结论

本文基于MOD13A1的NDVI数据，采用Theil-Sen median 趋势分析耦合Mann-Kendall 检验方法分析了贵州省2000年～2018年NDVI变化趋势，得到以下结论：

（1）贵州省2000年～2018年平均植被NDVI在整体上呈波动增加趋势，全省NDVI值在在0.065～0.818之间，空间异质性较为明显，表现为东高西低、北高南低、中部地区植被覆盖最差。年平均NDVI值从2000年的0.609增加到2018年的0.622，整体上全省的植被覆盖有所改善，该研究结果与郑有飞等对贵州省植被覆盖的变化趋势分析相符合。

（2）从空间上看，研究区植被覆盖呈现明显的空间差异性，统计结果表明，2000年到2018年贵州省植被整体以增长为主，增长型与衰减型分别占比72.3536%、27.6464%。明显增强区域主要分布在毕节市西南部及东北部、遵义市北部、黔南州南部等地区;明显衰减区域主要分布在遵义市、贵阳市中部。

【参考文献】

[1] 周锡饮，师华定，王秀茹.气候变化和人类活动对蒙古高原植被覆盖变化的影响（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

作者简介：陈阳（1994-），女，汉族，重庆市潼南，学生，理学学硕，单位：成都理工大学地球科学学院地图学与地理信息系统专业，研究方向：遥感地学应用。