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【摘 要】以淮河流域为研究区域，以NDVI遥感数据为基础，结合气象站发布的降水数据，利用统计学中相关分析的方法，研究从2002到2006年之间淮河流域植被NDVI与降水之间的关系。
【关键词】NDVI；降水；淮河流域
0.引言
归一化植被指数（NDVI）是遥感影像的近红外波段（NIR）和红外波段（R）反射率的比值参数，是目前表征植被覆盖特征应用最广泛的指标，相关分析是研究现象之间是否存在某种依存关系，并对具体有依存关系的现象探讨其相关方向以及相关程度，研究随机变量之间的相关关系的一种统计方法。
淮河流域介于长江和黄河两流域之间地处东亚季风区，水年际变化明显，受特殊的气候和地理要素影响，旱涝灾害频繁。降水是该地区影响植被覆盖度的最主要的气候因子之一，研究降水与NDVI之间的关系对于该地的生态环境建设有重要的价值。
1.研究综述
1.1 NDVI与降水的简单相关分析
对降水与NDVI的简单分析，对于研究降水与NDVI之间简单的线性相关关系很有价值，而且具有一定的真实性，这种分析方法的原理是采用趋势分析方法对时间段内平均NDVI变化趋势进行分析，以时间为自变量对NDVI、平均气温、年降水量进行回归分析。
于此相似的结论还有：李震等[1]对中国西北地区植被指数变化的分析认为NDVI与降水间存在正相关关系，而与温度变化的关系不明显。于伯华等[2]在对中亚植被指数与降水之间的关系分析时，得出了NDVI与降水量相关性大于与年均气温相关性的结论。赵玉萍[3]等人用这种方法对20年来藏北高原草地生态系统及气候因子进行分析时发现藏北高原NDVI与湿度和月降水量都成正相关关系。
可见，不同区域的植被和降水的关联性不是完全相同的。一般而言：NDVI与气温和降水基本成正相关关系，在完全靠灌溉的干旱区绿洲，NDVI与降水量的正相关性最低，在有些地区由于人类活动、病虫害和土壤条件等其他因素，NDVI与降水之间的相关性不明显，在个别区域NDVI与降水甚至呈负相关关系。
1.2 NDVI与降水的时滞性分析进展
何大明[4]等在对红河流域进行研究时，运用这一方法指出红河流域植被对温度和降水变化的响应具有“时滞效应”。韩涛[5]等在研究陇东地区植被指数NDVI与降水的关系时，发现降水对植被的影响不是立刻就出现的，而是在时间上有一定滞后性。张永恒[6]等研究西南地区植被变化与降水的时滞关系时，发现降水一段时间后，植被的覆盖率显著增加。可见NDVI对降水的响应具有明显的滞后性。这种现象可以通俗理解为：水分到达植物根部后再输送到叶部，从而影响到叶的色素和结构，这一过程需要一定的时间。
1.3 NDVI与降水的偏相关分析
偏相关分析的实现过程是对NDVI和气候因素进行标准化，分别以不同组合来与NDVI的关系进行偏相关分析，通过计算气候要素的偏相关系数，消除因素之间的相互影响，然后用的相关系数数据对NDVI与降水量之间的关系做进一步研究。
刘少军[7]等采用偏相关分析法研究海南岛的植被与气候之间的关系，得出的结论是在海南岛温度对植被变化起主导作用，月平均温度对植被指数的影最为显著。
2.淮河流域NDVI与降水的关系研究
2.1数据源
研究数据主要来源于淮河流域2002年到2006年中月最大化SPOTVGT-DN数据。以及淮河流域气象站发布的2002到2006的降水数据。
2.2研究方法和步骤
本文在研究中主要运用简单相关分析和时滞相关分析，具体步骤：
（1）淮河流域NDVI和降水序列生成。利用公式NDVI=DN×0.004-0.1对DN数据进行恢复，得到不经拉伸的淮河流域2002到2006的各月的1km分辨率的NDVI空间数据。
（2）淮河流域NDVI和降水时间相关分析考虑到NDVI对降水可能有一定的滞后响应，所以分别对月平均降水和各月的NDVI数据进行相关分析。
（3）淮河流域NDVI和降水空间相关分析。根据各气象站点2006年旬平均NDVI降水的相关系数，对各个气象站点最大相关系数及对应的滞后期进行空间显示和地区差异性分析。
3.研究结果与分析
3.1淮河流域NDVI与降水的空间分布状况分析
查阅淮河流域2006年的NDVI分布图，可以利用2006年的NDVI数据进行处理得到当地的平均NDVI分布情况。从空间变化趋势上可以看出淮河流域平均的NDVI都在0.6以上，说明了淮河流域的植被的覆盖状况比较好，其中江苏大部分地区，山东地区，河南中部与南部，湖北西部地区和安徽大部分地区指数在0.6至0.8左右。从时间变化的趋势上来看，这个时间段内的淮河流域的NDVI指数值出现了波动，总体上淮河流域植被覆盖指数呈减小趋势，但变化的不太明显。
3.2淮河流域NDVI与降水的时间性相关分析
3.2.1 NDVI与降水的年际变化
我查阅了从2002到2006年中8月份的NDVI与同月降水量之间的年际变化。可以明显得出结论植被生长对水分因子比较敏感，NDVI值与当月降水量息息相关。
从年际降水变化和NDVI数值改变之间的相关系数上来分析，降水与NDVI之间的相关系数在0.5左右，属于弱正相关。其他对淮河流域的研究也有相似结论：陈云浩[8]等采用偏相关分析法研究气候与降水对中国植被NDVI的影响时，结果表明在平原地区，影响NDVI变化的主要因素是气温。
3.2.2 NDVI与降水的时滞相关分析
图1是以2006年淮河流域月份的NDVI为时间轴分别计算的植被指数与降水的超前9个旬的相关系数图。由图可见，在降水超前植被指数的时候，NDVI指数与超前0-9个旬的降水呈正相关关系，其中与超前3个旬即一个月时的相关系数最大，通过了显著性0.10水平检验。可以得出结论：整个淮河流域，植被对降水的响应持续的时间较长。 图1 NDVI与超前旬降水相关系数图
3.3淮河NDVI与降水的空间性相关分析
为了研究与降水空间性的关系，我们先选取出淮河流域内比较有代表性的降水量的收集站点，然后以3km2空间范围内的平均NDVI数值作为当地平均的NDVI数值，最后求出NDVI数值与降水量之间的相关系数，分析这个相关系数的空间分布情况。
图2给出了淮河流域内各个省较大的气象站点在夏季的NDVI与降水量的相关系数，从图上可以看出，淮河流域植被NDVI与降水量的最大响应在空间上总体表现为北部大，南部和中部低。在山东境内的NDVI与降水的最大相关系数在0.3左右，在河南、湖北、安徽和江苏境内的NDVI与降水的最大相关系数大多在0.2左右，江苏南部的部分地区NDVI与降水的最大相关系数甚至为负数。
在上面的研究中已经指出植被对降水的响应具有滞后效应，具体分析方法为：先计算分别选取点NDVI与前9旬降水量的相关系数，找出相关系数最大的时间，根据这些选取点在淮河流域的分布情况分析得出植被NDVI对降水的响应滞后期的地理分布。
4.结论
（1）淮河流域植被的NDVI与降水之间存在相互关系，降水影响着植被的生长，降水量多的年份植被NDVI数值大于降水量较少年份的同期值。
（2）植被NDVI对降水的响应在时间上有滞后效应，具体表现为在降水超前NDVI的情况下，植被NDVI数值与超前一个月时的降水的相关系数最大，而且降水对植被造成的影响持续时间比较长。
（3）植被NDVI对降水的最大响应和响应滞后期具有地域性差异，随着纬度的降低，淮河流域植被的NDVI对降水的最大响应也随着减弱。具体表现为从北向南逐渐延长，即越往南滞后期越长。
【参考文献】
[1]李震，阎福礼.中国西北地区NDVI变化及其与温度和降水的关系[J].植物生态学报，2005.3（6）：6-8.
[2]于伯华，王正兴.中亚地区1982年至2002年植被指数与气温和降水的相关性分析.[J].植物生态学报.2006.31（8）：422-1429.
[3]赵玉萍，张宪洲，王景升.1982年至2003年藏北高原草地生态系统NDVI与气候因子的相关分[J].遥感学报，2009.31（11）：1988-1998.
[4]何大明，李运刚.红河流域NDVI时空变化及其与气候因子的关系[J].地理学报，2009，27（3）：333-340.
[5]韩涛，郭妮，刘世祥.陇东地区植被NDVI与降水的关系研究[J].生态学报，2009，27（6）：248-250.
[6]张永恒，王永立，黄先伦等.植被变化与气温及降水关系的初步分析[J].生态学报，2009.29（1）：7-9.
[7]刘少军，王景升.海南岛植被指数变化与其驱动因子的关系[J].植物生态学报，2009，25（6）：255-263.
[8]陈云浩，李晓兵，史培军.1983年到1992年中国陆地NDVI变化的气候因子驱动分析[J].植物生态学报，2001，25（6）：716-720.
【关键词】NDVI；降水；淮河流域
0.引言
归一化植被指数（NDVI）是遥感影像的近红外波段（NIR）和红外波段（R）反射率的比值参数，是目前表征植被覆盖特征应用最广泛的指标，相关分析是研究现象之间是否存在某种依存关系，并对具体有依存关系的现象探讨其相关方向以及相关程度，研究随机变量之间的相关关系的一种统计方法。
淮河流域介于长江和黄河两流域之间地处东亚季风区，水年际变化明显，受特殊的气候和地理要素影响，旱涝灾害频繁。降水是该地区影响植被覆盖度的最主要的气候因子之一，研究降水与NDVI之间的关系对于该地的生态环境建设有重要的价值。
1.研究综述
1.1 NDVI与降水的简单相关分析
对降水与NDVI的简单分析，对于研究降水与NDVI之间简单的线性相关关系很有价值，而且具有一定的真实性，这种分析方法的原理是采用趋势分析方法对时间段内平均NDVI变化趋势进行分析，以时间为自变量对NDVI、平均气温、年降水量进行回归分析。
于此相似的结论还有：李震等[1]对中国西北地区植被指数变化的分析认为NDVI与降水间存在正相关关系，而与温度变化的关系不明显。于伯华等[2]在对中亚植被指数与降水之间的关系分析时，得出了NDVI与降水量相关性大于与年均气温相关性的结论。赵玉萍[3]等人用这种方法对20年来藏北高原草地生态系统及气候因子进行分析时发现藏北高原NDVI与湿度和月降水量都成正相关关系。
可见，不同区域的植被和降水的关联性不是完全相同的。一般而言：NDVI与气温和降水基本成正相关关系，在完全靠灌溉的干旱区绿洲，NDVI与降水量的正相关性最低，在有些地区由于人类活动、病虫害和土壤条件等其他因素，NDVI与降水之间的相关性不明显，在个别区域NDVI与降水甚至呈负相关关系。
1.2 NDVI与降水的时滞性分析进展
何大明[4]等在对红河流域进行研究时，运用这一方法指出红河流域植被对温度和降水变化的响应具有“时滞效应”。韩涛[5]等在研究陇东地区植被指数NDVI与降水的关系时，发现降水对植被的影响不是立刻就出现的，而是在时间上有一定滞后性。张永恒[6]等研究西南地区植被变化与降水的时滞关系时，发现降水一段时间后，植被的覆盖率显著增加。可见NDVI对降水的响应具有明显的滞后性。这种现象可以通俗理解为：水分到达植物根部后再输送到叶部，从而影响到叶的色素和结构，这一过程需要一定的时间。
1.3 NDVI与降水的偏相关分析
偏相关分析的实现过程是对NDVI和气候因素进行标准化，分别以不同组合来与NDVI的关系进行偏相关分析，通过计算气候要素的偏相关系数，消除因素之间的相互影响，然后用的相关系数数据对NDVI与降水量之间的关系做进一步研究。
刘少军[7]等采用偏相关分析法研究海南岛的植被与气候之间的关系，得出的结论是在海南岛温度对植被变化起主导作用，月平均温度对植被指数的影最为显著。
2.淮河流域NDVI与降水的关系研究
2.1数据源
研究数据主要来源于淮河流域2002年到2006年中月最大化SPOTVGT-DN数据。以及淮河流域气象站发布的2002到2006的降水数据。
2.2研究方法和步骤
本文在研究中主要运用简单相关分析和时滞相关分析，具体步骤：
（1）淮河流域NDVI和降水序列生成。利用公式NDVI=DN×0.004-0.1对DN数据进行恢复，得到不经拉伸的淮河流域2002到2006的各月的1km分辨率的NDVI空间数据。
（2）淮河流域NDVI和降水时间相关分析考虑到NDVI对降水可能有一定的滞后响应，所以分别对月平均降水和各月的NDVI数据进行相关分析。
（3）淮河流域NDVI和降水空间相关分析。根据各气象站点2006年旬平均NDVI降水的相关系数，对各个气象站点最大相关系数及对应的滞后期进行空间显示和地区差异性分析。
3.研究结果与分析
3.1淮河流域NDVI与降水的空间分布状况分析
查阅淮河流域2006年的NDVI分布图，可以利用2006年的NDVI数据进行处理得到当地的平均NDVI分布情况。从空间变化趋势上可以看出淮河流域平均的NDVI都在0.6以上，说明了淮河流域的植被的覆盖状况比较好，其中江苏大部分地区，山东地区，河南中部与南部，湖北西部地区和安徽大部分地区指数在0.6至0.8左右。从时间变化的趋势上来看，这个时间段内的淮河流域的NDVI指数值出现了波动，总体上淮河流域植被覆盖指数呈减小趋势，但变化的不太明显。
3.2淮河流域NDVI与降水的时间性相关分析
3.2.1 NDVI与降水的年际变化
我查阅了从2002到2006年中8月份的NDVI与同月降水量之间的年际变化。可以明显得出结论植被生长对水分因子比较敏感，NDVI值与当月降水量息息相关。
从年际降水变化和NDVI数值改变之间的相关系数上来分析，降水与NDVI之间的相关系数在0.5左右，属于弱正相关。其他对淮河流域的研究也有相似结论：陈云浩[8]等采用偏相关分析法研究气候与降水对中国植被NDVI的影响时，结果表明在平原地区，影响NDVI变化的主要因素是气温。
3.2.2 NDVI与降水的时滞相关分析
图1是以2006年淮河流域月份的NDVI为时间轴分别计算的植被指数与降水的超前9个旬的相关系数图。由图可见，在降水超前植被指数的时候，NDVI指数与超前0-9个旬的降水呈正相关关系，其中与超前3个旬即一个月时的相关系数最大，通过了显著性0.10水平检验。可以得出结论：整个淮河流域，植被对降水的响应持续的时间较长。 图1 NDVI与超前旬降水相关系数图
3.3淮河NDVI与降水的空间性相关分析
为了研究与降水空间性的关系，我们先选取出淮河流域内比较有代表性的降水量的收集站点，然后以3km2空间范围内的平均NDVI数值作为当地平均的NDVI数值，最后求出NDVI数值与降水量之间的相关系数，分析这个相关系数的空间分布情况。
图2给出了淮河流域内各个省较大的气象站点在夏季的NDVI与降水量的相关系数，从图上可以看出，淮河流域植被NDVI与降水量的最大响应在空间上总体表现为北部大，南部和中部低。在山东境内的NDVI与降水的最大相关系数在0.3左右，在河南、湖北、安徽和江苏境内的NDVI与降水的最大相关系数大多在0.2左右，江苏南部的部分地区NDVI与降水的最大相关系数甚至为负数。
在上面的研究中已经指出植被对降水的响应具有滞后效应，具体分析方法为：先计算分别选取点NDVI与前9旬降水量的相关系数，找出相关系数最大的时间，根据这些选取点在淮河流域的分布情况分析得出植被NDVI对降水的响应滞后期的地理分布。
4.结论
（1）淮河流域植被的NDVI与降水之间存在相互关系，降水影响着植被的生长，降水量多的年份植被NDVI数值大于降水量较少年份的同期值。
（2）植被NDVI对降水的响应在时间上有滞后效应，具体表现为在降水超前NDVI的情况下，植被NDVI数值与超前一个月时的降水的相关系数最大，而且降水对植被造成的影响持续时间比较长。
（3）植被NDVI对降水的最大响应和响应滞后期具有地域性差异，随着纬度的降低，淮河流域植被的NDVI对降水的最大响应也随着减弱。具体表现为从北向南逐渐延长，即越往南滞后期越长。
【参考文献】
[1]李震，阎福礼.中国西北地区NDVI变化及其与温度和降水的关系[J].植物生态学报，2005.3（6）：6-8.
[2]于伯华，王正兴.中亚地区1982年至2002年植被指数与气温和降水的相关性分析.[J].植物生态学报.2006.31（8）：422-1429.
[3]赵玉萍，张宪洲，王景升.1982年至2003年藏北高原草地生态系统NDVI与气候因子的相关分[J].遥感学报，2009.31（11）：1988-1998.
[4]何大明，李运刚.红河流域NDVI时空变化及其与气候因子的关系[J].地理学报，2009，27（3）：333-340.
[5]韩涛，郭妮，刘世祥.陇东地区植被NDVI与降水的关系研究[J].生态学报，2009，27（6）：248-250.
[6]张永恒，王永立，黄先伦等.植被变化与气温及降水关系的初步分析[J].生态学报，2009.29（1）：7-9.
[7]刘少军，王景升.海南岛植被指数变化与其驱动因子的关系[J].植物生态学报，2009，25（6）：255-263.
[8]陈云浩，李晓兵，史培军.1983年到1992年中国陆地NDVI变化的气候因子驱动分析[J].植物生态学报，2001，25（6）：716-720.