全 文 ：第27卷第1期
2008年2月
生态科学
EcologicalS ience
27(1)：1-5
Feb．2008
长江三角洲地区城市化与植被活动之间的时空相关性
韩贵锋1，徐建华2
1．重庆大学建筑城规学院，重庆400045
2．华东师范大学地理系，地理信息科学教育部重点实验室，上海200062
【摘要】 利用时间序列NDVI数据和统计资料，以长江三角洲地区为例，研究城市化与植被生长活力之间的时空相关
性。在总体上，NDVI与人口和GDP之间均呈显著的负相关性；空间相关场进一步表明，在人口和GDP分布较高的地
区，植被的生长活力越低，相关系数均在．1．0～0．5之间。选择地市行政单元为研究粒度，使用面板数据分析方法，研
究单位面积NDVI与城市化率之间相关性的演变，结果表明，在时间序列上负相关性越来越强，两者之间有明显线性关
系，这在一定程度上反映了区域社会发展与生态环境之间未达到双赢。
关键词：城市化；植被；空间相关场：面板数据分析；长江三角洲地区
中图分类号：Q143，X87 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2008)01．01-05
Spatio-temporalcorrelationbetweenurbanizationndvegetationv gorinthe
DeltaofYangtzeRiver
HANGui，fen91，XUJian．hE
J．CollegeofArchitectureandUrbanPlanning,ChongqingUniversity,Chongqing400045,China
2．DepartmentofG ography,EastChinaNormalUniversity,KeyLaboratoryofGeographicInformationSc e ceofEducation
Ministry,Shanghai200062,China
Abstract：TakingthedeltaofYangtzeRiverasallexample，thispaperstudiesthespatio-temporalcorrelationbetween
urbanizationandvegetationvigorusingtimes riesNDVIimagesdedveAfromSPOT／Vegetationandstatisticalmaterials．Firstly,
therearesignificantlynegativecorrelationcoefficientsb tweenv getationvigorandpopulationandGDPrespectively,which
almostdominatetheurbanizationlevel．SpatialcorrelationfieldbetweenvegetationvigorwithpopulationandGDPrespectively
displaysthecorrelationcoefficientsissponger,wherethepopulationdensityorGDPishigher．Andthecorrelationcoefficients
rangefrom一1．0to ．5．Then，themethodofpaneldataisemployedtoanalyzethecorrelationndt’Sevolutionbetweenaverage
vegetationactivityandurbanizationratatthegrainlevelofprefectural·eity．Resultshowsthatthecorrelationcoefficientis
alwaysnegative，andthecorrelationisbecomingspongerfrom1998to2005，andthesecorrelationscanbeestimatedbylinear
functions．Thenegativecorrelationimpliesthatthereisnotawin-winrelationshipbetweensocioeconomicdevelopmentand
ecologicalenvironmentOilr gionalscale．Atlasthreeapproachesareanalyzedbywhichurbanizationimpactsvegetationvigor．
Keywords：urbanization；vegetation；spatialcorrelationfield；themethodofpaneldata；theDeltaofYangtzeRiver
收稿日期：2007．12-02收稿，2008-02．10接收
基金项目：国家自然科学基金资助项FI(40371092)：重庆大学人才引进科研启动项目
通讯作者：韩贵锋(1975--)，男，汉族，陕西西乡人，博士／博士后，讲师，主要从事植被生态遥感和GIS在城市规划中的应用，已发表论文
lO余篇。电话：15922565276；newseaboy@163．com。
万方数据
1前言(Introduction)
城市化是当今世界上重要的社会、经济现象之
一【l】，其本质的表现是，农业人Lj向非农业人口、乡
村人口向城市人口的转化与聚集【2】。城市化与人口、
GDP、城市规模、建设用地比例等因素密切相关pJ。
与城市化伴随的人口增长、经济发展、资源能源消耗
和地域扩张对生态环境产生胁迫作用，同时生态环境
对城市发展产生约束，两者之间是一种相互作用、交
互耦合的动态关系【4J，具体表现为生态环境与经济发
展间“环境库兹涅茨倒U型曲线(EKC)”和城市化
与经济发展间“对数曲线”耦合【5j。
自EKC提出以来，人们始终都在寻找一个能够
反映区域生态环境的综合指标，至今仍在探索中【6J。
植被是陆地生态系统的主要组成部分，是地球系统碳
循环的源／汇，具有涵养水源，维持水分循环，调节
小气候，预防和减少自然灾害等重要的生态功能，在
地球环境过程中扮演重要的角色，发挥着不可替代的
重要作用【71。随着全球森林、草原植被的破坏，生态
危机日益加剧，越来越严重地影响着经济发展和人类
生存所必要的环境条件18J。目前，森林覆盖率、林草
覆盖率、绿化绿都是经常被用作衡量生态质量的重要
指标。相比之下，植被分布、生长活动的强弱及其空
间分布在一定程度上更能有效地衡量区域综合的生
态环境质量。归一化植被指数(NormalizedDiff rence
VegetationIndex，NDVI)是监测区域或全球植被和生
态环境的有效指标，是植被生长状况及植被覆盖度的
最佳指示因子【9】。本文以长三角地区为例，尝试使用
NDVI时空分布衡量区域生态环境质量及其变化，并
分析与城市化之间的时空相关性，通过研究城市化过
程对植被生长活动的影响，挖掘城市化与生态环境之
间定量关系，为区域经济发展和生态环境建设提供决
策依据。
2数据与方法(DatandMethod)
2．1研究区域
不同学者对长三角地区的研究，其具体范围不尽
一致【101。本文所讨论的长三角地区包括上海市、江
苏省、浙江省和安徽省。2005年上海市、浙江省、
江苏省和安徽省的城市化水平分别达到84．09％、
56．02％、50．11％和35．5％。上海市2006年的城市化
水平达到88．7‰为全国最高。从省域城市化水平和
速度来看，江、浙、沪均位于全国前列。为了反映城
市化水平的空间差异，将研究粒度从省域下推到地市
级行政区，共42个。其中，江苏省13个，浙江省
11个，安徽省17个；由于上海市相对其他省份面积
较小，作为一个粒度单元对待。
2．2数据来源
城市化数据来源于长三角地区三省一市1998--一
2005年的统计年鉴，城市化率为非农人口与总人口
之比。植被数据来源于同时期SPOT／VGT-NDVI时间
序列影像，空间分辨率1km，时间分辨10d。
SPOT～GT是专门为研究区域和全球植被而设计的
传感器⋯】，1998年4月开始生产数据。NDVt使用红光
通道反射值(B2)和近红外通道反射值(B3)计算
得到，即NDVI=(B3．B2)／(B3+B2)，其值介于．I～I之
间。陆地植被的NDVI值在0．I～O．8之间变动，其
值越高表明植被生长越旺盛，光合作用越强；NDVI
小于0．1的像元不参与计算。基于像元计算年最大化
NDVl(AnnualMaximumNDVI．AMNDVI)，即在每
个像元上求一年36旬最大的NDVI值，然后在每个地
市行政区内，求出单位面积AMNDVI。单位面积植
被活动强度在一定程度上反映生态环境质量状况，它
也是评价植被生态系统健康常用的活力指数ll2¨】。
在时间序列上和空间行政单元上构成了8年、42
个地区的面板数据(PanelData)或者池数据(Pool
Data)04]。2000年lkm分辨率的人口(POP)与GDP
(包括建设用地GDP，GDPi)栅格数据来自中国地
球系统科学数据共享网(www．geodata．ca)，将这些
栅格图像与AMNDVI(2000)图像配准，误差小于
一个像元。
2．3分析方法
连续变化的空间变量之间的相关程度表现为一
个连续变化的空间相关场[15】，可以用一个空间曲面
来描述【16】。分别计算AMNDVI与人13、GDP之间的
空间相关场，反映植被生长状态与社会经济因子的相
关程度在空间上的分异格局。将面板数据导入
EView3．0中，首先对数据进行初步的统计分析，然
后使用常斜率固定截距模型和变斜率变截距模型分
别进行回归拟和，以识别城市化与植被生长之间的定
量关系。
万方数据
l期 朝贵锋，等：长三角地区城市化与植物活动之间的时空相关性 3
3结果与分析(ResultsandAnalysis)
3．1空间相关性
3．1．1整体相关性
在ArcGIS中分别计算AMNDVI与POP、GDP、
GDPj栅格图层之间的整体相关性，参与计算的像元
数量为1150843个。表l显示了在99％的置信度水
平上，相关系数都远远大于临界值ro删【17】。植被生
长与人I：1、GDP、GDPi之间均呈显著的负相关关系，
即经济发达地区植被生长状态较差，而在人口少、经
济不发达的地区植被生长状态较好。
表1植被分别与POP、GDP、GDPj之间的总体相关性
Tab．1Theoverallcorrelationbetweenv getationand
population，GDPa dGDPirespectively
3．1．2空间相关场
取7x7移动窗口，每次计算相关系数只考虑中心
像元周围49个像元，结果赋给中心像元；至到每个
像元均被作为中心像元赋值后结束(图1)。2000
年AMNDVl分别与POP、GDP、GDPi的空间相关场
有较好的一致性，相关性显著，p≤0．1的地区占总面
积的比例分别为62．76％、55．62％、49．69％。在空间
上，植被生长活动与三个量之间均以负相关为主，负
相关地区所占总面积的比例分别为73．02％、75．7％、
61．46％：呈正相关关系的地区较少，占总面积比例为
26．1 ％、24．14％、23．9％。高的负相关主要分布在经
济发达地区，例如上海．苏州．无锡一常州．镇江．南京城
市带。人口的大量集中，城镇用地的迅速扩张以及高
强度的生产活动，对植被的侵占和破坏是十分明显
的。河流和湖泊等水体周围存在大量滩涂和湿地，
NDⅥ值较低，同时这些地区不适宜居住，人口少，
GDP和GDPj更小，故呈正相关关系，但是正相关系
数较小。
3．2时间序列相关性
3．2．1总体相关性
单位面积(1km)上AMNDVI与城市化率之间，
在总体上呈显著的负相关关系(表2)，从1998～2005
年，相关性不断增强，即城市化速度的不断加快使植
被的生长活力下降加快。
图lAMNDVI与POP、GDP之间的空间相关场(a，AMNDVI与POP；b，AMNDVI与GDP；c，AMNDVI与GDPj)
Fig．1SpatialcorrelationfieldbetweenAMNDVIandpopulationandGDPrespectively(a，Spatialcorrelationf e dbetween
AMNDVIandpopulation；b，SpatialcorrelationfieldbetweenAMNDVIandGDP；c，SpatialcorrelationfieldbetweenAMNDVI
andGDPproducedontheconstructland-used)
表2 1998"-2005年AMNDVI与城市化率之间的总体相关系数
Tab．2Overallcorrelationcoefflcientsb tweenAMNDVIandurbanizationr from1998to2005
万方数据
兰 竺查型堂里1212曼丝呈!塑堡里!! 兰!鲞
3．2．2常斜率固定截距模型
假设城市化率对植被的影响是一致的，有相同的
趋势，即不考虑在各地级单元上二者关系的太大差
异。也就是说，各地市城市化率对植被的边际影响倾
向相同，同时各地自发性的影响也相同。使用的拟合
方法是PooledL astSquares，得到模型为：
AMNDVI一9．89×URBAN+27．85
l
O．8
言0．6
Z
苎0．4
《
O．2
O
l
O．8
言0．6
Z
蔓0．4
《
O．2
O
O．8
0．6
0．4
O．2
O
l
O．8
O．6
O．4
O．2
O
0 O．2 0．4 0．6 0．8
城市化率肠(Urbanizationratio／％)
O 0．2 0．4 0．6 0．8
城市化率胍(Urbanizationratio／％)
式中，AMNDVI表示单位面积(1km2)上的年最大
化NDVI值，无单位；URBAN表示城市化率(％)。
常数项和系数的t检验p<0．05，即系数是有统计学
意义的。模型的拟合优度R2----0．35：F=380．62，p<
0．05。虽然模型的拟合优度较低，但是两者之间的
关系是显著的，城市化率的增加使得植被活动明显
下降。
1
O．8
若0．6
Z
苎0．4
<
O．2
O
I
O．8
言0．6
Z
芝0．4
《
O．2
O
l
O．8
言0．6
Z
茎0．4
《
0．2
O
O O．2 0．4 0．6 0．8
城市化率，％(Urbanizationr tio／％)
0 0．2 0．4 0．6 0．8
城市化率，％(Urbanizationr tio／％)
O 0．2 0．4 0．6 0．8 0
城市化率／％(Urbanizationratio／％)
O O．2 0．4 0．6 0．8
城市化率／％(Urbanizationratio／％)
1
O．8
苦0．6
Z
芝0．4
《
O．2
O
O．2 0．4 0．6 0．8
城市化率／％(Urbanizationr tio／％)
0 0．2 0．4 0．6 0．8
城市化率，％(Urbanizationr tio／％)
图2 1998～2∞5年度植被活动与城市化率之间的拟和图
Fig．2Relationshipbetweenvegetationactivityandurbanizationra from1998to2005
_>oZ=《
_>QZ=《
万方数据
1期 朝贵锋，等：长三角地区城市化与植物活动之间的时空相关性 5
3．2．3变斜率变截距模型
考虑到二者关系在地区单元上的差异、年度上的
变化差异，分年度选择变斜率变截距模型对42个地
级行政单元进行拟合分析。拟合方法为PooledLeast
Squares，系数的t检验p<0．05，均是显著的。模型
的总体拟合优度R2=0．46；F=83．09，p<0．05。模型
拟合效果相比固定影响模型有所提高。各年度的拟合
模型及其趋势线如图2，植被的生产活动能力与城市
化率之间且具有明显的负线性关系。二者之间的边际
变化随着城市化率的增加，变得更大，表明在高的城
市化水平下，每增加一个百分点，单位面积上植被的
AMNDVI减少更多。也就是说，高水平的城市化率
对植被AMNDVI的单位影响强度更高，干扰和破坏
程度越大。
4结论(Conclusion)
长三角地区城市化与植被活动之间有简单的负
相关关系；在各年度上，两者之间的关系非常一致。
按照黄金川和方创琳(2004)提出，区域城市化与生
态环境耦合关系在空间样本上通常具有下降、正U、
上升、倒U和再下降5种型式【oJ。那么，在长三角地
区，由植被活动反映的生态质量与城市化之间的曲线
处于下降形式，即耦合演变的第三个阶段。长三角部
分地区拥有植被本底条件较优越，但是社会经济发展
和城市规模逐渐壮大，城市化异常快速，使得植被活
力处于明显下降状态。
在空间上，城市化与植被活动之间的相关性有
显著的异质性：长三角城市群周边地区植被生长受城
市化的影响非常突出；而在河湖泊周围地区，人口分
布少，GDP相对较小，水体周围植被分布较少，出
现了正相关关系。从时间序列上看，城市化率和植被
生长活力之间有明显的负相关关系，相关程度越来越
来强，但是并没有表现为简单的线性关系。面板数据
分析表明，不同地区城市化对植被的影响有较大的差
异，这反映了不同地区城市性质、城市化速度、生产
和生活活动规模和强度等方面的差异，从导致了影响
的方式、途径、强度等方面的不同。
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万方数据
长江三角洲地区城市化与植被活动之间的时空相关性
作者： 韩贵锋， 徐建华， HAN Gui-feng， XU Jian-hua
作者单位： 韩贵锋,HAN Gui-feng(重庆大学建筑城规学院,重庆,4000452)， 徐建华,XU Jian-hua(华东
师范大学地理系,地理信息科学教育部重点实验室,上海,200062)
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGICAL SCIENCE
年，卷(期)： 2008,27(1)
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