近18年内蒙古赤峰地区植被覆盖度与气候因子的关系

魏 学

（赤峰市气象局，内蒙古 赤峰 024000）

20世纪以来，全球地表温度上升了 （0.6±0.2）℃，且近50年全球气候变暖的程度相当于近100年的2倍［1-2］。全球气候变化使气候要素的空间格局发生变化，导致一些区域极端气候事件频发、生态系统功能退化、植物多样性减少等生态环境问题日益突出，尤其是那些气候条件依赖性强的农牧业耦合系统区和生态脆弱区［3］。赤峰地区属于半干旱气候区，生态环境极其脆弱，是内蒙古典型的农牧结合区域，由于特殊的地理位置和气候条件，使其成为我国北方重要的农牧业生产基地和生态屏障［4］。该区域植被类型复杂多样，农田、草地和林地并存，植被生长对气候条件敏感性和依赖性强［5］，因此，定量分析该区域植被覆盖度变化与气候因子的关系，对于促进当地生态系统保护和恢复具有重要意义。

归一化植被指数（NDVI）是反映地表植被性状的重要指标，由于其数据资料的连续性和客观性，常用来定量分析区域植被覆盖度变化［6］。近年来，很多学者针对植被变化与气候因子的关系做了大量研究，气温和降水被认为是黄河源区高寒草地NDVI增加的极显著影响因子［7］，新疆伊犁河谷植被指数与气温和降水具有显著相关关系［8］，浑善达克地区生长季植被NDVI与年平均气温的相关性高于年降水量的相关性［9］。从以上研究可以看出，植被变化与气候因子具有明显的相关性，但不同区域的相关程度各异。目前，国内学者关于赤峰地区气候生产力的研究证实，植被气候生产力与气温、降水存在显著的相关关系［10］，但有关该区域植被覆盖度变化的研究国内尚未见相关报道。该研究利用2000—2017年牧草生长季（4—9月）MODIS归一化植被指数（NDVI）16 d合成产品，结合同期气温、降水观测数据，分析赤峰地区植被覆盖度变化趋势与气候因子（气温、降水）的关系，以期为合理利用气候资源和维护赤峰地区生态系统稳定提供科学依据。

图1 赤峰地区1961—2017年生长季气候因子的年际变化

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于内蒙古赤峰地区，地处41°17′～45°24′N，116°21′～120°58′E，气候类型为中温带半干旱大陆性季风气候，年平均气温为6.2℃，≥10℃活动积温为2 880℃；年均降水量391 mm，年均蒸发量 1 878 mm，约为年降水量的 5 倍［6］；无霜期155 d；土壤类型以沙壤土为主，该区域是一个以农为主、半农半牧的典型的农牧交错地区，总土地面积90 021 km2，天然草地面积约占64%，是耕地面积的 6 倍［5］。

1.2 资料来源

气候资料：选择覆盖赤峰地区的气象站点1961—2017年4—9月逐日平均气温、降水量资料，通过计算得到生长季平均气温、降水量。

遥感数据：来源于美国MODIS Terra 2000—2017年4—9月16 d归一化植被指数合成产品，空间分辨率为 250 m（https：//ladsweb.nascom.nasa.gov/data/search.html）。

1.3 研究方法

将每年4—9月植被指数产品分别采用最大合成法（maximum value composite syntheses，MVC）计算获得逐年生长季NDVI最大值 （NDVImax），用来代表当年的植被生长状况。将NDVI每个栅格18年时间序列值进行一元线性回归模拟直线斜率，表示2000—2017年NDVI的变化速率。

2 结果与分析

2.1 气候因子变化特征

2.1.1 气候因子年变化：1961—2017年平均气温年际变化呈显著上升趋势 （P＜0.05），57年气温升高了1.3℃，升温速度0.22℃/10 a，平均气温最低值为15.4℃，最高值为18.5℃，分别出现在1976年和2000年。1961—1996年和1997—2017年2个时段平均气温分别比57年平均值 （16.9℃）低0.3℃和高0.6℃，说明近21年来赤峰地区升温最为明显。57年来天然牧草生长季降水量总体呈不显著减少趋势（P＞0.05），减少速率为 3.38 mm/10 a，57年平均值为357.1 mm，最小值257.2 mm（2009年），最大值538.1 mm（1998年），分别比平均值低99.9 mm和高181.0 mm（见图1）。

2.1.2 气候因子月变化：1961—2017年天然牧草生长季逐月平均气温和降水量呈单峰型分布，热量和降水主要集中在6—8月（见图2）。其中，7月平均气温（22.4℃）和降水量（118.9 mm）显著高于其他月份，4月平均气温（8.0℃）和月降水量（13.7 mm）均显著低于其他月份，9月平均气温和降水量显著低于除4月以外的其他月份。

2.2 植被覆盖度变化

近18年赤峰地区植被覆盖度NDVI平均值以斜率为 0.002 5/a呈显著增加趋势 （P＜0.05），2017年 （0.645 9） 比 2000年 （0.560 3） 增加了0.085 6，说明总体上赤峰地区植被覆盖度逐年增加（见图3）。NDVI平均值随月份增加呈先增后减变化趋势，4月植被开始返青生长，NDVI平均值仅为0.190 9，显著低于其他月份，之后随着牧草的生长NDVI逐渐增加，7月、8月分别达到0.759 4、0.726 2，均显著高于其他月份，而二者之间无显著差异（P＞0.05）。 随后NDVI逐渐下降，9月牧草进入枯黄期，NDVI平均值降至0.379 9，显著低于除4月以外的其他月份。

图2 赤峰地区1961—2017年生长季气候因子的逐月变化

图3 赤峰地区NDVI平均值年际变化与逐月变化

表1 赤峰地区生长季NDVI与同期气候因子的相关系数

2.3 植被覆盖度与气候因子的相关分析

由表1可以看出，赤峰地区NDVI与4—9月降水量、4—9月平均气温相关系数分别为0.730、0.384，其与前者呈正相关关系且通过显著水平为0.01的t检验，与后者呈正相关关系，但未通过显著水平为0.05的t检验。其中，6月、7月、8月降水量与NDVI呈正相关关系，且通过了显著水平为0.01的t检验，相关系数分别为0.724、0.789、0.782，4月、5月、9月降水量与NDVI呈正相关关系，且通过显著水平为0.05的t检验，而逐月平均气温与NDVI呈正相关关系，但未通过显著水平为0.05的t检验。说明降水量是植被NDVI正向因子，而热量条件的促进作用并不明显。原因是赤峰地区处在干旱地区，气温升高虽然能够为植被生长提供充足热量，但同时也加大了地表蒸发，导致干旱加重。而自然降水是植被生长唯一水分来源，充足的降水有利于增加土壤湿度和植被生长。

3 讨论

秦大河［1］、丁一汇等［2］在《气候变化国家评估报告》中指出，在全球气候变暖的背景下，1905年以来我国平均地表气温呈显著增加趋势，近50 a增温尤其明显，全国平均地表气温升高了1.1℃，升温速率为 0.22 ℃/10 a；王英等［3］研究得出，我国平均降水量上存在明显的区域分布差异，1951年以来呈微弱减少趋势，减少速率为0.569 mm/a。王志春等［11］研究表明，因气候变暖，1961—2014 年内蒙古东部地区气温升温明显，热量资源显著增加。该研究发现赤峰地区近57年来4—9月平均气温呈显著增加趋势，57年气温升高了1.3℃，升温速率0.22℃/10 a，降水量呈不显著减少趋势，减少速率为3.38 mm/10 a，说明赤峰地区气候变化正偏向“暖干化”发展，这与全国气候变化具有高度的相似性。

在北方干旱草原区，自然植被整个生长发育过程呈现单峰态变化，4—5月植被开始返青，NDVI进入快速增长阶段，7—8月牧草生长的高峰期NDVI相对稳定，9—10月进入黄枯期，NDVI逐渐降低，植被整个生长过程结束［12］。该研究发现，天然牧草生长季气温、降水呈现单峰型变化，NDVI变化与气温、降水变化方向和节点一致，返青期和黄枯期NDVI显著低于其他月份，7月达到峰值0.759 4，这一变化趋势明显受水热条件匹配影响。这与以往的研究结论相似。

有研究认为［4］，在北方典型农牧交错区热量充足，大气降水是植被生长需水的唯一来源，因此，植被生物量和种类多样性主要取决于自然降水条件。赵志平等［7］研究发现，黄河源区高寒草地NDVI与降水量呈极显著正相关关系，与气温具有显著正相关关系。王玮等［12］研究发现，西北干旱区植被长势明显增加，NDVI与气温和降水呈显著相关关系。梁芸等［13］研究认为，2000年以来甘南地区植被稳定性显著提高，与气候变化密切相关。该研究表明，赤峰地区植被NDVI与4—9月降水量呈正相关关系且通过显著水平为0.01的t检验，与气温呈正相关关系，但未通过显著水平为0.05的t检验。逐月降水量与NDVI均呈正相关关系，且6—8月降水量对NDVI影响达到极显著水平，相关系数分别为0.724、0.789、0.782，而逐月平均气温与NDVI呈正相关关系，但未通过显著水平为0.05的t检验，相关系数为0.254（9月）～0.349（4月）。说明赤峰地区降水量对植被NDVI影响比气温更明显，其中，6—8月降水量对植被覆盖度具有明显促进效应，植被返青期（4月）热量条件比其他时段更重要，这与以往研究结论相一致。

参考文献：

［1］秦大河.进入21世纪的气候变化科学——气候变化的事实、影响与对策［J］.科技导报，2004（7）：4-7.

［2］丁一汇，任国玉，石广玉，等.气候变化国家评估报告（Ⅰ）：中国气候变化的历史和未来趋势［J］.气候变化研究进展，2006，2（1）：3-8.

［3］王英，曹明奎，陶波，等.全球气候变化背景下中国降水量空间格局的变化特征 ［J］.地理研究，2006，25（6）：1031-1041.

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［5］魏学，吴建华，王志春，等.赤峰地区牧草生长与气候因素的关系［J］.草业科学，2013，30（12）：2035-2039.

［6］吴力吉.赤峰市主要气象灾害防御规划［M］.北京：气象出版社，2012.

［7］赵志平，吴晓莆，李果，等.黄河源区高寒草地NDVI格局与梯度变化［J］.草业科学，2013，30（12）：1917-1925.

［8］陈爱京，肖继东，曹孟磊.基于MODIS数据的伊犁河谷植被指数变化及其对气候的响应 ［J］.草业科学，2016，33（8）：1502-1508.

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［13］梁芸，王大为.2000年以来甘南植被变化趋势及原因分析［J］.草业科学，2016，33（6）：1102-1111.