台湾地区植被指数与气候平均态的关系研究

林日志

[摘要]基于1998-2018年SPOT/NDVI数据和同期气温、降雨数据，采用相关系数、偏相关系数等数理分析方法，研究了我国台湾地区归一化植被指数（NDVI）对气候平均态的响应特征。结果表明：台湾岛高海拔地区植被（林地、草地）受降雨的影响较气温更为突出，城市及居民用地等低海拔、高密度人类聚集区，NDVI对气温呈显著负相关关系（P<0.05）;研究区气候复杂，气候平均态（气温、降雨）对台湾地区整体NDVI变化的影响并不显著。

[关键词]NDVI;气候平均态;台湾地区

[中图分类号]S157.2[文献标识码]A

全球气候变化与陆地生态系统响应是国际地圈生物圈计划的重要研究内容。植被作为地球生态系统的主体，是大气、土壤和水分相互作用的天然纽带，在全球物质和能量循环过程中起着极其重要的作用。因此，研究植被与气候变化的响应特征，对研究全球气候变化和区域生态保护有十分重要的现实意义。本文利用SPOT/NDVI数据和同期气温降水数据，研究台湾岛植被NDVI对气候因素的响应。以期明确我国台湾地区植被与气候因素的相关关系，旨在丰富我国台湾地区对全球气候变化响应的研究成果，同时为台湾地区应对其急剧的气候变化提供科学依据。

1 研究区概况

台湾岛位于我国东南部，由欧亚板块、冲绳板块、菲律宾板块挤压而隆起的岛屿，是中国第一大岛，全岛陆地面积约36000km2，近60%的土地面积被森林覆盖。岛上气候类型复杂，在亚热带气候、热带气候的共同影响下，岛上高温、多风、多雨的气候特点十分显著。

2 数据来源及预处理

本研究是基于连续时间序列的SPOT/VEGETATION NDVI卫星遥感数据，采用最大值合成法生成的1998-2018年植被指数数据集，空间分辨率为1km。文中植被数据、气温降雨数据均来源于中国科学院资源环境科学数据中心（http：//www.resdc.cn）。

3 研究方法

偏相关分析。偏相关分析是指剔除第三个变量，仅分析另外两个变量之间相关关系的过程。计算公式如下：

（1）

式中，rxyz为剔除变量z后x和y的偏相关系数;其中，相关系数rxy、rxz;ryz计算公式如下：

（2）

偏相关系数与相关系数显著性检验均采用T双侧检验。

4 结果与分析

4.1 气候平均态对研究区不同土地利用类型植被指数的影响

利用ArcGIS10.6提取1998-2018年台湾地区不同地类覆被未发生改变的栅格单元，统计分析21年耕地、林地、草地、水域、居民地及未利用土地等6大地类单位面积NDVI与气温、降水的线性关系。由表1可知，NDVI对气温和降雨存在空间差异性，其中耕地和水域NDVI与气温和降雨的相关性均不显著，主要是由于两者与农业活动密切相关，其发展变化特征会受到人类活动一定程度的影响;林地、草地2种土地覆被类型NDVI对气温响应并不显著，而对降雨呈显著负相关关系，可能由于中央山脉地区雨量充沛，土壤水分含量普遍较高，降水异常增加还可能引发山洪灾害，植被淹水时，其根系进行无氧呼吸，直接影响植被的养分和水分吸收效率，从而导致植被的生长发育受抑制。此外，高海拔地区水资源相对丰富，但可能因积温相对不足，降水的增加会减少光照，进而影响植被光合作用，也会导致植被生长受阻，因此，林地、草地等区域的NDVI与降水量之间表现为显著负相关;居民地NDVI对气温呈显著负相关关系，对降雨呈极显著正相关关系（P<0.01），表明气温的增加会限制上述植被的生长，城市热岛效应可能会是造成这一现象的主要原因。

4.2 气候平均态对研究区整体植被指数的影响

台湾地区整体NDVI与气温、降雨量的皮尔逊相关系数r分别为0.187和-0.276，均未通过显著性检验（P>0.05），表明气温和降雨并不是台湾地区整体NDVI变化的主要驱动因素。随着全球气候变暖以及台湾地区降雨机制的多变性，研究区植被NDVI与气候变化的“因果主导”关系也变得日趋复杂，人类活动、气候变化导致的极端天气以及频繁的地质灾害可能会逐渐成为影响研究区NDVI的主要原因。

5 结语

本文研究了我国台湾地区1998～2018年NDVI对气象因子的响应特征，有助于揭示陆地生态环境的演变规律，同时为台湾地区应对其急剧的气候变化提供一些依据，主要结论包括：①研究区植被NDVI对气温和降雨的响应存在空间差异性，中央山脉等高海拔地区植被（林地、草地）受降雨的影响较气温更为突出，城市及居民用地等低海拔高密度人类聚集区，NDVI对气温呈显著负相关关系（P<0.05）;②气候平均态（气温、降雨）对台湾地区整体NDVI变化的影响并不显著。

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