賈若楠，杜鑫，李強(qiáng)子，王紅巖?

（1.重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，400047，重慶；2.中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所，100101，北京）

近15年錫林郭勒盟植被變化時(shí)空特征及其對(duì)氣候的響應(yīng)

賈若楠1，2，杜鑫2，李強(qiáng)子2，王紅巖2?

（1.重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，400047，重慶；2.中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所，100101，北京）

全球變化背景下，植被動(dòng)態(tài)變化及其與氣候的關(guān)系研究，是當(dāng)前國(guó)際社會(huì)十分關(guān)注的科學(xué)問(wèn)題。研究植被NDVI時(shí)空變化特征及其對(duì)氣候的響應(yīng)，對(duì)調(diào)節(jié)生態(tài)過(guò)程、改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量具有重要的理論和實(shí)際意義?；阱a林郭勒盟2001—2015年MODISNDVI數(shù)據(jù)及該地區(qū)氣溫、降水?dāng)?shù)據(jù)，利用Sen斜率估計(jì)與Mann Kendall統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)、相關(guān)分析等方法，探討了其植被時(shí)空變化特征及其對(duì)氣候因子的響應(yīng)。結(jié)果表明：1）錫林郭勒盟2001—2015年平均植被NDVI呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，其變化過(guò)程出現(xiàn)了2次較明顯的波動(dòng)，2個(gè)波峰分別出現(xiàn)在2003和2012年，其中2008年植被NDVI出現(xiàn)了1次明顯的增加。2）錫林郭勒盟NDVI大體呈現(xiàn)出“東高西低”的空間分布特征，變化趨勢(shì)總體表現(xiàn)為上升，具體為先下降后上升；空間分布上，太仆寺旗、多倫縣增加趨勢(shì)顯著，西部蘇尼特左旗、二連浩特市下降趨勢(shì)明顯；草原類型上，顯著上升面積從大到小依次為草甸草原、典型草原和荒漠草原。3）NDVI出現(xiàn)峰值的年份與同年降水量波峰相對(duì)應(yīng)，但區(qū)域植被變化對(duì)氣候因子的響應(yīng)及其相關(guān)關(guān)系因季節(jié)和植被類型而異。植被狀況改善與降水量關(guān)系密切，只有結(jié)合區(qū)域氣候要素，開展相關(guān)生態(tài)工程，才能充分發(fā)揮生態(tài)保護(hù)的效益。

植被變化；時(shí)空特征；氣候響應(yīng)；錫林郭勒盟

近些年，在全球氣候變化和不合理的人類活動(dòng)綜合影響下，典型草原土地退化現(xiàn)象成為我國(guó)北方草原地區(qū)面臨的主要生態(tài)環(huán)境問(wèn)題之一，嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)厝嗣裆钏降奶岣呒暗貐^(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。植被作為全球生態(tài)系統(tǒng)和氣候系統(tǒng)的重要組成部分［1］，在一定程度上可以反映土地覆被變化，同時(shí)在氣候變化研究中，具有“指示器”作用；因此，分析植被變化規(guī)律，并探討其對(duì)氣候的響應(yīng)，對(duì)調(diào)節(jié)生態(tài)過(guò)程、改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量具有重要的理論和實(shí)際意義［1-2］。

遙感數(shù)據(jù)因其在時(shí)間和空間上的連續(xù)性，被認(rèn)為是區(qū)域尺度上進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間序列植被動(dòng)態(tài)變化研究最有效的數(shù)據(jù)源［3］。而遙感數(shù)據(jù)所提供的植被指數(shù)產(chǎn)品中，歸一化植被指數(shù)因監(jiān)測(cè)范圍廣、靈敏度高，且考慮到地形、植被冠層等的干擾誤差，能減弱大氣所產(chǎn)生的噪聲的影響，被廣泛應(yīng)用于研究植被覆蓋問(wèn)題［4］。內(nèi)蒙古錫林郭勒盟作為我國(guó)北方典型的干旱-半干旱草原區(qū)，氣候惡劣、土壤基質(zhì)不穩(wěn)定、植被覆蓋度低，生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱。同時(shí)，該區(qū)地處京津地區(qū)天氣系統(tǒng)上游，是京津地區(qū)的主要沙塵源之一，其生態(tài)環(huán)境狀況直接關(guān)系到京津地區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展［5］。一些學(xué)者以京津風(fēng)沙源典型區(qū)域和縣級(jí)行政單元為研究對(duì)象，分析研究區(qū)植被動(dòng)態(tài)變化［1-2，4-9］。王穎等［6］基于10年MODIS數(shù)據(jù)，研究2000—2009年8月錫林郭勒盟草原植被的時(shí)空變化特征，結(jié)果表明，草原植被總體為上升趨勢(shì)；而李政海等［10］通過(guò)野外調(diào)查和遙感數(shù)據(jù)分析表明，錫林郭勒草原退化現(xiàn)象十分嚴(yán)重，退化面積近64％，草地質(zhì)量嚴(yán)重下降?？梢钥闯?，前人對(duì)于該區(qū)域植被狀況的研究結(jié)果存在一定的差異，因此，錫林郭勒盟植被變化趨勢(shì)仍待全面調(diào)查。

基于上述認(rèn)識(shí)，在“格局—過(guò)程—趨勢(shì)”思想的指導(dǎo)下，筆者以最大值合成的月NDVI數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，選取年平均NDVI值及生長(zhǎng)季（5—9月）累計(jì)NDVI值，采用時(shí)間序列分析法，同時(shí)綜合MVC、SG濾波、Sen+Mann-Kendall法、相關(guān)分析［11］等方法，從不同區(qū)域、不同草原類型和不同季節(jié)，分析了錫林郭勒盟植被覆蓋的時(shí)空變化特征，并就其對(duì)氣候因子的響應(yīng)進(jìn)行了研究，以期為系列生態(tài)工程效果評(píng)估及草場(chǎng)資源的合理利用提供科學(xué)依據(jù)［6］。

1 研究區(qū)概況

錫林郭勒盟位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，地處我國(guó)正北方（E 115°13′～117°06′，N 43°02′～44°52′）。北與蒙古國(guó)相接，南鄰河北省，占內(nèi)蒙古自治區(qū)總面積的17.2％。地形以高平原為主，地勢(shì)南高北低，東、南部多低山丘陵，西、北部地形相對(duì)平坦。氣候?qū)僦袦貛О敫珊?干旱大陸性季風(fēng)氣候，具有寒冷、風(fēng)大、干旱少雨的氣候特點(diǎn)［12］，年降水量200～350 mm，從東南向西北遞減。轄區(qū)內(nèi)錫林郭勒草原擁有豐富的自然資源，草原類型齊全，自西向東依此為荒漠草原、典型草原和草甸草原，其中天然草地占總面積的97.2％，是我國(guó)內(nèi)蒙古大草原的重要組成部分［6］。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

使用MODIS（MOD13Q1）數(shù)據(jù)由ftp：∥ladsweb. nascom.nasa.gov網(wǎng)址下載，空間分辨率250m，時(shí)間分辨率16 d。研究區(qū)域錫林郭勒盟覆蓋h25v04，h26v04的2個(gè)區(qū)域，數(shù)據(jù)選擇的時(shí)間跨度為15 a（2001—2015年），共計(jì)690景數(shù)據(jù)，以此來(lái)構(gòu)建NDVI長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)。

氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所開發(fā)的中國(guó)區(qū)域高時(shí)空分辨率地面氣象要素驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)集［13］。選取其中的氣溫和降水2個(gè)要素?cái)?shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)集考慮了高程因素對(duì)氣候因子空間變化的影響，相對(duì)應(yīng)單純的站點(diǎn)數(shù)據(jù)精度更高［14］。

2.2 數(shù)據(jù)的預(yù)處理

利用MRT（MODIS Reprojection Tools）批處理，完成MODIS數(shù)據(jù)集的拼接、投影轉(zhuǎn)換及16 d NDVI數(shù)據(jù)的提取。雖然MODIS13Q1產(chǎn)品糾正了分子和氣溶膠散射等的影響，但仍存在噪聲點(diǎn)和異常值，需要對(duì)其進(jìn)行時(shí)間序列重構(gòu)。目前，用于時(shí)間序列重構(gòu)的方法主要有4大類［15］：閾值法、基于濾波函數(shù)的平滑法、函數(shù)擬合法及綜合法。閾值法主要為最佳指數(shù)斜率提取法［16］。通常的濾波函數(shù)平滑法主要有S-G濾波法［17］、中值迭代濾波法［18］。函數(shù)擬合法中應(yīng)用較多的主要有傅里葉變換法［19］、諧波分析法［20］。Bian等［21］將Savitzky-Golay（S-G）濾波方法與中值迭代濾波法、傅里葉變換法進(jìn)行比較。結(jié)果表明，基于S-G濾波的時(shí)間序列重構(gòu)方法重構(gòu)后的NDVI時(shí)間序列，在直觀及像元的時(shí)間序列曲線上，均取得了較好的效果，對(duì)提高該數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量有很大幫助；因此，本文選用S-G濾波方法重構(gòu)MODISNDVI時(shí)間序列影像，重構(gòu)后的數(shù)據(jù)利用最大值合成法（MVC）合成每月NDVI數(shù)據(jù)，并以此為基礎(chǔ)，進(jìn)一步計(jì)算研究區(qū)2001—2015年年平均NDVI值、生長(zhǎng)季（5—9月）累計(jì)NDVI值、春季（4、5月）、夏季（6—8月）、秋季（9、10月）平均NDVI值。

氣象數(shù)據(jù)以時(shí)間序列NDVI數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)投影轉(zhuǎn)換、重采樣及裁剪等預(yù)處理，獲得與NDVI像元大小一致的2001—2015年月平均氣溫和月降水總量柵格圖。

2.3 研究方法

基于S-G濾波及最大值合成法處理的月NDVI數(shù)據(jù)，計(jì)算各種表征植被變化的統(tǒng)計(jì)值，從不同旗（縣）、不同草原類型和不同季節(jié)等方面，采用Sen+ Mann-Kendall法，對(duì)植被時(shí)空變化趨勢(shì)及其顯著性進(jìn)行多角度分析，同時(shí)采用相關(guān)分析法，分析植被NDVI與氣候因子的相關(guān)性。

2.3.1 趨勢(shì)分析 采用非參數(shù)化趨勢(shì)度（Sen）來(lái)計(jì)算研究區(qū)NDVI的變化趨勢(shì)，相比利用線性回歸斜率法分析植被指標(biāo)變化率，其要求時(shí)間序列數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，而Sen斜率估計(jì)法，則不需要序列符合一定的分布，同時(shí)通過(guò)計(jì)算序列中的中值，還可減少噪聲的干擾，對(duì)測(cè)量誤差和離群數(shù)據(jù)有很好的規(guī)避能力。目前Sen方法以其良好的抗噪性和對(duì)數(shù)據(jù)分布無(wú)要求性，廣泛應(yīng)用于區(qū)域植被變化趨勢(shì)分析中。

Sen趨勢(shì)度β計(jì)算公式［22］為

式中：xi和xj分別為第i年和第j年的植被指標(biāo)值。Median為中位數(shù)函數(shù)。使用趨勢(shì)度β來(lái)判斷時(shí)間序列趨勢(shì)的升降。當(dāng)β＞0時(shí)，時(shí)間序列呈上升的趨勢(shì)，反之呈下降的趨勢(shì)。

2.3.2 Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法 由于Sen趨勢(shì)度是一個(gè)非歸一化的參數(shù)，只能表示植被變化趨勢(shì)的大小，本身不可進(jìn)行顯著性判斷，而Mann-Kendall方法本身對(duì)序列分布無(wú)要求，且對(duì)異常值不敏感；因此，選擇結(jié)合Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法，對(duì)變化趨勢(shì)的顯著性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。

Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法［22］計(jì)算過(guò)程：對(duì)于一個(gè)序列xt=｛x1，x2，…，xn｝，先確定xi與xj的大小關(guān)系（設(shè)為τ），由公式（2）和（3）計(jì)算：

檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量Z的計(jì)算公式為

n是序列的長(zhǎng)度，m為序列中結(jié)（序列中重復(fù)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)組）的個(gè)數(shù)，ti為結(jié)的寬度（第i組重復(fù)數(shù)據(jù)組中重復(fù)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)）。在給定顯著性水平下，當(dāng)|Z|≤Z1-α/2時(shí)，則趨勢(shì)不顯著，反之則認(rèn)為趨勢(shì)顯著。當(dāng)Z的絕對(duì)值≥1.28，1.64，2.32時(shí)，分別通過(guò)了置信度90％，95％，99％的顯著性檢驗(yàn)。

2.3.3 相關(guān)分析法 采用相關(guān)分析法，進(jìn)行植被覆蓋變化對(duì)氣候因子的響應(yīng)分析，分析植被覆蓋變化與氣候因子的相關(guān)程度。其計(jì)算公式［14］如下：

式中：rxy為2個(gè)變量的相關(guān)程度，x、y分別為進(jìn)行相關(guān)分析的2個(gè)變量。

3 結(jié)果分析

3.1 植被覆蓋時(shí)空變化特征

3.1.1 時(shí)間變化特征 首先利用2種表征植被變化的指標(biāo)，來(lái)研究錫林郭勒盟2001—2015年植被時(shí)間變化特征見圖1。分析表明，2種指標(biāo)均呈增加趨勢(shì)，表明近15年，研究區(qū)整體植被狀況在好轉(zhuǎn)。同時(shí)，2種植被指標(biāo)的峰值出現(xiàn)在2003、2008和2012年，而谷值均出現(xiàn)在2001、2007和2009年。雖然植被狀況整體呈增加趨勢(shì)，但是沒(méi)有出現(xiàn)顯著增加的趨勢(shì)。這與杭玉玲等［9］的研究結(jié)果一致，其研究發(fā)現(xiàn)2003和2008年的NDVI與降水量的波峰相對(duì)應(yīng)，而2001，2007和2009年NDVI波谷與同年降水量波谷相對(duì)應(yīng)，其認(rèn)為降水量的增加，可能是錫林郭勒草原植被改善的其中一個(gè)原因。

圖1 2001—2015年錫林郭勒盟2種植被指標(biāo)的年際變化Fig.1 Interannual variability of two vegetation in dices in Xilin Gol League during 2001- 2015

圖2 2001—2015年各草原類型及各季節(jié)NDVI時(shí)間變化趨勢(shì)Fig.2 Temporal variation of NDVIof different grass land types and each season during 2001- 2015

考慮到2種植被指標(biāo)所反映出的研究區(qū)植被變化趨勢(shì)基本一致，選用其中的年平均NDVI指標(biāo)，進(jìn)一步分析研究區(qū)、不同植被類型及不同季節(jié)的植被活動(dòng)變化情況（圖2）。季節(jié)變化分析表明，3個(gè)季節(jié)NDVI均呈上升趨勢(shì)，春季上升速率最快，以平均每年0.004 5的速率增加，其次為夏季以0.003 4/a的速率增加，上升速率最慢的為秋季。同時(shí)，3個(gè)季節(jié)年際波動(dòng)都很大；但是由于夏季是植被生長(zhǎng)最茂盛的季節(jié)，夏季NDVI的年際變化與年NDVI變化存在很強(qiáng)的一致性。從不同草原類型變化趨勢(shì)看，研究區(qū)3種草原類型NDVI均呈上升趨勢(shì)，增長(zhǎng)速率從高到低依次為：草甸草原＞典型草原＞荒漠草原。說(shuō)明研究區(qū)植被覆蓋狀況較好的草甸草原區(qū)域，植被好轉(zhuǎn)趨勢(shì)最為明顯，這可能與該區(qū)域較其他區(qū)域更豐富的降水量有關(guān)［23］。

3.1.2 空間變化特征

圖3 2001—2015年錫林郭勒盟年平均NDVI均值（a）、生長(zhǎng)季累計(jì)NDVI均值（b）空間分布Fig.3 Spatial distribution of the average annualmean NDVIvalue（a），accumulated NDVI value in growing season（b）during 2001- 2015 in Xilin Gol League

圖4 2001—2015年錫林郭勒盟草地類型NDVI像元統(tǒng)計(jì)Fig.4 NDVI frequency distribution of different grassland types during 2001- 2015 in Xilin Gol League

圖5 2001—2015年（a），2001—2007年（b），2009—2015年（c）各階段植被NDVI變化及顯著性空間分布Fig.5 Spatial distribution of vegetation NDVI change and significance in the year of2001- 2015（a），2001- 2007（b），2009- 2015（c）

1）空間分布特征。從2種植被指標(biāo)空間分布圖（圖3）可以看出，兩者所反映出的研究區(qū)NDVI空間分布特征大體一致，均表現(xiàn)為“東高西低”的分布特征。低值區(qū)主要分布在西部蘇尼特左旗和蘇尼特右旗，平均NDVI值僅為0.2，而高值區(qū)主要分布在北部的東烏珠穆沁旗，NDVI值在0.5～0.6之間。這與該區(qū)自西向東分別為荒漠草原、典型草原、草甸草原的草原類型分布基本一致。對(duì)3種草原類型，在不同NDVI范圍的像元個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)（圖4）發(fā)現(xiàn)：草甸草原的NDVI集中在0.2～0.5；典型草原NDVI分布范圍最廣、頻度分布的波峰最寬，范圍在0.1～0.6；荒漠草原NDVI值最低，分布集中在0.1～0.3。

2）空間變化趨勢(shì)特征。由于錫林郭勒盟2001—2015年NDVI時(shí)間變化特征表現(xiàn)為2個(gè)明顯的波動(dòng)期，本文將整個(gè)變化過(guò)程分為2個(gè)階段，2001—2007年為第1階段，2009—2015年為第2階段?；赟en斜率估計(jì)法及Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，將變化趨勢(shì)分為極顯著下降（Z≤-2.32）、顯著下降（-2.32＜Z≤-1.64）、不顯著下降（-1.64＜Z≤-1.28）、不顯著上升（1.28≤Z＜1.64）、顯著上升（1.64≤Z＜2.32）、極顯著上升（Z≥2.32）6個(gè)等級(jí)，分析研究區(qū)總體及各階段NDVI空間變化特征（圖5）。

結(jié)合圖5和表1可知，研究區(qū)植被變化以不顯著上升為主（58.32％），其次為顯著上升（18.48％），累計(jì)占區(qū)域面積的76.8％，說(shuō)明研究區(qū)植被狀況整體好轉(zhuǎn)；但是在第1階段，NDVI上升區(qū)域僅為13.43％，主要分布在中部典型草原區(qū)（阿巴嘎市）和南部農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)（太仆寺旗），其余區(qū)域植被覆蓋狀況呈下降趨勢(shì)，尤其是東部草甸草原區(qū)（西烏珠穆沁旗）。到第2階段，植被NDVI上升區(qū)域明顯增加，達(dá)到60.40％，主要分布在東部草甸草原區(qū)（東烏珠穆沁旗和西烏珠穆沁旗東側(cè)）及中、南部典型草原區(qū)（錫林浩特市和多倫縣），植被覆蓋狀況較之前明顯改善。總體上，近15年來(lái)，錫林郭勒盟植被變化具有中、南部增加，西部下降的特征。

由表2各階段不同草原類型變化趨勢(shì)分析可知，2001—2015年，所有草原類型均以不顯著上升為主。具體表現(xiàn)為：第1階段，各草原類型均以不顯著下降為主；第2階段，除荒漠草原仍是以不顯著下降（73.78％）為主，典型草原和草甸草原分別以不顯著上升（40.12％）和顯著上升（41.67％）為主。結(jié)果表明，植被整體狀況的改善開始于第2階段，雖然2000年開始該區(qū)域進(jìn)行了一系列的生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)工程，但其效益還是存在明顯的滯后期。

表1 各階段不同變化趨勢(shì)像元數(shù)及比例Tab.1 Numbers and proportion of vegetation change types in different stages

表2 各階段不同草原類型植被變化趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)Tab.2 Change trend of vegetation under different types of grassland in different stages％

3.2 植被變化對(duì)氣候的響應(yīng)

3.2.1 氣候因子變化趨勢(shì) 氣候變化會(huì)導(dǎo)致區(qū)域氣溫和降水格局發(fā)生變化，進(jìn)而對(duì)植被造成顯著影響［11］，由于2015年數(shù)據(jù)缺少，故僅統(tǒng)計(jì)2001—2014年氣溫及降水?dāng)?shù)據(jù)。結(jié)果（圖6）顯示：2001—2014年錫林郭勒盟，氣溫總體呈輕微下降趨勢(shì)，而降水量則呈緩慢增加態(tài)勢(shì)。2003、2008和2012年植被NDVI較周圍年份偏高的，同期降水量也處于峰值，氣溫則較之前有所下降；因此，較多的降水和適宜的溫度，可能是這些年份植被指數(shù)出現(xiàn)高值的原因之一。

圖6 2001—2014年錫林郭勒盟年平均氣溫和年降水量的年際變化Fig.6 Interannual variability ofmean annual temperature and precipitation in Xilin Gol League during 2001- 2014

3.2.2 氣候因子和植被變化的響應(yīng)關(guān)系 植被生長(zhǎng)對(duì)水熱條件的改變存在一定的滯后性，年際尺度上的相關(guān)性會(huì)掩蓋部分信息［24］；因此，本文從月尺度分析錫林郭勒盟植被NDVI與氣溫、降水的相關(guān)關(guān)系。同時(shí)由于不同季節(jié)，植被生長(zhǎng)所需水熱條件不同，進(jìn)一步對(duì)各季節(jié)植被NDVI與氣溫、降水的相關(guān)性進(jìn)行分析。

氣溫方面（表3和圖7），錫林郭勒盟植被NDVI與當(dāng)月氣溫具有明顯的正相關(guān)性，且高相關(guān)性分布在東部和南部。前1個(gè)月氣溫與NDVI的相關(guān)性依舊很高，但局部地區(qū)相關(guān)系數(shù)減小，尤其是與中部典型草原區(qū)域相關(guān)性較弱。NDVI與前2個(gè)月氣溫的相關(guān)性，除中、東部的典型草原和草甸草原區(qū)有所下降，其余區(qū)域未有明顯變化。到前3個(gè)月時(shí)，僅西部和南部NDVI與氣溫存在較弱相關(guān)性。綜上所述，隨著時(shí)間的向前推移，植被NDVI與氣溫的相關(guān)性越弱，而氣溫對(duì)覆蓋狀況好的草甸草原作用期短，基本不存在滯后時(shí)間；其次為典型草原，存在1～2個(gè)月的滯后時(shí)間；荒漠草原對(duì)氣溫的響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)，約3個(gè)月。

降水方面（表3和圖8），NDVI與當(dāng)月降水的相關(guān)性很強(qiáng)，除西南部和東部部分地區(qū)相關(guān)系數(shù)較低外，其余大多數(shù)區(qū)域相關(guān)系數(shù)在0.7以上。與前1個(gè)月的相關(guān)性上，整體相關(guān)系數(shù)減小，中部和東北部地區(qū)下降較為明顯。與前2個(gè)月和前3個(gè)月的相關(guān)性較弱，全盟大部分區(qū)域相關(guān)系數(shù)在0.1以下。分析表明，研究區(qū)植被變化與降水量存在較強(qiáng)的聯(lián)系，這與中國(guó)北方區(qū)域的研究結(jié)果一致［24］，且植被覆蓋狀況較差的中、西部地區(qū)與降水的相關(guān)性較植被狀況較好的東部地區(qū)要高。從降水的作用期來(lái)看，研究區(qū)大部分區(qū)域僅0～1個(gè)月，而西部局部地區(qū)相對(duì)較長(zhǎng)一些，為1～2個(gè)月。

表3 不同草原類型不同時(shí)間、季節(jié)NDVI與氣候因子的相關(guān)關(guān)系Tab.3 Correlation coefficients between different stages，seasonal NDVIand climate factors for different types of grassland

從表3來(lái)看，氣溫方面除荒漠草原外，其他區(qū)域的NDVI與春季、夏季氣溫均呈負(fù)相關(guān)，與秋季氣溫呈正相關(guān)，表明夏季氣溫的升高，可能對(duì)植被生長(zhǎng)起到了一定的限制作用，而秋季氣溫的升高，對(duì)植被生長(zhǎng)起到了促進(jìn)作用。3種草原類型中，夏季氣溫對(duì)荒漠草原影響最大，負(fù)相關(guān)性最強(qiáng)，其次為典型草原，對(duì)草甸草原影響最小。這可能是由于夏季較高的溫度會(huì)加快蒸發(fā)，而導(dǎo)致干旱加劇和植被可利用水量的減少，影響植被生長(zhǎng)，尤其對(duì)降水量較少的區(qū)域抑制作用更強(qiáng)［25］。降水方面，在各個(gè)季節(jié)，各草原類型NDVI與降水的相關(guān)性均強(qiáng)于氣溫，說(shuō)明降水量是影響該區(qū)域植被變化最直接的因素。其中，春季和夏季降水量對(duì)植被影響較大，尤其是荒漠草原和典型草原區(qū)域。

圖7 月NDVI與當(dāng)月（a）、前1個(gè)月（b）、前2個(gè)月（c）、前3個(gè)月（d）氣溫的相關(guān)系數(shù)空間分布Fig.7 Spatial distribution of correlation coefficients between monthly NDVI and the temperature in the current month（a），the preceding 1 month（b），the preceding 2 months（c），and the preceding 3 months（d）

圖8 月NDVI與當(dāng)月（a）、前1個(gè)月（b）、前2個(gè)月（c）、前3個(gè)月（d）降水的相關(guān)系數(shù)空間分布Fig.8 Spatial distribution of correlation coefficients betweenmonthly NDVIand the precipitation in the current month（a），the preceding 1 month（b），the preceding 2 months（c），and the preceding 3 months（d）

4 結(jié)論與討論

1）錫林郭勒盟2001—2015年平均植被覆蓋呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，其變化趨勢(shì)出現(xiàn)2次波動(dòng)，波峰為2003、2008和2012年，與同年降水量波峰相對(duì)應(yīng)，表明降水量的增加，是錫林郭勒盟植被改善的一個(gè)主要原因。

2）錫林郭勒盟植被NDVI具有明顯的區(qū)域差異，整體表現(xiàn)為出“東高西低”的分布特征，這與該區(qū)域自西向東分別為荒漠草原、典型草原、草甸草原的草原類型分布相一致。高值集中在南部的太仆寺旗及多倫縣、東部的東烏珠穆沁旗。低值區(qū)為西部二連浩特市和蘇尼特右旗。

3）近15年，該區(qū)域NDVI變化整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。其中，14.58％的區(qū)域呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，85.42％的區(qū)域?yàn)樯仙厔?shì)，但是這種變化不是線性增加，而是分為2個(gè)階段，先降后升。顯著上升和顯著下降的區(qū)域都集中在東部草甸草原區(qū)域，而西部地區(qū)植被變化波動(dòng)較小，植被覆蓋度與植被穩(wěn)定性在空間上表現(xiàn)出明顯的負(fù)相關(guān)。

4）研究區(qū)整體植被變化與降水量關(guān)系密切，但是由于不同草原類型所處的地理位置和氣候條件的空間差異，其對(duì)氣候因子的響應(yīng)因季節(jié)和植被類型而異，對(duì)氣溫和降水的響應(yīng)期依次為草甸草原＜典型草原＜荒漠草原，春季和夏季NDVI與降水相關(guān)性最強(qiáng)，夏季和春季氣溫與植被NDVI呈負(fù)相關(guān)。

近年來(lái)，隨著京津風(fēng)沙治理二期工程的規(guī)劃、實(shí)施，錫林郭勒盟植被覆蓋狀況有所好轉(zhuǎn)，對(duì)保障京津生態(tài)安全具有舉足輕重的作用。本文借助年平均NDVI值及生長(zhǎng)季累計(jì)NDVI值，從全盟尺度、縣（旗）尺度及草原類型尺度，分析了區(qū)域植被變化的時(shí)空特征，并結(jié)合已有的植被對(duì)氣溫和降水的響應(yīng)研究成果，以月為單位，揭示了植被對(duì)氣候因子的響應(yīng)格局，從不同區(qū)域和不同植被類型，多角度認(rèn)識(shí)植被對(duì)氣溫和降水的響應(yīng)規(guī)律。分析表明，研究區(qū)植被狀況改善與降水量關(guān)系密切，退耕還林、風(fēng)沙治理等生態(tài)措施雖然對(duì)植被生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用，但是還是必須有充足的降水，才能保證植被覆蓋度的增加［9］；因此，只有結(jié)合區(qū)域氣候要素，開展相關(guān)生態(tài)工程，才能充分發(fā)揮生態(tài)保護(hù)的效益。

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Spatiotem poral characteristics of vegetation variation in Xilin Gol League in recent 15 years and its response to climate

Jia Ruonan1，2，Du Xin2，Li Qiangzi2，Wang Hongyan2

（1.College of Geography＆amp;Tourism，Chongqing Normal University，400047，Chongqing，China；2.Institute of Remote Sensing and Digital Earth，Chinese Academy of Sciences，100101，Beijing，China）

［Background］Under the background of global change，vegetation dynamics and research on its relationship with climate is one of the focuses of the current international scientific problems.The study on the trend of vegetation coverage and response to climate is of great significance for global research，furthermore，it also benefits to global ecological processes and global ecological environment.［Methods］The annual and seasonal change trends of vegetation coverage were examined by employing MODIS-NDVI datasets in Xilin Gol League from 2001 to 2010，and then using Sen+Mann-Kendall model to analyze the significant level of the vegetation change further.In the end，based on the region of the meteorological data，mainly including the local temperature and precipitation，and using correlation analysis，the patterns of spatiotemporal variation of vegetation and its response to climate in Xilin GolLeague during the period 2001—2015 was investigated.［Results］1）The average vegetation NDVI showed a trend of greater volatility during 2001 to 2015 in the studied area，the change trend of process presented two waves，and the two higher values appeared in 2003 and 2012，of which 2008 vegetation NDVI appeared a temporary rise.Meanwhile，this highly correlated with the precipitation peak，it suggested that the increase of precipitation was amain reason of Xilin Gol League area vegetation to be improved.2）The NDVI generally presented the distribution characteristics of“high in west and low in east”，and this kind of distribution characteristics were consistent with the distribution of grassland type，from west to east in the order of desert grassland＞typical steppe＞meadow steppe.In terms of temporal characteristics，the overall trend was in rise，in detail，the trend was first rising after falling. The spatial distribution showed that NDVI increased significantly in southern and declined significantly in western.Significant increase in size for the grassland types was in the order of meadow steppe＞typical steppe＞desert grassland.3）The peaks of NDVI were corresponding to the peaks of precipitation，but because of space differences in geographical location and climate conditions，the correlation between vegetation change and climate were different in each season and vegetation type，the vegetation variations weremostly influenced by precipitation in spring and summer，while it was controlled by temperature in autumn.［Conclusions］The improvement of vegetation conditions in the studied area was closely associated with precipitation，although ecological measures like returning farming to forest benefited to the growing of vegetation，plenty of rain fallmay guarantee the increase of vegetation coverage.Thus，only comprehending regional climate condition may play maximum function in ecological engineering.

vegetation change；spatiotemporal characteristics；response to climate；Xilin Gol League

K903

A

1672-3007（2016）05-0047-10

10.16843/j.sswc.2016.05.007

2016- 05- 26

2016- 09- 06

項(xiàng)目名稱：國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金“基于遙感的典型草原荒漠化及驅(qū)動(dòng)機(jī)制的定量評(píng)價(jià)研究”（41501467）

賈若楠（1991—），女，碩士研究生。主要研究方向：植被遙感、生態(tài)遙感和農(nóng)業(yè)遙感。E-mail：15701574384@ 163.com

?通信作者簡(jiǎn)介：王紅巖（1986—），女，博士，助理研究員。主要研究方向：生態(tài)遙感、荒漠化遙感和農(nóng)業(yè)遙感。E-mail：wanghy @radi.ac.cn