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怀施
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1 第３５卷第１０期 V ３５, N １０草业科学 PRATACULTURALSCIENCE DOI: １１１８２９/ １００１０６２９２０１７０６９２ j ２３９４１０/２０１８魏学内蒙古农牧交错区草地植被指数及其对气候的响应草业科学, ２０１８, ３５１０): ２３９４ WEIX R g d NDVI m m g I Mg P S, ２０１８, ３５１０): ２３９４内蒙古农牧交错区草地植被指数及其对气候的响应魏学内蒙古赤峰市气象局,内蒙古赤峰０２４０００) 摘要:本研究以赤峰地区为例,利用２００１２０１７年 MODI S 的１６d 合成植被指数 NDVI)数据和同期逐日气温降水量资料,分析了内蒙古农牧交错区天然草地 NDVI时空变化及其对气候因子的响应.结果表明,近１７年来,研究区天然草地 NDVI逐年呈显著增加趋势 P ０５),年增加速率为００２０,年内逐月呈单峰型变化趋势,峰值出现在７月７５９４)和８月７２６２).研究区天然草地 NDVI 与５９月６月７月８月降水量均呈极显著正相关关系 P ０１),相关系数分别为７３０７２４７８９７８２, ５月和９月降水量与 NDVI呈显著正相关关系 P ０５).平均气温与 NDVI相关性不显著 P ０５). 关键词:赤峰地区;天然草地;气候因子;气候变化;植被覆盖度;草地类型;相关分析中图分类号: S８１２１文献标志码: A 文章编号: １００１０６２９２０１８) １００６ R g dndvi m m g I Mg WEIX C g M g B,C g０２４０００,i Mg,C ) Ab :By g MODI S１６ dy m NDVIdm g d m２００１２０１７ C g, I Mg, m d v g dndvid m w m v d d T wd NDVI dy d y １１７y P ０５), ００２０ T m g k y y NDVIwd dw k J ７５９４)dAg ７２６２) w v y y T, b w NDVI g dd m My S mb dy b g v b w NDVIdv g m T NDVI g d dy w m m T,, ) ) w g J J w v dw NDVI P ０１ d g y dag y y m w ７３０, ７２４, ７８９,d ７８２, v Myd y T S mb w v dw NDVI P ０５) T w v y y b w m m dndvi P ０５) y K d :C g ; g d; m ; m g;vg v g;g d yw y; y C g :W X Em : m qxwx １６３ d 收稿日期:: 接受日期: ２０１７１２２０２０１８０２０７基金项目:国家自然科学基金项目４１６６５００７) 通讯作者:魏学１９８４ ),男蒙古族),内蒙古喀喇沁旗人,工程师,硕士,主要从事生态与农业气象研究.Em : m qxwx １６３ z d : ykx

2 2390 草业科学第 35 卷 20 世纪以来, 全球气候正在经历以变暖为主要特征的显著变化, 近百年来, 全球地表温度上升了 0.6± 0.2), 并且近 50 年全球气候变暖的程度相当于近 [1G2] 100 年的 2 倍. 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 [3] 统区和生态脆弱区. 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, 成为了我国北方重要 [4] 的农牧业生产基地和生态屏障. 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 [5] 敏感性和依赖性强, 因此定量分析该区域草地植被变化趋势与气候因子的关系, 对于促进当地草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 [6] 定量分析草地的植被覆盖度变化. 近年来, 很多学者针对草地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 [7] 加的极显著影响因子, 新疆伊犁河谷植被指数与气 [8] 温和降水具有显著相关关系, 牧草快速生长期 6 7 月 ) 降水量对科尔沁草甸草地植被覆盖度具有显著影 [9] 响, 其影响程度大于年降水量. 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, 国内学者关于内蒙古农牧交错区气候生产力的研究证实, 植被气候生产力与气 [5] 温降水存在显著的相关关系, 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. 本研究在区域尺度上以赤峰地区为例, 利用年牧草生长季 5-9 月 )EOS/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, 分析内蒙古农牧交错区草地植被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农牧交错区草地生态系统稳定提供科学依据. 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东部的赤峰地区, 地处 N, 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 2880 d; 年均降水量 391 mm, [5] 年均蒸发量 1878mm, 约为年降水量的 5 倍 ; 无霜期 155d; 土壤类型以沙壤土为主, 总土地面积 km 2, 天然草地面积约占 64%, 是耕地面积的 6 倍 [4]. 该区域是一个以农业为主, 半农半牧的典型的农牧交错地区, 草地类型以典型草原为主, 主要分布在克什克腾旗林西县巴林右旗巴林左旗阿鲁科尔沁旗翁牛特旗 6 个旗县 ). 赤峰地区天然牧草在每年 5 月上旬返青,9 月下旬枯黄, 因此确定 5-9 月为赤峰地区天然牧草生长季,10 月到翌年 4 月为非生长期, 本研究主要分析天然牧草生长季草地 NDVI 变化趋势与气候因子气温降水 ) 的关系. 1.2 资料来源气候资料 : 选择覆盖赤峰地区的气象站点年每年 5-9 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 MODIST 年每年 5-9 月 16d 植被指数合成产品, 空间分辨率为 250 m ://dwb.m..gv/d/.m) 万土地利用数据来源于吴传钧主编的土地利用图集 [10]. 1.3 研究方法将每年 5-9 月植被指数产品分别采用最大合成法 mxmmvmy,mvc) 计算获得逐年生长季 NDVI 最大值 NDVImx, 记为 NDG VI), 用来代表当年的植被生长状况. 将 NDVI 每个栅格 17 年时间序列值进行一元线性回归模拟直线斜率, 表示年 NDVI 的变化速率, 公式如下 : j Y j )- j ) Y j ) j=1 j=1 j=1 b=. 1) j=1 j2 - j ) 2 j=1 式中 :Y 代表第 j 年的 NDVI 值, 代表分析时间长度 17 年 ),b 是 NDVI 的线性拟合斜率, 如果 b>0, 说明植被指数呈增加趋势, 反之则表现为减少趋势. 计算 NDVI 气温降水量变异系数 CV), 分析植被和气候因子变化的稳定性. CV=SD/X. 2) 式中 :CV 表示变异系数,X 表示研究区 NDVI 气温降水量的平均值,SD 表示对应的标准差.CV 越大表示值越离散, 稳定性越差, 反之, 值越集中, 稳定性越好. 利用 SPSS21.0 进行 5-9 月气候因子气温降水 ) 与 NDVI 变化率的显著性检验和相关分析. 2 结果与分析 2.1 NDVI 时空变化特征分析 NDVI 空间变化特征 NDVI 变化率可以定量 :ykx.z.d.

3 第１０期２３９１魏学:内蒙古农牧交错区草地植被指数及其对气候的响应描述植被变化的方向和速度,结合１１００万植被类型年来草地植被覆盖度整体呈增加趋势. 出,研究区７０的区域草地植被指数存在显著变化旗巴林左旗林西县植被总体呈退化趋势, ３个旗县数据中分离出草地空间分布矢量数据,从图１可以看 P ０５), ３０的区域无显著变化,其中呈显著增加趋势的区域面积占草地面积比例占４７ )是呈显著减少趋势面积占２３ )的２倍多,说明赤峰地区近１７在赤峰地区所辖１２个旗县区 )中,只有巴林右植被减少趋势面积分别占该旗县草地面积的５４４９和３８表１);其余９个旗县区)植被总体呈增加趋势,敖汉旗宁城县喀喇沁旗植被增加趋势面积图１研究区 NDVI变化率和天然草地空间分布 F １ S d b NDVI d g d g NDVI变化率０５表示显著减少 P ０５), NDVI变化率０５且 NDVI变化率０５表示无显著变化, NDVI变化率０５表示显著增加 P ０５).下同. NDVI ０５ m d ０５ v ;NDVI ０５ NDVI ０５ m g; NDVI ０５ m ０５ v ; m w g d b y g 表１２００１２０１７年研究区 NDVI变化趋势统计表 Tb １ Cg d NDVI m２００１２０１７地点 S 克什克腾旗 Hx B g 林西县 L x C y 面积增加 I /km２ A ６３７４４５２巴林右旗 B R B g １２４８阿鲁科尔沁旗 AH B q ４０１４松山区 SgD １２４６巴林左旗 B L B 翁牛特旗 O db 红山区 HgD 元宝山区 Yb D 喀喇沁旗 H B q 宁城县 N ggc y 敖汉旗 AB ５３２２９４６６２９８７５２８３８２２７９百分比 / P g ４７２２不变 Ugd 面积 /km２ A ５０２７８２２２０１６４６５３１９５５６２５８５２０５１６７５２８２５１８１３１７５０８１１３８８８２２０８４１３６ ykx z d : 百分比 / P g ３７４０减小 Rd 面积 /km２ A ２２１４７７９２６３３６６２６１５８９３１３２２９１８２７１５１４９１２９８９８０１９０百分比 / P g １６３８５４４９２１１７９１３１４３５４４０２４８４２１２３

4 2392 草业科学第 35 卷占该旗县 ) 草地面积的 88% 84% 81%, 植被增加比较明显 NDVI 时间变化特征近 17 年研究区天然草地 NDVI 平均值随年份增加呈显著 P<0.05) 上升趋势, 年变化速率为 ,2017 年 ) 与 2001 年 ) 相比增加了图 2).NDVI 平均值随月份呈先增后减的单峰态变化趋势,5 月和 9 月分别是牧草返青期和黄枯期,NDVI 平均值仅为和 , 显著低于其他月份 P <0.05),7 8 月分别达到 , 均显著高于其他月份, 而二者之间无显著差异 P>0.05). 2.2 NDVI 及气候因子空间稳定性分析利用公式 2) 分别计算研究区草地 NDVI 气温和降水量的变异系数, 分析三个要素变化趋势的稳定性. 可以看出,NDVI 气温和降水量空间变异系数的年际变化呈显著降低趋势 P <0.05), 说明近 17 年来, 赤峰地区天然草地 NDVI 气温和降水量空间离散程度均呈逐年减小趋势, 植被和气候因子空间变化趋于稳定. 两个气候因子中, 降水量空间变异相对较大, 变化幅度具有明显波动, 而气温的空间变异相对较小, 变化相对稳定. 因此, 赤峰地区天然草地植被变化主要受降水量的变化所致. 2.3 NDVI 平均值与气候因子关系研究区草地 NDVI 与 5-9 月降水量和平均气温相关系数分别为和 0.384, 与前者呈极显著相关关系 P <0.01), 与后者无显著相关关系 P >0.05) 表 2). 其中,6 月 7 月和 8 月降水量与 NDVI 呈极显著正相关关系 P <0.01), 相关系数分别为图 2 研究区 NDVI 平均值变化趋势不同小写字母表示差异显著 P<0.05). Fg.2 Cgmdggw Dwdd0.05v. 图 3 研究区 NDVI 和气候因子空间变异系数变化趋势 Fg.3 CgvbyNDVIdm :ykx.z.d.

5 第 10 期魏学 : 内蒙古农牧交错区草地植被指数及其对气候的响应 2393 表 2 研究区 NDVI 与气候因子的相关系数 Tb2 CbwNDVIdm 因子 F 5-9 月 MySmb 5 月 My 6 月 J 7 月 Jy 8 月 Ag 9 月 Smb 降水量 P 气温 Tm 和分别表示显著 P<0.05) 和极显著相关 P<0.01). d d0.05d0.01v,vy 和 0.782,5 月 9 月降水量与 NDVI 呈显著正相关关系 P<0.05), 而逐月平均气温与 NDVI 无显著相关关系. 说明降水量是天然草地 NDVI 显著正向因子, 而热量条件的促进作用并不显著. 原因是赤峰地区处在干旱地区, 气温升高虽然能够为牧草生长提供充足热量, 但同时也加大了地表蒸发, 导致干旱加重. 而自然降水是天然草地唯一水分来源, 充足的降水有利于增加土壤湿度和牧草生长, 从而增加牧草多样性和草地牧草覆盖度. 3 讨论近年来, 很多学者针对干旱区和农牧交错区植被变化趋势的研究表明, 西北干旱区 [11] 甘南地区 [12] [13] [14] 新疆维吾尔自治区内蒙古锡林郭勒盟植被覆盖度和稳定性呈明显增加趋势, 本研究发现, 近 17 年来赤峰地区天然草地 NDVI 以的速度逐年增加, 植被变化空间稳定性增加, 生态环境状况好转, 与上述研究结果一致. 在北方干旱草原区, 天然牧草整个生长发育过程呈现单峰态变化,5 月牧草开始返青,NDVI 进入快速增长阶段,7-8 月是牧草生长的高峰期草层高度最高,NDVI 达到最大且变化相对稳定,9-10 月进入黄枯期,NDVI 逐渐降低, 牧草整个生长过程结束 [15G16]. 本研究发现天然草地 NDVI 呈现单峰型变化, 返青期和黄枯期 NDVI 值显著低于其他月份,7 月达到峰值 , 且与 8 月份无显著差异, 这与前人研究结果一致. [1] [2] 秦大河丁一汇等在 «气候变化国家评估报告» 中指出, 全球气候变暖必然导致气候格局发生变化, 异常高温极端降水事件的频繁发生, 使得一些地区气候类型发生改变, 呈现旱涝转换或旱涝并存的特点, 尤其在干旱区, 植被与降水的关系变得更加密切. 有研究认为 [3,15], 北方典型农牧交错区热量充足, 大气降水是天然牧草生长发育需水的唯一来源, 因此, 牧草生长高度和种类多样性主要取决于自然降水条 [7] 件. 赵志平等研究发现, 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 [9] 关关系. 渠翠平等研究了科尔沁草甸草原 NDVI 与气候因子的关系, 得出 NDVI 与 6-7 月降水量具有 [17] 极显著正相关关系. 王涛和杨梅焕研究发现, 年榆林地区植被覆盖度呈逐年线性增加的趋势, 植被覆盖度与气温呈负相关关系, 与降水呈正相关关系. 本研究表明, 研究区天然草地 NDVI 与 5-9 月降水量具有极显著正相关关系, 与气温具有不显著正相关关系. 逐月降水量与 NDVI 均达到显著正相关 P<0.05),6-8 月降水量对 NDVI 影响达到极显著水平, 相关系数分别为 , 而逐月气温与 NDVI 无显著相关关系, 相关系数为月 )~ 月 ). 说明在内蒙古农牧交错区, 降水量对天然草地植被覆盖度影响比气温更显著, 其中 6-8 月降水量对草地植被覆盖度增加具有显著促进效应, 返青期 5 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 R: [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. 科技导报,20047):4G7. QIN D H.Cm21y:F,mdgddgmg.Sd TgyRvw,20047):4G7. [2] 丁一汇, 任国玉, 石广玉, 宫鹏, 郑循华, 翟盘茂, 张德二, 赵宗慈, 王绍武, 王会军, 罗勇, 陈德亮, 高学杰, 戴晓苏. 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. 气候变化研究进展,2006,21):3G8. DING Y H,REN G Y,SHIG Y,GONGP,ZHENG X H,ZHAIP M,ZHANG D E,ZHAO ZC,WANGS W,WANG HJ, LUO Y,CHENDL,GAOXJ,DAIXS.NmmgⅠ):CmCdG :ykx.z.d.

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第期李伟等用方法对中国历史气温数据插值可行性讨论

第期李伟等用方法对中国历史气温数据插值可行性讨论李伟李庆祥江志红使用插值方法对已经过质量控制和均一化的年月年月中国全部基本基准站气温资料逐月进行空间插值通过站点的实际序列与插值后格点序列进行比较针对相关系数和线性趋势等多个量来检验方法对气候资料插值的