王計(jì)平，郭仲軍，程 復(fù)，張啟斌，馬 歡，于一雷

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院國家林業(yè)局鹽堿地研究中心，北京100091;2.新疆林科院森林生態(tài)研究所，烏魯木齊830000;3.水利部水土保持監(jiān)測(cè)中心，北京100055;4.北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，北京100083;5.中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所濕地生態(tài)功能與恢復(fù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100091)

北疆生態(tài)功能區(qū)降水氣溫時(shí)空變化及其與NDVI相關(guān)性分析

王計(jì)平1，郭仲軍2，程 復(fù)3，張啟斌4，馬 歡4，于一雷5

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院國家林業(yè)局鹽堿地研究中心，北京100091;2.新疆林科院森林生態(tài)研究所，烏魯木齊830000;3.水利部水土保持監(jiān)測(cè)中心，北京100055;4.北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，北京100083;5.中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所濕地生態(tài)功能與恢復(fù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100091)

降水和氣溫是兩個(gè)最重要的氣候因子，也是影響植被分布和變化的主要因子之一。以多年平均降水、氣溫、NDVI、積雪深度等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于生態(tài)功能區(qū)劃，分析了北疆不同氣候要素變化及其與NDVI的變化相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明:北疆大部分地區(qū)趨向于濕潤(rùn)化，特別是準(zhǔn)噶爾盆地中心區(qū)，降雨變化趨勢(shì)線的斜率介于1.15～1.42之間;局部高海拔山區(qū)年平均降水量呈明顯減低趨勢(shì)，降雨變化趨勢(shì)線斜率最低到－0.209;北疆整體有暖化趨勢(shì)，且氣溫增加幅度從高山到低地表現(xiàn)出明顯梯度，其變化趨勢(shì)線斜率從高山處的2.04降低為盆地處的－0.044。北疆NDVI與年平均降水、溫度變化密切相關(guān)，表現(xiàn)出明顯的功能區(qū)劃差異，應(yīng)重視加強(qiáng)生態(tài)功能區(qū)劃水平上的植被建設(shè)與調(diào)控。

NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)集;生態(tài)功能區(qū);空間變化;氣候要素;相關(guān)分析

地表溫度和降水是影響植被分布、生長(zhǎng)和演替的重要?dú)夂蛞蛩兀脖蛔兓彩侨蚣皡^(qū)域氣候變化的重要影響因子之一。在干旱半干旱地區(qū)，地表溫度和降水對(duì)地表植被恢復(fù)與穩(wěn)定性具有決定性作用［1］。新疆北疆是我國西北地區(qū)一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的生態(tài)功能單元，受天山山脈、阿勒泰山和準(zhǔn)噶爾盆地山盆相間地理分布格局決定，北疆氣候、植被條件較為獨(dú)特，以氣候梯變、干旱少雨、植被稀疏、自然景觀多樣為主要特征，生態(tài)較為脆弱，一直是西北地區(qū)生態(tài)保護(hù)和植被恢復(fù)的重點(diǎn)地區(qū)［2］，由于空間尺度大，荒漠、綠洲、草原、山地森林等多生態(tài)系統(tǒng)共生共融，也成為宏觀生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)區(qū)域［3－4］。特別是隨著以“氣候變暖”為標(biāo)志的全球氣候變化過程的發(fā)生和人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的增強(qiáng)，氣候要素和植被活動(dòng)的變化更是成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)問題［5］。北疆地區(qū)近年來氣候暖濕化的變化趨勢(shì)使當(dāng)?shù)刂脖粭l件發(fā)生了顯著改變，研究時(shí)間序列NDVI數(shù)據(jù)變化與主要?dú)夂蛞蜃幼兓南嚓P(guān)性具有重要意義。

近年來隨著定量遙感研究的逐步深入，基于植被光譜數(shù)據(jù)快速、大范圍、動(dòng)態(tài)獲取植被信息已成為植被遙感研究、生態(tài)監(jiān)測(cè)的一種重要手段和方法。植被指數(shù)就是運(yùn)用遙感技術(shù)定性或定量估算植被狀況、實(shí)現(xiàn)大面積動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的一種常用遙感指標(biāo)，其中運(yùn)用最廣泛、最容易獲取的就是歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)，它是植被生長(zhǎng)狀態(tài)及植被覆蓋度的最佳指示因子。目前最常用的植被數(shù)據(jù)集有AVHRR-NDVI、SPOT-VGE NDVI等［6］，已經(jīng)在我國植被恢復(fù)、土地利用/覆被變化、物候分析方面開展了較多的應(yīng)用性研究，關(guān)注重點(diǎn)主要為氣候變化影響下植被時(shí)空變異機(jī)制，如張永、陳發(fā)虎等在西北地區(qū)較大尺度的研究表明，該地區(qū)增溫趨勢(shì)比全國要高［7］;劉憲鋒、任志遠(yuǎn)等人的研究發(fā)現(xiàn)植被NDVI變化與氣溫、降水變化關(guān)系密切［8］;王海軍等人的研究則表明了植被變化與氣候變化間的空間差異性和生長(zhǎng)季響應(yīng)滯后現(xiàn)象［9］;韋振鋒等人的研究肯定了人類活動(dòng)和植被建設(shè)對(duì)NDVI上升的積極作用［10］。在新疆地區(qū)，多數(shù)研究表明受氣候“暖濕化”影響，植被總體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，但存在明顯空間分異［11－12］。然而利用空間相關(guān)分析手段，定量研究北疆地區(qū)氣候暖濕化對(duì)區(qū)域植被條件改善程度的研究并不多，相關(guān)研究還有待于深化。全國生態(tài)功能區(qū)劃是依據(jù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境敏感性、生態(tài)服務(wù)功能重要性以及生態(tài)環(huán)境特征的相似性和差異性而進(jìn)行的地理空間分區(qū)，自提出以來，基于生態(tài)功能區(qū)劃單元開展植被與氣候相互關(guān)系的案例還不多，特別是在西北較大空間尺度地區(qū)鮮有相關(guān)的研究。本文以北疆為對(duì)象，基于北疆生態(tài)功能區(qū)劃(圖1)探討主要?dú)夂蛞貢r(shí)空變化及其與NDVI相互關(guān)系。旨在為區(qū)域植被建設(shè)宏觀指導(dǎo)和分級(jí)管理提供一定支撐。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于天山山脈以北，43°22＇～49°33＇N，東經(jīng)78°11～96°18＇E，南北寬772km，東西長(zhǎng)1 295km，總面積約為44.87萬km2。由天山山脈、阿爾泰山山脈及其中間夾帶的準(zhǔn)格爾盆地組成，構(gòu)成了高山與盆地相間的地形單元(圖2)。受新生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用，天山中、西部上升過程強(qiáng)烈，山勢(shì)高峻。準(zhǔn)噶爾盆地是中國第二大盆地，地勢(shì)東高西低，其中部是古爾班通古特沙漠。準(zhǔn)噶爾盆地邊緣地帶為山麓綠洲，是農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的主要區(qū)域。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)包括NDVI數(shù)據(jù)集、降水?dāng)?shù)據(jù)集、氣溫?cái)?shù)據(jù)集、生態(tài)功能區(qū)劃圖和行政區(qū)劃圖。其中，1981—2006年 GIMMS NDVI(Global Inventory Monitoring and Modeling Studies)數(shù)據(jù)來自于寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心，空間分辨率為8km×8km，時(shí)間分辨率為15d，采用衛(wèi)星數(shù)據(jù)的格式記錄了全球植被的變化情況本文用到的數(shù)據(jù)共538景;1978—2005年來逐日的全國范圍的積雪厚度數(shù)據(jù)集(25km×25km)同樣來源于寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心，空間分辨率為25km，用于反演該雪深數(shù)據(jù)集的原始數(shù)據(jù)來自美國國家雪冰數(shù)據(jù)中心(NSIDC)處理的SMMR(1978—1987年)、SSM/I(1987—2008年)和 AMSR－E (2002—2012年)逐日被動(dòng)微波亮溫?cái)?shù)據(jù);1961—2000年降水?dāng)?shù)據(jù)(1km×1km)、1961—1998年氣溫?cái)?shù)據(jù)集(1km×1km)來源于人地系統(tǒng)主題數(shù)據(jù)庫;生態(tài)功能區(qū)劃圖來源于中國生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)功能區(qū)劃專題數(shù)據(jù)庫。各類數(shù)據(jù)集圖像均經(jīng)過幾何精校正、除壞線、除云等處理過程。

圖1 北疆生態(tài)功能區(qū)劃Fig.1 Ecological function regionalization of north Xinjiang

圖2 北疆地理位置圖Fig.2 Geographical location map of the study area

2.2 數(shù)據(jù)處理與分析

2.2.1 最大值合成法

NDVI值最大值合成法(Maximum Value Composites，MVC)是根據(jù)研究需要，將NDVI按月、季或年中各旬?dāng)?shù)據(jù)取最大值，進(jìn)一步消除云、大氣、太陽高度角等的部分干擾。根據(jù)研究需要，本文取一年中所有半月或旬?dāng)?shù)據(jù)的NDVI最大值MNDVI作為植被覆蓋數(shù)據(jù)。計(jì)算公式如下:

式中:MNDVI為第i年的最大化NDVI值，是一年內(nèi)像元內(nèi)植被覆蓋最好的時(shí)期NDVI值;INDVI為第i年第j旬或半月的NDVI值。

2.2.2 氣象要素變化趨勢(shì)分析

采用趨勢(shì)線分析法模擬研究時(shí)段內(nèi)各氣象要素包括氣溫與降水的空間變化趨勢(shì)，計(jì)算公式如下式:

式中:n為監(jiān)測(cè)累計(jì)年數(shù);Pj為第j年氣象要素值;Rslope是趨勢(shì)線的斜率，若 Rslope＞0，說明該氣象要素在n年間的變化趨勢(shì)是增加的，反之則是減少。具體計(jì)算時(shí)采用一元線性回歸法計(jì)算趨勢(shì)線斜率，變化趨勢(shì)顯著性檢驗(yàn)采用T檢驗(yàn)法。

2.2.3 植被NDVI變化與氣溫 降水間的相關(guān)性分析

植被NDVI變化與氣候因子之間的關(guān)系采用相關(guān)分析法。利用ArcGIS 9.3軟件提取每一柵格像元年均NDVI值，不同數(shù)據(jù)集經(jīng)柵格重采樣處理，使其空間分辨率統(tǒng)一到8km。并逐像元計(jì)算年均NDVI值和年均溫、年降水量之間的相關(guān)系數(shù)。本文利用Pearson相關(guān)系數(shù)表示植被與氣象因子之間的相關(guān)性，計(jì)算公式如下:

式中:Rxy為年均NDVI值和年均溫、年降水量間的相關(guān)系數(shù);Xi為第i年的年均NDVI值;Yi為i年的年均溫度、降水量值;X－為多年平均NDVI值;Y－為多年平均溫度、降水量、積雪深度等。兩變量間的顯著性檢驗(yàn)采用T檢驗(yàn)法。

3 結(jié)果與分析

3.1 主要?dú)夂蛞貢r(shí)空變化分析

3.1.1 降水

1961—2000年間，除局部高山區(qū)域外(2%)，北疆大部分區(qū)域內(nèi)年平均降水量呈增加趨勢(shì)，其中一半以上區(qū)域降水量增加達(dá)到顯著性水平(n=40，p＜0.05)，集中分布于準(zhǔn)噶爾盆地和伊犁河谷一帶(圖3)，特別是準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)荒漠、綠洲及其交錯(cuò)區(qū)，年平均降水量增加明顯，達(dá)到極顯著水平(n=40，p＜0.01)(圖4)。統(tǒng)計(jì)表明，Rslope變動(dòng)范圍處于0.334～0.603間的降水增加區(qū)面積比重為16%，0.604～0.874間的區(qū)域占27%，0.875～1.14間的區(qū)域達(dá)到了北疆總面積的 29%，介于 1.15～1.42的面積占到24%。這說明北疆大部分地區(qū)氣候趨向于濕潤(rùn)化，而在局部高海拔區(qū)年平均降水表現(xiàn)減少。降水量大面積增加可能對(duì)北疆植被恢復(fù)及其格局演變產(chǎn)生決定性影響。

圖3 北疆降水時(shí)空變化趨勢(shì)Fig.3 Observed trend of precipitation in North Xinjiang

圖4 北疆降水年際變化顯著性區(qū)域分布Fig.4 Inter-annual significance spatial distribution of rainfall in North Xinjiang

3.1.2 氣溫

1961—1998年北疆境內(nèi)大部分區(qū)域年平均氣溫呈增加趨勢(shì)(圖5)，伊犁河谷昭蘇盆地南部區(qū)域年平均氣溫呈急速上升趨勢(shì)，面積比例為1.62%，烏孫山、科古琴山、婆羅科努山等高海拔山區(qū)、中天山山脈及博格達(dá)峰一帶年平均氣溫增溫明顯，呈快速上升趨勢(shì)，面積比例為6.29%;天山北坡、昭蘇盆地、阿爾泰山南坡、準(zhǔn)噶爾盆地西部山地及北疆東部荒漠戈壁年平均氣溫現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)，面積比例為40.83%;古爾班通古特荒漠、伊利河谷低地平原等區(qū)域年平均氣溫輕微增加，面積比例為51.23%，而年平均氣溫呈輕微降低的區(qū)域面積僅為0.03%。這說明北疆整體氣候不斷趨于暖化，且氣溫增加幅度從高山到低地表現(xiàn)出明顯的梯度格局。天山北坡山區(qū)氣溫變化格局及快速上升態(tài)勢(shì)可能會(huì)加劇北疆冰川消退速度，從北疆積雪深度年際變化趨勢(shì)空間分布圖粗略看出，天山北坡中段、西段及阿爾泰山南坡積雪深度年際變化呈明顯降低趨勢(shì)(圖6)，這與氣溫增溫格局在空間上具有耦合性。由于本文采用的積雪深度數(shù)據(jù)空間粒度較大，在描述積雪變化上具有一定局限性，積雪深度分配格局及其氣溫相互關(guān)系尚待進(jìn)一步細(xì)化解析。

3.2 主要?dú)夂蛞嘏cNDVI空間相關(guān)性分析

3.2.1 降水－MNDVI

利用1981—2000年年平均降水柵格數(shù)據(jù)與同期MNDVI數(shù)據(jù)集進(jìn)行相關(guān)分析(圖7)，Pearson相關(guān)系數(shù)空間分布表明，北疆大部分區(qū)域MNDVI與年平均降水呈現(xiàn)明顯正相關(guān)關(guān)系，集中分布于伊犁河谷、婆羅科努山南坡、古爾班通古特東部、阜康—木壘綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)、烏蘇—石河子—昌吉一帶。MNDVI與降水相關(guān)性檢驗(yàn)表明，北疆中部準(zhǔn)噶爾盆地大部分區(qū)域降水與MNDVI呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(圖8)，其中局部地帶二者正相關(guān)程度達(dá)到了極顯著水平(n=20，P＜0.01)。相反，天山北坡中段高山森林與草甸、哈爾克他烏—那拉提、阿爾泰山山地森林等植被覆蓋區(qū)MNDVI與降水表現(xiàn)為明顯負(fù)相關(guān)，其中天山北坡中段、伊利河谷上游區(qū)域二者負(fù)相關(guān)程度達(dá)到極顯著水平。這表明該降水增加沒有對(duì)該區(qū)域植被恢復(fù)產(chǎn)生明顯促進(jìn)，可能與氣溫快速上升、強(qiáng)烈人為干擾有關(guān)，其形成機(jī)制和原因分析有待進(jìn)一步深化。

圖5 北疆氣溫年際變化趨勢(shì)Fig.5 Observed trend of temperature in North Xinjiang

圖6 北疆積雪深度年際變化趨勢(shì)空間分布Fig.6 Observed trend of inter-annual snow depth spatial distribution in North Xinjiang

圖7 MNDVI與年平均降水柵格空間相關(guān)性Fig.7 Spatial distribution of the correlation between MNDVIand annual average rainfall

圖8 MNDVI與年平均降水相關(guān)性顯著性空間分布Fig.8 Spatial distribution of significance of the correlation between MNDVIand annual average rainfall

基于北疆生態(tài)功能區(qū)劃對(duì)年降水與同期MNDVI空間相關(guān)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表4)，分析表明:在生態(tài)區(qū)I內(nèi)，年降水 －MNDVI呈正相關(guān)性面積比例達(dá)到78.33%，且該生態(tài)區(qū)內(nèi)3個(gè)生態(tài)亞區(qū)I－1，I－2和I－3二者正相關(guān)面積均大于呈負(fù)相關(guān)性的面積，其中準(zhǔn)噶爾盆地西部山地森林草原亞區(qū)(I－3)內(nèi)呈現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系的區(qū)域面積比例最大，為91.23%，其次為額爾齊斯—烏倫古河荒漠草原生態(tài)亞區(qū)(I－2)，為90.35%。這種格局和態(tài)勢(shì)表明，年降水變化對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地西北部森林草原植被具有明顯主導(dǎo)作用，隨著降水量不斷增加，植被趨于改善面積和程度均會(huì)得到提高。在生態(tài)區(qū)II內(nèi)，年降水－MNDVI呈正相關(guān)的面積達(dá)到了該區(qū)域總面積的95.73%，為北疆3個(gè)生態(tài)區(qū)中最大，在該生態(tài)區(qū)內(nèi)，4個(gè)生態(tài)亞區(qū)內(nèi)年降水和MNDVI正相關(guān)區(qū)域均占有極大比重，這意味著降水變化非常有利于準(zhǔn)噶爾盆地荒漠生態(tài)區(qū)植被改善。在天山山地森林與草原生態(tài)區(qū)(III)內(nèi)，降水 －植被 MNDVI正相關(guān)面積比例占69.54%，有近1/3面積二者表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。相比而言，阿爾泰山南坡西伯利亞落葉松生態(tài)亞區(qū)植被－降水呈負(fù)相關(guān)區(qū)域面積比例最大，達(dá)到了42.63%，因此可以看出，在北疆山地或高山地區(qū)降水與植被間的耦合促進(jìn)關(guān)系并不明顯，但這一現(xiàn)象還需做更深入調(diào)查來解析。從不同生態(tài)功能區(qū)降水－植被MNDVI相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果空間分布統(tǒng)計(jì)來看，準(zhǔn)噶爾盆地荒漠生態(tài)區(qū)(II)內(nèi)呈現(xiàn)顯著正相關(guān)性的面積最大，比例達(dá)66%以上，天山山地森林與草原生態(tài)區(qū)(III)最小，為27%。然而該區(qū)域出現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)的區(qū)域面積比例也達(dá)到6%以上，為3個(gè)生態(tài)區(qū)內(nèi)最高，這說明，年降水量變化對(duì)不同生態(tài)功能區(qū)MNDVI變化影響的顯著程度在空間上表現(xiàn)出一定的差異性，且其變異水平山地高于平原。

表4 不同生態(tài)功能區(qū)降水與植被MNDVI相關(guān)性分析Tab 4 .Correlation analysis between rainfall of different ecological functional area and MNDVIof vegetation

3.2.2 氣溫－MNDVI

以柵格為基本單元，利用北疆1981—1998年年平均氣溫?cái)?shù)據(jù)與同期MNDVI數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析(圖9)，結(jié)果表明，天山北坡西段、伊犁河谷地區(qū)、阿爾泰山南坡是年平均氣溫與MNDVI呈正相關(guān)集中分布區(qū)域，且局部地段二者相關(guān)性達(dá)到了極顯著性水平(n=18，P＜0.01)(圖10)。與之相反，在天山和阿爾泰山中間的低地盆地內(nèi)大部分單元二者呈明顯負(fù)相關(guān)。這說明氣溫與植被相關(guān)性在空間上也存在明顯差異，其分布格局與地形和海拔有一定關(guān)聯(lián)。氣溫升高可能對(duì)高山植被改善形成促進(jìn)，而對(duì)荒漠低地平原區(qū)植被恢復(fù)造成抑制。

圖9 北疆植被MNDVI與氣溫相關(guān)性Fig.9 Correlation between MNDVIand temperature in North Xinjiang

圖10 北疆植被MNDVI與氣溫相關(guān)顯著性Fig.10 Significance between MNDVIand temperature in North Xinjiang

對(duì)不同生態(tài)功能區(qū)年平均氣溫與MNDVI相關(guān)性進(jìn)行空間統(tǒng)計(jì)分析表明(表5)，在阿爾泰山—準(zhǔn)噶爾西部山地森林與草原生態(tài)區(qū)(I)中，年平均氣溫與MNDVI呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性單元的面積比例分別為62.57%，其中額爾齊斯－烏倫古河荒漠草原生態(tài)亞區(qū)(I－2)和準(zhǔn)噶爾盆地西部山地草原生態(tài)亞區(qū)(I－3)貢獻(xiàn)最大，而在阿爾泰山南坡西伯利亞落葉松生態(tài)亞區(qū)(I－1)正相關(guān)單元面積大于負(fù)相關(guān)單元面積，這說明氣溫上升對(duì)山地森林植被具有促進(jìn)作用，而對(duì)荒漠和低地草原植被表現(xiàn)為抑制性。在準(zhǔn)噶爾盆地荒漠生態(tài)區(qū)(II)內(nèi)，近75%的區(qū)域內(nèi)氣溫－植被MNDVI呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，貢獻(xiàn)主要來源于準(zhǔn)噶爾盆地中部固定半固定沙漠生態(tài)亞區(qū)(II－3)、準(zhǔn)噶爾東部灌木荒漠生態(tài)亞區(qū)(II－2)和準(zhǔn)噶爾盆地西部荒漠－綠洲農(nóng)業(yè)生態(tài)亞區(qū)，這說明氣溫升高對(duì)荒漠植被恢復(fù)具有抑制性。在天山山地森林與草原生態(tài)區(qū)(III)天山北坡云杉林－草原生態(tài)亞區(qū)(III－1)內(nèi)，年平均氣溫與MNDVI呈正、負(fù)相關(guān)性單元面積分別為69.37%，36.63%，這可能與天山西段伊犁河谷山地平原地貌條件下特殊氣候有一定關(guān)系?？傮w來看，北疆年平均氣溫與MNDVI呈負(fù)相關(guān)性單元面積較大，說明氣溫暖化對(duì)北疆大部分區(qū)域植被恢復(fù)具有抑制性影響。

表5 不同生態(tài)功能區(qū)植被MNDVI－氣溫相關(guān)性及面積分配Tab 5 .Correlation between MNDVIand temperature and the area distribution in different ecological function regions

對(duì)不同生態(tài)功能區(qū)植被年平均MNDVI與年平均氣溫柵格相關(guān)性檢驗(yàn)及其空間特征進(jìn)行分析(表6)，結(jié)果表明，在一級(jí)生態(tài)功能區(qū)內(nèi)植被MNDVI－年平均氣溫呈現(xiàn)顯著正相關(guān)的區(qū)域面積比例以天山山地森林與草原生態(tài)區(qū)(I)為最大，達(dá)20.94%，阿爾泰山—準(zhǔn)噶爾西部山地森林與草原生態(tài)亞區(qū)(I)次之，準(zhǔn)噶爾盆地荒漠生態(tài)區(qū)(II)最小，而顯著負(fù)相關(guān)區(qū)面積最大是準(zhǔn)噶爾盆地荒漠生態(tài)區(qū)(II)，其次為天山山地森林與草原生態(tài)區(qū)(I)，這說明年平均氣溫緩慢升高是山地森林植被生長(zhǎng)活動(dòng)增強(qiáng)的重要?dú)夂蛞蜃?，反之，氣溫降低更有利于綠洲盆地草原植被改善。在不同生態(tài)亞區(qū)內(nèi)，年平均氣溫與植被年平均MNDVI正、負(fù)相關(guān)區(qū)的面積比例差距最大的是準(zhǔn)噶爾盆地中部固定半固定沙漠生態(tài)亞區(qū)(II－3)，相反，二者面積相差最小的是阿爾泰山－準(zhǔn)噶爾西部山地森林與草原生態(tài)亞區(qū)(I－1)，這表明氣溫升高是荒漠植被生長(zhǎng)的主要限制因子，而對(duì)高山植被的影響則相反。

表6 不同生態(tài)功能區(qū)植被MNDVI與氣溫相關(guān)性顯著性檢驗(yàn)與面積分配Tab.6 Significance between MNDVIand temperature and the area distribution in different ecological function regions

3.3 結(jié)論

本章以長(zhǎng)時(shí)間序列降水柵格數(shù)據(jù)(1961—2000年)、氣溫柵格數(shù)據(jù)(1961—1998年)、積雪深度數(shù)據(jù)(1979—2010年)和植被NDVI數(shù)據(jù)(1981—2006年GIMMS NDVI數(shù)據(jù))為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，運(yùn)用GIS空間統(tǒng)計(jì)、趨勢(shì)分析、相關(guān)分析等方法，在分析北疆年平均降水變化趨勢(shì)、年平均氣溫變化、年平均積雪深度變化趨勢(shì)基礎(chǔ)上，基于像元定量分析降水、氣溫與MNDVI之間相關(guān)性、顯著性及其空間特征，較大尺度上揭示降水、氣溫等氣候因子對(duì)北疆植被的影響機(jī)制，并對(duì)積雪深度變化對(duì)北疆植被的影響進(jìn)行了定性研究。結(jié)果表明:

1)北疆大部地區(qū)降水趨于增加，集中分布于北疆中部、天山與阿爾泰山之間盆地和伊犁河谷一帶，靠近天山山脊線附近的哈爾克他烏－那拉提、溫泉和天山東部局部地區(qū)年平均降水量呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。北疆大部分區(qū)域MNDVI與年平均降水呈現(xiàn)出明顯正相關(guān)，天山北坡中段高山森林與草甸、哈爾克他烏－那拉提、阿爾泰山山地森林等地區(qū)MNDVI與降水表現(xiàn)為明顯負(fù)相關(guān)，且在局部地區(qū)達(dá)到了顯著性水平。

2)北疆不同生態(tài)區(qū)，降水對(duì)MNDVI活動(dòng)的顯著影響在空間上表現(xiàn)出一定差異性。降水對(duì)阿爾泰山－準(zhǔn)噶爾西部山地森林與草原植被具有明顯主導(dǎo)作用，隨著降水量增加，植被趨于改善面積和程度均得到明顯上升;降水增加對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地荒漠生態(tài)區(qū)植被改善具有明顯促進(jìn)作用，而對(duì)山地森林和草原無明顯促進(jìn)作用。

3)整體來看，受天山、阿爾泰山兩大山系地形條件決定，北疆氣溫呈現(xiàn)出南部與北部高而中間低的格局。整個(gè)天山、阿爾泰山山脈、準(zhǔn)噶爾盆地西部、北疆東部大部、烏魯木齊市區(qū)及周邊的年平均氣溫均呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)，其中烏孫山、科古琴山、婆羅科努山等山地高海拔區(qū)和博格達(dá)山高山區(qū)年平均氣溫呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)。

4)北疆年平均溫度與MNDVI相關(guān)性在空間上分異明顯，年平均氣溫對(duì)一定海拔以上的山地森林、草甸植被生長(zhǎng)活動(dòng)具有明顯促進(jìn)作用，而對(duì)低地平原區(qū)的荒漠植被、灌木半灌木和草原植被生長(zhǎng)活動(dòng)表現(xiàn)為抑制;北疆MNDVI與年平均氣溫負(fù)相關(guān)區(qū)域面積較大，達(dá)58.38%;除天山山地森林植被、阿爾泰山林區(qū)外，氣溫緩慢升高對(duì)北疆植被具有明顯促進(jìn)作用，其余較大面積則表現(xiàn)為抑制。

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Spatio-temporal Change in Precipitation and Surface Temperature and Their Relationships with NDVI of Different Ecological Function Zones in North Xinjiang

WANG Jiping1，GUO Zhongjun2，CHENG Fu3，ZHANG Qibin4，MA Huan4，YU Yilei5
(1.Research Center of Saline and Alkali Land of State Forestry Administration，CAF.，Beijing 100091，China;2.Institute of Forest Ecology，Xinjiang Forestry Academy，Urumqi 830000，China;3.Soil and Water Conservation Monitoring Center，Ministry of Water Resources，Beijing 100055，China;4.College of Forestry，Beijing Forestry University，Beijing 100083，China;5.Beijing Key Laboratory of Wetland Services and Restoration，Institute of Wetland Research，Chinese Academy of Forestry，100091 Beijing，China)

Precipitation and surface temperature are two most important climatic factors.They are also two main factors that affect the distribution and change of the vegetation.Based on the average annual precipitation，temperature，NDVI and snow depth data of many years，the changes in different climate factors and their correlation with NDVI were analyzed.The result shows that:most of the regions in north Xinjiang tend to be wetting，especially in the central area of the Junggar Basin，where the slope of the precipitation change is between 1.15 and 1.42;the annual average precipitation in the high altitude mountain area that only makes up 2%of the whole region decreases obviously，the sharpest decreasing slope of the precipitation change is－0.203;the overall temperature of north Xinjiang shows a warming trend，of which the slope of temperature increase shows a significantly gradient pattern from high mountains(2.04)to lowland(－0.044); NDVI is closely related to average annual rainfall and temperature variations.We should attach importance to strengthening the construction and management of vegetation on the scale of ecological function area.

time-series NDVI data，ecological function zone，spatio-temporal change，climatic factors，correlation analysis

S718.45

A

1002－6622(2017)01－0110－08

10．13466/j．cnki．lyzygl．2017．01．019

2016－12－09;

2017－01－13

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“重度鹽堿地資源化利用技術(shù)與模式”(2016YFC0501403);國家林業(yè)局局本級(jí)項(xiàng)目“環(huán)渤海地區(qū)鹽堿地資源可持續(xù)利用戰(zhàn)略研究”(1691400100099)

王計(jì)平(1978－)，男，山西保德人，助研，博士，主要研究植被恢復(fù)、景觀格局優(yōu)化與生態(tài)過程模擬。Email:wjp_gis@163.com

郭仲軍，男，副研究員，主要研究干旱區(qū)植被恢復(fù)、森林植物群落動(dòng)態(tài)與監(jiān)測(cè)。Email:gzj19641101@sina.com