王 茜， 陳 瑩， 阮璽睿， 李小冬， 王小利， 史健宗， 王志偉，，3*

(1. 貴州省草業(yè)研究所 貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 貴州 貴陽(yáng) 550006； 2. 青藏高原冰凍圈觀測(cè)研究站 冰凍圈科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所， 甘肅 蘭州730000； 3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049)

2013年發(fā)布的IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 第5次評(píng)估報(bào)告[1]指出，到2100年全球變暖將會(huì)是氣候變化的主要形式。而生態(tài)系統(tǒng)中不同植被類型的生長(zhǎng)變化又會(huì)對(duì)氣候變化產(chǎn)生顯著影響[2]。我國(guó)幅員遼闊，生態(tài)系統(tǒng)中的植被類型多種多樣，因此，探討其變化狀況對(duì)于研究氣候變化具有重要指示意義。然而，受自然和經(jīng)濟(jì)條件限制，在全國(guó)范圍內(nèi)通過(guò)常規(guī)觀測(cè)手段獲得所有植被的生態(tài)狀況卻很難實(shí)現(xiàn)。

隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，憑借其實(shí)時(shí)、連續(xù)、大范圍的獲取研究區(qū)信息的優(yōu)點(diǎn)，遙感數(shù)據(jù)已經(jīng)越來(lái)越多地被應(yīng)用于大范圍植被變化狀況研究。其中，NOAA AVHRR (The National Oceanic and Atmospheric Administration，Advanced Very High Resolution Radiometer) 數(shù)據(jù)集中的GIMMS NDVI (Global Inventory Modeling and Mapping Studies，Normalize Difference Vegetation Index) 資料，因其覆蓋時(shí)間范圍廣 (1981年7月到2012年12月)，在植被與氣候變化關(guān)系方面受到廣泛應(yīng)用[3-4]。

NDVI (歸一化植被指數(shù)) 是一種測(cè)量植被生態(tài)狀況的系數(shù)[5]，通過(guò)近紅外、紅外波段的差與和的比值得到。利用NDVI產(chǎn)品的研究，已取得了大量成果。例如，欒海軍[6]選用ETM (Enhanced Thematic Mapper Plus) + NDVI產(chǎn)品完成了空間尺度轉(zhuǎn)換；王龑[7]應(yīng)用HJ星的NDVI數(shù)據(jù)構(gòu)建了落葉闊葉林識(shí)別模型；于樹梅等[8]通過(guò)SPOT-VGT NDVI研究了羊卓雍錯(cuò)流域地表覆蓋變化。與此同時(shí)，眾多研究學(xué)者亦將NDVI與氣候因子進(jìn)行關(guān)聯(lián)研究：在東北地區(qū)，羅玲等[9]發(fā)現(xiàn)氣溫對(duì)植被生長(zhǎng)影響更明顯，而毛德華[10]在該區(qū)域的多年凍土區(qū)發(fā)現(xiàn)降水量是影響植被NDVI的主要因子，同時(shí)王宗明[11]也發(fā)現(xiàn)除生長(zhǎng)季時(shí)的降水量與植被NDVI的相關(guān)性大于氣溫與植被NDVI的相關(guān)性以外，其他季節(jié)以及全年的氣溫與植被NDVI的相關(guān)性均明顯高于降水與植被NDVI的相關(guān)性；在東部地區(qū)，崔林麗[12]發(fā)現(xiàn)草地NDVI與氣溫和降水變化的相關(guān)系數(shù)大于林地；在華北地區(qū)的錫林郭勒草原，辜智慧[13]發(fā)現(xiàn)草原植被的生長(zhǎng)對(duì)同期的降水反應(yīng)最為敏感，而非前期；而在西南的藏北草原上，趙玉萍[14]發(fā)現(xiàn)草地NDVI與氣候因子的相關(guān)性受植被類型、海拔、降水量等影響?？梢奛DVI在不同地區(qū)對(duì)不同氣候因子有著不同的響應(yīng)，然而針對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)，NDVI的時(shí)間及空間變化規(guī)律卻知之甚少。

因此，在前人研究的基礎(chǔ)上，本文利用1982-2012年GIMMS NDVI第三代產(chǎn)品提供的數(shù)據(jù)和全國(guó)756個(gè)氣象站點(diǎn)的6個(gè)氣候因子資料 (年降水量/mm、平均氣溫/°C、平均風(fēng)速/m·s-1、平均水汽壓/hPa、平均相對(duì)濕度/%和日照時(shí)數(shù)/h)，計(jì)算了全國(guó)NDVI逐半月和逐年平均分布狀況及從1982年到2012年31年空間NDVI平均分布狀況和NDVI的變化率，進(jìn)一步分析了逐年NDVI與逐年氣候因子之間的相關(guān)關(guān)系，同時(shí)在不同植被類型區(qū)域中亦分析了各自氣候因子在該植被類型植物生長(zhǎng)中的作用。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

GIMMS NDVI數(shù)據(jù)集資料來(lái)源于NOAA衛(wèi)星的AVHRR傳感器[15]，當(dāng)前NDVI產(chǎn)品已發(fā)展到第三代，可以從http://ecocast.arc.nasa.gov/data/pub/gimms/3g/網(wǎng)站獲取，通常簡(jiǎn)稱為AVHRR NDVI3g產(chǎn)品[16]。該產(chǎn)品于2014年發(fā)布，NDVI數(shù)據(jù)集序列從1981年7月開始，到2012年12月結(jié)束，每半月1景全年包括24景影像，采用最大合成法[17]，最小化氣溶膠和云的影響。

中國(guó)植被類型圖 (1: 1 000 000) 選用張新時(shí)院士主編的《中華人民共和國(guó)植被圖》[18]，其電子地圖格式文件由寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供，反映我國(guó)除裸地外的11個(gè)植被類型組，包括草叢、草甸、草原、高山植被、灌叢、荒漠、闊葉林、栽培植被、沼澤、針闊葉混交林和針葉林 (http://westdc.westgis.ac.cn/)。

氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)自中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng) (http://cdc.cma.gov.cn/home.do) 獲取，共包括756個(gè)氣象站從1982年到2012年的年降水量、平均氣溫、平均風(fēng)速、平均水汽壓、平均相對(duì)濕度和日照時(shí)數(shù)6個(gè)氣候因子的數(shù)據(jù)資料。

1.2 數(shù)據(jù)分析

GIMMS NDVI3g數(shù)據(jù)是VI3g格式的，其數(shù)據(jù)是翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的文本格式，并不適合常用地理信息系統(tǒng)軟件操作。因此，本研究使用地理校準(zhǔn)方法 (誤差控制在萬(wàn)分之一以內(nèi))，通過(guò)左上緯度 (90.0-1/24°)、左上經(jīng)度 (-180.0+1/24°)、右下緯度 (-90.0+1/24°)和右下經(jīng)度 (180.0-1/24°) 4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)將所有范圍為全球尺度的VI3g格式文件轉(zhuǎn)化成投影類型為WGS-84，分辨率為1/12°的TIF文件。新生成的TIF數(shù)據(jù)可以在常用地理信息系統(tǒng)軟件中進(jìn)行操作，同時(shí)該部分?jǐn)?shù)據(jù)共享于寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心。新生成的TIF數(shù)據(jù)中除NDVI的值之外，還包括FLAG VALUES數(shù)值。在使用NDVI前，首先分別計(jì)算NDVI和FLAG VALUES，計(jì)算方法如下：

FLAG VALUES=NDVI3g-floor(NDVI3g/10)*10+1

(1)

NDVI=floor (NDVI3g/10)/1000

(2)

式中，NDVI3g的值為新生成的TIF文件數(shù)值，floor () 表示向下取整函數(shù)。計(jì)算得到的FLAG VALUES取值范圍從1到7，具體含義如下所示：1～2代表該點(diǎn)像元值是優(yōu)良值，3～6代表該點(diǎn)像元值是插值后的數(shù)值，7代表缺失的值。在使用前要結(jié)合FLAG VALUES來(lái)選取適合的NDVI像元值。本文中的NDVI數(shù)據(jù)全部選取FLAG VALUES數(shù)值為1和2的像元值。

1.3 研究方法

首先，利用中國(guó)行政邊界從全球NDVI中切割出中國(guó)部分，NDVI數(shù)值的計(jì)算依據(jù)公式 (1) 得到，并結(jié)合公式 (2) 將FLAG VALUES大于2的影像像元值剔除。然后，統(tǒng)計(jì)分析全國(guó)NDVI時(shí)間和空間的變化特點(diǎn)。主要包括一年內(nèi)24個(gè)半月尺度和從1982年到2012年平均每年的變化狀況，以及31年來(lái)NDVI平均的空間分布狀況和空間NDVI變化率。其中，NDVI變化率在影像中每個(gè)像元尺度的計(jì)算公式如下所示：

式中，Slope表示NDVI的變化率，Akave代表k年NDVI的平均值。最后，在分析NDVI變化與氣候因子的關(guān)系時(shí)，先將NDVI產(chǎn)品采用最大合成法得到全國(guó)每年NDVI數(shù)據(jù)；然后在NDVI影像上以氣象站點(diǎn)位置為中心，選取周圍9個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的平均值 (24 km×24 km) 作為該氣象站點(diǎn)的NDVI值，計(jì)算全國(guó)范圍氣象站點(diǎn) (如圖1所示) NDVI與氣候因子的相關(guān)系數(shù)。

圖1 全國(guó)氣象站點(diǎn)分布圖Fig.1 The location of meteorological stations in China

2 結(jié)果與分析

2.1 NDVI時(shí)間變化特點(diǎn)

全國(guó)NDVI 31年逐月變化顯著，變化幅度在0.1841到0.4922之間。其中2月下半月是NDVI數(shù)值最小的時(shí)期，從4月上半月開始NDVI急速增長(zhǎng)，在8月上半月達(dá)到峰值，隨后開始急劇下降直到次年 (圖2A)。1982到2012年間NDVI的逐年變化如圖2B所示，31年NDVI的平均值為0.3147。將逐年NDVI與平均值進(jìn)行比較，呈現(xiàn)出不同程度或增或減的無(wú)規(guī)則變化趨勢(shì)，盡管如此，NDVI整體變化在31年間呈現(xiàn)每年0.0003的增長(zhǎng)率。由此可見，NDVI在年內(nèi)的變化趨勢(shì)符合植物生長(zhǎng)規(guī)律，即春季開始植物進(jìn)入生長(zhǎng)期，伴隨著NDVI急劇增加，并于夏季生長(zhǎng)旺盛期達(dá)到最大值，隨后因秋季進(jìn)入枯黃期而下降，到最終冬季休眠期達(dá)到穩(wěn)定最低值。然而，自1982年到2012年NDVI年際間變化規(guī)律呈現(xiàn)出緩慢增加的趨勢(shì)，說(shuō)明植被的生長(zhǎng)狀況在這31年間逐年得到改善。

圖2 全國(guó)植被31年逐月 (A) 及逐年 (B) 平均歸一化植被指數(shù) ( NDVI) 變化曲線Fig.2 Monthly (B) and yearly (A) mean normalized difference vegetation index(NDVI) variation curves during the past 31 years in China

2.2 NDVI空間變化特點(diǎn)

根據(jù)全國(guó)NDVI的變化率可知，31年來(lái)全國(guó)NDVI年變化率減少、不變和增加的區(qū)域分別占全國(guó)面積的35%，13%和52% (圖3A)。年變化率的具體范圍如下所示：小于-0.0020每年的區(qū)域?yàn)?%，在-0.0020～-0.0010每年之間的區(qū)域?yàn)?%，在-0.0010～-0.0001每年之間的區(qū)域?yàn)?0%，在-0.0001～0.0001每年之間的區(qū)域?yàn)?3% (此區(qū)域定義為是NDVI變化率不變的區(qū)域)，在0.0001～0.0010每年之間的區(qū)域?yàn)?3%，在0.0010～0.0020每年之間的區(qū)域?yàn)?4%，大于0.0020每年的區(qū)域?yàn)?% (圖3B)。其中安徽北部、河南東部、重慶北部和臺(tái)灣島的增長(zhǎng)率最明顯；東三省大部分地區(qū)，內(nèi)蒙古與黑龍江接壤的部分區(qū)域，上海市和浙江北部附近區(qū)域，四川與貴州接壤的部分區(qū)域以及澳門地區(qū)減少率最為顯著 (圖3B)。由此可見，NDVI的空間變化具有顯著的地域性?？傮w來(lái)說(shuō)，全國(guó)范圍內(nèi)東南部植被明顯優(yōu)于西北部，且31年間NDVI變幅因地域不同而存在明顯差異。

圖3 1982-2012年全國(guó)NDVI空間分布狀況：(A)平均值(B)年變化率Fig.3 The spatial distribution of NDVI: (A) Mean NDVI (B) NDVI slope from 1982 to 2012 in China

2.3 全國(guó)氣候因子時(shí)間變化特點(diǎn)

1982年到2012年，全國(guó)6種氣候因子 (年降水量/mm、平均氣溫/°C、平均風(fēng)速/m·s-1、平均水汽壓/hPa、平均相對(duì)濕度/%和日照時(shí)數(shù)/h) 的年變化狀況如圖4所示，6個(gè)氣候因子中，氣溫的增長(zhǎng)趨勢(shì)最顯著，每年有0.049°C的增長(zhǎng)率；平均水汽壓則以每年0.0089 hPa的速度緩慢增加；日照時(shí)數(shù)、年降水量、平均相對(duì)濕度和平均風(fēng)速則均呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)，其年降幅依次為2.317 h，0.0712 mm，0.1023%及0.0114 m·s-1。

圖4 1982-2012年全國(guó)氣候因子變化曲線Fig.4 Climatic factors variation curves in China from 1982 to 2012

2.4 全國(guó)不同植被類型NDVI對(duì)氣候因子的響應(yīng)

本研究選用雙變量相關(guān)和偏相關(guān)2種不同的方法對(duì)全國(guó)不同植被類型NDVI與6種氣候因子的相關(guān)性進(jìn)行了分析。結(jié)果如表1所示，針對(duì)草叢、草甸及草原而言，在2種不同的相關(guān)性分析結(jié)果中，均表現(xiàn)為植被NDVI與6種氣候因子具有極顯著相關(guān)關(guān)系 (P<0.01)。其中草叢NDVI與平均氣溫和平均相對(duì)濕度的相關(guān)性較高，且均呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，而與降水量和日照時(shí)數(shù)的相關(guān)性較低。草甸NDVI與降水量和平均相對(duì)濕度均有較高的正相關(guān)關(guān)系，而與平均氣溫具有較低的負(fù)相關(guān)關(guān)系。與草叢及草甸不同，草原NDVI與6個(gè)氣候因子的相關(guān)性因選用的分析方法不同而存在較大的差異：雙變量相關(guān)性分析結(jié)果顯示，草原NDVI與平均相對(duì)濕度 (r=0.508) 和降水量 (r=0.420) 相關(guān)性最高，且呈正相關(guān)關(guān)系；而偏相關(guān)分析結(jié)果顯示，草原NDVI與平均氣溫呈最高的負(fù)相關(guān)關(guān)系 (r=-0.408)。針對(duì)灌叢而言，除利用偏相關(guān)分析方法，灌叢NDVI與日照時(shí)數(shù)在P<0.05水平下顯著相關(guān)外，其余分析結(jié)果均表現(xiàn)為灌叢NDVI與各氣候因子具有極顯著相關(guān)關(guān)系 (P<0.01)。同時(shí)，2種相關(guān)性分析結(jié)果均顯示灌叢NDVI與降水量、平均氣溫、平均水汽壓及平均相對(duì)濕度具有較高的相關(guān)性，而與平均風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)的相關(guān)性較低。

與草原分析結(jié)果相似，荒漠和沼澤NDVI與6種氣候因子的相關(guān)性同樣因選用的分析方法不同而存在較大的差異。利用雙變量相關(guān)性分析結(jié)果顯示，荒漠NDVI與平均水汽壓具有最高的正相關(guān)關(guān)系 (r=0.620)，與日照時(shí)數(shù)具有最低的負(fù)相關(guān)關(guān)系 (r=-0.180)；而利用偏相關(guān)分析結(jié)果卻顯示，荒漠NDVI與平均相對(duì)濕度 (r=0.261) 和日照時(shí)數(shù) (r=-0.226) 分別具有最高的正、負(fù)相關(guān)關(guān)系，盡管如此，兩種分析結(jié)果均顯示荒漠NDVI與降水量無(wú)顯著相關(guān)性，表明在荒漠地區(qū)，植被生長(zhǎng)狀況不受降水量的影響。利用雙變量相關(guān)性分析結(jié)果顯示，沼澤NDVI與降水量具有最高的正相關(guān)關(guān)系 (r=0.778)，而在偏相關(guān)分析結(jié)果中，沼澤NDVI則與降水量無(wú)顯著相關(guān)性。盡管如此，2種分析結(jié)果中，沼澤NDVI分別與平均水汽壓及平均風(fēng)速均具有較高的正、負(fù)相關(guān)性，可見相對(duì)較高的平均水汽壓和低的風(fēng)速均有益于沼澤地植被生長(zhǎng)。

針對(duì)闊葉及針葉林而言，在兩種不同的相關(guān)性分析結(jié)果中，其NDVI與6種氣候因子的相關(guān)性表現(xiàn)出較為一致的變化趨勢(shì)。無(wú)論在闊葉或針葉林中，其NDVI與降水量、平均氣溫、平均水汽壓及平均相對(duì)濕度均具有較高的相關(guān)性，而與平均風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)的相關(guān)性較低或無(wú)相關(guān)關(guān)系，表明闊葉及針葉林中植被生長(zhǎng)狀況主要受水分和溫度的調(diào)節(jié)，而日照時(shí)數(shù)特別是平均風(fēng)速的變化對(duì)其無(wú)顯著影響作用。

利用雙變量及偏相關(guān)方法分析全國(guó)植被生長(zhǎng)狀況對(duì)氣候因子響應(yīng)的結(jié)果表明，在6種氣象因子中，平均氣溫和降水是影響植被生長(zhǎng)的主要正向調(diào)控因子，日照時(shí)數(shù)對(duì)植被生長(zhǎng)影響最小，但仍具有與顯著負(fù)相關(guān)系，平均風(fēng)速則是唯一與全國(guó)植被NDVI無(wú)顯著相關(guān)性的氣象因素 (表1)。

表1 1982-2012年全國(guó)不同植被類型NDVI與氣候因子的雙變量相關(guān)性和偏相關(guān)性Table 1 Bivariate and partial correlation between NDVI and climatic factors in China from 1982 to 2012

綜上所述，針對(duì)同一種植被類型，利用偏相關(guān)分析方法獲得的植被NDVI與6種氣候因子的相關(guān)系數(shù)始終低于雙變量相關(guān)分析下兩者的相關(guān)系數(shù)；針對(duì)不同的植被類型，兩種分析方法獲得的植被NDVI與6種氣候因子的相關(guān)性變化趨勢(shì)存在一定的差異；針對(duì)不同的植被類型，其NDVI與6種氣候因子的相關(guān)性程度不同，總體而言，在以上8種植被類型中，NDVI與降水量、平均氣溫、平均水汽壓及平均相對(duì)濕度大多都有正相關(guān)性，而與平均風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)多具有負(fù)相關(guān)性。

3 討論與結(jié)論

3.1 1981-2012年全國(guó)NDVI時(shí)空變化規(guī)律

本文根據(jù)1981年7月到2012年12月的GIMMS NDVI3g產(chǎn)品，以及全國(guó)的氣象站點(diǎn)氣候因子資料和全國(guó)植被類型圖，首先分析了全國(guó)NDVI的時(shí)空變化規(guī)律。首先，就時(shí)間范圍而言，從1982年到2012年期間，全國(guó)NDVI在每一年的2月下半月開始是數(shù)值最小的時(shí)期，從4月上半月開始急速增長(zhǎng)，在8月上半月達(dá)到最大，其變化曲線符合植物生長(zhǎng)規(guī)律；同時(shí)存在年際間0.0003的增長(zhǎng)率。其次，就空間范圍而言，從1982年到2012年期間，全國(guó)NDVI年變化率減少、不變和增加的區(qū)域分別占全國(guó)面積的35%，13%和52%。其中年變化率小于-0.0020每年的區(qū)域?yàn)?%，在-0.0020和-0.0010每年之間的區(qū)域?yàn)?%，在-0.0010到-0.0001每年之間的區(qū)域?yàn)?0%，在-0.0001到0.0001每年之間的區(qū)域?yàn)?3%，在0.0001到0.0010每年之間的區(qū)域?yàn)?3%，在0.0010到0.0020每年之間的區(qū)域?yàn)?4%，大于0.0020每年的區(qū)域?yàn)?%?？傮w來(lái)說(shuō)，全國(guó)范圍內(nèi)東南部植被明顯優(yōu)于西北部。眾所周知，我國(guó)東南地區(qū)氣候條件明顯優(yōu)于西北部，其年降水量及平均氣溫均顯著高于西北部，為植被的生長(zhǎng)發(fā)育提供了有利的基礎(chǔ)條件。與此同時(shí)，良好的植被生長(zhǎng)狀況又可反饋于環(huán)境，進(jìn)而改善環(huán)境，優(yōu)化環(huán)境，如豐富的植被蓋度可增加該地區(qū)的降水量，增加空氣濕度，降低風(fēng)速等[19]。

3.2 1981-2012年全國(guó)植被NDVI與氣候因子的關(guān)系

一般自然環(huán)境變化和人類活動(dòng)干擾是植被變化的主要因素，其中氣候變化更是植被變化的主要驅(qū)動(dòng)力[20]。本研究指出從1982年到2012年間，NDVI在全國(guó)637個(gè)氣象站位置上每年有0.0003的增長(zhǎng)率 (圖2B)。與此同時(shí)，6個(gè)氣候因子中，平均氣溫的增長(zhǎng)趨勢(shì)最顯著，每年有0.049℃的增長(zhǎng)率；平均水汽壓則以每年0.0089 hPa的速度輕度增加；日照時(shí)數(shù) (h)、年降水量 (mm)、平均相對(duì)濕度 (%) 和平均風(fēng)速 (m·s-1) 則均呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)，其年降幅依次為2.317 h，0.0712 mm，0.1023 %及0.0114 m·s-1(圖4)。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)全國(guó)植被NDVI與各氣候因子的相關(guān)性結(jié)果表明，其與年降水量、平均氣溫、平均水汽壓及平均相對(duì)濕度均呈現(xiàn)較高的正相關(guān)關(guān)系，在雙變量相關(guān)性分析結(jié)果中，其相關(guān)系數(shù)均高達(dá)近0.8，此外，全國(guó)植被NDVI與日照時(shí)數(shù)亦具有高達(dá)0.747的相關(guān)性，但兩者呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，卻與平均風(fēng)速無(wú)顯著相關(guān)性 (表1)。可見，從1982年到2012年，全國(guó)NDVI年際間0.0003的增長(zhǎng)率主要?dú)w功于氣溫和平均水汽壓的顯著提升。

3.3 1981-2012年全國(guó)不同植被類型NDVI對(duì)氣候因子的響應(yīng)

經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)地進(jìn)化過(guò)程，不同的地域環(huán)境形成不同的植被類型，而不同的植被類型對(duì)不同的氣候存在著不同的響應(yīng)。全國(guó)756個(gè)氣象站點(diǎn)中，有119個(gè)站點(diǎn)的NDVI小于0.1，中國(guó)植被圖將其定義為無(wú)植被區(qū)域，因此將這些站點(diǎn)作為非植被變化站點(diǎn)剔除，最終保留637個(gè)氣象站點(diǎn)用來(lái)分析不同植被類型NDVI與氣候因子的關(guān)系。各植被類型中氣象站的個(gè)數(shù)分別為：草叢29個(gè)、草甸50個(gè)、草原45個(gè)、高山植被0個(gè)、灌叢56個(gè)、荒漠12個(gè)、闊葉林30個(gè)、栽培植被348個(gè)、沼澤10個(gè)、針闊葉混交林1個(gè)和針葉林56個(gè)。其中，由于高山植被和針闊葉混交林的氣象站個(gè)數(shù)偏低，不具備統(tǒng)計(jì)意義，同時(shí)栽培植被因人為干擾較大，在此不討論該3種植被類型NDVI與氣候因子的關(guān)系。

本研究同時(shí)選用雙變量相關(guān)與偏相關(guān)2種方法對(duì)比分析了8種植被類型NDVI與氣候因子的相關(guān)性。雙變量相關(guān)又稱簡(jiǎn)單相關(guān)，它是指不考慮并忽略其他因素干擾，僅單純地反映兩個(gè)變量間的相關(guān)情況；而偏相關(guān)又稱純相關(guān)，它是考慮并消除其他變量的影響后反映2個(gè)變量間的相關(guān)情況。本研究結(jié)果首先發(fā)現(xiàn)針對(duì)同一種植被類型，利用偏相關(guān)分析方法獲得的植被NDVI與6種氣候因子的相關(guān)系數(shù)大多低于雙變量相關(guān)分析下兩者的相關(guān)系數(shù) (表1)。如：依次對(duì)比草叢NDVI與降水量、平均氣溫、平均風(fēng)速、平均水汽壓及平均相對(duì)濕度的相關(guān)系數(shù)，雙變量相關(guān)系數(shù)均高于括號(hào)內(nèi)偏相關(guān)系數(shù)0.368 (0.118)，0.644 (0.475)，0.404 (0.318)，0.634(0.381) 和0.615 (0.555)。由此可見，無(wú)論何種植被類型，其最終呈現(xiàn)的生長(zhǎng)狀況并非由單一的氣象因子決定，與之相反，是受多種氣象因子互作而產(chǎn)生。

盡管如此，針對(duì)不同的植被類型，其NDVI對(duì)不同的氣象因子具有不同程度的響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，就草叢而言，雙變量相關(guān)分析結(jié)果顯示，其NDVI與不同氣候因子的相關(guān)性表現(xiàn)出平均氣溫 > 平均水汽壓 > 平均相對(duì)濕度 > 平均風(fēng)速 > 降水量 > 日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)；偏相關(guān)分析結(jié)果則顯示，平均相對(duì)濕度 > 平均氣溫 > 平均水汽壓 > 平均風(fēng)速 > 日照時(shí)數(shù) > 降水量 (表1)?？梢姡P(guān)于草叢NDVI與不同氣候因子的相關(guān)程度，經(jīng)2種不同的相關(guān)性分析方法，獲得相似的結(jié)果，溫度和濕度對(duì)草叢植被生長(zhǎng)影響較大，而降水量的影響則相對(duì)較小。在全國(guó)植被類型分類圖中，草叢主要分布在我國(guó)南方地區(qū)，該地區(qū)常年處于暖濕氣候，降雨量充沛，因此，濕熱條件成為決定草叢植被生長(zhǎng)的主要?dú)夂蛞蜃?，而降水量則對(duì)其影響相對(duì)減弱。與草叢相似，草甸NDVI與氣候因子的相關(guān)程度，在2種不同的相關(guān)性分析結(jié)果中亦表現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì)。但與草叢不同，影響草甸NDVI的主要?dú)庀笠蜃邮墙邓亢推骄鄬?duì)濕度，與平均氣溫的相關(guān)性則最小。我國(guó)草甸地區(qū)主要分布在西部，相對(duì)我國(guó)南方，西部地區(qū)降水量顯著下降。而草甸通常生長(zhǎng)發(fā)育在中等濕度的條件下，對(duì)氣溫的要求相對(duì)不高，因此降水量和平均濕度成為影響草甸NDVI的主要?dú)庀笠蛩?。與草叢和草甸不同，草原NDVI與氣候因子的相關(guān)性因選用的分析方法不同而存在明顯的差異。雙變量相關(guān)分析結(jié)果顯示，草原NDVI與不同氣候因子的相關(guān)性表現(xiàn)出平均相對(duì)濕度 > 降水量 > 日照時(shí)數(shù) > 平均氣溫 > 平均風(fēng)速 > 平均水汽壓的變化趨勢(shì)；而偏相關(guān)分析結(jié)果則顯示，平均氣溫 > 平均水汽壓 > 平均風(fēng)速 > 降水量 > 平均相對(duì)濕度 >日照時(shí)數(shù) (表1)。與草叢和草甸生態(tài)系統(tǒng)相比，草原生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱，因此自我調(diào)節(jié)能力較差，易受外界因素干擾， 導(dǎo)致多種氣候因子的互作效應(yīng)顯著高于單個(gè)氣候因子對(duì)植被生長(zhǎng)的影響?；诖耍私獯祟愔脖籒DVI與氣候因子的相關(guān)性應(yīng)優(yōu)先選擇偏相關(guān)分析方法。本研究結(jié)果表明，草原NDVI與平均氣溫具有最高的正相關(guān)關(guān)系，而與平均相對(duì)濕度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。草原是溫帶半干旱、半濕潤(rùn)氣候下，由旱生或半旱生多年生草本植物組成的植被類型，在我國(guó)多分布于西北地區(qū)，因此，在一定范圍內(nèi)，氣溫升高，平均相對(duì)濕度降低能顯著促進(jìn)草原地區(qū)植被的生長(zhǎng)。

灌叢生境較為良好，其株系多以較草類高的灌木為主，且根系較草類粗壯發(fā)達(dá)，保水固沙能力較強(qiáng)。因此本研究中，在不同相關(guān)性分析方法下，灌叢NDVI與氣溫、降水量和平均相對(duì)濕度均具有較高的正相關(guān)關(guān)系，而與平均風(fēng)速的相關(guān)性較低 (表1)。與此不同，荒漠和沼澤均屬于極端生境，因此，NDVI與氣候因子的偏相關(guān)性分析結(jié)果均與雙變量相關(guān)性分析結(jié)果存在極大的差異?？紤]到多變量互作對(duì)脆弱生態(tài)系統(tǒng)的強(qiáng)烈作用，我們以偏相關(guān)分析結(jié)果為主，分別探討荒漠和沼澤NDVI對(duì)氣候因子的響應(yīng)。針對(duì)荒漠而言，由于該地區(qū)常年嚴(yán)重缺乏降雨，因此本研究中，荒漠NDVI與降水量無(wú)顯著相關(guān)性 (表1)。然而植被生長(zhǎng)發(fā)育離不開良好的水熱條件，致使平均相對(duì)濕度和平均氣溫成為決定荒漠NDVI的主要正相關(guān)因子 (表1)。除此之外，由于受降雨量嚴(yán)重制約，要保證較高的平均相對(duì)濕度，最有效的途徑就是減少有限水分的蒸發(fā)，因此，縮短日照時(shí)數(shù)直接上升為繼增加平均相對(duì)濕度之后，提高荒漠NDVI的重要?dú)庀笠蛩?。與荒漠不同，沼澤地區(qū)水分充沛，導(dǎo)致沼澤NDVI與降水量無(wú)顯著相關(guān)性，卻與平均水汽壓呈現(xiàn)主要正相關(guān)關(guān)系 (表1)。水汽壓的大小與蒸發(fā)的快慢有密切關(guān)系。沼澤地區(qū)水汽壓的增加，可促進(jìn)蒸騰作用，從而避免沼澤地植物體內(nèi)水分過(guò)量聚集引發(fā)根系缺氧。同時(shí)沼澤地多為陰濕地，降低氣溫能顯著促進(jìn)植被的生長(zhǎng)，正如本研究結(jié)果顯示，氣溫是沼澤NDVI的主要負(fù)調(diào)控因子 (表1)。闊葉和針葉林由于擁有豐富的植被蓋度，而具有良好的生態(tài)環(huán)境。因此本研究結(jié)果中，通過(guò)兩種不同相關(guān)性分析方法獲得了相似的NDVI對(duì)氣候因子的響應(yīng)程度。無(wú)論是闊葉林NDVI，還是針葉林NDVI，均與降水量、平均氣溫和平均相對(duì)濕度有較高的正相關(guān)關(guān)系 (表1)。同時(shí)，由于該植被類型均為高大的木本植物，故而平均風(fēng)速對(duì)植被生長(zhǎng)無(wú)顯著影響作用。

本研究從時(shí)間及空間角度分析了全國(guó)NDVI近從1982年到2012年的變化，及其對(duì)各類氣候因子的響應(yīng)，特別分析了不同植被類型NDVI與多種氣候因子的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)各類植被生長(zhǎng)狀況是多種氣候因子共同作用的結(jié)果；不同植被類型NDVI與年降水量、平均氣溫、平均水汽壓及平均相對(duì)濕度多具有正相關(guān)性，而與平均風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)多具有負(fù)相關(guān)性，但針對(duì)不同植被類型，其NDVI與不同氣候因子的相關(guān)程度存在一定的差異；其中，對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)較為良好的植被類型區(qū)，NDVI與氣候因子相關(guān)性的變化趨勢(shì)受外界因素干擾較小，反之，生態(tài)系統(tǒng)脆弱的植被類型區(qū)，NDVI 與氣候因子相關(guān)性受外界因素?cái)_動(dòng)較大。該結(jié)果初步為NDVI變化的自然及人為驅(qū)動(dòng)原因和選擇分析方法提供了理論依據(jù)。