何云玲, 熊巧利, 余嵐, 屈新星, 閆文波

基于NDVI云南地區(qū)植被生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的適應性分析

何云玲*, 熊巧利, 余嵐, 屈新星, 閆文波

云南大學資源環(huán)境與地球科學學院, 昆明 650091

基于遙感影像數(shù)據(jù)資料和ArcGIS, 利用2000—2016年云南地區(qū)植被生態(tài)系統(tǒng)NDVI與氣溫及降水之間的響應關(guān)系, 分析不同區(qū)域氣候變化類型對當?shù)刂脖簧鷳B(tài)系統(tǒng)長勢的潛在影響, 進行氣候變化背景下植被生態(tài)系統(tǒng)的適應性分析。結(jié)果表明: 研究區(qū)2000—2016年NDVI整體呈現(xiàn)不同程度的增加趨勢, 植被覆蓋度顯著增加的區(qū)域主要分布在滇東北和東部的部分地區(qū), 植被覆蓋度減小的區(qū)域主要集中在中部城市密集地區(qū)和滇西北。NDVI和氣溫整體上呈正相關(guān)關(guān)系, 尤其以東北和東部地區(qū)較為明顯, 負相關(guān)的區(qū)域主要分布于滇西北高海拔地區(qū); NDVI和降水的相關(guān)性小于氣溫?；贜DVI的植被生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為適應和中度適應當?shù)貧夂蜃兓愋偷膮^(qū)域占研究區(qū)總面積89.16%, 主要分布于南部、東北部和東部地區(qū); 表現(xiàn)為不適應當?shù)貧夂蜃兓愋偷膮^(qū)域主要分布于中部城市密集地區(qū)、滇西北部分地區(qū)。森林生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為適應和中度適應當?shù)貧夂蜃兓愋偷膮^(qū)域占研究區(qū)總面積的79.29%, 主要分布于東部、東北部和南部部分區(qū)域, 不適應當?shù)貧夂蜃兓膮^(qū)域主要分布在滇西北和中部零星地區(qū)。

氣候變化; NDVI; 植被覆蓋度; 適應性; 云南地區(qū)

0 前言

近百年來全球氣候正經(jīng)歷一次以變暖為主要特征的顯著變化, 正在直接或間接地對自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響[1]; 揭示生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應及其適應能力已成為全球變化研究的一個重要領(lǐng)域[2–3]。植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分, 植被在長期的自然選擇和適應過程中不斷與環(huán)境相互協(xié)調(diào), 形成了一系列應對自然條件的適應機制[4]; 也是生態(tài)系統(tǒng)對外界干擾的敏感區(qū)與脆弱區(qū)[5]。因此, 植被對氣候變化的適應性分析和評估是區(qū)域應對氣候變化的關(guān)鍵和基礎(chǔ), 可為生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)[6]。

植被的氣候變化適應性是指植被生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或功能對預計或?qū)嶋H氣候變化的可能調(diào)節(jié)程度[7–8]。隨著人類活動對自然生態(tài)系統(tǒng)的影響越來越顯著, 氣候變化對自然生態(tài)系統(tǒng)的影響也越難從中分離; 因此, 基于潛在植被分析自然生態(tài)系統(tǒng)在氣候變化下的響應, 已經(jīng)成為很多學者的共識; 潛在植被是在當前氣候背景及無人類干擾情況下, 立地植被所能發(fā)育演替形成的最穩(wěn)定、最成熟的頂極植被類型, 可反映特定氣候條件下植被發(fā)展的總體趨勢[9]。其中, 歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)具有時間和空間上的連續(xù)性, 在較大尺度的植被動態(tài)監(jiān)測和生態(tài)環(huán)境研究中, 是表征植被變化的有效參數(shù), 它包含植被覆蓋信息, 是植物生長狀態(tài)及植被空間分布密度的最佳指示因子[10],在沒有大的人為干擾和自然災害的情況下, 能較好地代表一個區(qū)域隨溫度、水分變化的植被生長發(fā)育狀況[11]。受到氣候變化的影響, 以NDVI表征的植被覆蓋狀況已呈現(xiàn)了區(qū)域差異的變化[12], 在這種情況下, 預測我國不同地區(qū)陸地植被的變化趨勢, 對更好地適應和應對氣候變化尤為重要。近年來, 國內(nèi)外學者基于NDVI在不同國家和地區(qū)對植被覆蓋的時空變化特征做了大量研究, 在區(qū)域尺度上詳細分析了植被變化對氣候、地形以及人類活動等因子的響應[13–14]。但是, 目前關(guān)于適應性的研究在本質(zhì)上大多屬于氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)的影響研究范疇[15–16], 方法也未統(tǒng)一, 并將適應性作為脆弱性的一個組成方面[17–19]; 主要集中在植物個體尺度的適應策略上[20], 并且大多針對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)[21]。對較大的空間尺度以及較長的時間尺度上植被生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的適應機制還缺乏了解, 氣候變化背景下不同時空尺度的生態(tài)系統(tǒng)適應性研究仍需更多系統(tǒng)的研究案例支持。

云南高原地區(qū)是中國氣候變化的敏感地帶, 研究發(fā)現(xiàn), 20世紀80年代以來, 云南地區(qū)氣候變化趨勢明顯[22]。相關(guān)研究也表明未來氣候情景下中國自然生態(tài)系統(tǒng)整體表現(xiàn)為適應性減弱, 其中高原區(qū)域為表現(xiàn)最為突出的地區(qū)之一[23]。目前針對云南地區(qū)NDVI基礎(chǔ)上的植被覆蓋研究大多是針對局部地區(qū)與氣候因子的影響研究[24]; 本文定位于全球氣候變化下植被生態(tài)系統(tǒng)的適應性這一熱點問題, 進一步基于云南地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)NDVI與氣溫及降水之間的響應關(guān)系, 分析不同區(qū)域氣候變化類型對當?shù)刂脖婚L勢的可能影響, 進行氣候變化背景下植被的適應性分析, 以期為不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)適應氣候變化的差異化管理策略的制定和植被恢復提供科學依據(jù)和參考。

1 研究區(qū)域概況

云南地處中國西南邊陲, 位于東經(jīng)97°31′至106°11′, 北緯21°8′至29°15′之間, 總面積39.41萬km2; 北回歸線橫貫南部, 屬山地高原地形, 94%的面積是山地; 地形復雜, 地勢呈現(xiàn)西北高、東南低, 自北向南呈階梯狀逐級下降; 氣候?qū)儆趤啛釒Ц咴撅L型, 具有從寒帶、溫帶到熱帶的不同氣候類型, 年溫差小, 最熱(七月)月均溫在19 °C—22 °C之間, 最冷(一月)月均溫在6 °C—8 °C以上; 但是日溫差大、干濕季節(jié)分明, 濕季(雨季)為5—10月, 集中了85%的降雨量。植被類型豐富多樣, 主要以亞熱帶常綠闊葉林為主。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

遙感數(shù)據(jù)采用2000年1月至2016年12月Terra-MODIS13Ql 16d合成的產(chǎn)品數(shù)據(jù), 空間分辨率為250 m, 數(shù)據(jù)來源于美國國家航空航天局(http:// la-dsweb.nascom.nasa.gov/)。數(shù)字高程數(shù)據(jù)(DEM)分辨率為30 m, 數(shù)據(jù)來源于美國國防部國家測繪局(http:// www.cgiar-csi.org)。使用ENVI軟件將下載的數(shù)據(jù)批處理進行格式和投影轉(zhuǎn)換, 同時完成圖像的拼接和裁切。

氣象數(shù)據(jù)為2000—2016年云南省126個氣象站點的氣溫和降水數(shù)據(jù)(圖1), 數(shù)據(jù)來源于國家氣象信息中心, 包括國家基本站、基準站和一般氣候站逐月氣溫和降水資料。利用ArcGIS軟件對研究區(qū)氣象站點的數(shù)據(jù)分別進行Kriging插值。

森林植被分布數(shù)據(jù)來自于云南省植被現(xiàn)狀調(diào)查[25], 包括了半濕潤常綠闊葉林, 干熱河谷硬葉常綠闊葉林, 寒溫性山地硬葉常綠闊葉林, 寒溫性針葉林, 季風常綠闊葉林, 落葉闊葉林, 暖熱性針葉林, 暖溫性針葉林, 熱帶雨林及季雨林, 人工林, 山地濕性常綠闊葉林, 溫涼性針葉林, 竹林。

2.2 研究方法

2.2.1 氣候變化趨勢系數(shù)

氣候趨勢系數(shù)可用來表示氣象要素變化的定量程度, 它定義為年的要素序列與自然數(shù)列1, 2, …,的相關(guān)系數(shù):

圖l 研究區(qū)概況及氣象站點位置

Figure 1 The general situation and meteorological stations of study area

2.2.2 NDVI 變化趨勢分析

采用最大值合成法將各旬NDVI數(shù)據(jù)合成為月數(shù)據(jù), 并對12個月NDVI數(shù)據(jù)求平均值得到年NDVI值。采用一元線性回歸方法分析每個柵格的變化趨勢, slope是像元NDVI回歸方程的斜率, 若slope＞0, 表示隨時間變化植被指數(shù)是增加的趨勢, 并且數(shù)值越大植被覆蓋度增加越明顯; 反之, 若 slope＜0則代表植被指數(shù)呈現(xiàn)下降的趨勢。

式中為年序號, NDVIi為第年NDVI值。

2.2.3 NDVI與氣溫和降水的相關(guān)分析

逐像元計算NDVI值與標準化的年均溫、年降水數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù), 計算公式為:

式中表示氣候因子第年的某個柵格數(shù)值,`代表氣候因子多年均值,x表示在第年NDVI的某個柵格數(shù)值,表示NDVI多年平均值。本研究中的相關(guān)分析與線性擬合分析分別借助SPSS軟件和Origin軟件完成。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 氣候因子變化趨勢

圖2為2000—2016年云南地區(qū)年均氣溫和年降水變化的趨勢系數(shù), 采用Mann—Kendall非參數(shù)檢驗進行變化趨勢的顯著性檢驗?？梢钥闯? 研究區(qū)大部分地區(qū)的年均氣溫都有不同程度的上升, 超過80%的站點變化趨勢達到顯著性檢驗(<0.01), 增暖顯著的地區(qū)位于滇南西雙版納和滇西北高海拔地區(qū), 最大趨勢系數(shù)達到0.8; 北部金沙江沿岸的干熱河谷地區(qū)年均氣溫卻存在下降趨勢, 其中元謀縣的年均氣溫下降趨勢最明顯, 趨勢系數(shù)為-0.4。研究區(qū)年降水量變化在不同區(qū)域差異較大, 滇西地區(qū)年降水量有下降趨勢, 趨勢系數(shù)-0.5以上; 滇東北和東部地區(qū)降水量呈現(xiàn)增加趨勢, 最大趨勢系數(shù)達到0.3左右; 降水量變化趨勢僅有30%的站點達到了顯著性檢驗(<0.01)。

3.2 NDVI變化趨勢

圖3為云南地區(qū)NDVI從2000—2016年的變化趨勢, 可以看出大部分區(qū)域NDVI變化斜率主要在0—0.1之間; NDVI整體呈現(xiàn)不同程度的增加趨勢, 呈增加趨勢的區(qū)域占研究區(qū)總面積的79.80%。植被覆蓋顯著增加(<0.05)的地區(qū)主要分布在云南的東北部和東部、南部的部分地區(qū); 植被覆蓋減小的區(qū)域主要集中在中部的昆明、曲靖、玉溪、大理等城市, 城市的建設(shè)用地侵占了耕地、林地資源, 導致植被覆蓋度嚴重降低; 滇西北高海拔地區(qū)植被覆蓋也呈現(xiàn)不同程度的減少趨勢。本研究將NDVI變化斜率小于零的區(qū)域定義為植被退化區(qū), 2000—2016年云南地區(qū)植被退化面積僅占研究區(qū)總面積的13.17%。

再從圖4云南地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)NDVI從2000—2016年的變化趨勢可以看出, NDVI變化斜率在0—0.1之間的像元占總面積的90.23%, 主要以增加趨勢為主; 結(jié)合不同森林植被分布類型, 只有寒溫性和溫涼性森林植被類型NDVI變化斜率呈現(xiàn)下降趨勢, 年NDVI值增加趨勢的變化基本按常綠闊葉林＞落葉闊葉林＞針葉林＞人工林的順序減小。

3.3 NDVI與氣溫和降水的相關(guān)

圖5為云南地區(qū)NDVI與氣溫和降水的相關(guān)關(guān)系圖, 其中NDVI和氣溫之間在研究區(qū)呈現(xiàn)正相關(guān)、負相關(guān)的區(qū)域面積分別為83.20%和13.20%, 其余為不相關(guān); 其中62.42%的區(qū)域相關(guān)性達到顯著性(<0.05)檢驗。大部分區(qū)域年均氣溫升髙對生態(tài)系統(tǒng)植被生長有利, 尤其以滇東北和東部區(qū)域較為明顯;滇西北高海拔地區(qū)年均氣溫升髙對植被NDVI生長不利。另外, NDVI與降水量之間呈現(xiàn)正相關(guān)、負相關(guān)的區(qū)域面積分別為49.75%和48.75%, 其余為不相關(guān); 其中僅有18.76%的地區(qū)相關(guān)性達到顯著性(<0.05)檢驗。年降水量增多對生態(tài)系統(tǒng)植被生長有利的區(qū)域多集中在云南中部、滇東北; 年降水量增多對植被生長不利的地區(qū)主要分布于滇南、滇西, 尤其是滇西北部分地區(qū)。

圖2 云南地區(qū)2000—2016年氣候變化趨勢系數(shù)

Figure 2 Spatial patterns of trend coefficients of temperature and precipitation in Yunnan

圖3 云南地區(qū)2000—2016年NDVI變化斜率圖

Figure 3 Variation trend of annual NDVI in Yunnan from 2000 to 2016

圖4 云南地區(qū)2000—2016年森林植被NDVI變化斜率圖

Figure 4 NDVI variation trend of forest vegetation in Yunnan from 2000 to 2016

圖5 云南地區(qū)NDVI與氣溫和降水變化的相關(guān)

Figure 5 Correlation relationship of temperature, precipitation with NDVI in Yunnnan from 2000 to 2016

圖6為云南地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)NDVI與氣溫和降水的相關(guān)關(guān)系圖, 其中森林生態(tài)系統(tǒng)NDVI和氣溫之間呈現(xiàn)正相關(guān)、負相關(guān)的區(qū)域面積分別為53.51%和20.70%, 與氣溫的空間相關(guān)性大多達到了<0.05的顯著性檢驗; 大部分區(qū)域年均氣溫升髙對森林生態(tài)系統(tǒng)生長有利; 而年均氣溫升髙對森林植被生長不利的地區(qū)主要分布于滇西北高海拔地區(qū)。另外, 森林生態(tài)系統(tǒng)NDVI與降水量之間呈現(xiàn)正相關(guān)、負相關(guān)的區(qū)域面積分別為42.30%和27.79%, 但未達到<0.05的顯著性檢驗; 年降水量增多對森林生態(tài)系統(tǒng)生長有利的區(qū)域主要分布于中部和南部的部分地區(qū); 年降水量增多對森林生態(tài)系統(tǒng)生長不利的地區(qū)分布于滇南、滇東文山地區(qū)、滇西北部分區(qū)域。

3.4 基于NDVI的植被生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的適應性

首先, 氣候變化分區(qū)參考史培軍等利用氣溫和降水量的變化趨勢值、波動特征值, 結(jié)合地形特點完成的氣候變化區(qū)劃數(shù)據(jù)[26], 結(jié)合云南地區(qū)的氣候變化數(shù)據(jù)(圖2), 驗證結(jié)果顯示云南地區(qū)共存在以下三種氣候變化分區(qū): (1)大部分地區(qū)包括西北—中部—南部暖干趨勢帶, 占總面積的86.2%; (2)滇東北地區(qū)、滇東部分地區(qū)屬于暖濕趨勢帶, 占總面積的12.5%; (3)西部德宏地區(qū)、南部少部分屬于冷干趨勢帶, 占總面積的1.3%。

其次, 采用遙感數(shù)據(jù)提取感興趣區(qū)域(ROI )方法, 對植被生態(tài)系統(tǒng)NDVI與氣候因子響應的顯著區(qū)域進行提取, 對植被長勢驅(qū)動類型進行區(qū)域劃分, 可以得到以下4種類型: (1)若某區(qū)域植被NDVI與氣溫變化呈正相關(guān)、與降水變化呈負相關(guān), 為氣候暖干化驅(qū)動型區(qū); (2)若某區(qū)域植被NDVI與氣溫、降水變化同呈正相關(guān), 為氣候暖濕化驅(qū)動型區(qū); (3)若某區(qū)域植被NDVI與氣溫、降水變化同呈負相關(guān), 為氣候冷干化驅(qū)動型區(qū); (4)若某區(qū)域植被NDVI與氣溫呈負相關(guān)、與降水變化呈正相關(guān), 為氣候冷濕化驅(qū)動型區(qū)。

最后, 將氣候變化分區(qū)數(shù)據(jù)與植被長勢驅(qū)動區(qū)域劃分數(shù)據(jù)進行GIS空間疊加, 提取以下3種NDVI變化明顯的區(qū)域: (1)植被潛在分布適應氣候變化的區(qū)域: 即氣候分區(qū)類型和植被長勢驅(qū)動類型變化完全一致的區(qū)域, 氣候因子變化趨勢對植被生長有利, 植被覆蓋將上升的區(qū)域。(2)植被潛在分布中度適應氣候變化的區(qū)域: 即氣候分區(qū)類型和植被長勢驅(qū)動類型變化基本一致的區(qū)域, 氣候(氣溫和降水)其中一個因子變化趨勢對植被生長有利, 植被覆蓋可能上升的區(qū)域。(3)植被潛在分布不適應氣候變化的區(qū)域: 即氣候分區(qū)類型和植被長勢驅(qū)動類型變化完全不一致的區(qū)域, 氣候因子變化對植被生長不利, 植被覆蓋下降的區(qū)域?？臻g分析結(jié)果如圖7所示。

總體來說, 云南地區(qū)植被生態(tài)系統(tǒng)NDVI表現(xiàn)為適應當?shù)貧夂蜃兓愋偷膮^(qū)域面積占研究區(qū)總面積的46.76%, 主要分布于南部和滇東北地區(qū); 中度適應當?shù)貧夂蜃兓愋偷膮^(qū)域面積占總面積的42.40%, 主要分布于東部地區(qū); 不適應當?shù)貧夂蜃兓愋偷膮^(qū)域相對所占面積較小, 為10.84%, 主要分布于中部大理、昆明、玉溪等城市, 以及滇西北部分地區(qū)。從森林生態(tài)系統(tǒng)來看, 表現(xiàn)為適應和中度適應當?shù)貧夂蜃兓愋偷膮^(qū)域面積占研究區(qū)總面積的79.29%, 主要分布于東部、東北部和南部部分區(qū)域, 而不適應區(qū)域氣候變化類型的區(qū)域主要分布在滇西北地區(qū)和中部零星地區(qū)。

4 結(jié)論與討論

4.1 討論

植被生態(tài)學觀點認為氣候是控制植被類型地理分布最重要的因子, 主要的植被類型表現(xiàn)著植物界對于主要氣候類型的適應[27]?？紤]到森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地上生物總量最高的生態(tài)系統(tǒng), 對陸地生態(tài)環(huán)境有決定性的影響, 所以本文從研究區(qū)植被總體狀況以及森林生態(tài)系統(tǒng)二方面研究氣候變化背景下的適應性。云南地區(qū)地勢地貌復雜, 水熱條件差異大,各自形成局地環(huán)流, 氣候條件多變, 變化復雜而不穩(wěn)定, 植被生態(tài)系統(tǒng)的適應性空間差異較大。一般來說, 生態(tài)系統(tǒng)自恢復能力較強, 環(huán)境穩(wěn)定性好的地區(qū), 面對氣候變化, 生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)出的適應性就較大。南部邊緣低海拔地區(qū)和西部低山與沖積型寬谷盆地交錯相間分布的地區(qū)熱量、水分資源較好, 對氣候變化的適應性明顯大于其他地區(qū), 即受到氣候變化的影響, 生態(tài)系統(tǒng)的波動相對較小或調(diào)整適應能力較強。而北部高山地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的適應性較小, 在這些地區(qū), 地理環(huán)境獨特, 資源富集、生態(tài)脆弱, 一方面對氣候變化敏感, 再加之人類不合理的資源開發(fā)利用極易產(chǎn)生生態(tài)環(huán)境的退化, 導致滑坡、崩塌、泥石流、水土流失等生態(tài)環(huán)境問題的出現(xiàn)。因此, 面對諸如滇西北擁有豐富生物資源, 卻又是貧困地區(qū)的狀況, 對這些區(qū)域的資源開發(fā)應當慎重, 堅持開發(fā)前的生態(tài)環(huán)境評價和做好保護規(guī)劃。

圖6 云南地區(qū)森林植被NDVI與氣溫和降水變化的相關(guān)

Figure 6 Correlation relationship of temperature, precipitation with NDVI of forest vegetation in Yunnan from 2000 to 2016

圖7 基于NDVI的云南地區(qū)和森林生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的適應性分區(qū)

Figure 7 Adaptation of NDVI to climate change in Yunnan

總的來說, 由于對適應性的定義在不同學科和不同領(lǐng)域存在很大差異, 縱觀目前國內(nèi)外對于適應性的研究主要依據(jù)一定的因果關(guān)系和決定性因素進行測度, 通過一些指標、分值、分級過程, 評估一個國家、一個區(qū)域、一個社區(qū)的相對適應能力, 將每一系統(tǒng)的適應能力要素進行累積加總, 形成系統(tǒng)的總體評價分值[28–29], 而對于自然植被生態(tài)系統(tǒng)的氣候變化適應性研究則相對比較零散, 且以生態(tài)系統(tǒng)的氣候變化脆弱性為主[30], 研究的不確定性還較高, 這方面的研究還缺乏更為客觀的基礎(chǔ), 需要形成統(tǒng)一的評價指標標準及體系[31]。2015年周廣勝等提出的陸地生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的適應性評價方法從陸地生態(tài)系統(tǒng)功能單元出發(fā), 基于反映氣候資源與植物生理生態(tài)機制、氣候資源保證率與最大熵原理建立的, 可以反映自適應性的程度和拓展適應能力[27], 為科學評估生態(tài)系統(tǒng)的氣候適應性提供了科學方法。但是對于氣候變化適應性的定量評估, 所遇到的困難除了來自氣候變化的不確定性外, 還需要進一步考慮基礎(chǔ)資料的大量收集和全面共享[32]。

以往研究大多從物候?qū)W或氣象學的角度展開, 本文從地理學分區(qū)的角度, 結(jié)合研究區(qū)當?shù)氐臍夂蜃兓謪^(qū), 完成氣候變化背景下的陸地植被覆蓋適應性分析雖然僅是粗略的研究, 僅是基于氣候變化類型與植被長勢的潛在影響出發(fā), 并未對復雜的混合情況進行深人探討, 如植被氣候暖干化驅(qū)動區(qū)域疊加氣候暖濕趨勢帶, 或陸地植被暖濕化驅(qū)動區(qū)域疊加氣候暖干趨勢帶等, 以及對植被覆蓋變化不顯著區(qū)域, 需進一步詳細分析。

4.2 結(jié)論

基于遙感影像數(shù)據(jù)和ArcGIS, 利用2000—2016年云南地區(qū)植被生態(tài)系統(tǒng)NDVI與氣溫及降水之間的響應關(guān)系, 分析不同區(qū)域氣候變化類型對當?shù)刂脖簧鷳B(tài)系統(tǒng)長勢的潛在影響, 進行氣候變化背景下植被生態(tài)系統(tǒng)的適應性分析, 得到以下結(jié)論:

(1)研究區(qū)年均氣溫在滇南西雙版納和滇西北高海拔地區(qū)呈現(xiàn)顯著上升趨勢, 北部金沙江干熱河谷地區(qū)存在下降趨勢, 超過80%的站點變化趨勢達到顯著性檢驗(<0.01)。研究區(qū)年降水量在滇西呈現(xiàn)下降趨勢, 滇東北和東部呈現(xiàn)增加趨勢, 變化趨勢僅有30%的站點達到顯著性檢驗(<0.01)。

(2)研究區(qū)NDVI變化斜率主要在0—0.1之間, 呈增加趨勢的區(qū)域占總面積79.80%, 主要分布在滇東北和東部、南部地區(qū); 植被覆蓋呈減小的區(qū)域集中在中部城市密集區(qū)和滇西北高海拔地區(qū)。除了寒溫性和溫涼性森林NDVI變化斜率呈下降趨勢, 其余NDVI呈增加趨勢的變化基本按常綠闊葉林＞落葉闊葉林＞針葉林＞人工林的順序減小。

(3)研究區(qū)NDVI和氣溫之間呈現(xiàn)正、負相關(guān)的區(qū)域面積分別為83.20%和13.20%; 與降水量之間呈現(xiàn)正、負相關(guān)的區(qū)域面積分別為49.75%和48.75%。森林生態(tài)系統(tǒng)NDVI和氣溫之間呈現(xiàn)正、負相關(guān)的區(qū)域面積分別為53.51%和20.70%, 與降水量之間呈現(xiàn)正相關(guān)、負相關(guān)的區(qū)域面積分別為42.30%和27.79%。

(4)研究區(qū)NDVI表現(xiàn)為適應和中度適應當?shù)貧夂蜃兓愋偷膮^(qū)域占總面積89.16%, 森林生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為適應和中度適應當?shù)貧夂蜃兓愋偷膮^(qū)域占總面積79.29%, 均主要分布于滇東北和東部、南部地區(qū); 不適應當?shù)貧夂蜃兓愋偷膮^(qū)域主要分布于中部城市和滇西北地區(qū)。

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Adaptability of vegetation ecosystem to climate change based on the NDVI in Yunnan province, China

HE Yunling*, XIONG Qiaoli, Yu Lan, QU Xinxing, YAN Wenbo

School of Resources Environment & Earth Science, Yunnan University, Kunming 650091, China

Normalized difference vegetation index (NDVI) is an important remote sensing parameter, and it can accurately reflect the growth status of vegetation, biological, physical, and chemical properties, and the changes in ecological system. Using the relationship between NDVI and the temperature, precipitation from 2000 to 2016, the potential effects for different types of regional climate change on the local vegetation growth in Yunnan province were analyzed, and the adaptability of vegetation ecosystem to climate change was quantitatively identified.The results showed that the NDVI had an increasing trend from 2000 to 2016 in the study area. The area of increased vegetation coverage was mainly distributed in the northeast and east parts of Yunnan, and the decreased vegetation area was mainly concentrated in northwest part and central urban region. There was a positive correlation between NDVI and temperature in the study area as a whole, especially in the northeast and east regions, and the area with negative correlation was mainly distributed in the high altitude area of northwest Yunnan. The correlation between NDVI and precipitation was smaller than that of temperature. The vegetation ecosystem in the study area was 89.16% of the total area, which was characterized by adaptation and moderate adaptation to local climatic change, and they were mainly distributed in the south, northeast and eastern parts of Yunnan. The vegetation ecosystems showing the inadaptability to local climatic change were mainly distributed in central urban regions and parts of northwest Yunnan. The forest ecosystem in the study area was 79.29% of the total area, which was characterized by adaptation and moderate adaptation to local climate change, and they were mainly distributed in the east, northeast and parts of the south regions.

climate change; NDVI; vegetation coverage; adaptability; Yunnan province

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.06.024

TP7

A

1008-8873(2019)06-165-08

2018-11-07;

2018-11-29

國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFC0502105); 中國科學院西部之光青年學者項目

何云玲(1978—), 女, 云南大理人, 博士, 副教授, 主要從事區(qū)域環(huán)境演變及其生態(tài)響應研究, E-mail: hyl610@126.com

何云玲陳文(1963—),

何云玲, 熊巧利, 余嵐, 等. 基于NDVI云南地區(qū)植被生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的適應性分析[J]. 生態(tài)科學, 2019, 38(6): 165-172.

HE Yunling, XIONG Qiaoli, Yu Lan, et al. Adaptability of vegetation ecosystem to climate change based on the NDVI in Yunnan province, China[J]. Ecological Science, 2019, 38(6): 165-172.