西南地區植被覆蓋變化及其與氣候因子的關系

榮欣　楊瑞瑞

摘 要：基于2005-2015年16d合成的MODIS植被指數數據集以及西南地區121個氣象站點月平均氣溫和降水數據，進行趨勢分析和相關分析，探討西南地區植被覆蓋動態變化特征及其與氣候因子的響應機制。結果表明：近11年西南地區歸一化植被指數總體呈顯著增加趨勢，但存在顯著的空間差異性，植被改善的區域面積大于退化面積；溫度是影響西南地區歸一化植被指數變化的最主要因素，降雨次之。

關鍵詞：西南地區；NDVI；氣候因子；相關分析

植被是生態系統中重要的物質基礎，氣候變化對植被的生長產生顯著作用，同時植被又對氣候變化產生反饋作用。歸一化植被指數（NDVI）是植被生長狀態和植被覆蓋度的最佳指示因子，對環境變化十分敏感[1]。隨著人類活動的加劇以及氣候的變遷，生態環境日趨惡化，植被遭到嚴重破壞，嚴重制約了生態系統的服務功能，而且直接威脅到國家的生態安全和經濟可持續發展。探究植被動態變化趨勢及其影響因子，是實現自然和人類社會和諧發展的迫切需要和人類關注的熱點問題[2]。西南地區是我國第二大天然林區，植被類型多樣，加之其獨特的地理位置、復雜地形及氣候條件形成了該地區獨特的高原生態系統，其植被資源的變化和發展對西南地區的發展至關重要。本文基于分辨率較高、時間序列較長的MODIS NDVI及氣候數據，分析西南地區植被覆蓋變化及其與氣候因子的關系，以期為西南地區生態建設、環境保護和城市可持續發展提供數據支持。

1 研究區概況

西南地區位于20°54-34°19N、91°21-112°04E之間，東臨中南地區，北依西北地區，行政區包括云南、貴州、廣西、四川和重慶五省（市、區），地貌單元包括若爾蓋高原、橫斷山區、四川盆地、云貴高原和廣西丘陵。該區植被類型多樣，地形結構復雜，地處中國地勢第一級階梯與第三級階梯的過渡區域，也是我國生態過渡的重要地帶。區內氣候類型多樣，以亞熱帶和溫帶氣候為主，垂直氣候差異顯著。西南地區是中國植物種類最豐富的區域，也是珠江、長江的發源地和流經地，其生態保護對于下游生態安全具有重要作用。

2 數據來源及預處理

NDVI數據來源美國NASA發布的MODIS13Q1數據集，空間分辨率為250m，時間分辨率為16d，借助MRT工具對數據進行投影轉換、拼接等預處理，然后采用MVC方法得到研究時段生長季逐年NDVI均值。結合土地覆蓋類型，剔除冰雪覆蓋及戈壁沙漠地區，獲得更為準確的植被變化監測數據。氣象數據來源于中國氣象科學數據共享服務網（http：//cdc.cma.gov.cn），選用西南地區2005-2015年的121個國家基礎氣象站點的年平均溫度和降水量數據。在ArcGIS軟件中應用克里金插值法對氣溫和降水數據進行空間插值處理。

3 研究方法

3.1 趨勢分析

通過變化斜率模擬每個柵格的變化趨勢，從而反映不同時間序列中植被覆蓋變化的空間分布特征[3]。利用每年的NDVI均值通過回歸分析公式來計算研究區逐個像元的變化斜率，斜率為正說明隨時間變化植被呈增加趨勢，斜率為負則呈減少趨勢。

3.2 相關分析

在實際地理系統中影響要素因子較多，一個要素的變化必然會引起其他各要素的變化，因此研究某一要素對另一要素的影響時可采用簡單相關分析和偏相關分析[4]。其中，簡單相關系數可能由于其他因素的影響僅僅是反映表面的非本質的聯系，而偏相關系數能對其他變量的影響效果進行統計控制，能真正反映兩個變量間的本質聯系。

4 結果與分析

4.1 西南地區植被NDVI時空變化趨勢

西南地區近11年植被整體上呈顯著增加趨勢，線性增加速率為6.9%/10a，與全國植被變化趨勢一致。其中在2005年和2014年出現最小值和最大值，分別為0.51和0.74。從2005年-2015年植被覆蓋動態變化幅度來看，西南地區整體上植被覆蓋呈改善狀態，改善區域遠大于退化區域面積，四川盆地南部、大巴山脈、貴州西部和廣西南部沿海的植被改善趨勢較為顯著；而部分地區的植被退化趨勢較為明顯，如四川盆地西部、廣西大瑤山和云貴高原部分地區。這可能與城市擴張建設、水土流失以及干旱等事件有關[5]。

4.2 西南地區植被與氣候因子的關系

西南地區境內水系發達，且受季風環流和局地因子影響，降水豐富，植物生長期時水分充足，而熱量差異較為明顯[6]。結果表明，西南大部分地區植被NDVI與溫度呈正相關，其中63%的區域呈顯著和中等正相關，其主要位于橫斷山地、四川盆地西南部、廣西丘陵大部以及云貴高原東、西部地區。這些區域大多都處于濕潤地區，降水能夠滿足植被的需求，溫度的變化對植被生長有較強的影響作用。總面積18%的地區植被NDVI與降水呈顯著和中等負相關，其主要分布于橫斷山地南部、云貴高原中西等部分區域，其可能原因是濕潤區的降水量豐富，植物生長所需要的水分條件能得到滿足，若降水繼續增加將會使植被光照條件下降，減弱其光合作用，從而使植被覆蓋降低。

5 結論

（1）近11年西南地區植被NDVI呈顯著上升趨勢，線性增加速率為6.9%/10a。

（2）地表植被覆蓋整體表現為改善狀態，改善區域面積遠大于退化區域面積。植被退化區主要集中分布在橫斷山地北部、四川盆地東部、云貴高原中部。

（3）西南地區植被覆蓋變化受氣溫和降水共同影響，但植被變化與溫度存在明顯的正相關關系，而與降水的關系不太明顯，且存在空間差異，溫度是影響西南地區植被覆蓋變化的主要自然因素。

參考文獻

[1]劉憲鋒，潘耀忠，朱秀芳，等.2000-2014年秦巴山區植被覆蓋時空變化特征及其歸因[J].地理學報，2015，70（5）：705-716.

[2]何月，樊高峰，張小偉，等.浙江省植被NDVI動態及其對氣候的響應[J].生態學報，2012，32（14）：4352-4362.

[3] 宋怡，馬明國. 基于SPOT VEGETATION 數據的中國西北植被覆蓋變化分析[J]. 中國沙漠， 2007， 27（1）：89-93.

[4] 王強，張廷斌，易桂花，等.橫斷山區2004-2014年植被NPP時空變化及其驅動因子[J].生態學報，2017，37（9）：3084-3095.

[5] [1]周金霖，馬明國，肖青，聞建光.西南地區植被覆蓋動態及其與氣候因子的關系[J].遙感技術與應用，2017，32（05）：966-972.

[6]張勃，王東，王桂鋼，馬瓊，張國斌，季定民.西南地區近14a植被覆蓋變化及其與氣候因子的關系[J].長江流域資源與環境，2015，24（06）：956-964.

作者簡介

榮欣（1994-），女，在讀碩士生，成都理工大學，生態環境遙感。

楊瑞瑞（1993-），女，在讀碩士生，成都理工大學，生態環境遙感。