近17年新疆干旱時空分布特征及影響因素

黃 靜,張 運,3*,汪明秀,王 芳,湯 志,何 好

1 安徽師范大學地理與旅游學院, 蕪湖 241003 2 資源環境與地理信息工程安徽省工程技術研究中心, 蕪湖 241003 3 自然災害過程與防控安徽省省級重點研究室, 蕪湖 241003

干旱是一種常見的自然災害[1],具有波及范圍廣、發展速度緩慢、受災面積大、持續時間長的特點[2],將給農業、林業以及社會造成嚴重的經濟損失,并破壞生態系統的穩定,導致水文水分循環的不均衡性[3]。遙感技術可以實現監測地區的大面積、有效、實時動態的旱情監測,使得對干旱區的旱情監測有了突破性的轉變,主要的遙感監測干旱的方法有熱慣量法[4]、作物缺水指數法[5]、標準降水指數法[6]、標準降水蒸散指數法[7]、溫度植被干旱指數法[8]和微波遙感法[9]等,其中溫度植被干旱指數,是基于植被指數和地表溫度為數據基礎來反映干旱狀況,對已發生旱災的區域具有較好的解釋能力[10],由于溫度植被干旱指數是基于植被狀況來反映地區干旱,因此在無植被覆蓋或較低植被覆蓋區會出現無值現象。溫度植被干旱指數是Sandholt等[8]提出的簡化的Ts-NDVI特征空間。許多學者利用溫度植被干旱指數法進行干旱監測,都取得了較好的研究效果[11- 13]。朱小強等[14]以MODIS溫度和植被指數產品數據反演了TVDI,驗證了TVDI可以有效地反映土壤水分,且精度較高,并認為在新疆的艾比湖地區干旱狀態有加重趨勢。薄燕飛等[15]利用溫度植被干旱指數分析了2005—2014年河北省春季干旱時空變化特征,認為TVDI可以很好地反映河北省春季干旱時空變化特征,并未對其進行影響因素分析。陳斌等[16]證明了TVDI可以在時間上監測旱情變化,同樣適用于草原地區。劉立文等[17]以MODIS數據產品為基礎數據,驗證了TVDI可以很好的反映吉林省的農業干旱狀況,認為不同時期采用不同的植被指數會有更好的反演結果。Liang等[18]利用MODIS數據來獲取TVDI,分析了2001—2010年中國干旱的時空分布狀況,采用相關分析進行影響因素分析,認為在中國北部及西北部干旱主要受日照時間所影響。姚春生等[19]利用MODIS數據獲取TVDI來反演新疆土壤濕度,以野外實測數據進行了驗證,證明了TVDI可以用于新疆地區的干旱監測。NASA團隊發布的MODIS產品數據集,為溫度植被干旱指數模型提供了數據來源,其高時空分辨率、廣泛的覆蓋面積為實時監測大范圍地區的干旱狀況提供了可能性,國內學者基于MOD11和MOD13數據利用溫度植被干旱指數法,分析陜西省2000—2015年春季旱情時空分布,并取得了較好的研究結果[20]。吳欣睿等[21]采用MODIS數據對松嫩平原的土壤濕度狀況進行了時序研究,證明了MODIS數據反演出的TVDI與土壤相對濕度的總體上相關性較好。

新疆位于中緯度地區的歐亞大陸腹地,是受全球變化影響最大的地區之一[22],受自然地理位置等因素影響,新疆干旱災害頻發,有學者也對新疆干旱的時空變化特征進行研究[23- 24],但多是基于點數據,或對短時間序列進行研究,對大規模長期序列的監測較少。因此,基于MOD11地表溫度、MOD13植被指數以及氣象資料,采用溫度植被干旱指數法,分析了新疆干旱的時空變化特征及其影響因素,可以為防治干旱提供數據依據。

1研究區與數據1.1研究區概況

圖1 新疆土地利用類型和氣象站點分布 Fig.1 Land use type and distribution of meteorological stations in Xinjiang Province

新疆位于中國西北邊陲,地理范圍介于 73°29′54″—96°23′3″E、 34°20′11″—49°10′55″N之間(圖1),土地面積為1640011.03km2[25],是中國占地面積第一大省區。全省地貌形態多樣,北部阿爾泰山,南部昆侖山-阿爾金山,天山橫貫于新疆中部,三大山脈之間是準格爾盆地和塔里木盆地。受地理位置和地形影響,新疆是典型的溫帶大陸性氣候,夏季短暫,冬季漫長而寒冷,冷熱差異較大。新疆土地利用類型以未利用土地為主,受地形和氣候因素的影響,新疆的耕地類型基本全為旱地,主要分布在各大綠洲和山前沖洪積扇地區,主要耕作的作物類型為小麥、棉花、高粱及各種瓜果,其中新疆的經濟作物棉花在全國占有重要地位。近17年來,年均氣溫約為9.72℃,年均降雨量約為117.8mm。水資源匱乏,降雨量少,使得干旱成為新疆主要的自然災害,且災害范圍廣,持續時間長,成災面積大,對社會及農業經濟造成的損失較大[2]。

1.2 數據

地表溫度(Land Surface Temperature,LST)數據集(MOD11A2)是利用MODIS數據的第31波段和第32波段采用劈窗算法[26]反演的結果,空間分辨率1km,時間分辨率8天,是NASA MOD11數據的最新版本V006,本文使用的是新疆2000—2016年HDF格式的MOD11A2數據產品,下載地址為http://www.ntsg.umt.edu/project/mod11。歸一化植被指數(Normailized Difference Vegetation Index,NDVI)用來反映植被生長狀況,本文是用的是2000—2016年MODIS植被指數產品(MOD13A2),為16天合成的1km空間分辨率數據,數據版本是V006,下載地址為 http://www.ntsg.umt.edu/project/mod13。利用MRT(MODIS Reprojection Tools)工具提取LST和NDVI數據,并進行數據的拼接、裁剪以及投影轉換等數據處理,采用均值合成法將LST8天數據產品合成16天產品,實現與NDVI像元柵格之間的匹配。

土地利用類型數據為2000年、2005年、2010年、2015年新疆維吾爾自治區1∶10萬的土地覆蓋數據(圖1),來源于地球系統科學數字共享平臺(http://www.geodata.cn),依據新疆土地利用方式及分類精度需求,將研究區的土地利用類型合并為6個一級地類,分別為耕地、草地、林地、水域、城鎮用地和未利用土地。

氣溫和降雨數據來自中國地面氣候資料月值數據集,該數據集是中國基準、基本氣象站1951年以來中國各氣象基準站的月值數據集,其中新疆境內有68個氣象觀測站臺,通過反距離權重法對站點數據進行插值成面狀數據,空間分辨率為1km。土壤相對濕度數據來自中國農作物生長發育和農田土壤濕度旬值數據集,其中新疆內有52個農業氣象觀測站點,采樣深度包括10、20、50、70、100cm。諸如自然因素和人為因素等原因,導致土壤觀測站點數據是缺失的。在綜合了數據的連續有效性和國家指定的干旱檢測標準上,選擇2008年的6月與7月20cm土壤相對濕度觀測站點數據作為TVDI反演精度的驗證數據。氣溫、降雨以及土壤相對濕度數據來源于中國氣象局氣象數據中心(http://data.cma.cn/)。

2 研究方法

2.1 溫度植被干旱指數 TVDI

溫度植被干旱指數是Sandholt等[8]人在Price[27]和Carlson[28]研究的基礎上提出, TVDI模型可用于模擬研究區土壤干旱狀況,為科學研究干旱分布狀況提供了理論依據[19],其模型公式如下：

(1)

Dry=a+b×NDVI,Wet=c+d×NDVI

(2)

式中,TVDI值在0—1之間,值越小,表示該地區越濕潤,反之則干旱越嚴重,Ts是圖像像元的地表溫度,Dry表示特征空間的干邊,Wet表示特征空間的濕邊a、b、c、d分別為干邊和濕邊的線性擬合方程系數。

2.2 分析方法

2.2.1趨勢分析

利用線性傾向估算TVDI的時間趨勢,隨著時間的變化,TVDI可表現為序列上升或下降趨勢、空間分布變化,采用趨勢分析法對2000—2016年TVDI年際變化趨勢進行分析,基于柵格像元的計算公式如下：

(3)

(4)

式中,B為線性傾向值,TVDIi為第i年的溫度植被干旱指數,t為年份,n=17,當B>0時,隨著時間t增加,TVDI呈上升趨勢,反之,TVDI呈下降趨勢,TVDIc為TVDI的變化率(%)。

2.2.2相關性分析

相關分析可以揭示兩個或兩個以上的要素間相互關系的密切程度,利用基于像元的相關分析法分別計算TVDI與氣溫、降雨的偏相關系數,偏相關系數計算公式如下：

(5)

式中,Rxy,z表示固定自變量z之后因變量x與自變量y的偏相關系數。Rxy,Rxz,Ryz為兩變量的相關系數,顯著性檢驗采用t檢驗法。

為了研究溫度植被干旱指數與降雨和氣溫之間的相關關系,采用復相關分析法,計算公式如下：

(6)

式中,Rx,yz表示因變量x和自變量y、z的復相關系數,其相關性檢驗采用F檢驗法。

3 結果與分析

3.1 干旱檢測結果檢驗

農氣站點所測得的20cm土壤相對濕度被國家氣象局作為旱情的分級標準[29],因此國內學者[16,30]通過擬合溫度植被干旱指數TVDI與20cm土壤相對濕度的關系來測試TVDI監測干旱的準確性,結果表明,TVDI能夠有效地反映研究區的干旱情況。Sha等[31]證明了TVDI與20cm土壤相對濕度有很好的相關性。為了保證遙感數據檢測干旱狀況結果的準確性,對基于MOD11和MOD13數據計算得到的溫度植被干旱指數進行檢驗。圖2為2008年6月與7月新疆境內有效的土壤相對濕度數據23個農業氣象觀測站點與溫度植被干旱指數的擬合結果圖,由圖2可知：溫度植被干旱指數與土壤相對濕度之間有一定的線性關系。由TVDI與20cm土壤相對濕度數據的相關性分析可知,兩者之間存在顯著的負相關關系,相關系數Sig分別為0.015和0.002,通過了0.05的顯著性檢驗,因此,基于MOD11和MOD13數據計算的溫度植被干旱指數可用于新疆干旱監測。為了定量描述以中等分辨率成像光譜儀的歸一化植被指數產品和陸地表面溫度產品為基礎計算的溫度植被干旱指數和20cm土壤相對濕度所代表的干旱程度,以國家氣象局將土壤相對濕度劃分的農業干旱等級標準[29,32],以及張順謙等[33]用溫度植被干旱指數劃分的干旱等級標準,表1列出了按土壤相對濕度及溫度植被干旱指數劃分的干旱等級。

圖2 2008年6月與7月溫度植被干旱指數與土壤相對濕度的擬合Fig.2 Fit between TVDI and soil relative humidity in June and July, 2008

表1 干旱等級劃分標準

3.2 TVDI的空間分布特征

圖3 新疆2000—2016年平均干旱空間分布 Fig.3 Spatial distributions of average drought types in Xinjiang Province during 2000—2016

圖4 新疆2000—2016年TVDI變化百分率 Fig.4 Percentage change of TVDI in Xinjiang Province during 2000—2016

2000—2016年新疆近17年TVDI均值空間分布具有較強的地域分異性(圖3),呈現天山山脈以北及昆侖山脈地區較濕潤,塔里木盆地地區較干旱。就整體而言,新疆TVDI多年均值為0.751,處于中旱級別,盆地地區干旱狀況較嚴重,該地區降雨量少,植被稀疏,土壤涵養水分的能力較低,生態系統修復能力弱,生態系統的穩定性易受到影響。其中：處于無旱等級的面積主要分布在阿勒泰山地區、天山地區以及昆侖山系地區,多為耕地和草地分布區域,占新疆地域面積的12.75%。輕旱地區的面積主要分布在天山以北地區、克孜勒蘇柯爾克孜地區以及喀什南部、和田南部及巴音郭勒南部地區,土地利用類型以草地和林地為主,占新疆地域面積的11.77%。中旱地區的面積占新疆地域面積8.33%,主要分布在卡拉瑪依,哈密北部,阿克蘇中北地區,克孜勒蘇柯爾克孜地區以及喀什中南部、和田中南及巴音郭勒的中南部地區。重旱地區的面積占新疆地域面積11.65%,分布在塔里木盆地,吐魯番以及哈密中南部地區。特旱地區的面積占新疆地域面積6.23%,主要分布在巴音郭勒中部,吐魯番以及哈密南部。其中較濕潤的地區主要特點是水資源相對較好,植被覆蓋度高,土壤涵水能力較好。從圖4中可以觀察到,2000—2016年新疆TVDI的變化百分率介于-34.57%—17.46%之間,年平均變化百分率為2.069%,大部分地區TVDI的變化百分率大于0,主要集中在在0—10%之間,占新疆地域面積的40.36%,主要分布在昆侖山系,天山地區,吐魯番以及哈密地區；TVDI變化百分率處于-10%—0之間的面積占10.16%,主要分布在阿克蘇中東部,巴音郭勒西南部,表明該地區具有干旱減弱的趨勢；其中,TVDI變化百分率在10%以上的面積占0.15%,主要分布在伊犁哈薩克南部地區,表明其干旱化傾向較為嚴重。

圖5 新疆各季節的TVDI空間分布Fig.5 Spatial distributions of TVDI in Xinjiang Province during seasons

由于受到季節性太陽輻射、氣溫、降雨、地形、空氣濕度以及植被類型等多種因素影響,新疆不同季節TVDI的空間分布狀況差異顯著(圖5)。春季(3月至5月)TVDI的范圍在0.534—0.973之間,春季溫度逐漸回升,植物進入返青生長期,所需水分增加,從旱情的空間分布上看,阿勒泰山區、天山山區、昆侖山區較為濕潤,主要原因是高山積雪消融,給河流補給了水源,使得該地區水資源較為充足。夏季(6月至8月)TVDI的范圍為0.642—0.978,夏季氣溫高,降雨量少,且多為植被覆蓋密度較低的地區,水分蒸發量大,是一年中干旱最為嚴重的季節,從空間分布上看,除高海拔地區相對較為濕潤以外,其他地區均處于重旱或特旱狀態。秋季(9月至11月)TVDI值在0.342—0.949之間,秋季氣溫下降,水分蒸發量降低,植被生長所需水分減少,高海拔地區伴有降雪出現,補給了水源,山區土壤含水量增加,TVDI值降低。冬季(12月至2月)TVDI值范圍為0.091—0.875,冬季氣溫最低,蒸騰作用弱,新疆部分地區受積雪補給水源,且植被多處于休眠狀態,所需水份較低,是一年中濕潤度最高且受干旱范圍面積最小的季節,只有塔里木盆地的部分地區處于干旱狀態。綜上所述,天山以北地區易出現春旱和夏旱,天山以南地區易出現春旱、夏旱以及秋旱,塔里木盆地中部地區常年處于干旱狀態,因大面積地區長期處于較干旱地區,新疆多為耐旱型經濟作物。

3.3 TVDI的時間變化特征

多年間干旱一直是新疆最主要的自然災害,通過統計新疆各市年際溫度植被干旱指數變化可知：TVDI呈現波動減小趨勢,多年均值為0.751,最大值在2013年,為0.777,最小值在2001年,為0.728,表明新疆整體上長期處于中旱等級狀態,生態環境較為脆弱。此外,根據新疆2000—2016年間各市的TVDI年際變化(圖6)可知,各市TVDI多年均值相差不大,由小到大依次為伊犁哈薩克(0.629)<阿勒泰(0.630)<博爾塔拉(0.652)<塔城(0.672)<烏魯木齊(0.675)<昌吉(0.680)<克孜勒蘇柯爾克孜(0.687)<克拉瑪依(0.756)<喀什(0.771)<巴音郭勒(0.780)<和田(0.781)<阿克蘇(0.786)<哈密(0.791)<吐魯番(0.827),新疆各市干旱狀況不同,大部分地區處于干旱狀態,伊犁哈薩克、阿勒泰和博爾塔拉處于無旱狀態,其中伊犁哈薩克的TVDI值最低,主要因為伊犁哈薩克地處天山北部的伊犁河谷內,降雨量較為充沛,植被覆蓋度高,地域水資源較為豐富,使得該地區常年較為濕潤,塔城、烏魯木齊、昌吉和克孜勒蘇柯爾克孜處于輕旱狀態,耕地多分布在無旱和輕旱地區,卡拉瑪依、喀什、巴音郭勒、和田、阿克蘇和哈密處于中旱狀態,吐魯番TVDI值最高,處于重旱狀態,主要因為吐魯番是獨特的暖溫帶大陸性干旱沙漠氣候,日照時間長,晝夜溫差大,降雨量低,水資源稀缺,植被覆蓋率低,極端的水分和氣候條件使得該地區常年較為干旱,其獨特的地理與氣候條件,在有限的耕地面積條件下,使得該地區的主要作物種植類型為復播和套種,主要的經濟作物為棉花和瓜果類作物。

圖6 新疆各市TVDI年際變化Fig.6 Annual variations of TVDI of cities in Xinjiang Province during 2000—2016

新疆各地(州)TVDI年內月變化有明顯的波動(圖7),各地(州)年內溫度植被干旱指TVDI整體上呈現先增加后減小的“單峰型”趨勢,1—2月緩慢增加,2—4月急劇上升,在4月達到年內峰值,4—8月小幅波動保持平穩,8—10月緩慢下降,10—12月呈急劇降低的趨勢,具有明顯的季節差異性。究其原因,1—4月溫度逐漸回升,蒸散量增加,植物逐漸進入返青期,生長所需的水分達到最大,從而導致土壤含水量降低,TVDI值增加；4—8月溫度上升至全年的最大值,蒸散量增加,土壤含水量蒸發量達到最大,但新疆境內高山上的積雪消融,給河流進行水源補給,使得土壤含水量達到一個相對平穩的狀態；8—12月溫度逐漸降低,蒸散量降低,植物生長所需水分減少,土壤含水量增大,TVDI值降低。

圖7 新疆各市TVDI年內月變化Fig.7 Monthly variations of TVDI of cities in Xinjiang Province

3.4 土地利用類型干旱及干旱類型變化分析

圖8 新疆2000—2016年不同土地利用類型TVDI變化 Fig.8 Annual variations of TVDI over difference types of land use in Xinjiang Province during 2000—2015

通過對新疆2000—2015年不同土地利用類型TVDI均值變化(圖8)進行分析可知,新疆不同土地利用類型的TVDI變化情況整體上呈現波動增加的趨勢,除林地外,林地呈現波動減小的趨勢,不同土地利用類型的TVDI均值差異明顯,表現為林地(0.678)<草地(0.697)<建筑用地(0.739)<耕地(0.741)。新疆地區水資源匱乏,耕地的作物類型主要以小麥、棉花、高粱等為季節性人為種植植被,建筑用地的綠化植被也為人為種植植被,且耕地一般在建筑用地周圍,受人類活動影響較大,就地勢、地形、水資源等自然環境條件而言相對一致,耕地和建筑用地的生態系統的穩定性,相對較弱,土壤涵養水分的能力弱,相對較為干旱,不同土地利用類型干旱化傾向較為嚴重的是草地,每年增長量0.0005,林地逐漸趨于較濕潤狀態,干旱狀況減輕,林地多分布在海拔較高地區,水資源較豐富,每年的變化量與草地相同,就對生態系統的穩定性而言,林地的土壤涵養水分能力比草地較高,有利于減弱干旱環境的脆弱性。

新疆不同土地利用類型的TVDI年內變化整體上呈現先降低后增加的單峰趨勢(圖9),受區域地理環境及自然氣候狀況的影響,不同土地利用類型年內的TVDI值變化趨于一致。其中未利用土地以沙地、戈壁和裸巖石礫地為主,主要分布在北疆準格爾盆地的古爾班通古特沙漠、南疆塔里木盆地的塔克拉瑪干沙漠和東部的庫木塔格沙漠等地,氣候極端惡劣,全年除冬季,氣溫低,水份蒸發量少,處于無旱狀況,春夏秋三季皆因氣候和下墊面因素的影響處于干旱狀態。因受地形及資源環境的限制,耕地的干旱化傾向,加重了對農業經濟的影響,就耕地類型而言,水資源的合理調配需求更為突出。

圖9 不同土地利用類型TVDI年內變化Fig.9 Monthly variations of TVDI of difference land use types

圖10 2000、2008和2016年干旱類型面積統計Fig.10 The areas of drought types in 2000,2008 and 2016

利用新疆2000年、2008年和2016年干旱類型分布圖進行統計得到2000年—2016年間干旱類型變化情況,各干旱類型占地面積相差不多,如圖10所示,無旱類型、中旱類型、重旱類型以及特旱類型均發生顯著性變化,輕旱類型面積總體變化較小,無旱類型面積整體呈現增加趨勢,中旱類型、重旱類型以及特旱類型面積呈現減少趨勢。如表2所示： 2000年至2016年新疆干旱類型轉移總面積為551087.95km2,占新疆地域總面積33.60%,其中中旱等級轉移面積最多,轉移面積為178077.99km2,主要轉移為輕旱等級和重旱等級,分別占中旱等級轉移總面積40.98%和50.17%,無旱等級轉移面積最少,轉移面積為39861.37km2,主要轉移為輕旱等級,占無旱等級轉移面積96.33%。新疆近17年干旱類型轉移主要發生在輕旱類型與無旱類型,輕旱類型與中旱類型,重旱類型與中旱類型,重旱類型與特旱類型,主要是以無旱類型轉入和輕旱類型、中旱類型、重旱類型、特旱類型轉出為主要特點的干旱類型轉移。

表2 新疆干旱類型變化轉移面積矩陣/km2

“*”表示未發生類型轉變,“—”表示無數值或者數值很小

3.5 TVDI變化的影響因素分析

新疆2000—2016年均降雨量在14.8—531.5mm之間,多年均值為117.8mm,2000—2016年均降雨量逐漸增加,變化率為1.38mm/a；降雨量從新疆北部到南部呈現減小趨勢,分布不均,阿勒泰山區和天山地區的降雨較多,尤其是伊犁哈薩克和烏魯木齊地區,降雨量最多,塔里木盆地地區降雨較少。新疆近17年的平均氣溫在-3.35—16.02℃之間,多年均值為9.72℃,氣溫呈現波動下降趨勢,變化率為-0.036℃/a,氣溫多年平均空間分布呈現分布不均的現象,氣溫較低的地區分布在阿勒泰山區以及天山地區,新疆中部盆地地區的氣溫較高。

以逐像元計算所獲取的2000— 2016年的TVDI與年均降雨量、年均氣溫的偏相關系數(圖11)來定量分析氣象因子對溫度植被干旱指數TVDI的影響,其中,溫度植被干旱指數TVDI對氣象因子的響應表現出顯著的空間差異性。TVDI與年均降雨量的偏相關系數介于-0.896—0.892之間(圖11),統計結果表明,TVDI與年均降雨量呈正相關相關的面積占總面積的68.13%,主要分布在天山以北的北疆區域和昆侖山脈周邊區域,呈負相關的區域主要集中在吐魯番和巴音郭勒東北部地區；通過對偏相關系數進行顯著性檢驗表明,研究區有17.07%的區域通過了P<0.01水平的t顯著性檢驗,多分布在山系及山系周邊地區和巴音郭勒地州。由TVDI與年氣溫之間的偏相關空間分布特征(圖11)可知,TVDI與氣溫的偏相關系數介于-0.869—0.78之間,其中呈現負相關的面積占總面積的31.33%,主要集中分布在克孜勒蘇柯爾克孜、伊犁哈薩克中部、博爾塔拉西部、克拉瑪依、巴音郭勒西北部以及哈密地區,而正相關區域集中分布在山系等高海拔地區；對TVDI-氣溫的偏相關系數進行顯著性檢驗,有0.06%的區域通過了P<0.01水平的t顯著性檢驗,零星分布在各河流及山系周邊地區。TVDI與降雨-氣溫的復相關空間分布狀況如圖11所示,TVDI與氣象因子的復相關系數集中在0—0.898之間,復相關性較強的區域分布在昆侖山脈、阿克蘇中北部、哈密東部及烏魯木齊地區,采用F檢驗法對復相關系數進行檢驗,有1.85%通過了P<0.05的顯著性檢驗,多零星分布在山區、哈密東部部分及烏魯木齊區域,該區域多為山麓及河流周邊地區,水資源相對較多,草地覆蓋密度高,受氣溫、降雨影響較為顯著。

圖11 2000—2016年氣象因子變化對TVDI的影響Fig.11 Effects of climate factors change on TVDI in Xinjiang Province during 2000—2016

由2000—2016年的氣溫、降雨量變化趨勢以及TVDI年際變化趨勢可知,新疆年均降雨量呈現增加趨勢,年均氣溫呈現減低趨勢,年際TVDI卻呈現增長趨勢,具有干旱化的傾向,從TVDI的驅動因子分布狀況(圖11)中可以看出,研究區內大部分的干旱影響因子是受非氣象因子的驅動,受氣溫和降雨的影響較低,主要是因為,新疆深處亞歐大陸腹地,近17年來,雖然降雨量呈現增加趨勢,但年均降雨量僅為117.8mm,無法深程度的補給水源,氣溫雖呈現波動減小的趨勢,但變化率每年在0.036℃,沒有大幅度變化,使得研究區內的水分蒸發量減小甚微,由此可知,新疆地區氣溫及降雨量的變化對TVDI影響較低,區域位置及氣候類型等非氣象因子對TVDI影響較高。

4 結論

利用MOD11和MOD13數據反演溫度植被干旱指數TVDI,結合氣象數據和農氣數據,分析了新疆干旱時空分布特征及氣象因子對其的影響,主要結論如下：

1)反演出的溫度植被干旱指數與農氣站點觀測的土壤相對濕度數據呈現負相關關系,相關系數通過0.05顯著性檢驗,說明MOD11和MOD13數據反演溫度植被干旱指數可用于新疆干旱監測。

2)在2000—2016年17年間,新疆TVDI空間分布具有較強的地域分異性,呈現北部、南部較濕潤,中部干旱趨勢。受地形、氣溫、降雨、風速等多種因素影響,干旱主要發生的季節在春季、夏季以及秋初,主要以重旱和特旱為主,不同季節的干旱程度大小為：夏季>春季>秋季>冬季。

3)2000—2016年新疆TVDI年內變化呈現單峰型趨勢,具有明顯的季節差異,最小值在1月,最大值在6月,各市TVDI年內有明顯的波動變化。其中,天山以北地區易出現春旱和夏旱,天山以南地區易出現春旱、夏旱以及秋旱,塔里木盆地中部地區常年處于干旱狀態。

4)不同土地利用類型多年間TVDI均值差異明顯,草地干旱化傾向較為嚴重。不同土地利用類型的TVDI年內變化整體上呈現先降低后增加的單峰趨勢,受地形及資源環境的限制,耕地的干旱化傾向,加重了對農業經濟的影響。干旱類型轉移的主要特點為無旱類型轉入和輕旱類型、中旱類型、重旱類型、特旱類型轉出。

5)近17年間降雨量呈現增加趨勢,但年均降雨量僅為117.8mm,無法深程度的補給水源,氣溫雖呈現波動減小的趨勢,但年變化率為0.036℃,沒有大幅度變化,使得研究區內的水分蒸發量減小甚微,說明新疆地區氣溫及降雨量的變化對TVDI影響較低,區域位置及氣候類型等非氣象因子對TVDI影響較高。