王虎威，張福平，燕玉超，雷聲劍

（陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院，陜西西安710062）

山西省不同生態(tài)分區(qū)增強(qiáng)型植被指數(shù)（EVI）對(duì)氣候因子的響應(yīng)

王虎威，張福平，燕玉超，雷聲劍

（陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院，陜西西安710062）

利用2000—2014年MODISEVI數(shù)據(jù)、27個(gè)氣象站點(diǎn)逐月氣溫和降雨量、MOD16蒸散量數(shù)據(jù)，分析了山西省15年來(lái)的植被覆蓋變化及其對(duì)氣溫、降水和蒸散量的響應(yīng)特征。結(jié)果表明：（1）山西省植被總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，增速為2.6%·10a－1，不同生態(tài)分區(qū)中Ⅱ東部大行山山地＞Ⅲ中部盆地＞Ⅳ西部山地＞Ⅰ晉北山地＞Ⅴ晉西黃土丘陵區(qū)。（2）山西省植被覆蓋具有較大的區(qū)域差異，其中東南部的EVI明顯高于西北部，EVI頻度圖呈現(xiàn)“單峰結(jié)構(gòu)”，全省絕大部分地區(qū)呈現(xiàn)不變或增加趨勢(shì)，顯著面積比例為25.95%，嚴(yán)重退化面積比例為1.04%。（3）基于年尺度的EVI與降水、蒸散量呈正相關(guān)，與溫度負(fù)相關(guān)，基于月尺度的EVI與氣溫、蒸散量呈顯著正相關(guān)，蒸散量與EVI的相關(guān)性好于降水、溫度單一因子，而降雨量對(duì)EVI變化存在一個(gè)閾值。（4）從生長(zhǎng)季考慮，從春季到夏季各大生態(tài)區(qū)蒸散量與EVI均為正相關(guān)并且逐漸加強(qiáng)，秋季除Ⅲ中部盆地外其它自然區(qū)均為負(fù)相關(guān)。

增強(qiáng)型植被指數(shù)；生態(tài)分區(qū)；蒸散量；氣候因子；山西省

植被作為陸地的最主要組成部分，在地球系統(tǒng)中扮演著重要的角色，植被覆蓋變化是生態(tài)環(huán)境變化的直接結(jié)果，它很大程度上代表了生態(tài)環(huán)境總體狀況［1］，研究植被與氣候變化之間的相互聯(lián)系已經(jīng)成為研究全球變化的重要內(nèi)容［2］。遙感影像以其較大空間尺度和較長(zhǎng)的時(shí)間連續(xù)觀測(cè)，現(xiàn)在已成為研究地表植被覆蓋變化狀況的重要數(shù)據(jù)［3］。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)NDVI變化與氣象因子的相關(guān)性進(jìn)行了大量的研究工作［4－7］。已有研究表明，NDVI對(duì)植冠背景的影響較為敏感，當(dāng)植被覆蓋度小于15%或大于80%時(shí)，由于土壤背景的影響與飽和度問(wèn)題，導(dǎo)致NDVI對(duì)植被檢測(cè)的靈敏度下降［8］；對(duì)大氣干擾處理有限，大氣殘留噪音對(duì)NDVI指數(shù)影響嚴(yán)重；易受土壤背景干擾，特別是中等植被覆蓋區(qū)，當(dāng)土壤背景變暗時(shí)，NDVI指數(shù)有增加的趨勢(shì)，NDVI對(duì)季節(jié)性不明顯而表現(xiàn)為高平曲線，EVI（Enhanced Vegetation Index）則具有季節(jié)性，呈鐘形曲線［9］。可知采用EVI代替NDVI數(shù)據(jù)來(lái)分析植被變化及與氣候的變化更加適宜，更能反映研究區(qū)域內(nèi)植被空間差異［10］。

降水與溫度是氣候變化中最主要的兩個(gè)氣候因子，二者的變化會(huì)直接影響植被覆蓋變化。地表實(shí)際蒸散發(fā)（ET）包括發(fā)生在土壤表面的蒸發(fā)和發(fā)生在植物葉片表面的蒸騰，不僅是水文循環(huán)和地表能量平衡的重要環(huán)節(jié)，也是植被生存必須的生理過(guò)程，蒸散量的變化與植被有著密切的聯(lián)系［11］。MOD16通過(guò)了全球通量塔的驗(yàn)證［12］，模擬精度達(dá)到86%，不僅提供了地表ET的各種參數(shù)，而且具備較高的時(shí)間分辨率以及免費(fèi)獲取等特點(diǎn)［13］，所以本文加入ET分析其與植被變化的關(guān)系。彭代亮［8］研究浙江省EVI得出，浙江省大部分地區(qū)EVI對(duì)氣溫的最大響應(yīng)沒(méi)有時(shí)滯性，而對(duì)降水最大響應(yīng)時(shí)滯為1個(gè)月左右，不同土地類(lèi)型的植被EVI與氣溫的相關(guān)系數(shù)均大于降水；范瑛等［14］研究得知，內(nèi)蒙古高原西部植被覆蓋退化面積大于改善面積，退化區(qū)主要分布在內(nèi)蒙古農(nóng)牧交錯(cuò)帶北部邊緣；黃土高原地區(qū)植被覆蓋和降水關(guān)系密切，降水變化是植被覆蓋變化的重要原因［1］；山西省位于黃土高原東部，黨越軍等［15］山西省2003—2012年植被時(shí)空變化格局及對(duì)氣候因子的響應(yīng)研究表明：山西省10年間植被狀況呈改善趨勢(shì)，增加區(qū)域遠(yuǎn)大于減少區(qū)域；武永利等［16］用NASA／GIMMS的月植被指數(shù)對(duì)1982—2006年典型生態(tài)區(qū)的植被狀況與氣候響應(yīng)研究表明：山西植被指數(shù)呈上升趨勢(shì)，林區(qū)植被好于農(nóng)業(yè)區(qū)，農(nóng)業(yè)區(qū)好于農(nóng)牧區(qū)，降水的年際變化對(duì)植被影響最大。結(jié)合前人研究的成果，本文基于2000—2014年的MODISEVI數(shù)據(jù)分析了山西省不同生態(tài)區(qū)域內(nèi)植被覆蓋在時(shí)空上的分布特征及覆蓋變化狀況，以及與氣候因子的相關(guān)性研究，不僅可以為該地區(qū)植被的變化趨勢(shì)提供生態(tài)預(yù)警，也可以為當(dāng)?shù)卦u(píng)估環(huán)境政策的制定以及可持續(xù)發(fā)展提供理論意義。

1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)位于華北平原黃土高原東部，東面以太行山脈為界與河北省相鄰，西面以黃河為界與陜西相鄰，北面以外長(zhǎng)城為界與內(nèi)蒙古相毗連。山西省氣候在垂直和南北方向的變化都比較明顯，恒山以北屬溫帶季風(fēng)型大陸型氣候，以南屬于暖溫帶季風(fēng)型大陸型氣候，年平均氣溫從5℃～15℃不等，晝夜溫差較大；年平均降水量介于380～650mm之間，由西北向東南遞增且集中在7—9月的夏、秋季節(jié)，冬、春降水較少。山西省疆域輪廓呈東北—西南走向的平行四邊形，總面積大約為15.6萬(wàn)km2，占全國(guó)總范圍面積的比重為1.6%。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源

2.1.1 遙感數(shù)據(jù)與氣象數(shù)據(jù)遙感數(shù)據(jù)來(lái)自美國(guó)航空航天局NASA數(shù)據(jù)中心提供的2000—2014年的空間分辨率為1 km、時(shí)間分辨率為16 d的342期MODISEVI數(shù)據(jù)；氣象數(shù)據(jù)是由國(guó)家氣象局氣候數(shù)據(jù)共享網(wǎng)（http：／／cdc.cma.gov.cn）提供的山西2000—2014年27個(gè)氣象站點(diǎn)以及山西省附近的15個(gè)氣象站點(diǎn)的月數(shù)據(jù)，植被圖來(lái)源于“寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心”（www：／／westdc.westgis.ac.cn）。

2.1.2 蒸散量數(shù)據(jù)蒸散量數(shù)據(jù)來(lái)自于美國(guó)蒙大拿大學(xué)森林學(xué)院工作組。MOD16－ET產(chǎn)品的算法是Mu等［13］在Penman Monteith公式基礎(chǔ)上改進(jìn)的，算法將地表分為裸土和冠層兩種組分，根據(jù)不同下墊面的生物物理過(guò)程計(jì)算各自的空氣動(dòng)力學(xué)阻抗和冠層阻抗，再結(jié)合M0DIS數(shù)據(jù)產(chǎn)品估算得到。

2.1.3 生態(tài)分區(qū)數(shù)據(jù)根據(jù)2008年山西省分區(qū)依據(jù)以中國(guó)生態(tài)功能區(qū)劃體系三級(jí)為基礎(chǔ)，結(jié)合山西省的自然地理特點(diǎn)，特別是反映水平地帶性規(guī)律以及大的地貌單元格局、高級(jí)植被類(lèi)型單位、熱量條件和典型的生態(tài)系統(tǒng)劃分，山西省生態(tài)功能區(qū)劃共分為5個(gè)生態(tài)大區(qū)，如圖1（見(jiàn)273頁(yè)彩圖）、表1。

2.2 研究方法

由于山西省涉及到MOD13A2和MOD16蒸散量數(shù)據(jù)的3軌影像，所以利用MRT（MODIS Reprojection Tools）對(duì)影像進(jìn)行拼接、重投影和提取，用ENVI軟件對(duì)拼合后的影像進(jìn)行裁切，提取月最大的EVI和月蒸散量的影像。

2.2.1 趨勢(shì)分析法應(yīng)用ArcGIS10.0柵格計(jì)算功能可以模擬每個(gè)柵格的變化趨勢(shì)，以年為時(shí)間尺度的植被變化趨勢(shì)，Kslope為正值，則表示植被覆蓋度存在增加的趨勢(shì)，其值為負(fù)，則表示隨著時(shí)間推移植被覆蓋度下降，計(jì)算公式如下［17］：

式中，n為總年數(shù)；i為研究期中的第i年，EVIi為第i年的最大EVI值；Kslope為一元回歸斜率值。Kslope＜0，說(shuō)明EVImax降低，數(shù)值越小，降低越明顯；Kslope＞ 0，說(shuō)明EVImax增加，數(shù)值越大，增加越顯著。根據(jù)線性趨勢(shì)系數(shù)，本研究將Kslope分為嚴(yán)重減少（Kslope≤－0.04）、輕微減少（－0.04≤Kslope≤－0.02）、基本不變（－0.02≤Kslope≤0.02）、輕微增加（0.02≤Kslope≤0.04）和顯著增加（Kslope≥0.04）共5類(lèi)。

2.2.2 相關(guān)性分析利用EVI與氣溫、降水、蒸散量柵格數(shù)據(jù)計(jì)算得出空間相關(guān)性的分布圖，并檢驗(yàn)相關(guān)系數(shù)的顯著性。計(jì)算公式［18］：

式中，Rxy為x與y之間的相關(guān)系數(shù)；、為兩樣基本要素的平均值。

表1 山西省生態(tài)區(qū)劃系統(tǒng)Table 1 The ecological region division systems in Shanxi Province

3 結(jié)果與分析

3.1 15年來(lái)山西省年平均EVI的時(shí)空變化

數(shù)據(jù)經(jīng)最大值合成法（Maximum Value Composite，MVC）處理后提取山西省及各分區(qū)EVI逐年平均值，并繪制年EVI變化趨勢(shì)圖。從圖2中可以看出，山西省植被覆蓋在2000—2014年總體是呈逐年上升趨勢(shì)，EVI值在0.3414～0.4632之間，增速為2.6%·10a－1，通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)。主要經(jīng)歷了3個(gè)階段：（1）2000—2004年急劇上升，是增加幅度最大的階段，增速達(dá)到9.7%·10a－1，反映出退耕還林還草工程初見(jiàn)成效，植被覆蓋狀況明顯得到改善；（2）2004—2008年以小幅波動(dòng)略有下降為特征的時(shí)期，降速為2.4%·10a－1；（3）2009—2014上升階段，并在2013年達(dá)到0.4632的最高值，增速為4.1%· 10a－1，這與2008年山西省出臺(tái)《山西省生態(tài)功能區(qū)劃》文件，促使各地方加大環(huán)境保護(hù)力度，加強(qiáng)植被建設(shè)有關(guān)。

以山西省和5個(gè)自然分區(qū)的年平均EVI值為因變量y，年份為自變量x，進(jìn)行回歸分析得到年平均EVI隨年份變化的線性回歸方程如表2。

可以看到5大自然區(qū)內(nèi)均為正值，表明各大自然區(qū)在近15 a期間為增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中Ⅳ西部山地和Ⅴ晉西黃土丘陵區(qū)植被恢復(fù)速率明顯快于其它自然區(qū)，通過(guò)了0.001顯著水平檢驗(yàn)，這與近年來(lái)黃土高原地區(qū)實(shí)施退耕還林還草工程有很大的關(guān)系；Ⅰ晉北山地和Ⅲ中部盆地的植被增長(zhǎng)率較低，基本保持不變，沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)；Ⅱ東部山地增長(zhǎng)率介于上述兩者之間，呈緩慢上升趨勢(shì)，通過(guò)了0.05的顯著水平檢驗(yàn)。

圖2 2000—2014年山西省不同分區(qū)平均EVI變化趨勢(shì)Fig.2 The change trend of average EVI for different region from 2000 to 2014 in Shanxi Province

表2 山西省及5個(gè)自然區(qū)線性回歸方程Table 2 The linear regression equation of Shanxi Province and five natural regions

圖3給出了2000—2014年EVI平均值分布圖和頻度分布圖，山西省EVI呈現(xiàn)“單峰結(jié)構(gòu)”，EVI平均值為0.4146，值域在0.2～0.6的像元占比達(dá)94.15%，其中0.1～0.3所占比例為12.40%，0.5～0.7所占比例為16.10%，其中0.3～0.5所占比例最大，達(dá)到69.63%。

結(jié)合圖3可知Ⅱ東部太行山山地＞Ⅲ中部盆地＞Ⅳ西部山地＞Ⅰ晉北山地＞Ⅴ晉西黃土丘陵區(qū)，全省植被覆蓋狀況從西北向東南逐漸變好，這與武永利等［16］研究的結(jié)論相符。其中晉西黃土丘陵區(qū)地處呂梁山地以西和黃河以東的晉陜峽谷區(qū)，以黃土丘陵為主，經(jīng)這里流入黃河的11條黃河l級(jí)支流，大多源短流急，河道比降很大，加劇了水土流失，區(qū)內(nèi)地帶性植被已被破壞殆盡，現(xiàn)存的植被多數(shù)為次生灌叢和草本植物，覆蓋率14.8%［19］，EVI值在0.26～0.37；晉北山地屬于半干旱溫帶干草原，風(fēng)沙大，年降雨量400 mm以下且主要集中在7—9月，分布極不均勻，氣候干冷，該地區(qū)是山西省水熱條件最差的地區(qū)，近年來(lái)治理力度較大，生態(tài)環(huán)境明顯改善，但受自然影響制約大，EVI值在0.24～0.38；西部山地年降雨量在500mm以上，按林區(qū)劃分為呂梁山土石山水源涵養(yǎng)林區(qū)和呂梁山東側(cè)黃土丘陵水保林區(qū)，森林覆蓋率分別為34.3%和18.4%，前者是汾河以及呂梁山西部九條一級(jí)支流的發(fā)源地，氣候寒冷濕潤(rùn)，自然植被茂盛，主要植被為針葉林，而呂梁山東側(cè)以櫟、側(cè)柏、山楊天然次生林和疏林灌草叢為主［20］，EVI值在0.36～0.48；中部盆地為大的斷裂谷，主要為耕地，植被覆蓋率不足10%，人類(lèi)開(kāi)發(fā)力度大，是山西省的產(chǎn)糧基地，熱量與降雨量北低南高，降水較為豐富，EVI值在0.35～0.47；東部山地面積遼闊，山地之間分布著一些黃土沖積河谷及山間小盆地，森林覆蓋率在2013年為26.15%，年降水量在500～650mm之間，自然植被豐富，五臺(tái)山、太行山、太岳山和中條山森林覆蓋很高，EVI值在0.39～0.50。

3.2 2000—2014年山西省植被覆蓋變化

整體上看，研究區(qū)植被覆蓋變化在空間上沒(méi)有明顯的規(guī)律，從圖4上看，絕大部分地區(qū)EVI呈現(xiàn)不變或增加趨勢(shì)，其中嚴(yán)重減少的占總面積的1.04%，主要分布于各大盆地，尤其是城市擴(kuò)張邊緣地帶；輕微減少的占總面積的3.27%，主要位于盆地城市與城市相連的區(qū)域，以及城鄉(xiāng)結(jié)合區(qū)，如太原盆地各縣域城郊區(qū)，臨汾洪洞地區(qū)，運(yùn)城盆地的臨猗縣、運(yùn)城市等；基本不變的占總面積的17.49%，位于各大盆地農(nóng)業(yè)耕作區(qū)，1999年《基本農(nóng)田保護(hù)條例》頒布之后，促進(jìn)了農(nóng)田的保護(hù)，各大山區(qū)的高海拔地區(qū)也基本不變，這里植被覆蓋茂盛，人跡罕至；輕微增加的占總面積的52.25%，主要位于呂梁山、太行山腹地以及散落于晉西北黃土丘陵區(qū)，還有沿黃河灘涂區(qū)；顯著增加的占總面積的25.95%，靜樂(lè)、婁煩作為汾河上游地區(qū)和水源地，植被增加明顯，太岳山南麓的古縣、浮山縣、洪洞以東及翼城縣的植被增加明顯，萬(wàn)榮、聞喜及絳縣的部分也增加明顯。

圖3 2000—2014山西省多年平均EVI空間變化及頻度分布圖Fig.3 Spatial variation and frequency distribution chart of multi-year average EVI from 2000 to 2014 in Shanxi Province

圖4 2000—2014年山西省植被覆蓋變化空間分布Fig.4 Spatial distribution of vegetation cover change from 2000 to 2014 in Shanxi Province

3.3 氣候變化和植被變化的關(guān)系

3.3.1 氣候要素年際變化特征分析山西省年降水量、蒸散量和年均溫變化如圖5所示，2000—2014年山西省年降水量變化整體呈緩慢上升趨勢(shì)，變化率為6.06 mm·a－1，蒸散量呈增加趨勢(shì)，變化率為2.21mm·a－1。均溫的年際變化趨勢(shì)與降水變化相反，呈減小趨勢(shì)，明顯小于降水的變化率，由三階多項(xiàng)式擬合曲線可知近15年來(lái)氣溫波動(dòng)較大。

3.3.2 不同生態(tài)分區(qū)EVI變化特征與氣象因子的相關(guān)性利用ENVI5.0提取各個(gè)氣象站點(diǎn)及隨機(jī)點(diǎn)的月均EVI與年EVI值，再分別提取月平均和年平均的氣溫、降水量及實(shí)際蒸散量進(jìn)行相關(guān)分析。

在年際變化上，從表3可以看出，EVI與降水呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.523，在0.01水平上顯著，相關(guān)系數(shù)最大的為Ⅱ區(qū)，并且通過(guò)了0.05水平上顯著性檢驗(yàn)，Ⅰ和Ⅳ區(qū)的相關(guān)系數(shù)在0.35～0.4之間，Ⅲ和Ⅴ的相關(guān)系數(shù)低于0.3。EVI與蒸散量相關(guān)系數(shù)為0.502，在0.01水平上顯著，Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ區(qū)的相關(guān)系數(shù)在0.31～0.33之間，最大的為Ⅱ區(qū)且在0.05水平上顯著，最小的為Ⅴ區(qū)。EVI與氣溫呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為－0.2，未達(dá)到顯著性水平，5大生態(tài)區(qū)的絕大部分地區(qū)未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，Ⅰ區(qū)EVI與溫度負(fù)相關(guān)系數(shù)最大，表明溫度對(duì)該區(qū)域植被的生長(zhǎng)影響較大?？芍谀觌H上降水是影響植被覆蓋變化的最重要的因子，這與信忠保［1］等人研究黃土高原氣候?qū)χ脖桓采w變化影響的結(jié)果相一致，蒸散量次之，溫度為負(fù)相關(guān)。

在年內(nèi)變化上，如圖6可以看出，山西省15年間月均EVI與同期月均溫之間呈現(xiàn)正的線性相關(guān)，系數(shù)為0.723，達(dá)到極相關(guān)性（P＜0.001），月均降雨量和EVI之間呈非線性關(guān)系，降雨量對(duì)EVI有一個(gè)限值約為90 mm，當(dāng)降雨量＜90 mm時(shí)，EVI會(huì)隨降雨量的增加而增加；當(dāng)降雨量＞80 mm，EVI沒(méi)有明顯的增加，維持在0.3左右。15年年內(nèi)平均EVI為單峰型（圖7），在7月達(dá)到了最高峰，15年年內(nèi)平均蒸散量從1月到12月與EVI變化趨勢(shì)基本一致，通過(guò)了0.01水平上的顯著性檢驗(yàn)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.978?？芍?，在年內(nèi)實(shí)際蒸散量是影響植被最重要的因子，溫度次之，降水對(duì)EVI增加的閾值在90 mm左右。

本文分析了植被生長(zhǎng)季不同生態(tài)區(qū)蒸散量與EVI的相關(guān)性，從表3、圖8（見(jiàn)273頁(yè)）中可知，春季ET相關(guān)系數(shù)最大為Ⅱ區(qū)，達(dá)到0.428，并且通過(guò)P＜0.05的信度檢驗(yàn)，其次為Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ這三個(gè)自然區(qū)，最低的為Ⅳ區(qū)，這與該區(qū)域海拔、植被類(lèi)型有較大關(guān)系；夏季ET與EVI相關(guān)系數(shù)達(dá)到最大，其中Ⅰ、Ⅴ區(qū)均達(dá)到0.75以上，都通過(guò)了P＜0.01信度檢驗(yàn)，其次為Ⅳ、Ⅱ區(qū)，最低的為Ⅲ，這與該區(qū)域農(nóng)作物夏收有很大的關(guān)系；秋季ET與EVI相關(guān)系數(shù)為負(fù)相關(guān)，尤其是Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ區(qū)，這是由于該區(qū)域秋收之后植被銳減，加之該區(qū)域以落葉林及草地為主，氣溫下降植被蒸騰作用減弱，Ⅱ區(qū)相關(guān)性不明顯，但在高海拔區(qū)域相關(guān)性顯著，Ⅲ自然區(qū)相關(guān)性為0.136，與其它自然區(qū)相反，這與該區(qū)的冬小麥處于分蘗期正好相符。

圖5 2000—2014年山西省年降水、蒸散量和年均溫變化Fig.5 The change of yearly precipitation，evapotranspiration and temperature from 2000 to 2014 in Shanxi Province

表3 不同生態(tài)分區(qū)EVI變化特征及其與氣象因子的相關(guān)系數(shù)Table 3 Change characteristics of EVI in different ecological regions and its correlation coefficients with climate factors

圖6 2000—2014年月均EVI與月均溫、降水量的回歸曲線Fig.6 The regression curve of monthly EVI with monthly temperature and precipitation from 2000 to 2014

圖7 山西省多年月均蒸散量與EVI趨勢(shì)圖Fig.7 The trend chart of the monthly average evapotranspiration with EVI in Shanxi Province

4 結(jié)論

通過(guò)基于長(zhǎng)序列的MODIS／EVI、ET和氣象數(shù)據(jù)，結(jié)合山西省生態(tài)分區(qū)，可以得到以下結(jié)論：

1）山西省植被總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，增速為2.6%·10a－1，不同生態(tài)分區(qū)中植被覆蓋度狀況是Ⅱ東部太行山山地＞Ⅲ中部盆地＞Ⅳ西部山地＞Ⅰ晉北山地＞Ⅴ晉西黃土丘陵區(qū)，其中Ⅳ西部山地和Ⅴ晉西黃土丘陵區(qū)植被恢復(fù)速率明顯快于其它自然區(qū)。

2）山西省植被覆蓋具有較大的區(qū)域差異，其中東南部的EVI明顯高于西北部，EVI頻度圖呈現(xiàn)“單峰結(jié)構(gòu)”。全省絕大部分地區(qū)呈不變或增加趨勢(shì)，顯著面積比例為25.95%，嚴(yán)重退化面積比例為1.04%。

3）基于年尺度的EVI與降水、蒸散量呈正相關(guān)，與溫度負(fù)相關(guān)；月尺度的EVI為“單峰型”，與氣溫、蒸散量呈顯著正相關(guān)，蒸散量與EVI的相關(guān)性好于降水、溫度單一因子，而降雨量對(duì)EVI變化存在一個(gè)閾值，當(dāng)降雨量達(dá)到一定值EVI不再增加。

4）從生長(zhǎng)季考慮蒸散量與EVI的關(guān)系可知，從春季到夏季各大生態(tài)區(qū)均為正相關(guān)并且逐漸加強(qiáng)，秋季除Ⅲ中部盆地外其它自然區(qū)均為負(fù)相關(guān)。

5 討論

由于山西省植被覆蓋在空間上的差異性，通過(guò)利用EVI數(shù)據(jù)分析可以比較真實(shí)地反映該地區(qū)植被覆蓋的狀況，克服NDVI的一些缺點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)山西省近15年間植被狀況逐步改善，由于水熱條件的影響，植被覆蓋有很大的地域性，總體趨勢(shì)是從西北向東南逐漸變好，這與信忠保等人研究黃土高原植被覆蓋變化的結(jié)果一致［1］；不同生態(tài)區(qū)中Ⅱ東部山地植被覆蓋最為良好，尤其是太岳山南麓及中條山部分地區(qū)，這是得益于該地區(qū)植被基礎(chǔ)比較好，以及近年來(lái)大力植樹(shù)造林。Ⅴ晉西黃土丘陵區(qū)植被狀況最差，該區(qū)域地表支離破碎，溝壑縱橫。據(jù)測(cè)算，該區(qū)域輸沙量占整個(gè)黃河的近1／5［19］；植被覆蓋增加明顯的區(qū)域主要集中于晉西南及汾河上游地區(qū)；退化區(qū)域比較分散，主要集中于各大盆地城市邊緣地帶，與這些地區(qū)高強(qiáng)度的土地開(kāi)發(fā)利用密不可分；改變幅度較大的是Ⅳ西部山地和Ⅴ晉西黃土丘陵區(qū)，這與近十幾年國(guó)家推行的退耕還林還草政策及山西省推出的“藍(lán)天碧水工程”有很大的關(guān)系。

在生長(zhǎng)季內(nèi)的EVI為“單峰型”，呈鐘形曲線，與王正興［9］等人研究結(jié)果一致。溫度、降水與EVI為顯著正相關(guān)［21］，降雨量對(duì)EVI存在一個(gè)閾值，大約在90 mm左右，這與黨越軍［15］等人研究大致一致，實(shí)際蒸散量是影響植被覆蓋變化的最重要的因子，從不同季節(jié)的研究可知，隨著蒸散量的變大，EVI也隨之上升，這符合植被的生長(zhǎng)狀況。特別是Ⅱ東部山地和Ⅲ中部盆地正相關(guān)系數(shù)大于其它自然區(qū)，這與生態(tài)區(qū)玉米、小麥等糧食作物以及山區(qū)落葉林等的生長(zhǎng)有關(guān)；隨著蒸散量下降，到了秋季，EVI隨之下降，尤其是位于北部的Ⅰ晉北山地、Ⅴ晉西黃土丘陵區(qū)和Ⅳ西部山地，負(fù)相關(guān)系數(shù)大于其它自然區(qū)，這與農(nóng)作物的秋收、林木敗落以及氣溫的下降有十分顯著的關(guān)系。

人類(lèi)活動(dòng)對(duì)于植被覆蓋變化的影響也是很大的。另外，不同自然區(qū)內(nèi)的EVI并不是都與降水、蒸散量存在顯著相關(guān)性，在一些地區(qū)，植被的覆蓋還會(huì)有其它自然因素的影響，還有土壤質(zhì)地、地形和政策條件等等對(duì)研究區(qū)植被覆蓋同樣起著很大的作用，這將成為下一步研究的重點(diǎn)。

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Response of enhanced vegetation index（EVI）to climatic factors in different ecological division of Shanxi Province

WANG Hu-wei，ZHANG Fu-ping，YAN Yu-chao，LEI Sheng-jian
（College of Tourism and Environment，Shaanxi Normal University，Xi’an，Shaanxi 710062，China）

Using the data of MODIS EVI，monthly mean air temperature and precipitation from 27 weather stations and transpiration from MOD16 during 2000 to 2014，analyzed the vegetation cover change in recent15 years in Shanxi Province and its response feature to temperature，precipitation and evapotranspiration.The result showed that：（1）Overall the vegetation cover showed an upward trend，the increasing speed was2.6%·10a－1.In the different ecological division，the easternmountain area Ⅱ＞the central basin Ⅲ＞the western mountain area Ⅳ＞the north Shanxi mountain area Ⅰ＞the west Shanxi loess Ⅴ.（2）The vegetation cover in Shanxi Province possessed rather large regional difference.Among them and the EVI in southeast part was obvious higher than the northwest part.The EVI frequency chart was appeared“unimodal structure”.The most parts of province was showed unchange or increasing trend，the notable area ratio was 25.95%and the degradation area ratio was1.04%.（3）The yearly EVI with the precipitation and evapotranspiration was assumed positive correlation，negative correlation with the temperature，The monthly EVI with the temperature and evapotranspiration was showed significantly positive correlation.The correlation between evapotranspiration and EVI was better than the single factor as precipitation and temperature.Also the precipitation with EVI change was existed a threshold value.（4）From growing season considered the evapotranspiration with EVI，we can known that from spring to summer each big ecological region total showed positive correlation and strengthened gradually.In autumn，all other natural areas were negative correlation except the middle part of the central basin Ⅲ.

EVI；ecological division；ET；climatic factors；Shanxi Province

圖1 山西省植被與生態(tài)區(qū)分布圖Fig.1 The distribution map of vegetation and ecological region in Shanxi Province

圖8 山西省不同分區(qū)各季節(jié)多年平均蒸散量與EVI的相關(guān)系數(shù)圖Fig.8 The correlation coefficient chart of multi-year average evapotranspiration with EVI in each season and different regions of Shanxi Province

S181；Q948.1

A

1000-7601（2016）06-0266-08

10.7606／j.issn.1000-7601.2016.06.40

2015-12-14

國(guó)家科技支撐項(xiàng)目（2012BAC08B07）；國(guó)家人力資源和社會(huì)保障部留學(xué)人員科技活動(dòng)項(xiàng)目擇優(yōu)資助項(xiàng)目；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)科研發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)（GK201505112）

王虎威（1990—），男，碩士研究生，主要從事資源環(huán)境遙感與GIS應(yīng)用研究。E-mail：861339097＠qq.com。

張福平（1973—），男，山西呂梁人，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事資源環(huán)境遙感與GIS應(yīng)用研究。E-mail：zhang-fuping＠163.com。