趙 晶，周耀治，鄧興耀

(新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊830046)

西北干旱區(qū)植被覆蓋時(shí)空動(dòng)態(tài)特征

趙 晶，周耀治，鄧興耀

(新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊830046)

用MODIS NDVI數(shù)據(jù)2000—2015年的歸一化植被指數(shù)產(chǎn)品，運(yùn)用變異系數(shù)、Theil-Sen median趨勢(shì)分析耦合Mann-Kendall檢驗(yàn)和Hurst指數(shù)法，探討了中國(guó)西北干旱區(qū)植被覆蓋的時(shí)空變化特征及未來(lái)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)。研究表明:1)2000—2015年全區(qū)植被覆蓋的空間異質(zhì)性較強(qiáng)，有植被覆蓋的區(qū)域占總面積的35.59%，無(wú)植被覆蓋的區(qū)域占64.41%。受降水的影響，植被覆蓋整體呈東南高西北低、山區(qū)高平原低的特點(diǎn);受河流和人工灌溉的影響，綠洲區(qū)水熱組合條件好，其植被覆蓋高于荒漠區(qū)。2)近16年全區(qū)植被覆蓋波動(dòng)變化不明顯，各亞區(qū)的波動(dòng)普遍較低，變異系數(shù)小于0.10的比例均超過(guò)總面積的1/2。3)16年間全區(qū)植被覆蓋總體有增長(zhǎng)趨勢(shì)，變化率為0.006/10a。基于像元尺度的分析也表明全區(qū)植被覆蓋以增長(zhǎng)趨勢(shì)為主，各亞區(qū)中河西走廊的增長(zhǎng)面積最多，北疆的增長(zhǎng)面積最少，均超過(guò)1/2。4)全區(qū)NDVI的Hurst指數(shù)均值為0.73，Hurst指數(shù)大于0.5的范圍所占比例為86.25%，未來(lái)全區(qū)植被覆蓋的變化趨勢(shì)以持續(xù)性增加為主，其中13.46%區(qū)域的未來(lái)趨勢(shì)無(wú)法確定。各亞區(qū)呈不同程度的增加趨勢(shì)，河西走廊的增加趨勢(shì)最明顯，北疆的增加趨勢(shì)相對(duì)較弱。

MODIS;歸一化植被指數(shù);西北干旱區(qū);趨勢(shì)分析;降水量

植被是連接大氣、水體和土壤的紐帶，構(gòu)成陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體［1］。歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)是當(dāng)前廣泛應(yīng)用于表征植被覆蓋的參數(shù)［2］。利用NDVI分析植被的變化趨勢(shì)，對(duì)研究陸地生態(tài)系統(tǒng)的演變過(guò)程具有重要意義。

基于遙感技術(shù)可以獲取多種植被指數(shù)，揭示地表植被覆蓋的空間格局和異質(zhì)性，滿足全球和區(qū)域尺度的研究。NOAA/AVHRR，SPOT/VGT，MODIS衛(wèi)星傳感器獲取的植被指數(shù)是長(zhǎng)時(shí)間序列植被覆蓋變化研究的主要數(shù)據(jù)源［3］。其中，MODIS NDVI數(shù)據(jù)集憑借較高的精度和空間分辨率，廣泛應(yīng)用于地表植被覆蓋的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)［4］。

中國(guó)西北干旱區(qū)是亞洲中部干旱區(qū)的重要組成部分之一，區(qū)內(nèi)山地盆地相間分布，形成全球干旱區(qū)具有代表性的山地—綠洲—荒漠景觀格局，水資源分布極不均勻，是生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)，也是對(duì)全球變化響應(yīng)最敏感地區(qū)之一［5］。氣候變化和人類活動(dòng)強(qiáng)烈地影響著地表植被覆蓋的演替進(jìn)程［6－7］。近幾十年來(lái)西北干旱區(qū)出現(xiàn)了草場(chǎng)退化、土壤鹽漬化、土地沙化等生態(tài)問(wèn)題［8］。在此背景下，氣候變化和人類活動(dòng)共同驅(qū)動(dòng)下的西北干旱區(qū)植被覆蓋時(shí)空分布及其變化受到諸多學(xué)者的關(guān)注。王海軍等［9］利用SPOT/VGT和NOAA/AVHRR NDVI數(shù)據(jù)，采用相關(guān)分析和回歸分析等，探討了1982—2006年西北地區(qū)(陜、甘寧、青、新、內(nèi)蒙西部)NDVI的時(shí)空變化特征及其與氣候變化的耦合;李奇虎等［10］基于1981—2006年GIMMS NDVI和氣象數(shù)據(jù)，利用傾向率和相關(guān)系數(shù)，分析了西北干旱區(qū)植被活動(dòng)的年、季變化和空間差異;韋振鋒等［11］選用1999—2010年SPOT/VGT NDVI和氣象站數(shù)據(jù)，以Sen趨勢(shì)度結(jié)合Mann-Kendall檢驗(yàn)、相關(guān)和偏相關(guān)分析以及殘差法，分析了西北5省人類活動(dòng)和氣候變化對(duì)植被覆蓋變化的影響;王瑋等［12］集合了MODIS NDVI和AVHRR NDVI數(shù)據(jù)，利用斜率和相關(guān)系數(shù)等方法，探討了西北地區(qū)植被覆蓋的空間分布和變化特征。

可見(jiàn)，目前關(guān)于西北干旱區(qū)植被覆蓋的研究較多，但多討論植被覆蓋的現(xiàn)狀，對(duì)植被覆蓋未來(lái)變化趨勢(shì)的定量研究較為薄弱。或以行政區(qū)劃和全區(qū)整體分析為主，缺乏不同空間維度的變異性研究，難以反映研究區(qū)特殊的“山地—綠洲—荒漠”系統(tǒng)的異質(zhì)性。本文選用2000—2015年MODIS NDVI數(shù)據(jù)，利用變異系數(shù)法、Theil-Sen median趨勢(shì)分析耦合Mann-Kendall檢驗(yàn)以及Hurst指數(shù)法等，分析西北干旱區(qū)植被覆蓋的時(shí)空變化特征及未來(lái)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，為認(rèn)識(shí)氣候變化和人類活動(dòng)共同驅(qū)動(dòng)下的干旱區(qū)植被覆蓋變遷提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

西北干旱區(qū)深居亞洲中部大陸腹地，為典型的大陸性氣候［13］。區(qū)域范圍包括新疆維吾爾自治區(qū)全境、甘肅省河西走廊、祁連山區(qū)、內(nèi)蒙古阿拉善高原及黃河寧夏段以西的寧夏回族自治區(qū)部分，區(qū)內(nèi)有天山、阿爾泰山、昆侖山、祁連山等山脈，包圍著準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地等內(nèi)陸盆地和河西走廊，分布著大片沙漠和戈壁，構(gòu)成以山地—綠洲—荒漠三大生態(tài)系統(tǒng)為基本特征的自然單元。根據(jù)以往研究成果［13］和全區(qū)自然地理差異，將全區(qū)分為北疆、南疆、天山、祁連山、河西走廊和內(nèi)蒙古西部6個(gè)亞區(qū)(圖1)。

圖1 研究區(qū)概況Fig.1 Sketch map of arid region of Northwest China

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

選用MODIS的月合成產(chǎn)品MOD13A3，空間分辨率為1km×1km，時(shí)間序列從2000年4月至2015年10月，在美國(guó)國(guó)家航天航空局網(wǎng)站下載［14］。為反映植被覆蓋的年際特征，采用生長(zhǎng)季(4—10月)時(shí)段NDVI合成值表征植被生長(zhǎng)［15］。

DEM數(shù)據(jù)為SRTM3(Shuttle Radar Topography Mission)，空間分辨率為90m×90m，從中國(guó)科學(xué)院數(shù)據(jù)云下載［16］。

降水量和氣溫資料為英國(guó)East Anglia大學(xué)氣候研究中心(Climatic Research Unit，CRU)發(fā)布的全球陸地表面月平均氣候數(shù)據(jù)集［17］，空間分辨率0.5°×0.5°，選取時(shí)間序列從2000年1月至2014年12月。

1.3 研究方法

1.3.1 變異系數(shù)法

變異系數(shù)用于分析植被覆蓋的空間格局與空間分異規(guī)律［18］。

式中，CVNDVI指NDVI的變異系數(shù);σ為像元的標(biāo)準(zhǔn)差;為像元的均值。CVNDVI值越大，說(shuō)明各年份同一像元的NDVI值分布越離散，植被覆蓋在時(shí)序上不穩(wěn)定;反之，表明各年份NDVI值分布集中，植被覆蓋時(shí)序穩(wěn)定。

1.3.2 Theil-Sen median趨勢(shì)分析耦合Mann-Kendall檢驗(yàn)

Theil-Sen median趨勢(shì)分析與Mann-Kendall檢驗(yàn)耦合，以判斷時(shí)間序列中植被覆蓋的改善或退化趨勢(shì)［19］。其中，Theil-Sen median趨勢(shì)分析表達(dá)為:

式中:NDVIi和NDVIj為樣本數(shù)據(jù)(2000≤i＜j≤2015);β指計(jì)算n(n－1)/2個(gè)數(shù)據(jù)組合的斜率的中位數(shù)(n=16，為時(shí)間序列的長(zhǎng)度)。當(dāng)β＞0時(shí)，表明該時(shí)間序列的植被覆蓋呈改善趨勢(shì);反之，則為退化趨勢(shì)。

Mann-Kendall檢驗(yàn)用于判斷時(shí)間序列數(shù)據(jù)的增強(qiáng)或衰減趨勢(shì)［20－21］，將某時(shí)序的NDVI值看作一組獨(dú)立分布的樣本數(shù)據(jù)，以參數(shù)Zc作為像元NDVI衰減指標(biāo)，計(jì)算公式為:

式中，

式中，sign為符號(hào)函數(shù)。本文以置信水平α= 0.05判斷NDVI變化趨勢(shì)的顯著性［19］。將檢驗(yàn)結(jié)果Zc分為顯著變化(|Zc|＞1.96)和不顯著變化(|Zc|＜1.96)。

1.3.3 Hurst指數(shù)

Hurst指數(shù)［22］用于定量描述時(shí)間序列中植被覆蓋變化的可持續(xù)性。NDVI時(shí)間序列{NDVI(t)} (t=1，2，3，4，…，n)對(duì)于任意正整數(shù)t≥1，定義該時(shí)間序列的均值序列:

計(jì)算累積離差:

極差序列為:

標(biāo)準(zhǔn)差序列為:

計(jì)算Hurst指數(shù):

式中，c為常數(shù)。對(duì)公式(11)兩邊取對(duì)數(shù)可得到Hurst指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式。基于時(shí)間序列并利用Hurst經(jīng)驗(yàn)公式得到一簇H值進(jìn)行最小二乘法擬合，得出的直線斜率即為修正后的Hurst指數(shù)(H)，反映了時(shí)間序列的分形特征。

H=0.5時(shí)，表明時(shí)間序列完全獨(dú)立，沒(méi)有相關(guān)性或短程相關(guān);0＜H＜0.5時(shí)，表明未來(lái)的變化狀況與過(guò)去相反，即反持續(xù)性，H越小，反持續(xù)性越強(qiáng); H＞0.5時(shí)，表明未來(lái)的變化狀況與過(guò)去趨勢(shì)一致，即持續(xù)性，H越大，持續(xù)性越強(qiáng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 植被覆蓋的空間格局

將2000—2015年MODIS NDVI數(shù)據(jù)、2000—2014年CRU降水和氣溫?cái)?shù)據(jù)逐像元逐年平均，探討植被覆蓋的的空間分布特征。

圖2 2000—2015年西北干旱區(qū)年均NDVI空間分布Fig.2 Spatial distribution of average annual NDVI in arid region of Northwest China from 2000 to 2015

圖3 2000—2014年西北干旱區(qū)年均降水量、氣溫空間分布Fig.3 Spatial distribution of average annual precipitation and temperature in arid region of Northwest China from 2000 to 2014

NDVI值等于0.1是地表有無(wú)植被的閾值［23］。故將年均NDVI值分為6級(jí)(表1)。全區(qū)有植被覆蓋的區(qū)域(NDVI≥0.1)占總面積的35.59%，無(wú)植被覆蓋的區(qū)域(NDVI＜0.1)占64.41%，其中NDVI高值區(qū)(NDVI≥0.4)的面積比例為3.95%。同時(shí)，各亞區(qū)植被覆蓋的空間異質(zhì)性較強(qiáng)，有植被覆蓋的區(qū)域面積:天山＞北疆＞祁連山＞河西走廊＞內(nèi)蒙古西部＞南疆。其中天山、祁連山和北疆有植被覆蓋的區(qū)域面積比例超過(guò)總面積2/3，南疆有植被覆蓋區(qū)域面積比例最低，僅占16.48%。

表1 西北干旱區(qū)年均NDVI分級(jí)Tab.1 Gradation of average NDVI in arid region of Northwest China

在空間格局上，近16年西北干旱區(qū)植被覆蓋呈東南高西北低、山區(qū)高平原低、綠洲區(qū)高于荒漠區(qū)的特點(diǎn)(圖2)。NDVI的高值區(qū)主要在兩類區(qū)域:一是天山、阿爾泰山、祁連山等降水量較多的山區(qū)，結(jié)合降水分布(圖3)可以看出，西北干旱區(qū)東南部及祁連山東部受西南暖濕氣流和東亞季風(fēng)影響，降水量多。區(qū)域西部為西風(fēng)環(huán)流的通道，在山地迎風(fēng)坡形成豐富的降水，而平原地區(qū)降水量較少。降水豐富有利于植被生長(zhǎng);二是內(nèi)陸河流域綠洲區(qū)，如北疆的額敏河、博爾塔拉河、奎屯河、瑪納斯河、呼圖壁河等流域，南疆的塔里木河、開(kāi)都河、喀什噶爾河、葉爾羌河、和田河等流域及河西走廊的黑河、石羊河等流域。綠洲是干旱區(qū)荒漠大背景下依賴河流而形成的特殊景觀，其降水量雖不及山區(qū)，但河流和地下水提供了豐富的水資源，同時(shí)區(qū)域氣溫較高(圖2b)，水熱組合條件較好，植被發(fā)育良好，加之人工灌溉，綠洲的植被覆蓋高于荒漠區(qū)。

NDVI的低值區(qū)主要在塔克拉瑪干沙漠、古爾班通古特沙漠、巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠等沙漠和荒漠戈壁地區(qū)，干旱的氣候和貧瘠多鹽的土壤條件，限制了荒漠植物的生長(zhǎng)、發(fā)育和分布，故植被覆蓋較低;天山、阿爾泰山、昆侖山、祁連山等山脈的高山寒漠帶和冰川帶，分布著極少的耐寒、耐旱(生理干旱)植物，植被覆蓋亦較低。

2.2 植被覆蓋的變異特征

逐像元計(jì)算2000—2015年西北干旱區(qū)NDVI的變異系數(shù)CVNDVI(圖3)，將計(jì)算結(jié)果分為5級(jí)(表2)，整體上，全區(qū)植被覆蓋波動(dòng)較低，各變異程度的面積:相對(duì)較低的波動(dòng)變化＞低波動(dòng)變化＞中等波動(dòng)變化＞相對(duì)較高的波動(dòng)變化＞高波動(dòng)變化。各亞區(qū)植被覆蓋的波動(dòng)普遍較低，CVNDVI≤0.10的面積比例最高和最低的亞區(qū)分別為內(nèi)蒙古西部(90.77%)和北疆(55.27%)。

圖4 2000—2015年西北干旱區(qū)NDVI變異程度Fig.3 Spatial distribution of variation coefficient of NDVI in arid region of Northwest China from 2000 to 2015

從圖4可以看出，植被覆蓋高波動(dòng)變化主要在兩類區(qū)域:一是南北疆和河西走廊的諸內(nèi)陸河流域綠洲區(qū)，原因是隨著綠洲規(guī)模擴(kuò)大，綠洲荒漠過(guò)渡帶的天然植被演替為人工植被，引起NDVI在時(shí)間序列上的波動(dòng)變化。此外，綠洲區(qū)農(nóng)田種植結(jié)構(gòu)和種植品種的調(diào)整也會(huì)導(dǎo)致NDVI的波動(dòng);第二類區(qū)域是天山和昆侖山的高海拔地帶，NDVI高波動(dòng)變化區(qū)大致分布在高山寒漠帶和高寒草甸的界線附近，高寒草甸植被生長(zhǎng)的海拔上限對(duì)氣溫變化響應(yīng)敏感。

植被覆蓋的低波動(dòng)變化區(qū)面積廣大，主要分布在沙漠、戈壁和山地的冰川帶，該區(qū)域植被稀疏或無(wú)植被生長(zhǎng)，植被波動(dòng)變化低。

表2 西北干旱區(qū)NDVI的變異系數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistics of variation coefficient of NDVI in arid region of Northwest China %

2.3 植被覆蓋的時(shí)間變化

將西北干旱區(qū) 2000—2015年 NDVI和2000—2014年CRU降水、氣溫逐年均值進(jìn)行一元線性回歸分析，討論植被覆蓋在時(shí)間序列上的變化。全區(qū) NDVI大致穩(wěn)定分布在 0.107～0.124之間(圖5)，總體以0.006/10a的變化率呈改善趨勢(shì)。

從降水量和氣溫的變化(圖6)可以看出，全區(qū)降水量呈增加趨勢(shì)，增濕趨勢(shì)為1.241mm/10a，氣溫為降低趨勢(shì)，變化率為－0.258℃/10a，計(jì)算NDVI與降水量、氣溫的相關(guān)系數(shù)分別為0.57，－0.08。西北干旱區(qū)以典型的干旱、半干旱大陸性氣候?yàn)橹?，植被類型以旱生草本和灌木植物為代表，熱量條件相對(duì)充足，降水量成為植被生長(zhǎng)的制約因素。全區(qū)降水量顯著增加、氣溫降低使土壤水分充足，有利于植被生長(zhǎng)，使區(qū)域植被覆蓋持續(xù)改善。

圖5 2000—2015年西北干旱區(qū)年際NDVI變化Fig.5 Inter-annual variation of NDVI in arid region of Northwest China from 2000 to 2015

圖6 2000—2014年西北干旱區(qū)年際降水量氣溫變化Fig.6 Inter-annual variation of precipitation and temperature in arid region of Northwest China from 2000 to 2014

耦合Theil-Sen median趨勢(shì)分析與Mann-Kendall檢驗(yàn)，得到2000—2015年全區(qū)像元尺度的NDVI變化趨勢(shì)(表3、圖7)。

從表3可以看出，整體上全區(qū)植被覆蓋變化趨勢(shì)以增加為主，各變化趨勢(shì)的面積:輕微增加＞顯著增加＞輕微減?。撅@著減小。各亞區(qū)的植被覆蓋均以增加趨勢(shì)占主導(dǎo)，“輕微增加和顯著增加”的區(qū)域面積比例均超過(guò)1/2，其中河西走廊的面積比例最高(93.68%)，北疆的面積比例最低，但也達(dá)到55.91%。

表3 西北干旱區(qū)NDVI的變化趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistics of NDVI trend in arid region of Northwest China %

從圖7可以看出，南北疆和河西走廊諸內(nèi)陸河流域綠洲區(qū)的植被覆蓋呈顯著增加趨勢(shì)，是因?yàn)橐陨狭饔蛴懈邚?qiáng)度的綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展，耕地面積不斷擴(kuò)張，原有天然植被演替為人工植被，使得植被覆蓋顯著增加;河西走廊、內(nèi)蒙古高原中部和塔里木盆地西南部NDVI的顯著增加可能與降水量的增加有關(guān)。NDVI顯著減小的區(qū)域主要在準(zhǔn)噶爾盆地、天山山區(qū)和內(nèi)蒙古高原西部。

圖7 2000—2015年西北干旱區(qū)NDVI變化趨勢(shì)Fig.5 Spatial distribution of the trend of NDVI in arid region of Northwest China from 2000 to 2015

2.4 植被覆蓋的預(yù)測(cè)

計(jì)算得到2000—2015年西北干旱區(qū)NDVI的Hurst指數(shù)空間分布圖(圖8)。全區(qū)Hurst指數(shù)均值為0.73，Hurst指數(shù)小于0.5的范圍所占比例為13.75%，大于0.5的范圍為86.25%，表明全區(qū)植被覆蓋的正向持續(xù)性較強(qiáng)，即未來(lái)的變化狀況與過(guò)去趨勢(shì)一致。

圖8 2000—2015年西北干旱區(qū)NDVI的Hurst指數(shù)分布Fig.6 Spatial distribution of Hurst Index of NDVI in arid region of Northwest China from 2000 to 2015

為預(yù)測(cè)植被覆蓋的未來(lái)變化，耦合NDVI變化趨勢(shì)(圖7)與持續(xù)性(圖8)，得到預(yù)測(cè)結(jié)果(圖9、表4)。

圖9 西北干旱區(qū)NDVI的預(yù)測(cè)Fig.9 The predictions for the future of NDVI in in arid region of Northwest China

未來(lái)全區(qū)植被覆蓋的變化趨勢(shì)以持續(xù)性增加為主，各預(yù)測(cè)類型比重:持續(xù)性輕微增加＞持續(xù)性顯著增加＞無(wú)法確定＞持續(xù)性輕微減小＞持續(xù)性顯著減小。各亞區(qū)植被覆蓋呈不同程度的增加趨勢(shì)，河西走廊、祁連山、南疆和內(nèi)蒙古西部亞區(qū)“持續(xù)性輕微增加和顯著增加”的面積比例超過(guò)1/2，河西走廊的趨勢(shì)最明顯，90.09%的區(qū)域?yàn)樵黾于厔?shì)，天山和北疆亞區(qū)增加趨勢(shì)的面積比例最低，分別為46.31%和43.6%。值得注意的是，全區(qū)13.46%的區(qū)域未來(lái)變化趨勢(shì)無(wú)法確定，零星分布在阿爾泰山南坡、天山山區(qū)和昆侖山等區(qū)域，以上地區(qū)植被覆蓋未來(lái)的變化狀況需要持續(xù)關(guān)注。

表4 西北干旱區(qū)NDVI預(yù)測(cè)的類型統(tǒng)計(jì)Tab.4 Statistics of the predictions for the future of NDVI in arid region of Northwest China %

3 結(jié)論與討論

1)空間格局上，西北干旱區(qū)植被覆蓋的空間異質(zhì)性較強(qiáng)。受降水分布的影響，植被覆蓋整體呈東南高西北低、山區(qū)高平原低的特點(diǎn);受河流和人工灌溉的影響，綠洲區(qū)水熱組合條件好，其植被覆蓋高于荒漠區(qū)。郭鈮等［24］研究了西北地區(qū)不同植被NDVI與氣候因子的關(guān)系，認(rèn)為除戈壁沙漠區(qū)，NDVI與氣溫、降水有較好的相關(guān)性，與本文結(jié)論相似;本文的研究與張琪等［25］認(rèn)為中亞干旱區(qū)植被活動(dòng)受降水和氣溫的共同影響的結(jié)論是一致的。因此，本研究的結(jié)論對(duì)認(rèn)識(shí)西北干旱區(qū)不同空間維度的植被覆蓋格局增添了新的證據(jù)。

2)近16年全區(qū)植被覆蓋波動(dòng)變化不明顯，各亞區(qū)的波動(dòng)普遍較低，變異系數(shù)小于0.10的比例均超過(guò)總面積的1/2，高波動(dòng)變化區(qū)零星分布在綠洲和山區(qū)。西北干旱區(qū)內(nèi)陸河流域發(fā)展了典型的綠洲農(nóng)業(yè)，綠洲面積擴(kuò)大、農(nóng)田種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和種植品種變化均會(huì)引起植被覆蓋的波動(dòng);除人類活動(dòng)，氣候變化對(duì)植被覆蓋的分異亦產(chǎn)生深刻影響，尤其是高寒山區(qū)植被生長(zhǎng)的海拔上限受氣溫控制。氣候變化和人類活動(dòng)驅(qū)動(dòng)下的西北干旱區(qū)植被覆蓋響應(yīng)［9，12，24］已有較多探討。與以上研究相比，本研究有以下優(yōu)勢(shì):根據(jù)自然地理差異，將西北干旱區(qū)分為6個(gè)亞區(qū)，分析不同尺度的植被覆蓋時(shí)間變化和分異特征，揭示了空間異質(zhì)性，認(rèn)為植被覆蓋波動(dòng)變化在不同亞區(qū)程度不一:內(nèi)蒙古西部＞南疆＞河西走廊＞祁連山＞天山＞北疆。西北干旱區(qū)“山地—綠洲—荒漠”系統(tǒng)自然要素的分異特征鮮明，在全球干旱區(qū)具有很好的代表性。本研究的結(jié)論，對(duì)認(rèn)識(shí)干旱區(qū)內(nèi)部不同干濕背景下植被覆蓋的異質(zhì)性提供了參考。

3)時(shí)間序列上，2000年以來(lái)西北干旱區(qū)NDVI總體有增長(zhǎng)趨勢(shì)，變化率為0.006/10a。基于像元尺度的分析也表明全區(qū)植被覆蓋變化趨勢(shì)以增加為主，各亞區(qū)均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中祁連山的增長(zhǎng)幅度最大，河西走廊的增長(zhǎng)面積最多，但局部地區(qū)的植被覆蓋有退化趨勢(shì)。植被覆蓋持續(xù)改善是因?yàn)閰^(qū)域降水量顯著增加、氣溫降低，使得土壤水分充足，有利于植被生長(zhǎng)。本研究與全球干旱區(qū)［21］、歐亞大陸［26］得出的植被覆蓋“變綠”的趨勢(shì)一致;與韋振鋒等［11］認(rèn)為1999—2010年西北地區(qū)植被覆蓋整體呈增加趨勢(shì)，局部減小的結(jié)論是一致的;與王瑋等［12］研究的1981—2013年西北干旱區(qū)植被活動(dòng)為增強(qiáng)態(tài)勢(shì)的結(jié)論是一致的。本研究對(duì)西北干旱區(qū)植被覆蓋的變化趨勢(shì)增加了定量的分析，為認(rèn)識(shí)氣候變化和人類活動(dòng)共同驅(qū)動(dòng)下的干旱區(qū)植被覆蓋演替研究提供了一定參考。

4)未來(lái)，西北干旱區(qū)植被覆蓋的變化趨勢(shì)以持續(xù)性增加為主，各亞區(qū)呈不同程度的增加趨勢(shì)，河西走廊的增加趨勢(shì)最明顯，北疆的增加趨勢(shì)相對(duì)較弱。植被覆蓋的持續(xù)改善對(duì)西北干旱區(qū)生態(tài)效應(yīng)有積極作用，可以抑制草場(chǎng)退化、土地沙化等生態(tài)問(wèn)題，也有利于弱化沙塵暴的發(fā)生。值得注意的是，在區(qū)域氣候系統(tǒng)的變化和人類活動(dòng)的干預(yù)下，全區(qū)植被改善是人工綠洲擴(kuò)大的結(jié)果還是氣候變化的正效應(yīng)，二者的貢獻(xiàn)率各占多少，植被改善的趨勢(shì)是否會(huì)持續(xù)發(fā)展，干旱區(qū)水文循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)和地表過(guò)程將如何響應(yīng)，尤其是對(duì)荒漠生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和修復(fù)將產(chǎn)生怎樣的影響，依然需要全面的、長(zhǎng)序列的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入研究。

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Temporal-spatial Dynamic Change Characteristics of Vegetation Coverage in Arid Regions of Northwest China

ZHAO Jing，ZHOU Yaozhi，DENG Xingyao
(College of Resources and Environment Science，Xinjiang University，Urumqi，830046，China)

Based on the MODIS NDVI data of the normalized difference vegetation index products obtained between 2000 and 2015，Variable coefficient，Theil-Sen median trend analysis，Mann-Kendall test method and Hurst index method were utilized for research on the temporal-spatial dynamic change characteristics of vegetation coverage in the arid region of Northwest China and the future trends.The results showed:1)the vegetation coverage in the entire region has a strong spatial heterogeneity，the area of vegetation and bare fallow accounts for 35.59%and 64.41%of the total area，respectively.Affected by precipitation，higher value area of NDVI is mainly in the mountains and southeastern region which have a rich rainfall，the low value areas of NDVI are concentrated on plains and northwestern region which have apoor rainfall;Influenced by rivers and irrigation，the vegetation coverage of desert is lower than the oasis which has the better hydrothermal conditions.2)the variation degree of the entire regional vegetation coverage in the recent 16 years was not obvious.The fluctuation in each subregion is slight，and the proportion of region where the variation degree is less than 0.10 is as high as 1/2.3)the entire regional vegetation coverage in the recent 16 years shows fluctuation changes which have a increase trend，the change rate is 0.006/10a.The analysis based on the pixel scale also shows a increase trend，the area of increase trend in Hexi Corridor is the largest and in Northern Xinjiang is the least.4)Hurst index average of the entire regional NDVI is 0.73.The scope of Hurst index greater than 0.5 accounts for 86.25%.The change trend of the entire regional vegetation coverage in the future is mainly in persistent increase.A-mong them，13.46%area change trend cannot be determined.The change trend in the future of the increase degree in each subregion is different，the increase trend in Hexi Corridor is the most obvious and in Northern Xinjiang is the least.

MODIS，normalized difference vegetation index，the arid region of Northwest China，trend analysis，precipitation

S718.45

A

1002－6622(2017)01－0118－09

10．13466/j．cnki．lyzygl．2017．01．020

2016－08－23;

2016－12－12

趙晶(1988－)，男，河南衛(wèi)輝人，在讀碩士，主要研究方向:生態(tài)規(guī)劃與管理。Email:xdazhaojing@163.com

周耀治(1970－)，男，教授，博士，主要從事生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)研究。Email:xdaliaosha@sina.com