劉家福,馬 帥,李 帥,任春穎,毛德華,張 柏,*

1 吉林師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院,四平 136000 2 中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,長(zhǎng)春 130012

全球氣候變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)是國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃的重要研究?jī)?nèi)容[1]。植被作為地球生態(tài)系統(tǒng)主體,是大氣、土壤和水分相互作用的天然聯(lián)系,在全球物質(zhì)和能量循環(huán)過(guò)程中起到十分重要的作用[2- 4],因此監(jiān)測(cè)植被生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)具有重要現(xiàn)實(shí)意義和科學(xué)價(jià)值。在全球變化背景下,植被覆蓋變化容易受到氣候和人類(lèi)活動(dòng)的共同影響,地表植被對(duì)自然因素和人類(lèi)活動(dòng)干擾響應(yīng)已成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)問(wèn)題,氣候變化對(duì)地表植被的影響得到學(xué)術(shù)界高度關(guān)注[5- 7]。東北黑土區(qū)地處我國(guó)東北邊陲,對(duì)氣候變化反應(yīng)敏感,是我國(guó)東北地區(qū)植被動(dòng)態(tài)研究的敏感區(qū)域之一。在全球變暖和人類(lèi)活動(dòng)共同影響下,東北黑土區(qū)氣候變化明顯,平均氣溫顯著升高,降水量顯著減少,導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重,生態(tài)環(huán)境日趨惡化[8-9]。分析東北黑土區(qū)植被NDVI動(dòng)態(tài),研究植被NDVI變化與氣候因子的關(guān)系可為應(yīng)對(duì)全球氣候變化提供重要的理論依據(jù),及時(shí)探討植被對(duì)氣候變化的響應(yīng),對(duì)豐富全球變化區(qū)域響應(yīng)的研究具有重要意義。陳福軍等[10]相關(guān)研究表明植被NDVI與氣候因子具有顯著的相關(guān)性。Fensholt等[11]對(duì)全球半干旱地區(qū)1981—2007年植被綠度研究表明,全球范圍內(nèi)植被綠度增長(zhǎng)速度受到空氣溫度和降水共同影響。陸晴等[12]利用GIMMS NDVI數(shù)據(jù)和地面氣象數(shù)據(jù),研究了青藏高原草地覆蓋變化及其對(duì)氣候因素的響應(yīng)。Zhao等[13-14]對(duì)新疆NDVI的研究表明,區(qū)域NDVI主要呈增加趨勢(shì),且與降水量和潛在蒸散量(ET)增加有關(guān)。范昊明等[15],尚建勛等[16],魏建兵等[17]對(duì)東北黑土區(qū)的土壤侵蝕和侵蝕溝治理問(wèn)題進(jìn)行了探討。上述研究主要針對(duì)更大空間尺度,對(duì)時(shí)段內(nèi)變化過(guò)程、變化趨勢(shì)的持續(xù)性關(guān)注相對(duì)不足,此外,對(duì)長(zhǎng)時(shí)間序列東北黑土區(qū)植被NDVI變化及其與氣候變化關(guān)系的探討鮮有報(bào)道。

本文利用MODIS NDVI數(shù)據(jù)集對(duì)GIMMS NDVI數(shù)據(jù)集進(jìn)行插補(bǔ),獲取長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù),在多個(gè)空間尺度和不同季節(jié),計(jì)算多個(gè)時(shí)間序列東北黑土區(qū)植被動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì),同時(shí)結(jié)合氣象數(shù)據(jù)(氣溫、降水量),探討東北黑土區(qū)植被NDVI動(dòng)態(tài)及其對(duì)氣候因子的響應(yīng)。以期明確我國(guó)東北黑土區(qū)植被覆蓋時(shí)空變化特征、以及氣候因子與植被NDVI的相關(guān)性關(guān)系,旨在豐富我國(guó)東北黑土區(qū)對(duì)全球變化響應(yīng)的研究成果,同時(shí)為東北黑土區(qū)對(duì)氣候變化的響應(yīng)研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

黑土是具有強(qiáng)烈脹縮和擾動(dòng)特性的粘質(zhì)土壤,典型的黑土土壤包含黑土和黑鈣土,本文將黑土、黑鈣土集中分布的區(qū)域劃分為東北黑土區(qū)。東北黑土區(qū)是世界僅存的“三大黑土區(qū)”之一,地理位置介于41°01′—53°05′E,115°03′—135°05′N(xiāo)之間(圖1),是世界三大黑土區(qū)中面積最小,氣候條件最寒冷的區(qū)域[18-19]。東北黑土區(qū)主要分布在松嫩流域腹地,北起嫩江、北安,南至四平,氣候干燥寒冷,降雨集中,年平均降雨量400—700mm,水資源總量1415.99億m3,人均占有量1213.98m3[20-21]。東北黑土區(qū)從南向北具有暖溫帶、溫帶和寒溫帶的熱量變化,自東向西具有濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)和半干旱的濕度分異,具有獨(dú)特的植被分布格局,是全球變化研究的敏感區(qū)域之一[22]。東北黑土區(qū)植被覆蓋度較高,主要植被類(lèi)型為農(nóng)業(yè)植被、森林和草原,還有少部分草甸、灌叢等植被(圖2)。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與預(yù)處理

GIMMS NDVI數(shù)據(jù)來(lái)自美國(guó)國(guó)家航天航空局(NASA)戈達(dá)德航天中心(Godddard space flight center,GSFC),空間分辨率為8km、時(shí)間分辨率為15d[23-24]。本文數(shù)據(jù)是由NASA官網(wǎng)下載的1982年—2013年每15d提供的GIMMS NDVI3g數(shù)據(jù)；MODIS NDVI數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái),增強(qiáng)了對(duì)植被的檢測(cè)能力,空間分辨率為1km,已被應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域[25-26],本文使用的是MOD13A3,即1km分辨率月合成的植被指數(shù)產(chǎn)品,時(shí)間跨度是2000—2016年。氣象數(shù)據(jù)由國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)提供,1∶100萬(wàn)矢量化植被類(lèi)型圖(圖2)來(lái)自中國(guó)植被類(lèi)型圖。

圖1 東北黑土區(qū)范圍Fig.1 Black soil area in Northeast China

圖2 黑土區(qū)植被類(lèi)型及氣象站點(diǎn)分布圖 Fig.2 Vegetation types and meteorological station distribution map in black soil area

MOD13A3數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間分辨率上均優(yōu)于GIMMS NDVI3g數(shù)據(jù),因此在時(shí)間上MOD13A3數(shù)據(jù)可以對(duì) GIMMS NDVI3g數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)[27-28]。首先對(duì)1km空間分辨率的MOD13A3數(shù)據(jù)重采樣處理,得到8km空間分辨率的月值數(shù)據(jù),然后對(duì)兩種數(shù)據(jù)集進(jìn)行一致性分析,確立數(shù)據(jù)插補(bǔ)的可能性,獲得GIMMS NDVI3g數(shù)據(jù)在2013—2016年各月份的數(shù)據(jù)序列。

為反映植被年內(nèi)和年際變化特征,采用生長(zhǎng)季(3—11月)、春季(3—5月)、夏季(6—8月)和秋季(9—11月)NDVI合成值表征植被生長(zhǎng)狀況,各季節(jié)分別為時(shí)段內(nèi)月NDVI平均值。氣象數(shù)據(jù)來(lái)自于研究區(qū)內(nèi)29個(gè)氣象站點(diǎn)1982—2016年逐月平均氣溫和降水,同時(shí)采用Kriging方法對(duì)氣候數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值處理,獲取像元大小與NDVI數(shù)據(jù)一致、投影相同的氣候要素柵格數(shù)據(jù)；采用固定起始年份,逐步增加結(jié)束年份的分析方法,分別計(jì)算1982—2006,1982—2008,1982—2010,1982—2012,1982—2014,1982—2016年6個(gè)時(shí)間序列的氣候變化和植被動(dòng)態(tài),根據(jù)趨勢(shì)斜率的變化范圍,定義5個(gè)趨勢(shì)等級(jí)(表1)；最后為了在像元尺度上更好的反映氣溫、降水對(duì)植被生長(zhǎng)的影響,延長(zhǎng)時(shí)間序列區(qū)間長(zhǎng)度,計(jì)算了1982—2000,1982—2005,1982—2010,1982—2016年4個(gè)時(shí)間序列氣溫、降水量與植被NDVI的相關(guān)性。

表1 1982—2016年?yáng)|北黑土區(qū)植被NDVI變化趨勢(shì)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

2.2 逐像元分析法

線(xiàn)性回歸分析方法計(jì)算簡(jiǎn)單,結(jié)果容易比較,是研究植被動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)的常用方法[29-30]。本文采用最小二乘回歸分析方法,年份為自變量,NDVI為因變量,模擬1982—2016年多年NDVI變化趨勢(shì),公式為：

(1)

式中,S為趨勢(shì)斜率,S>0代表植被有增加的趨勢(shì),反之則減少；n是研究時(shí)間序列的長(zhǎng)度;m為1982—2016年序號(hào)(m=1,2,3,4……35)；NDVIm表示第m年的平均NDVI值。

對(duì)1982—2016年?yáng)|北黑土區(qū)多年植被NDVI與同期氣溫、降水量進(jìn)行逐像元相關(guān)分析,探討相關(guān)系數(shù)的空間分布情況,分析多年植被NDVI對(duì)氣溫、降水量的響應(yīng),相關(guān)性公式為：

(2)

3 結(jié)果與分析

3.1 MODIS與GIMMS數(shù)據(jù)的一致性檢驗(yàn)

MODIS NDVI和GIMMS NDVI具有不同傳感器,表2列出了其波段范圍、波長(zhǎng)范圍、空間和時(shí)間分辨率的差異。由表可見(jiàn),在進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間序列分析年際變化前需要對(duì)兩種數(shù)據(jù)集進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

兩種數(shù)據(jù)集有14a時(shí)間交叉,通過(guò)全區(qū)域各月平均NDVI分析,2種數(shù)據(jù)集R2為0.9509,并通過(guò)0.05置信度檢驗(yàn)(圖3)。MODIS擬合數(shù)據(jù)與GIMMS NDVI3g數(shù)據(jù)的生長(zhǎng)季各月相關(guān)系數(shù)分別為0.803、0.648、0.673、0.559、0.537、0.796、0.715、0.625、0.732(P<0.01,n=26357),均為顯著正相關(guān)關(guān)系。綜上所述,MODIS數(shù)據(jù)集對(duì)GIMMS數(shù)據(jù)集進(jìn)行插補(bǔ)是可行的。

表2 GIMMS 和MODIS 兩種數(shù)據(jù)集傳感器的幾何和光譜特征

圖3 GIMMSNDVI和MODIS NDVI數(shù)據(jù)關(guān)系Fig.3 Data relations between GIMMSNDVI and MODIS NDVI

3.2 區(qū)域尺度的NDVI變化

1982—2016年春季NDVI年平均值在0.22—0.34之間,多年平均值為0.27。整體來(lái)看,35a春季東北黑土區(qū)植被覆蓋變化呈增加趨勢(shì),并且增加量隨時(shí)間長(zhǎng)度的增加而逐漸呈極顯著增加趨勢(shì)(表3)。逐年變化顯示(圖4),春季NDVI變化主要分3個(gè)階段：1982—1998年春季NDVI呈不顯著增加趨勢(shì),1998—2010年春季NDVI呈顯著增加趨勢(shì)(P<0.05),2010—2016年春季NDVI呈極顯著增加趨勢(shì)(P<0.01),年內(nèi)平均NDVI最大值出現(xiàn)在2009年,最大值為0.343。1982—2016年夏季NDVI年平均值在0.50—0.55之間,多年平均值為0.53。在6個(gè)時(shí)間序列內(nèi)呈減少趨勢(shì)(表3),尤其1982—2012年呈極顯著減少趨勢(shì)(P<0.01),2012—2016年呈不顯著減少趨勢(shì)(P>0.05)。整體來(lái)看,根據(jù)NDVI年際變化顯示(圖4),夏季NDVI在35a的變化主要分3個(gè)階段：1982—1988年夏季NDVI呈增加趨勢(shì),1988—2008年呈減少趨勢(shì),2008—2016年呈增加趨勢(shì),年內(nèi)平均NDVI最大值出現(xiàn)在1987年,最大值為0.551。

圖4 各季節(jié)、生長(zhǎng)季植被NDVI的年際變化Fig.4 Interannual variation of NDVI during growing season and season

1982—2016年秋季NDVI年平均值在0.34—0.42之間,多年平均值為0.38。在6個(gè)時(shí)間序列中(表3),除1982—2006年呈不顯著增加趨勢(shì)外,其余5個(gè)時(shí)間序列均呈減少趨勢(shì),其中3個(gè)時(shí)間序列呈顯著減少趨勢(shì)(P<0.05)；逐年變化顯示(圖4),秋季NDVI呈先增加后減少趨勢(shì),且變化幅度較小,年內(nèi)平均NDVI最低值出現(xiàn)在2009年,最低值為0.342。

1982—2016年間生長(zhǎng)季NDVI平均值在0.39—0.43之間,變化幅度相對(duì)較小,多年平均值為0.41。生長(zhǎng)季NDVI在6個(gè)時(shí)間序列除1982—2006年外,均呈顯著減少趨勢(shì)(P<0.05)。逐年變化顯示(圖4),生長(zhǎng)季NDVI并非持續(xù)減少,1982—1990年呈顯著增加趨勢(shì)(P>0.05),1990—2007年呈極顯著減少趨勢(shì)(P<0.01),而2007—2016呈不顯著增加趨勢(shì),該階段最大值出現(xiàn)在2006年,其值為0.428。

區(qū)域植被的生長(zhǎng)受水熱條件的共同控制[31-32],從圖4中可以看出,東北黑土區(qū)植被NDVI多年平均值呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化,夏季植被年平均NDVI值均高于春季、秋季和生長(zhǎng)季,而生長(zhǎng)季則高于春季和秋季,因此,植被NDVI與氣溫、降水等氣候因素密切相關(guān)。

表3 各季節(jié)、生長(zhǎng)季的區(qū)域NDVI年際變化趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)

*P<0.05;**P<0.01

3.3 像元尺度的NDVI動(dòng)態(tài)變化

1982—2006年,東北黑土區(qū)植被NDVI總體趨勢(shì)為退化狀態(tài)(圖5),退化區(qū)域面積占東北黑土區(qū)總面積的39%,其中,輕微退化區(qū)域占28%,顯著退化區(qū)域占11%,嚴(yán)重退化區(qū)域?yàn)楣枮I市、呼倫貝爾市、雙鴨山市和伊春市,退化面積占區(qū)域總退化面積的13%。相反,區(qū)域內(nèi)改善面積相對(duì)較少,占研究區(qū)總面積的30%,其中顯著改善區(qū)域僅占0.8%。總體來(lái)看,改善區(qū)域主要集中在赤峰市、呼倫貝爾市和通遼市,分別占改善區(qū)域總面積的14%,18%和33%,改善區(qū)域的植被類(lèi)型主要是農(nóng)業(yè)植被、草原和森林,分別占比41%,22%和18%。此外,赤峰市、黑河市和興安盟地區(qū)NDVI整體趨勢(shì)基本不變。

1982—2012年,東北黑土區(qū)植被NDVI總體趨勢(shì)為改善狀態(tài)(圖5),植被覆蓋率較2006年相比有明顯的提高,改善區(qū)域面積占東北黑土區(qū)總面積的56%,退化區(qū)域面積占東北黑土區(qū)總面積的15%。呼倫貝爾市、黑河市和哈爾濱市與2006年相比,改善面積顯著提高,改善面積分別占市區(qū)域的33%、50%和48%,其中森林、草原和農(nóng)業(yè)植被等重要植被類(lèi)型明顯改善。此外,赤峰市、通遼市、松原市、大慶市和四平市5個(gè)區(qū)域內(nèi)植被NDVI趨勢(shì)與2006年相比,有明顯退化跡象。

1982—2016年,東北黑土區(qū)植被NDVI總體趨勢(shì)為改善狀態(tài)(圖5),植被覆蓋較2012年相比變化不大,改善區(qū)域面積占東北黑土區(qū)總面積的58%,主要植被類(lèi)型為草原、農(nóng)業(yè)植被和森林,退化區(qū)域面積占研究區(qū)總面積的14%。2016年與2006年相比,除大慶市和松原市之外,1982—2006年呈輕微退化和顯著退化趨勢(shì)的區(qū)域范圍幾乎全部發(fā)展為改善趨勢(shì),東北黑土區(qū)10年間平均每年改善面積約為25653.34km2,特別是鶴崗市、綏化市和長(zhǎng)春市改善面積均占市區(qū)域面積80%以上。

圖5 不同時(shí)間序列植被NDVI變化的空間分布Fig.5 Spatial distribution of NDVI changes of growing season during different time series

3.4 區(qū)域尺度NDVI與氣候要素的關(guān)系

對(duì)東北黑土區(qū)內(nèi)29個(gè)氣象站點(diǎn)35a季節(jié)內(nèi)多年平均氣溫和平均降水量統(tǒng)計(jì)可知(圖6)：各季節(jié)年平均氣溫變化趨勢(shì)平緩,夏季和生長(zhǎng)季氣溫相對(duì)較高,夏季多年平均氣溫為21.02℃,生長(zhǎng)季多年平均氣溫為10.41℃。秋季氣溫較低,多年平均氣溫為4.51℃。春季氣溫值浮動(dòng)較大,多年平均氣溫最高為8.2℃,最低為3.28℃；各季節(jié)、生長(zhǎng)季降水量差別很大,春季降水量變化幅度較小,在11.81—40.53mm之間,夏季多年平均降水量最高達(dá)147.63mm,秋季降水量呈現(xiàn)出“一峰多谷”趨勢(shì),最大值為49.92mm,最小值為11.04mm。

表4為東北黑土區(qū)植被NDVI多年平均值與同期氣候因子(氣溫、降水量)的相關(guān)系數(shù),依表可知,除夏季外植被NDVI與同期氣溫在6個(gè)時(shí)間序列上均呈正相關(guān)關(guān)系,同時(shí)在6個(gè)時(shí)間序列中生長(zhǎng)季和春季均達(dá)到0.05的顯著水平,夏季、秋季NDVI與氣溫的相關(guān)性較差；隨著研究時(shí)段不斷延長(zhǎng),生長(zhǎng)季、春季NDVI與相應(yīng)時(shí)段氣溫的相關(guān)性呈現(xiàn)出緩慢降低趨勢(shì),夏季和秋季則呈現(xiàn)緩慢增加趨勢(shì)；此外,6個(gè)時(shí)間序列中除了秋季NDVI與同期降水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系外,其余3個(gè)季節(jié)均呈正相關(guān)關(guān)系,并與同期降水量的相關(guān)性隨時(shí)間尺度延長(zhǎng)而明顯增加,逐步呈現(xiàn)出降水量對(duì)該季節(jié)植被生長(zhǎng)的影響。

圖6 東北黑土區(qū)氣候因子變化Fig.6 Changes of climate in black soil area of Northeast China

項(xiàng)目Item季節(jié)Season時(shí)間序列Time series1982—20061982—20081982—20101982—20121982—20141982—2016NDVI與氣溫生長(zhǎng)季0.355*0.472*0.432*0.438*0.435*0.395*NDVI & temperature春季0.691**0.656**0.423*0.385*0.368*0.412*夏季-0.144-0.285-0.25-0.247-0.211-0.213秋季0.0420.150.0940.0970.1630.155NDVI與降水量生長(zhǎng)季0.1370.030.0460.0590.0380.045NDVI & precipitation春季0.1170.3510.38*0.376*0.436*0.487*夏季0.1190.2660.2750.2830.2940.288秋季-0.316-0.149-0.074-0.11-0.149-0.155

*P<0.05; **P<0.01

3.5 像元尺度NDVI與氣候要素相關(guān)性分析

圖7 NDVI與同期氣溫、降水量的相關(guān)性Fig.7 Spatial distribution of correlations between NDVI and temperature and between NDVI and precipitation

多年平均NDVI值與同期氣溫主要呈正相關(guān)關(guān)系(圖7),4個(gè)時(shí)間序列的像元數(shù)比例均占76%以上,顯著正相關(guān)的面積比例1982—2000年為28%,1982—2005年為30%,1982—2010年為35%,1982—2016年達(dá)到37%,主要分布在哈爾濱市、黑河市地區(qū),主要植被類(lèi)型為草甸和農(nóng)業(yè)植被。4個(gè)時(shí)間序列顯著負(fù)相關(guān)的面積比例分別為3%,5%,6%,10%,主要分布在興安盟、通遼市和赤峰市地區(qū),主要植被類(lèi)型為農(nóng)業(yè)植被、森林和草原植被。顯著正相關(guān)和顯著負(fù)相關(guān)的區(qū)域均隨時(shí)間長(zhǎng)度的延長(zhǎng)而呈增加趨勢(shì)。

多年平均NDVI值與同期降水量主要呈正相關(guān)關(guān)系(圖7),4個(gè)時(shí)間序列的像元數(shù)有50%—62%的區(qū)域呈正相關(guān),4個(gè)時(shí)間序列顯著正相關(guān)面積比例分別為23%,24%,36%,38%,主要分布在通遼市、赤峰市和呼倫貝爾市地區(qū),主要植被類(lèi)型為森林、草原及農(nóng)業(yè)植被。顯著負(fù)相關(guān)的面積比例較小,4個(gè)時(shí)間序列顯著負(fù)相關(guān)的面積比例分別為5%,3%,3%,4%,主要分布在哈爾濱市、吉林市,主要植被類(lèi)型為草甸、濕地和森林植被。顯著正相關(guān)的區(qū)域隨時(shí)間長(zhǎng)度的延長(zhǎng)而呈增加趨勢(shì),而顯著負(fù)相關(guān)的區(qū)域無(wú)明顯變化。

4 討論

總體來(lái)看,本文東北黑土區(qū)植被NDVI變化趨勢(shì)的結(jié)果與歐亞大陸[33]、東北凍土區(qū)[34]得出的植被覆蓋變化基本一致。生長(zhǎng)季是植被整個(gè)物質(zhì)循環(huán)中最重要的階段,生長(zhǎng)季NDVI在1998年、2007年前后浮動(dòng)較大,這種相反的變化趨勢(shì)主要是由于夏季NDVI的相應(yīng)變化造成的,其次是秋季,春季NDVI變化對(duì)此影響較??；春季NDVI與其他季節(jié)有所不同,主要呈增加趨勢(shì),是由于退耕還林、生態(tài)環(huán)境建設(shè)等政策的有效實(shí)施,東北黑土區(qū)的春季植被覆蓋情況逐年改善；夏季氣溫較高,降水量集中,具有較好的植被生長(zhǎng)環(huán)境,植被NDVI值明顯高于其他3個(gè)季節(jié)；秋季氣溫逐漸下降,降水量減少,但植被不會(huì)立即枯萎消失,因此秋季植被NDVI值整體高于同期春季；4個(gè)階段的年際NDVI變化趨勢(shì)是人類(lèi)活動(dòng)和氣候因子共同作用的結(jié)果。此外,生長(zhǎng)季、夏季和秋季NDVI的變化量均隨時(shí)段的延長(zhǎng)而呈顯著減少趨勢(shì),表明NDVI的增長(zhǎng)速度正在放緩；生長(zhǎng)季和其他季節(jié)正相關(guān)區(qū)域面積比例隨時(shí)段增加呈不顯著增加趨勢(shì),表明生態(tài)環(huán)境建設(shè)有了初步進(jìn)展,植被覆蓋度增強(qiáng),生態(tài)效應(yīng)趨于良性發(fā)展。東北黑土區(qū)具有特殊的區(qū)位特征,黑土區(qū)土地肥沃,農(nóng)業(yè)植被覆蓋廣泛,草原、森林等植被覆蓋面積較高,但由于人類(lèi)活動(dòng)影響,城市擴(kuò)張、荒漠化情況嚴(yán)重,呼倫貝爾等草原地區(qū)植被退化嚴(yán)重,需要得到相關(guān)重視。

同期氣溫、降水量對(duì)多年時(shí)間序列NDVI均存在較大影響,其中春季、夏季和秋季NDVI對(duì)同期降水量的響應(yīng)要大于同期溫度,說(shuō)明降水量在該季節(jié)影響著植被的生長(zhǎng)；生長(zhǎng)季NDVI對(duì)同期溫度的敏感性高于同期降水量,表明生長(zhǎng)季中的溫度高低對(duì)植被生長(zhǎng)有一定的制約力。植被NDVI與氣溫呈顯著正相關(guān)的區(qū)域集中分布在黑土區(qū)內(nèi)的平原地區(qū),平原區(qū)域內(nèi)河流分布較廣,對(duì)氣溫變化極為敏感,植被類(lèi)型以耕地為主,其所需的土壤水文條件受溫度的影響較大,氣溫的升高可以加快植被光合作用,進(jìn)而促進(jìn)植被生長(zhǎng)。植被NDVI與氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)的地區(qū)分布在大興安嶺山脈以及松遼平原邊緣地區(qū),土壤水分條件有限,人為干擾能力下降,由于氣溫升高,加快土壤水分的蒸發(fā),進(jìn)而限制了植被生長(zhǎng)。受降水影響明顯的區(qū)域集中分布在東北黑土區(qū)的西部,該區(qū)域?yàn)榘敫珊祬^(qū),降水量多年持續(xù)降低,氣候干旱,區(qū)域植被以草原和森林為主,草地對(duì)降水量的敏感性更強(qiáng),因此降水量是該地區(qū)影響植被生長(zhǎng)的主要因子。與降水量呈負(fù)相關(guān)的區(qū)域集中在平原地區(qū),受影響的植被類(lèi)型主要為濕地、沼澤化草甸,由于降水量不斷減少,沼澤濕地植被生長(zhǎng)可利用的土壤面積擴(kuò)大,生長(zhǎng)條件得到改善,同時(shí)該地區(qū)為東北多年凍土分布區(qū)域,多年來(lái)降水量的減少及氣溫升高,促使凍土土壤環(huán)境大為改善,從而促進(jìn)植被生長(zhǎng)。

5 結(jié)論

(1)本文基于線(xiàn)性回歸模型方法,應(yīng)用MODIS NDVI數(shù)據(jù)集對(duì)GIMMS NDVI數(shù)據(jù)集進(jìn)行時(shí)間序列擴(kuò)展,并通過(guò)一致性檢驗(yàn),解決了單一數(shù)據(jù)集時(shí)間序列有限的局限性；從區(qū)域、像元兩個(gè)空間尺度,研究了東北黑土區(qū)1982—2016年植被生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)變化,分析了氣候變化與植被生長(zhǎng)的相關(guān)性,豐富了植被NDVI與氣候關(guān)系的研究成果。

(2)東北黑土區(qū)多年NDVI動(dòng)態(tài)變化表明：區(qū)域尺度上,植被NDVI值呈現(xiàn)出季節(jié)變化,夏季和生長(zhǎng)季NDVI值高于春季和秋季；1982—2016年,東北黑土區(qū)植被在春季呈顯著增加趨勢(shì),夏季呈現(xiàn)出先增加再減少最后增加的動(dòng)態(tài)變化,秋季東北黑土區(qū)植被NDVI變化幅度較小,生長(zhǎng)季植被NDVI變化幅度不大,主要呈顯著減少趨勢(shì)。在像元尺度上,1982—2016年?yáng)|北黑土區(qū)NDVI總體趨勢(shì)為改善狀態(tài),鶴崗市、綏化市和長(zhǎng)春市植被NDVI改善面積較大,改善面積占東北黑土區(qū)總面積的一半以上。

(3)東北黑土區(qū)植被NDVI多年平均值對(duì)氣候變化的響應(yīng)說(shuō)明：區(qū)域尺度上,東北黑土區(qū)年均氣溫變化趨勢(shì)平緩,降水量起伏變化較大,多年時(shí)間序列NDVI均與同期氣溫、降水量存在一定相關(guān)性,各季節(jié)對(duì)氣候變化的敏感性各不相同；不同季節(jié)主要的控制因素不同,氣溫影響著春季和秋季的植被生長(zhǎng),夏季降水量發(fā)揮主導(dǎo)作用。像元尺度上,多年平均NDVI值與同期氣溫和降水量主要呈正相關(guān)關(guān)系,顯著正相關(guān)的比例較大；平原地區(qū)植被NDVI與氣溫主要呈顯著正相關(guān)關(guān)系,氣溫的升高促進(jìn)植被生長(zhǎng),集中在哈爾濱市、黑河市地區(qū),植被類(lèi)型以耕地為主；平原地區(qū)邊緣和山地植被NDVI與降水量主要呈顯著正相關(guān)關(guān)系,降水量增加可改善植被生長(zhǎng)環(huán)境,主要分布在通遼市、赤峰市和呼倫貝爾市地區(qū),植被類(lèi)型主要為森林、草地。