丁 玥,阿布都熱合曼·哈力克,*,陳香月,2,3,木卡達(dá)斯·阿不都熱合曼

1 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,烏魯木齊 830046 2 新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊 830046 3 新疆大學(xué)智慧城市與環(huán)境建模自治區(qū)普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊 830046

植被在區(qū)域和全球生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性中起著至關(guān)重要的作用,植被覆蓋是水土保持和改善生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵因素[1]。在全球氣候變化的大背景下,研究區(qū)域和全球尺度下植被與氣候間的定量關(guān)系變得十分重要[2- 4]。由于植被對(duì)環(huán)境變化非常敏感,且氣候變化是環(huán)境變化的重要驅(qū)動(dòng)力之一,因而氣候?qū)χ脖坏纳L(zhǎng)具有十分重要的影響[5- 8]。

已有研究表明,過(guò)去幾十年間全球氣溫顯著上升,北半球中高緯度地區(qū)的植被受氣溫影響,生長(zhǎng)季節(jié)已經(jīng)延長(zhǎng)[9],這些變化已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。由于干旱半干旱地區(qū)受水資源短缺的限制,植被生長(zhǎng)對(duì)氣候變化十分敏感[10- 11],是研究植被變化對(duì)氣候響應(yīng)的熱點(diǎn)區(qū)域。新疆地處中亞干旱區(qū)腹地,氣候極端干旱,當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)最為敏感[12]。而和田地區(qū) (78°17′—82°38′ E、36°52′ N—37°19′ N)位于新疆維吾爾自治區(qū)西南緣,南與昆侖山及西藏自治區(qū)交界,北與塔克拉瑪干大沙漠及阿克蘇相連,東與巴音郭楞蒙古自治州毗鄰,西與喀什地區(qū)接壤,西南與喀喇昆侖山相鄰。該區(qū)氣候干旱,生態(tài)環(huán)境非常脆弱,研究其生態(tài)環(huán)境的變化具有十分重要的意義。

近年來(lái),遙感影像的應(yīng)用十分廣泛,利用NDVI(歸一化植被指數(shù),Normalized Different Vegetation Index)研究長(zhǎng)時(shí)間序列植被覆蓋變化的方法較為成熟,主要集中于植被覆蓋的整體時(shí)空變化及植被對(duì)氣候變化與人類(lèi)活動(dòng)的響應(yīng)。高江波等[13]分析了1982—2013年中國(guó)植被NDVI空間異質(zhì)性的氣候影響,探究了中國(guó)植被NDVI及其動(dòng)態(tài)特征對(duì)氣候變化響應(yīng)的空間格局；杜加強(qiáng)等[14]研究了新疆1982—2012年間植被生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)變化,發(fā)現(xiàn)研究時(shí)段內(nèi)生長(zhǎng)季植被NDVI呈極顯著增加趨勢(shì),在不同時(shí)段NDVI與氣候因子的相關(guān)性存在差異；郭繼凱等[15]對(duì)2001—2013年塔里木河流域氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)植被覆蓋變化的相對(duì)作用進(jìn)行定量分析,結(jié)果表明塔里木河流域植被覆蓋變化主要受人類(lèi)活動(dòng)影響。目前關(guān)于和田地區(qū)植被覆蓋變化及其驅(qū)動(dòng)力研究的空間尺度主要分為兩類(lèi),一類(lèi)為更大的空間尺度,如新疆[16],另一類(lèi)為更小的空間尺度,如和田地區(qū)內(nèi)部某一綠洲[17- 19],對(duì)和田地區(qū)這一空間尺度的研究較少。本文使用MODIS NDVI(2000—2016年)數(shù)據(jù)集,探討和田地區(qū)植被覆蓋的時(shí)空變化特征及其對(duì)主要?dú)夂蛞蜃拥捻憫?yīng),并以2010年土地利用分類(lèi)數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)為參考,分析不同生境植被覆蓋變化與氣候因子的相關(guān)關(guān)系,以期在全球氣候變化背景下為和田地區(qū)的生態(tài)環(huán)境管理與保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

和田地區(qū)(圖1)包含皮山縣、墨玉縣、和田縣、洛浦縣、策勒縣、于田縣、民豐縣及和田市,東西長(zhǎng)約670 km2,南北寬約570 km2,總面積約24.78×104km2。區(qū)域內(nèi)部地貌單元可分為：最高山帶(5200—5500 m),是現(xiàn)代冰川和永久積雪帶；高山帶(4200—5200 m),一般為裸地;亞高山帶(3400—4200 m),山勢(shì)起伏大,一般坡度20—38度；中山帶(3000—3400 m)分布著遼闊的優(yōu)良草場(chǎng),是和田地區(qū)重要牧業(yè)基地；低山帶(2200—3000 m),山勢(shì)平緩,在河流沿岸階地上分布著農(nóng)田,是農(nóng)牧結(jié)合區(qū)；山麓傾斜平原(1250—2200 m)生長(zhǎng)著稀疏超旱植被,分布著古老綠洲；沙漠區(qū)(<1250 m)北部地區(qū)接塔克拉瑪干沙漠腹地,生長(zhǎng)著耐旱植被。當(dāng)?shù)貧夂蚋珊?多風(fēng)沙天氣,降水量少而蒸發(fā)量大,不同地形、地貌條件下,氣候差異極大。年降水量為28.9—47.1 mm,蒸發(fā)量高達(dá)2198—2790 mm,屬于干旱荒漠氣候區(qū)[20]。

圖1 研究區(qū)位置及高程Fig.1 The location of study area and its elevation

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本文所采用的遙感數(shù)據(jù)是MODIS NDVI數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)可在美國(guó)國(guó)家航空航天局 (National Aeronautics and Space Administration, NASA) 網(wǎng)站(https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/)免費(fèi)下載,時(shí)間序列為2000—2016年,空間分辨率為1 km,時(shí)間分辨率為1月。氣象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http://cdc.cma.gov.cn/.),選用2000—2016年和田地區(qū)及其周邊地區(qū)共25個(gè)氣象站點(diǎn)的月平均氣溫及月降水量。

為了消除云層、大氣和太陽(yáng)高度角等的干擾,采用最大值合成法 MVC (Maximum Value Composites)獲得年NDVI的最大值,其公式為[21- 22]：

YNDVIi=max(NDVIij)

式中,YNDVIi為第i年的年最大NDVI值(i=2000,2001,…,2016)；NDVIij為第i年第j月的NDVI(j=4,5,…,9,10)。一般認(rèn)為生長(zhǎng)季植被NDVI不受植被物候變化及積雪覆蓋的影響,因此本文選取4—10月的NDVI平均值作為年NDVI平均值?？紤]到生長(zhǎng)季植被NDVI大于0.1表示有植被覆蓋,小于0.1則表示地表無(wú)植被覆蓋[23],因此為方便計(jì)算,只計(jì)算 NDVI > 0.1的像元。

整理和田地區(qū)及其周邊地區(qū)25個(gè)氣象站點(diǎn)2000年1月—2016年12月的月降水量和月平均氣溫,利用ArcGIS軟件采用反距離權(quán)重法(IDW)對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值,獲得與NDVI數(shù)據(jù)相同投影和空間分辨率的柵格數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1斜率分析法

采用斜率分析法基于像元尺度分析2000—2016年研究區(qū)植被覆蓋年際變化特征,由此反映不同區(qū)域植被覆蓋空間變化趨勢(shì),其公式為[24-25]：

式中,n為監(jiān)測(cè)時(shí)間段的累計(jì)年數(shù)；MNDVIi為第i年4—10月最大化 NDVI值；θslope是趨勢(shì)線的斜率。當(dāng)θslope> 0時(shí),表示NDVI在n年間呈增加趨勢(shì),當(dāng)θslope<0時(shí),表示NDVI在n年間呈現(xiàn)退化趨勢(shì)。對(duì)植被覆蓋度變化趨勢(shì)進(jìn)行F檢驗(yàn),按顯著性水平0.1將NDVI變化趨勢(shì)劃分為7個(gè)等級(jí)。

2.2.2相關(guān)分析法

采用相關(guān)分析法可研究植被NDVI對(duì)氣候變化的響應(yīng),其計(jì)算公式為[26]：

2.2.3極差標(biāo)準(zhǔn)化

由于NDVI與氣溫及降水具有不同的單位和量綱,無(wú)法直觀研究其中規(guī)律,因而采用極差標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,其公式為：

3 結(jié)果分析

3.1 植被變化特征分析

3.1.1植被NDVI月際變化

圖2 2000—2016年月NDVI值變化Fig.2 Change in monthly NDVI from 2000 to 2016

通過(guò)統(tǒng)計(jì)研究區(qū)2000—2016年4—10月的NDVI值,可以看出NDVI 的變化趨勢(shì)基本一致(圖2),即4—7月呈上升趨勢(shì),在7月或8月達(dá)到峰值,8—10月呈下降趨勢(shì)。2004、2006、2008、2009、2011、2013、2015年7月的月NDVI值最大；其余年份的月NDVI值在8月最大。原因在于和田地區(qū)被植被覆蓋的土地利用類(lèi)型主要包括耕地、林地和草地,在氣溫和降水的影響下,4月份植被開(kāi)始生長(zhǎng),NDVI逐漸增大；7月或8月植被生長(zhǎng)最為茂盛,NDVI達(dá)到峰值；不久后農(nóng)作物成熟并開(kāi)始收割,植被逐漸減少,NDVI逐漸減小。

4月NDVI值最大的是2016年,5月NDVI值最大的是2013年,6、7、8月NDVI值最大的是2012年,9、10月NDVI值最大的是2010年。4月NDVI最小值出現(xiàn)在2000年,5、6、10月NDVI最小值出現(xiàn)在2001年,7、8月NDVI最小值出現(xiàn)在2009年,9月NDVI最小值出現(xiàn)在2008年。4—10月的NDVI平均值分別為0.0104、0.0184、0.0272、0.034、0.0347、0.0307、0.0194,其中8月NDVI最大,4月NDVI最小。

3.1.2植被NDVI年際變化空間分布

通過(guò)斜率分析法對(duì)研究區(qū)2000—2016年各年最大NDVI值與其相對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列進(jìn)行逐像元回歸分析,按斜率及顯著性檢驗(yàn)劃分為七類(lèi),以表達(dá)此段時(shí)間內(nèi)植被覆蓋變化的趨勢(shì),其中27.9%通過(guò)了顯著性檢驗(yàn),72.1%未通過(guò)顯著性檢驗(yàn),劃分標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)果見(jiàn)圖3、表1。和田地區(qū)坐落于塔里木盆地,受地形因素制約降水較少,區(qū)域內(nèi)水源主要來(lái)自地下水及冰雪融水。植被主要分布在山地、綠洲及河流附近,植被覆蓋的區(qū)域面積約為80886 km2,約占研究區(qū)總面積的32.44%；無(wú)植被覆蓋的區(qū)域面積約168467 km2,約占研究區(qū)總面積的67.56%。17年間研究區(qū)植被覆蓋增長(zhǎng)的區(qū)域面積約11172 km2,約占研究區(qū)總面積的4.48%；退化的面積約524 km2,約占研究區(qū)總面積的0.21%；植被覆蓋變化不明顯的區(qū)域面積約69190 km2,約占研究區(qū)總面積的27.75%。由此可知,和田地區(qū)植被覆蓋整體呈增加趨勢(shì)。其中,植被輕度增加的面積最大,為108778 km2(4.363%)；植被輕度減少的面積次之,為496 km2(0.199%)；植被中度增加的面積為204 km2(0.082%),之后是顯著增加和中度減少,面積分別為90 km2(0.036%)和20 km2(0.008%),植被顯著減少的面積最小為8 km2(0.003%)。結(jié)合2010年土地利用分類(lèi)數(shù)據(jù),植被顯著增加的土地利用類(lèi)型為耕地,位于皮墨農(nóng)場(chǎng)；植被中度增加的土地利用類(lèi)型為耕地和草地,前者分布在綠洲內(nèi)部,后者分布在綠洲外圍；植被輕度增加的土地利用類(lèi)型主要為草地,分布在昆侖山北部以及綠洲外圍,其次為分布在綠洲內(nèi)部的耕地以及極少的林地,林地分布在于田縣克里雅河尾閭及民豐縣牙通古孜河附近。植被減少的面積較少,部分分布在和墨洛綠洲、策勒-于田綠洲、民豐綠洲內(nèi)部(土地利用類(lèi)型為城鄉(xiāng)建設(shè)用地),其余零星分布在昆侖山北部(土地利用類(lèi)型為草地)。由上述分析可知,近17年和田地區(qū)植被覆蓋變化基本平穩(wěn)略有增加,主要變化集中在海拔相對(duì)較低、人類(lèi)活動(dòng)較為頻繁的綠洲,高海拔區(qū)域主要受氣候因素影響,植被覆蓋變化主要表現(xiàn)為基本不變。

圖3 和田地區(qū)NDVI變化趨勢(shì)及顯著性檢驗(yàn)Fig.3 The change trend of NDVI and its significance testing in Hotan Prefecture

表1 2000—2016年和田地區(qū)NDVI變化趨勢(shì)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)果統(tǒng)計(jì)

3.2 植被NDVI變化對(duì)氣候因子的響應(yīng)

3.2.12000—2016年4—10月植被NDVI及氣候因子的變化趨勢(shì)

在氣溫和降水的影響下, 4—10月是植物生長(zhǎng)的最佳時(shí)期?？紤]到農(nóng)作物的季節(jié)性特征,本文統(tǒng)計(jì)了2000—2016年4—10月的總降水量和平均溫度及NDVI,為了更好的進(jìn)行分析,采用極差標(biāo)準(zhǔn)化處理。由圖4可以看出,NDVI與總降水量和平均溫度均為上升趨勢(shì),NDVI的上升速度較快為0.452/10a,而總降水量和平均溫度的上升速度相對(duì)緩慢,分別為0.144/10a和0.156/10a。通過(guò)對(duì)圖4各曲線的波峰和波谷進(jìn)行分析,NDVI與總降水量和平均溫度均為上升趨勢(shì)的是2015年和2016年；NDVI與總降水量和平均溫度均為下降趨勢(shì)的是2009年和2014年。當(dāng)總降水量和平均溫度相差較大時(shí),當(dāng)年NDVI變化趨勢(shì)相對(duì)較小。此外三者的最大值和最小值出現(xiàn)的年份均不相同,NDVI最大值出現(xiàn)在2012年,最小值出現(xiàn)在2001年；總降水量的最大值出現(xiàn)在2010年,最小值出現(xiàn)在2009年；平均溫度的最大值出現(xiàn)在2011年,最小值出現(xiàn)在2003年。

圖4 2000—2016年4—10月平均NDVI、總降水量和平均溫度的變化趨勢(shì)Fig.4 The change trend of mean NDVI and total precipitation and mean temperature from April to October during 2000—2016

3.2.2植被NDVI對(duì)氣候因子的時(shí)滯效應(yīng)

隨機(jī)選取400個(gè)點(diǎn),在Excel 2003和SPSS中分別計(jì)算和田地區(qū)2000—2016年各年4—10月的NDVI平均值與對(duì)應(yīng)氣象數(shù)據(jù)前期二月(2—8月)、前期一月(3—9月)和同期(4—10月)平均溫度及總降水量的Pearson相關(guān)系數(shù),并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),得到圖5。4—10月NDVI序列與前期二月、前期一月和同期平均溫度序列均為正相關(guān)且均通過(guò)0.01的置信度檢驗(yàn),前期二月平均溫度序列與4—10月NDVI序列的相關(guān)系數(shù)在0.494—0.712之間；前期一月平均溫度序列與4—10月NDVI序列的相關(guān)系數(shù)在0.475—0.695之間；同期平均溫度序列與4—10月NDVI序列的相關(guān)系數(shù)在0.484—0.672之間,三者最低值均出現(xiàn)在2003年,最高值均出現(xiàn)在2009年。綜合平均溫度序列與NDVI序列發(fā)現(xiàn),在任意給定年份,前期二月平均溫度序列與4—10月NDVI序列的相關(guān)性明顯高于其他兩個(gè)溫度序列,說(shuō)明總體上,和田地區(qū)植被的生長(zhǎng)滯后于溫度兩個(gè)月。

4—10月NDVI序列與前期二月、前期一月和同期總降水量序列多為負(fù)相關(guān)且通過(guò)0.01的置信度檢驗(yàn),前期二月總降水量序列與4—10月NDVI序列的正相關(guān)出現(xiàn)在2003年(0.377)、2004年(0.109)、2005年(0.288)和2012年(0.222),相關(guān)性均較低,負(fù)相關(guān)系數(shù)在-0.139—-0.732之間,絕對(duì)值最低出現(xiàn)在2008年,最高出現(xiàn)在2009年；前期一月總降水量序列與4—10月NDVI序列的正相關(guān)出現(xiàn)在2003年(0.345)、2004年(0.081)、2005年(0.407)和2012年(0.194),僅2005年與前期二月相比有所提升,其余值均小于前期二月,負(fù)相關(guān)系數(shù)在-0.364—-0.745之間,絕對(duì)值最低出現(xiàn)在2006年,最高出現(xiàn)在2009年；同期總降水量序列與4—10月NDVI序列的正相關(guān)出現(xiàn)在2003年(0.346)、2005年(0.417),負(fù)相關(guān)系數(shù)在-0.103—-0.747之間,絕對(duì)值最低出現(xiàn)在2012年,最高出現(xiàn)在2009年。綜合總降水量序列與NDVI序列發(fā)現(xiàn),當(dāng)降水量序列與NDVI序列為正相關(guān)性時(shí),NDVI與降水的相關(guān)性較弱,僅2003年可以看出NDVI與降水存在一定的滯后關(guān)系(前期二月>同期>前期一月),2005年同期總降水量序列與NDVI序列的相關(guān)系數(shù)最大,為0.417。當(dāng)降水量序列與NDVI序列為負(fù)相關(guān)性時(shí),同期總降水量序列與4—10月NDVI序列的負(fù)相關(guān)性略高于其他兩個(gè)總降水量序列。

圖5 2000—2016年和田地區(qū)4—10月NDVI與不同時(shí)序溫度、降水的相關(guān)系數(shù)Fig.5 The correlation coefficients of NDVI and mean temperature,precipitation in different time series in Hotan Prefecture from 2000 to 2016*表示通過(guò)0.05的置信度檢驗(yàn),“前期”指對(duì)應(yīng)氣象數(shù)據(jù)之前的(時(shí)間)

3.2.3植被NDVI對(duì)氣候因子響應(yīng)的空間分布

通過(guò)ArcGIS柵格計(jì)算器逐像元計(jì)算2000—2016年和田地區(qū)前期二月、前期一月和同期平均溫度、總降水量與4—10月NDVI的相關(guān)系數(shù),得到其空間分布圖(圖6、圖7)。2000—2016年和田地區(qū)植被變化與前期二月溫度的平均相關(guān)系數(shù)為-0.018,區(qū)域正相關(guān)系數(shù)和負(fù)相關(guān)系數(shù)的所占比例分別為35.82%和64.18%,在此研究時(shí)段內(nèi)研究區(qū)植被覆蓋變化與溫度主要為負(fù)相關(guān)。在正相關(guān)區(qū)域中,低度正相關(guān)(0—0.3)、中度正相關(guān)(0.3—0.5)和高度正相關(guān)(0.5—0.8)區(qū)域分別占植被覆蓋面積的26.3%、8.12%和1.4%,主要集中在和墨洛綠洲(耕地和草地)、策勒-于田綠洲(耕地和草地)、克里雅河尾閭中部(林地)以及皮山縣綠洲北部和中部(耕地和草地)、民豐縣西部綠洲的中部和南部(耕地和草地),零星分布在和田地區(qū)西南部山區(qū)(草地)。在負(fù)相關(guān)區(qū)域中,低度負(fù)相關(guān)(-0.3—0)、中度負(fù)相關(guān)(-0.5—-0.3)和高度負(fù)相關(guān)(-0.8—-0.5)區(qū)域分別占植被覆蓋面積的34.73%、23.29%和6.17%,主要集中在昆侖山北部(草地)、皮山綠洲外圍(草地)、和墨洛綠洲中東部(城鄉(xiāng)建設(shè)用地和耕地)及和田河沿岸(灌木)、策勒-于田綠洲東北部(草地)及克里雅河尾閭(林地)大部分地區(qū)和民豐縣的東部綠洲(草地和林地),零星分布和田地區(qū)西南部山區(qū)(草地)。

圖6 2000—2016年和田地區(qū)4—10月NDVI與不同時(shí)序平均溫度的空間相關(guān)分布圖Fig.6 Spatial pattern of correlation coefficients between NDVI and mean temperature in Hotan Prefecture during 2000—2016

圖7 2000—2016年和田地區(qū)4—10月NDVI與不同時(shí)序總降水量的空間相關(guān)分布圖Fig.7 Spatial pattern of correlation between NDVI and total precipitation in Hotan Prefecture during 2000—2016

2000—2016年和田地區(qū)植被變化與前期一月溫度的平均相關(guān)系數(shù)為-0.014,區(qū)域正相關(guān)系數(shù)和負(fù)相關(guān)系數(shù)的所占比例分別為36.77%和63.23%,在此研究時(shí)段內(nèi)研究區(qū)植被覆蓋變化與溫度主要為負(fù)相關(guān)。低度正相關(guān)、中度正相關(guān)和高度正相關(guān)區(qū)域分別占植被覆蓋面積的26.17%、9.02%和1.57%；低度負(fù)相關(guān)、中度負(fù)相關(guān)和高度負(fù)相關(guān)區(qū)域分別占植被覆蓋面積的39.58%、19.17%和4.48%,與前期二月相比負(fù)相關(guān)性所占百分比減小,正相關(guān)性所占百分比增大。在負(fù)相關(guān)區(qū)域中,表現(xiàn)為低度負(fù)相關(guān)所占百分比增大、中度負(fù)相關(guān)和高度負(fù)相關(guān)所占百分比減??；在正相關(guān)區(qū)域中,表現(xiàn)為低度正相關(guān)所占百分比減小、中度正相關(guān)和高度正相關(guān)所占百分比增大。空間分布上表現(xiàn)為,昆侖山北部大部分區(qū)域由中高度負(fù)相關(guān)轉(zhuǎn)換為低度負(fù)相關(guān)或正相關(guān),和墨洛綠洲和策勒-于田綠洲內(nèi)部部分區(qū)域由低度正相關(guān)轉(zhuǎn)換為中高度正相關(guān)部分轉(zhuǎn)換為低度負(fù)相關(guān),特別是克里雅河尾閭正相關(guān)增加明顯。

2000—2016年和田地區(qū)植被變化與同期溫度的平均相關(guān)系數(shù)為-0.013,區(qū)域正相關(guān)系數(shù)和負(fù)相關(guān)系數(shù)的所占比例分別為37.95%和62.05%,在此研究時(shí)段內(nèi)研究區(qū)植被覆蓋變化與溫度主要為負(fù)相關(guān)。低度正相關(guān)、中度正相關(guān)和高度正相關(guān)區(qū)域分別占植被覆蓋面積的28.18%、8.35%和1.42%；低度負(fù)相關(guān)、中度負(fù)相關(guān)和高度負(fù)相關(guān)區(qū)域分別占植被覆蓋面積的40.05%、17.65%和4.35%,與前期一月相比負(fù)相關(guān)性所占百分比減小,正相關(guān)性所占百分比增大。在負(fù)相關(guān)區(qū)域中,表現(xiàn)為低度負(fù)相關(guān)所占百分比增大、中度負(fù)相關(guān)和高度負(fù)相關(guān)所占百分比減??；在正相關(guān)區(qū)域中,表現(xiàn)為低度正相關(guān)所占百分比增大、中度正相關(guān)和高度正相關(guān)所占百分比減小?？臻g分布上表現(xiàn)為,皮山縣綠洲、和墨洛綠洲和策勒-于田綠洲內(nèi)部城鎮(zhèn)化水平較高的區(qū)域由低度正相關(guān)轉(zhuǎn)換為低度負(fù)相關(guān)和中度負(fù)相關(guān),克里雅河尾閭區(qū)域由低度正相關(guān)轉(zhuǎn)換為低度負(fù)相關(guān),昆侖山北部部分區(qū)域由中度負(fù)相關(guān)轉(zhuǎn)換為低度負(fù)相關(guān)或低度負(fù)相關(guān)轉(zhuǎn)換為低度正相關(guān)。

綜上所述,溫度與NDVI的相關(guān)性還與植被類(lèi)型有關(guān)。土地利用類(lèi)型為耕地時(shí),在和墨洛綠洲和策勒-于田綠洲,NDVI與前期二月溫度相關(guān)性最高,表明和墨洛綠洲和策勒-于田綠洲的植被生長(zhǎng)對(duì)氣溫變化響應(yīng)的滯后期約為兩個(gè)月。土地利用類(lèi)型為草地時(shí),在昆侖山北部,NDVI與溫度為負(fù)相關(guān)性,這是因?yàn)楹吞锏貐^(qū)降水較少,溫度越高,土壤水分蒸發(fā)越嚴(yán)重,抑制植被的生長(zhǎng)；在和田地區(qū)西南部山區(qū),NDVI與溫度為正相關(guān)性,這是因?yàn)楹０卧礁?溫度越低且植被生長(zhǎng)依賴(lài)冰雪融水,因而溫度越高越有利于植被的生長(zhǎng)。

2000—2016年和田地區(qū)植被變化與前期二月總降水量的平均相關(guān)系數(shù)為0.061,區(qū)域正相關(guān)系數(shù)和負(fù)相關(guān)系數(shù)的所占比例分別為83.88%和16.12%,在此研究時(shí)段內(nèi)研究區(qū)植被覆蓋變化與總降水量主要為正相關(guān)。在正相關(guān)區(qū)域中,低度正相關(guān)(0—0.3)、中度正相關(guān)(0.3—0.5)、高度正相關(guān)(0.5—0.8)和極高度正相關(guān)(0.8—1)區(qū)域分別占植被覆蓋面積的24.07%、19.9%、36.91%和3.01%。低度正相關(guān)和中度正相關(guān)分布在皮山縣綠洲北部(耕地和草地)、和墨洛綠洲的主要區(qū)域及河流沿岸(耕地和草地)、策勒-于田綠洲的主要區(qū)域(耕地和草地)、克里雅河尾閭(林地)、民豐縣的部分綠洲(耕地和草地),零星分布在和田地區(qū)西南部山區(qū)(草地)；高度正相關(guān)主要分布在昆侖山北部(草地)和皮山縣綠洲南部(耕地和草地),其余零星分布在各綠洲內(nèi)部。在負(fù)相關(guān)區(qū)域中,低度負(fù)相關(guān)(-0.3—0)、中度負(fù)相關(guān)(-0.5—-0.3)和高度負(fù)相關(guān)(-0.8—-0.5)區(qū)域分別占植被覆蓋面積的13.85%、2.06%和0.22%,負(fù)相關(guān)的區(qū)域面積較小,零散分布在和田地區(qū)西南部山區(qū)(草地)、河流沿岸、綠洲外圍及綠洲內(nèi)部人口密度較大的區(qū)域。

2000—2016年和田地區(qū)植被變化與前期一月總降水量的平均相關(guān)系數(shù)為0.056,區(qū)域正相關(guān)系數(shù)和負(fù)相關(guān)系數(shù)的所占比例分別為84.24%和15.76%,在此研究時(shí)段內(nèi)研究區(qū)植被覆蓋變化與總降水量主要為正相關(guān)。低度正相關(guān)、中度正相關(guān)、高度正相關(guān)和極高度正相關(guān)區(qū)域分別占植被覆蓋面積的24.63%、25.25%、33.72%和0.65%；低度負(fù)相關(guān)、中度負(fù)相關(guān)和高度負(fù)相關(guān)區(qū)域分別占植被覆蓋面積的13.53%、2.01%和0.21%,與前期二月相比負(fù)相關(guān)性所占百分比減小,正相關(guān)性所占百分比增大。負(fù)相關(guān)變化幅度較小,空間分布變化并不明顯。在正相關(guān)區(qū)域中,表現(xiàn)為低度正相關(guān)和中度正相關(guān)所占百分比增加、高度正相關(guān)和極高度正相關(guān)所占百分比減小?？臻g分布上表現(xiàn)為,昆侖山北部大部分地區(qū)由高度正相關(guān)和極高度正相關(guān)轉(zhuǎn)換為中度正相關(guān),和墨洛綠洲和策勒-于田綠洲部分地區(qū)由低度正相關(guān)和中度正相關(guān)轉(zhuǎn)換為中度正相關(guān)和高度正相關(guān)。

2000—2016年和田地區(qū)植被變化與同期總降水量的平均相關(guān)系數(shù)為0.055,區(qū)域正相關(guān)系數(shù)和負(fù)相關(guān)系數(shù)的所占比例分別為84.18%和15.82%,在此研究時(shí)段內(nèi)研究區(qū)植被覆蓋變化與總降水量主要為正相關(guān)。低度正相關(guān)、中度正相關(guān)、高度正相關(guān)和極高度正相關(guān)區(qū)域分別占植被覆蓋面積的25.07%、26.57%、32.18%和0.36%；低度負(fù)相關(guān)、中度負(fù)相關(guān)和高度負(fù)相關(guān)區(qū)域分別占植被覆蓋面積的13.62%、1.97%和0.23%,與前期一月相比負(fù)相關(guān)性所占百分比增加,正相關(guān)性所占百分比減小。在負(fù)相關(guān)區(qū)域中,表現(xiàn)為低度負(fù)相關(guān)和高度負(fù)相關(guān)所占百分比增大、中度負(fù)相關(guān)所占百分比減小。在正相關(guān)區(qū)域中,表現(xiàn)為低度正相關(guān)和中度正相關(guān)所占百分比增大、高度正相關(guān)和極高度正相關(guān)所占百分比減小。由于以上相關(guān)性變化幅度均較小,空間分布變化并不明顯。

綜上所述,總降水量和NDVI的相關(guān)性與土地利用類(lèi)型及海拔高度有關(guān)。土地利用類(lèi)型為草地時(shí),在和田地區(qū)西南部山區(qū),總降水量和NDVI的相關(guān)性為負(fù)相關(guān)或低度正相關(guān),這一區(qū)域降水量相對(duì)較多,降水增加會(huì)導(dǎo)致光照強(qiáng)度下降、光合作用減弱,從而抑制植被的生長(zhǎng)[27]；昆侖山北部海拔相對(duì)較低,總降水量和NDVI的相關(guān)性為正相關(guān)且時(shí)滯效應(yīng)明顯,植被生長(zhǎng)對(duì)降水變化響應(yīng)的滯后期約為兩個(gè)月。和墨洛綠洲和策勒-于田綠洲地勢(shì)平坦海拔相對(duì)較低,植被類(lèi)型主要為耕地和草地,該區(qū)域NDVI與降水存在一定的滯后相關(guān),前期一月和同期降水都會(huì)促進(jìn)植被的生長(zhǎng)。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

(1)2000—2016年4—10月NDVI的月際變化表現(xiàn)為先增加再減少,年際變化表現(xiàn)為顯著上升趨勢(shì),增速為0.452/10a。

(2)2000—2016年NDVI的空間變化基本穩(wěn)定,植被覆蓋增加的區(qū)域大于減少的區(qū)域,二者分別占總面積的4.48%和0.21%。綠洲及昆侖山北部部分區(qū)域變化顯著,高海拔區(qū)域基本不變；綠洲上的植被覆蓋變化與人類(lèi)活動(dòng)有關(guān)；昆侖山北部的植被覆蓋變化與氣候因子有關(guān)。

(3)2000—2016年溫度與降水均小幅增加,增速分別為0.144/10a和0.156/10a。在月尺度上,研究區(qū)NDVI與平均溫度均為正相關(guān),植被生長(zhǎng)滯后于溫度兩個(gè)月；NDVI與總降水量以負(fù)相關(guān)為主,滯后效應(yīng)不明顯。

(4)NDVI對(duì)氣候因子響應(yīng)的空間分布上,NDVI與平均溫度以負(fù)相關(guān)為主,分布在昆侖山北部；正相關(guān)分布在和墨洛綠洲、策勒-于田綠洲和和田地區(qū)西南部山區(qū)。NDVI與總降水量以正相關(guān)為主,分布在昆侖山北部及和田地區(qū)各個(gè)綠洲；負(fù)相關(guān)分布在和田地區(qū)西南部山區(qū)及綠洲內(nèi)部城鎮(zhèn)化水平較高的區(qū)域。

4.2 討論

和田地區(qū)的植被覆蓋在全球變化的背景下也發(fā)生了顯著的變化,近17年和田地區(qū)植被覆蓋呈顯著增加趨勢(shì),且植被覆蓋增加的區(qū)域主要集中在昆侖山北部及綠洲。植被覆蓋變化是氣候、地形、人為等多種因素共同作用的結(jié)果,在本文研究時(shí)段內(nèi),研究區(qū)溫度與降水均小幅增加,但在不同時(shí)空尺度NDVI與氣候因子的相關(guān)性也有所不同。昆侖山平均海拔5500—6000 m,較少受到人類(lèi)活動(dòng)的干擾,植被覆蓋變化應(yīng)與自然因素有關(guān)。昆侖山北部NDVI與溫度為負(fù)相關(guān),與降水為正相關(guān),說(shuō)明該區(qū)域植被生長(zhǎng)受降水主導(dǎo),降水越多,植被生長(zhǎng)越有利,而溫度升高則可能導(dǎo)致蒸散發(fā)作用加強(qiáng),干旱趨勢(shì)加劇[28]。和田地區(qū)西南部山區(qū)海拔相對(duì)較高,植被基本沒(méi)有發(fā)生變化,該區(qū)域植被生長(zhǎng)對(duì)溫度變化更為敏感。和墨洛綠洲和策勒-于田綠洲人口相對(duì)稠密,城鎮(zhèn)化水平相對(duì)較高,植被覆蓋變化受人為因素影響較大。因此今后對(duì)和田地區(qū)植被覆蓋變化的研究不僅要考慮不同時(shí)段氣候因子的響應(yīng),還要考慮人為因素(人口密度、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、城市擴(kuò)張等)對(duì)植被覆蓋變化的影響,揭示和田地區(qū)植被覆蓋對(duì)氣候因素與人為因素的響應(yīng)機(jī)制,從而更有效地保護(hù)和田地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。