任榮儀, 賀中華, 梁 虹, 夏傳花, 張 浪, 楊銘珂

(貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 貴陽(yáng) 550025)

植被是區(qū)域生態(tài)環(huán)境的指示器，其生長(zhǎng)狀況能夠表示環(huán)境的優(yōu)劣[1]，植被生長(zhǎng)受到自然因素和人為因素的共同影響[2]，歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)能夠很好地反映植被生長(zhǎng)狀況，是目前應(yīng)用最廣泛的植被指標(biāo)，NDVI值越高說(shuō)明植被生長(zhǎng)狀況越好，反之則越差[3]。

遙感數(shù)據(jù)具有尺度多樣性，覆蓋范圍廣，時(shí)間連續(xù)性長(zhǎng)等特點(diǎn)，利用遙感等工具提取歸一化植被指數(shù)成為研究植被覆蓋的一種非常有效的工具[4-7]；大量學(xué)者利用NDVI數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，氣候變化和人類活動(dòng)是植被變化的重要影響因素[2]；Muradyan等[8]研究發(fā)現(xiàn)，1998—2013年亞美尼亞山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)NDVI顯著增加，與降水均為正相關(guān)，與溫度呈現(xiàn)正負(fù)共存。Liu等[9]發(fā)現(xiàn)，在全球范圍內(nèi)，1982—2012年NDVI與氣溫相關(guān)性逐漸減弱，與降水不斷增強(qiáng)。高江波等[10]探究了中國(guó)近30 a間氣候?qū)DVI空間異質(zhì)性的影響。不同地區(qū)，影響植被變化氣候因子不盡相同，黃土高原不同時(shí)間尺度對(duì)氣候的依賴程度不同[11]；青藏高原NDVI與降水之間存在滯后性[12]，地勢(shì)對(duì)NDVI具有顯著影響；在珠江流域溫度影響大于降水[13]，袁喆等[14]研究得出熱量條件是長(zhǎng)江流域陸地生態(tài)系統(tǒng)NDVI的限制因子。許翔馳[15]研究得出華北地區(qū)和華中地區(qū)降水影響高于溫度。中國(guó)西南喀斯特地區(qū)20世紀(jì)末，植被指數(shù)年際變化與氣候因子變化有較強(qiáng)區(qū)域分異，且與溫度變化相關(guān)性高[16]。西南喀斯特環(huán)江地區(qū)年均NDVI與溫度、輻射呈現(xiàn)正相關(guān)，與降水呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)[17]；氣候因子對(duì)桂西北喀斯特地區(qū)植被變化不明顯，地形和人類活動(dòng)在一定程度上影響NDVI變化趨勢(shì)[18]。李同艷[19]研究得出氣候和人類活動(dòng)均促進(jìn)西南地區(qū)植被的生長(zhǎng)。張繼[20]、張蓓蓓[21]、張勇榮[22]等研究發(fā)現(xiàn)貴州省NDVI受溫度影響程度均高于降水。馬士彬等[23]發(fā)現(xiàn)貴州森林NDVI的變化在季節(jié)存在差異性；巖性對(duì)植被NDVI的值、變化率和變異系數(shù)有不同程度的影響[24]。本文基于不同地貌類型研究植被與溫度降水之間的定量關(guān)系，采用距平分析、滑動(dòng)平均、M-K檢驗(yàn)、一元線性回歸趨勢(shì)分析、變異系數(shù)、Hurst指數(shù)分析、Pearson相關(guān)分析、偏相關(guān)分析、復(fù)相關(guān)分析及F檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，定量分析貴州省不同地貌類型下溫度和降水對(duì)NDVI的影響，可以深入研究貴州地區(qū)植被生長(zhǎng)情況，為植被保護(hù)和生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

貴州省位于24°37′—29°13′N，103°36′—109°35′E。地處中國(guó)西南腹地，全省東西相距595 km，南北距離約為509 km，總面積約為176 167 km2，占全國(guó)國(guó)土面積的1.8%，區(qū)域內(nèi)喀斯特地貌發(fā)育強(qiáng)烈，是桂北、滇東、湘西及川東等喀斯特集中連片區(qū)的中心，喀斯特地區(qū)占全省面積的73.8%[25-28]。地貌為中國(guó)西部高原山區(qū)，西高東低，海拔為152～2 885 m(圖1)；屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，年均降水量為621.69～1 541.34 mm，年均溫度為11.02～21.64℃；年內(nèi)溫差較小，四季分明，夏季涼爽，冬季溫暖；雨量豐沛，主要集中在夏季，雨熱同期，宜人居住。森林覆蓋度約為52%，植被豐富度高，對(duì)貴州省NDVI的研究有利于研究喀斯特山區(qū)植被對(duì)氣候、地形變化的反饋。

圖1 貴州省區(qū)位、氣象站點(diǎn)及地貌分區(qū)

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

(1) 從美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)收集了16 d合成的MODIS13Q1 NDVI產(chǎn)品數(shù)據(jù)。時(shí)間范圍為2000年2月—2018年12月，共19期數(shù)據(jù)(434景影像)，空間分辨率為250 m×250 m。(2) 同期溫度、降水?dāng)?shù)據(jù)由中國(guó)氣象網(wǎng)(http:∥data.cma.cn/)提供，該數(shù)據(jù)在發(fā)布前已經(jīng)過(guò)極值和時(shí)間一致性等檢驗(yàn)。本文選取貴州省及周?chē)貐^(qū)47個(gè)氣象站點(diǎn)的逐日數(shù)據(jù)資料，對(duì)于個(gè)別站點(diǎn)缺失年份數(shù)據(jù)采用多年平均代替。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

(1) 影像數(shù)據(jù)。使用MRT進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和定義投影等一系列預(yù)處理，并利用貴州省邊界裁剪出研究區(qū)NDVI數(shù)據(jù)，考慮到數(shù)據(jù)受到云的遮擋、大氣影響等不利因素，對(duì)預(yù)處理的MODIS NDVI數(shù)據(jù)采取最大值合成法得到月最大值NDVI，然后采用平均值合成法折算為年均NDVI數(shù)據(jù)[29-30]。(2) 氣象數(shù)據(jù)。根據(jù)文章分析需求，將逐日溫度求平均獲得逐年年均溫度，而逐年降水量采取逐日降水量累計(jì)相加獲取，利用ArcGIS 10.2采用樣條函數(shù)進(jìn)行空間插值，得到2000—2018年、分辨率為250 m的溫度和降水柵格數(shù)據(jù)集。

2.3 研究方法

2.3.1 NDVI變化分析方法 2000—2018年貴州省NDVI的時(shí)間變化采用距平分析、滑動(dòng)平均、Mann-Kendall(M-K)檢驗(yàn)進(jìn)行研究；M-K檢驗(yàn)是一種非參數(shù)的檢驗(yàn)方法，其優(yōu)點(diǎn)是不要求數(shù)據(jù)服從特定的分布，可避免少數(shù)異常值帶來(lái)的干擾[31]。采用一元線性回歸趨勢(shì)分析、變異系數(shù)、Hurst指數(shù)分析等方法逐像元分析19 a間NDVI的變化趨勢(shì)、穩(wěn)定性和持續(xù)性；使用一元線性回歸趨勢(shì)分析對(duì)研究區(qū)多年植被變化規(guī)律進(jìn)行探討，趨勢(shì)分析法將會(huì)模擬研究區(qū)內(nèi)19 a間每一個(gè)柵格的變化趨勢(shì)，并不是簡(jiǎn)單的線性分析，趨勢(shì)線是一組隨時(shí)間變化的變量進(jìn)行回歸分析[32]。斜率slope>0表示變量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；slope<0表示變量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；采用F檢驗(yàn)回歸趨勢(shì)結(jié)果做顯著水平檢驗(yàn)，存在顯著水平p≤0.01時(shí)為極顯著，當(dāng)0.010.05時(shí)為不顯著。變異系數(shù)可以反映統(tǒng)計(jì)量的波動(dòng)情況，本文利用變異系數(shù)分析NDVI變化的穩(wěn)定性[33]；Hurst指數(shù)主要用于描述NDVI的自相似性和長(zhǎng)期依賴性的一種方法，已廣泛運(yùn)用于植被、水文、氣候等領(lǐng)域的研究[34]。有多種Hurst指數(shù)(H)計(jì)算方法，其中重標(biāo)極差(R/S)和小波分析的計(jì)算結(jié)果更為可靠，本文基于R/S分析法研究貴州省2000—2018年植被變化的持續(xù)性；當(dāng)0≤H<0.5時(shí)，說(shuō)明植被生長(zhǎng)反向持續(xù)；H=0.5時(shí)，說(shuō)明植被生長(zhǎng)存在隨機(jī)性；0.5

2.3.2 影響因素分析方法 Pearson相關(guān)性分析能夠定量分析兩組變量間的線性相關(guān)程度[36]，偏相關(guān)[32]是在消除其他因子影響的前提下計(jì)算兩個(gè)變量之間的相關(guān)性，復(fù)相關(guān)[32]是研究幾個(gè)要素與某一個(gè)要素間的相關(guān)程度，采用F檢驗(yàn)對(duì)所有的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。當(dāng)p≤0.01時(shí)，相關(guān)性極顯著，0.010.05時(shí)，相關(guān)性不顯著。

3 結(jié)果與分析

3.1 NDVI的變化特征

3.1.1 NDVI時(shí)空變化 從時(shí)間上看(圖2A)，貴州省年際NDVI距平介于-0.06～0.08，最高距平為0.061(2016年)高于多年年均NDVI值，其偏離程度大于最低距平為-0.054(2000年)，整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，增速為5.53%/10 a。2008年以前NDVI平穩(wěn)上升，增速為6.96%/10 a；2009—2011年逐年下降，下降速率為-14.58%/10 a；2012—2018年快速上升，增速為12.04%/10 a。

利用M-K檢驗(yàn)探究2000—2018年研究區(qū)NDVI的突變情況(圖2B)，根據(jù)UF曲線可知，19 a間NDVI以增加作為變化趨勢(shì)，UF與UB在2007年、2010年和2012年相交，其中2007年與2010年通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)，結(jié)合圖2A可以發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)時(shí)間段NDVI距平出現(xiàn)了正負(fù)交替，表明2007年和2010年是NDVI的突變年份；2012年雖未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，但于2013年超過(guò)顯著水平，結(jié)合距平圖可發(fā)現(xiàn)該時(shí)間點(diǎn)后植被NDVI進(jìn)入快速增長(zhǎng)時(shí)期。

圖2 2000-2018年貴州省NDVI距平及變化趨勢(shì)和M-K檢驗(yàn)

由圖3A可以看出，貴州省多年年均NDVI介于0～0.79，NDVI高值區(qū)集中分布在貴州省東南地區(qū)，低值區(qū)主要分布在西部地區(qū)和各縣市城鎮(zhèn)聚集地，其空間分布呈現(xiàn)出西北低東南高的特點(diǎn)。從圖3B可得，不同地貌類型下的NDVI均值存在差異性：非喀斯特地區(qū)>峰叢洼地區(qū)>省平均NDVI>巖溶槽谷區(qū)>斷陷盆地區(qū)>巖溶高原區(qū)>巖溶峽谷區(qū)；非喀斯特地區(qū)的年均NDVI(0.65)最大，比省平均值(0.59)高0.06，此地區(qū)成土周期短、土層較厚、土壤肥力高、水分含量高等特點(diǎn)，有利于植被的生長(zhǎng)；巖溶峽谷區(qū)的年均NDVI值最小(0.54)，與省平均值相差0.05，與最大值相差0.11，導(dǎo)致該地區(qū)NDVI值偏小主要由于貴州省西部地區(qū)水土流失嚴(yán)重和石漠化程度高，植被生境嚴(yán)酷。

圖3 2000-2018年貴州省年均NDVI空間分布及不同地貌NDVI均值

3.1.2 NDVI的空間變化趨勢(shì) 圖4A為貴州省年均NDVI變化趨勢(shì)，大部分地區(qū)呈現(xiàn)不同程度的增加趨勢(shì)，其面積占總面積的95.15%，其中呈極顯著增加的區(qū)域面積比為57.32%，集中在研究區(qū)中部和西部地區(qū)；呈減少趨勢(shì)的面積僅占研究區(qū)面積的4.85%，其中極顯著減少趨勢(shì)區(qū)域的面積比為0.82%，主要分布在各縣市城市區(qū)域；NDVI的變化趨勢(shì)在空間上呈現(xiàn)西強(qiáng)東弱的格局。

由圖4B可知，植被指數(shù)增長(zhǎng)最顯著的是巖溶峽谷區(qū)，該區(qū)域NDVI呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)的面積占巖溶峽谷區(qū)面積的97.90%，其中極顯著增加的面積占83.12%，顯著增加的面積比為7.78%；呈現(xiàn)減少的面積占比僅為2.10%。其次是斷陷盆地區(qū)極顯著增加和顯著增加分別占該地貌類型面積的73.06%，11.93%。在巖溶高原區(qū)、峰叢洼地區(qū)和巖溶槽谷區(qū)相似，極顯著增加和顯著增加分別占其地貌類型面積的57.22%和16.00%，58.58%和15.96%，52.49%和17.22%，接近貴州省平均水平(57.32%和15.40%)。說(shuō)明貴州省植被在19 a內(nèi)增長(zhǎng)十分顯著，各巖溶類型下的植被增長(zhǎng)存在著差異性，巖溶峽谷區(qū)增長(zhǎng)程度最大，非喀斯特地區(qū)最小。

圖4 2000-2018貴州省NDVI變化顯著性空間及不同巖溶地貌NDVI變化顯著性面積統(tǒng)計(jì)

3.1.3 NDVI的穩(wěn)定性分析 通過(guò)計(jì)算，獲取貴州省2000—2018年NDVI的變異系數(shù)，根據(jù)變異值將波動(dòng)程度劃分為5個(gè)等級(jí)(圖5)。由圖5可知，貴州省變異系數(shù)介于0～0.82。波動(dòng)性為低穩(wěn)定和中低穩(wěn)定的地區(qū)分布零散且面積小，主要分布在城市及其周邊；中等穩(wěn)定的區(qū)域主要分布在貴州省的西北和北部地區(qū)，其面積占研究區(qū)總面積的27.55%；中高穩(wěn)定的區(qū)域分布廣泛且面積大，其面積占總面積的70.06%；低波動(dòng)的面積小，其面積比為0.92%，比較集中分布在研究區(qū)的東部地區(qū)。貴州省NDVI以中高穩(wěn)定和中等穩(wěn)定為主，變異系數(shù)在空間上存在著西北高于東南的格局。

圖5 2000-2018年貴州省NDVI變異穩(wěn)定空間分布

進(jìn)一步分析不同地貌類型NDVI的穩(wěn)定性，統(tǒng)計(jì)得到各等級(jí)穩(wěn)定性的面積比例(表1)，不同地貌類型的波動(dòng)性均中高穩(wěn)定和中等穩(wěn)定狀態(tài)面積占比相對(duì)較大，但比例存在差異性，喀斯特地貌的中高穩(wěn)定狀態(tài)區(qū)域的面積占該地貌面積是最大的，為90.13%，中等穩(wěn)定的面積比為6.24%，低穩(wěn)定面積比僅為0.1%；巖溶峽谷地貌的中高穩(wěn)定區(qū)域面積比例為最小，為55.84%，中等穩(wěn)定的面積比40.11%，低穩(wěn)定面積比為0.56%。

表1 不同地貌類型NDVI的變異系數(shù)等級(jí)面積統(tǒng)計(jì) %

3.1.4 NDVI的可持續(xù)性分析 為了分析貴州省NDVI變化趨勢(shì)的可持續(xù)性，逐像元計(jì)算NDVI 19 a的Hurst指數(shù)(圖6A)；貴州省NDVI的Hurst指數(shù)介于0.07～0.99，均值為0.48，Hurst指數(shù)小于0.5的區(qū)域面積占比為66.28%，大于0.5的區(qū)域?yàn)?3.72%，說(shuō)明貴州省大部分地區(qū)植被的反向持續(xù)性強(qiáng)，即未來(lái)的變化趨勢(shì)與過(guò)去相反。Hurst指數(shù)高值主要分布在貴州省西部地區(qū)，低值主要分布在貴州東部地區(qū)。從不同地貌類型來(lái)看，Hurst指數(shù)平均值最高的是巖溶峽谷區(qū)，為0.52；其次是斷陷盆地區(qū)(0.51)；Hurst指數(shù)平均值最低的是巖溶槽谷區(qū)，為0.43。將貴州省NDVI變化顯著性與Hurst指數(shù)疊加得到NDVI變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)圖(圖6B)。減少且正向持續(xù)的區(qū)域分布較為零散且面積較少，主要分布在貴州省的縣城或市區(qū)及其周邊區(qū)域，說(shuō)明該區(qū)域受人類活動(dòng)影響較為明顯。增加且正向持續(xù)的區(qū)域主要分布在研究區(qū)西部，其中極顯著增加且正向持續(xù)區(qū)域的面積占研究區(qū)面積的20.87%，是NDVI預(yù)測(cè)為正向持續(xù)類型面積占比最大的類型。極顯著增加且反向持續(xù)的面積占總面積的36.5%，其廣泛分布于研究區(qū)內(nèi)；其次是不顯著增加且反向持續(xù)，其面積比為16.38%，集中分布于研究區(qū)北部、東部和南部地區(qū)。顯著減少且反向持續(xù)的面積占比最低，為0.15%。

圖6 2000-2018年貴州省Hurst指數(shù)及NDVI變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)

貴州省不同地貌類型NDVI預(yù)測(cè)類型的面積結(jié)果見(jiàn)表2，巖溶峽谷區(qū)和斷陷盆地區(qū)Hurst指數(shù)大于0.5區(qū)域的面積占該地貌面積的56.94%，51.21%，小于0.5區(qū)域面積比為43.06%，48.79%，說(shuō)明該地區(qū)大部分區(qū)域呈現(xiàn)正向持續(xù)。其余地貌區(qū)以反向持續(xù)的區(qū)域面積比相對(duì)較大；尤其是巖溶槽谷區(qū)反向持續(xù)面積比高達(dá)81.60%，說(shuō)明該地貌的大部分區(qū)域未來(lái)變化趨勢(shì)與過(guò)去相反。

表2 不同地貌類型NDVI預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果 %

3.2 溫度、降水變化特征

3.2.1 溫度變化特征 (1) 溫度的時(shí)空分布。從距平上看(圖7A)2011年以前溫度的波動(dòng)比較大：2000—2006年為波動(dòng)上升階段，上升速率為0.158℃/10 a；2007—2011年下降階段，下降速率為-0.890℃/10 a；2011年以后溫度以1.238℃/10 a的速率上升；貴州省19 a的溫度以0.260℃/10 a上升；上升的顯著性不大。

圖7 2000-2018年貴州省溫度距平及變化趨勢(shì)和M-K檢驗(yàn)

觀察2000—2018年年均溫的M-K變化曲線(圖7B)，曲線UF在2003年通過(guò)0.05顯著性檢驗(yàn)，但僅表示年均溫的隨機(jī)性和不持續(xù)性；UF與UB在研究期間多次相交，但均未超過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明研究區(qū)19 a溫度變化比較穩(wěn)定。

由圖8A可知，貴州省溫度介于11.02～21.64℃，最低溫度主要分布在貴州省海拔較高的西部和中部地區(qū)，最高溫度分布在南部地區(qū)，在溫度空間上呈現(xiàn)西部地區(qū)低南部地區(qū)高的分布格局。峰叢洼地區(qū)、非喀斯特區(qū)和巖溶槽谷區(qū)年均溫度分別高于貴州省年均溫2.52，1.45，0.63℃；巖溶高原區(qū)、斷陷盆地區(qū)和巖溶峽谷區(qū)分別低于貴州省年平均-0.66，-1.27，-0.26℃；最高溫地區(qū)與最低溫地區(qū)相差5.18℃(圖8B)，說(shuō)明貴州省溫度在空間上存在著異質(zhì)性，不同地貌類型下也存在著差異性。

圖8 2000-2018貴州省年均溫度空間分布及不同地貌溫度均值

(2) 溫度的空間變化趨勢(shì)。從圖9A可以看出，貴州省存在5個(gè)溫度極顯著增長(zhǎng)中心和2個(gè)極顯著減少中心，變化趨勢(shì)從極顯著減少向極顯著增加逐漸過(guò)渡。從圖9B可以看出，貴州省年均溫度變化趨勢(shì)為增加區(qū)域的面積占研究區(qū)面積的65.02%，其中極顯著增加的面積比為10.22%，顯著增加的面積比為22.32%；而減少趨勢(shì)的面積比為36.78%，其中極顯著減少的面積比為2.78%，顯著減少的面積比為22.32%。

圖9 2000-2018年貴州省溫度變化趨勢(shì)空間及不同地貌溫度變化趨勢(shì)面積統(tǒng)計(jì)

由圖9B可知，各巖溶地區(qū)溫度變化趨勢(shì)主要為增加，其中極顯著增加趨勢(shì)面積占比最大的是巖溶槽谷區(qū)，占該區(qū)域面積的17.25%，其次是峰叢洼地區(qū)，為16.49%，非喀斯特地區(qū)次之，為14.57%，面積占比最低的在斷陷盆地區(qū)，為0.00%。以顯著增加為趨勢(shì)的區(qū)域在非喀斯特地區(qū)，其面積占該區(qū)域面積的38.31%；其次是巖溶峽谷區(qū)(24.95%)，峰叢洼地區(qū)次之(22.48%)，面積占比最低的在斷陷盆地區(qū)，為0.00%。貴州省溫度呈減少趨勢(shì)的區(qū)域面積占比為34.98%，其中呈極顯著減少趨勢(shì)的區(qū)域面積占研究區(qū)總面積的10.23%，顯著減少的面積占比達(dá)22.32%；各巖溶地區(qū)極顯著減少面積占巖溶類型總面積比最大的在巖溶槽谷區(qū)(7.24%)，其次是非喀斯特地區(qū)(1.44%)；以顯著減少為趨勢(shì)面積占比最大的地貌類型是非喀斯特地區(qū)(38.31%)，面積占比最小的是斷陷盆地區(qū)，為0.00%(圖9B)。說(shuō)明貴州省不同喀斯特地貌下溫度變化趨勢(shì)存在著差異性，斷陷盆地區(qū)溫度變化是最穩(wěn)定的，非喀斯特地區(qū)和巖溶槽谷區(qū)的溫度變化差異性較大。

3.2.2 降水變化特征 (1) 降水的時(shí)空分布。由圖10A可知，貴州省年際降水量距平介于-321.00～238.02 mm，最高降水距平出現(xiàn)在2014年，偏離多年年均238.02 mm，最低降水距平出現(xiàn)在2011年，低于多年年均321.00 mm，與最高降水距平相差559.02 mm，說(shuō)明貴州省年際降水量存在著差異性。降水整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，增速為38.16 mm/10 a，存在3個(gè)變化階段：2000—2007年波動(dòng)下降，下降速率為-99.4 mm/10 a，2008—2011年快速下降階段，下降速率為-488.51 mm/10 a，2012—2018年上升階段，上升速率為465.94 mm/10 a。

利用M-K檢驗(yàn)探究2000—2018年研究區(qū)年均降水的突變情況(圖10B)，根據(jù)UF曲線可知，19 a間降水量以增加作為變化趨勢(shì)，UF與UB在2013—2014年出現(xiàn)相交，但未通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明貴州省20 a來(lái)降水沒(méi)有明顯突變。

圖10 2000-2018年貴州省降水距平及變化趨勢(shì)和M-K檢驗(yàn)

由圖11A可知，貴州省降水量介于621.69～1 541.34 mm，較低降水量主要分布在貴州省西北部地區(qū)，并逐步向南部和東部逐漸增加，在貴州省形成了2個(gè)多雨中心。結(jié)合圖11B得出，斷陷盆地區(qū)(1 269.73 mm)、非喀斯特區(qū)(1 254.58 mm)、峰叢洼地區(qū)(1 231.95 mm)的降水量分別高于貴州省年均降水量(1 183.38 mm)86.36，71.20，48.57 mm；巖溶峽谷區(qū)(1 092.76 mm)、巖溶槽谷區(qū)(1 107.31 mm)和巖溶高原區(qū)(1 143.93 mm)的降水量分別低于貴州省年均降水量(1 183.38 mm)90.61，76.07，39.45 mm。

圖11 2000-2018年貴州省年均降水空間分布及不同地貌降水均值

(2) 降水空間變化趨勢(shì)。從圖12A可以看出，貴州省的降水變化趨勢(shì)大部分地區(qū)以增加趨勢(shì)為主，其面積占研究區(qū)面積的69.19%(圖12B)，其中極顯著增加和顯著增加的區(qū)域面積占比分別為0.14%，1.80%，主要集中在貴州省北部地區(qū)；以減少為趨勢(shì)的地區(qū)面積占研究區(qū)面積的30.81%，其中不顯著減少為趨勢(shì)的面積占比最大，為30.72%，主要集中在貴州省的東北部和西南部。各地貌區(qū)除了斷陷盆地區(qū)減少趨勢(shì)占優(yōu)勢(shì)，其他地貌區(qū)均以增加為趨勢(shì)，其中非喀斯特區(qū)的顯著增加是最大的，為8.96%，其次是巖溶峽谷區(qū)，其面積占比為2.65%；巖溶槽谷次之，為1.31%，其余地貌均以不顯著增加占優(yōu)勢(shì)，值得注意的是，斷陷盆地區(qū)不顯著減少為趨勢(shì)的面積占該地貌類型面積的69.95%。說(shuō)明各地貌類型下的降水變化趨勢(shì)存在著差異性，除斷陷盆地區(qū)減少占優(yōu)勢(shì)，其他地貌區(qū)均呈現(xiàn)不同程度的增加。

圖12 2000-2018年貴州省降水變化趨勢(shì)空間及不同地貌降水變化趨勢(shì)面積統(tǒng)計(jì)

3.3 NDVI對(duì)溫度、降水變化的響應(yīng)

貴州省年際NDVI與溫度呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(r=0.66,p<0.01)，與降水的相關(guān)性較弱且不顯著(r=0.36,p>0.5)。為了進(jìn)一步確定溫度和降水是如何影響NDVI的變化，對(duì)貴州省2000—2018年年均溫、年降水量與NDVI進(jìn)行偏相關(guān)性分析并結(jié)合其顯著水平得到相關(guān)性空間分布圖(圖13)。如圖13A所示，在空間上，貴州省NDVI與溫度以正偏相關(guān)為主，正偏相關(guān)面積占研究區(qū)面積的88.88%；其中極顯著正相關(guān)主要分布在貴州省西北部和東部，其面積比為24.71%，接近研究區(qū)面積的1/4。NDVI與溫度呈現(xiàn)負(fù)偏相關(guān)的地區(qū)主要集中在研究區(qū)北部、西部和中部地區(qū)，其面積比為11.12%，極顯著負(fù)相關(guān)和顯著負(fù)相關(guān)面積僅占研究區(qū)面積的0.13%，0.61%。

由NDVI與降水的偏相關(guān)顯著性空間分布可知(圖13B)，NDVI與降水正、負(fù)偏相關(guān)分別占全省面積的75.24%，24.76%；極顯著正相關(guān)主要分布在貴州省西北部地區(qū)，面積占比為6.19%；極顯著負(fù)相關(guān)主要分布在研究區(qū)東偏北的少部分地區(qū)，其面積比為0.22%；面積占比最大的是不顯著正相關(guān)，為60.76%，其次是不顯著負(fù)相關(guān)的面積比(23.73%)。

圖13 2000-2018年貴州省NDVI與溫度、降水偏相關(guān)顯著性分布

NDVI與年均溫的偏相關(guān)性高于其與降水的偏相關(guān)性貴州省植被生長(zhǎng)受溫度的影響高于降水。二者在空間分布上存在異質(zhì)性，且研究區(qū)西北部地區(qū)受到溫度和降水的共同影響。

由表3可知，不同地貌區(qū)的NDVI受年均溫和降水存在差異性，斷陷盆地區(qū)受溫度和降水的影響均不顯著；巖溶高原區(qū)、巖溶峽谷區(qū)和非喀斯特地區(qū)受溫度的影響高于降水，該地貌區(qū)的NDVI與溫度偏相關(guān)系數(shù)通過(guò)0.05檢驗(yàn)的正相關(guān)面積比分別為54.87%，57.41%和56.98%，均超過(guò)其地貌區(qū)面積的1/2；而通過(guò)0.05檢驗(yàn)的負(fù)相關(guān)面積比均未超過(guò)4%，說(shuō)明NDVI受溫度的正向影響大，顯著性強(qiáng)。不同地貌類型下，呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)(p<0.01)的面積比(S)大小排序?yàn)椋簲嘞菖璧?1.69)<巖溶槽谷區(qū)(16.69)<峰叢洼地區(qū)(18.33)<巖溶峽谷區(qū)(27.27)<非喀斯特地區(qū)(29.86)<巖溶高原區(qū)(33.34)。

表3 不同地貌NDVI與溫度、降水相關(guān)性統(tǒng)計(jì) %

降水對(duì)NDVI的影響在不同地貌區(qū)之間的差異較大，NDVI與降水偏相關(guān)系數(shù)通過(guò)0.05檢驗(yàn)的正相關(guān)面積比最大的是巖溶峽谷區(qū)，為30.69%；斷陷盆地區(qū)僅為2.43%，二者相差28.26%。呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)(p<0.01)的面積比存在差異性：斷陷盆地(0.2)<峰叢洼地區(qū)(0.41)<巖溶槽谷區(qū)(2.63)<非喀斯特地區(qū)(7.10)<巖溶高原區(qū)(8.92)<巖溶峽谷區(qū)(13.71)。

由圖14A可知，NDVI與溫度、降水的復(fù)相關(guān)性顯著和極顯著相關(guān)的區(qū)域分布面積廣，分別占研究區(qū)面積的39.36%和25.30%，35.34%的區(qū)域未通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)(圖14B)。斷陷盆地區(qū)通過(guò)0.05顯著性檢驗(yàn)的面積占該地貌總面積的21.10%，其他地貌通過(guò)0.05顯著性檢驗(yàn)的面積比均超過(guò)對(duì)應(yīng)地貌的55%以上，其中非喀斯特區(qū)面積比為78.12%，可見(jiàn)非喀斯特地區(qū)受氣候變化的影響較為顯著，斷陷盆地區(qū)最不顯著。

圖14 2000-2018年貴州省NDVI與溫度—降水復(fù)相關(guān)性分布和不同地貌類型顯著性面積

4 結(jié) 論

(1) 2000—2018年貴州省年均NDVI在空間分布上呈現(xiàn)出西北低東南高的格局，高值區(qū)主要分布在非喀斯特區(qū)，低值區(qū)在巖溶峽谷區(qū)；貴州省年均NDVI以5.53%/10 a的速率上升，呈現(xiàn)極顯著增加趨勢(shì)的區(qū)域面積占研究區(qū)面積的57.32%，而極顯著減少趨勢(shì)區(qū)域的面積比為0.82%，M-K檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)NDVI在2007年和2010年發(fā)生突變，并于2013年進(jìn)入快速增長(zhǎng)時(shí)期。巖溶峽谷區(qū)和斷陷盆地區(qū)增加趨勢(shì)最顯著，非喀斯特區(qū)較弱。

(2) 2000—2018年貴州省NDVI以中高穩(wěn)定和中等穩(wěn)定為主，變異系數(shù)在空間上存在著西北高于東南的格局；喀斯特地貌穩(wěn)定性最高，有90.13%的區(qū)域?qū)儆谥懈叻€(wěn)定等級(jí)；巖溶峽谷地貌的穩(wěn)定性較差，中高等級(jí)區(qū)域的面積占該地貌的55.84%。

(3) 逐像元計(jì)算貴州省2000—2018年NDVI的Hurst指數(shù)，發(fā)現(xiàn)貴州省Hurst指數(shù)是介于0.07～0.99，高值主要分布在貴州省西部地區(qū)，低值主要分布在東部地區(qū)。Hurst指數(shù)平均值最高的是巖溶峽谷區(qū)(0.52)，最低是巖溶槽谷區(qū)(0.43)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，巖溶峽谷區(qū)和斷陷盆地區(qū)呈現(xiàn)正向持續(xù)區(qū)域面積分別占其地貌區(qū)面積的56.94%，51.21%。其余地貌區(qū)以反向持續(xù)的區(qū)域面積比相對(duì)較大；其中巖溶槽谷區(qū)反向持續(xù)面積比高達(dá)81.60%。

(4) 2000—2018年貴州省年均溫度在空間上呈現(xiàn)西部地區(qū)低南部地區(qū)高的格局，高值區(qū)主要集中在峰叢洼地區(qū)和非喀斯特區(qū)，低值區(qū)集中在巖溶峽谷區(qū)；貴州省年均溫度以0.260℃/10 a的速率上升，呈現(xiàn)極顯著增加和顯著減少趨勢(shì)的區(qū)域面積分別占研究區(qū)面積的10.22%，2.78%；斷陷盆地區(qū)溫度變化是最穩(wěn)定的，非喀斯特地區(qū)和巖溶槽谷區(qū)的溫度變化差異性較大。貴州省大部分地區(qū)降水量比較高，僅研究區(qū)西北部略低；年均降水以38.16 mm/10 a的速率上升，降水的變化趨勢(shì)不顯著，呈現(xiàn)極顯著增加和極顯著減少趨勢(shì)的區(qū)域面積比例分別為0.14%，0.00%，除斷陷盆地區(qū)降水以減少趨勢(shì)占優(yōu)勢(shì)，其他地貌區(qū)均呈現(xiàn)不同程度的增加。研究期間，年均溫和降水均未發(fā)生顯著突變。

(5) Pearson相關(guān)性分析研究發(fā)現(xiàn)NDVI與溫度的相關(guān)性強(qiáng)于降水。利用偏相關(guān)法研究發(fā)現(xiàn)，貴州省NDVI與溫度呈正偏相關(guān)的區(qū)域面積占研究區(qū)面積的88.88%；其中極顯著正相關(guān)的區(qū)域主要分布在貴州省西北部和東部，其面積約占總面積的1/4；呈現(xiàn)負(fù)偏相關(guān)的地區(qū)主要集中在研究區(qū)北部、西部和中部地區(qū)，其中極顯著負(fù)相關(guān)和顯著負(fù)相關(guān)面積均較小，不足研究區(qū)面積的1%。NDVI與降水正、負(fù)偏相關(guān)分別占全省面積的75.24%，24.76%；極顯著正相關(guān)主要分布在貴州省西北部地區(qū)，面積占比為6.19%；極顯著負(fù)相關(guān)主要分布在研究區(qū)東偏北的少部分地區(qū)；不顯著相關(guān)的區(qū)域面積比最大。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，不同地貌區(qū)的NDVI受到年均溫和降水的影響存在差異性，斷陷盆地區(qū)受溫度和降水的影響均不顯著；巖溶高原區(qū)、巖溶峽谷區(qū)和非喀斯特地區(qū)受溫度的影響高于降水。NDVI與溫度、降水的復(fù)相關(guān)性顯著和極顯著相關(guān)的區(qū)域分布面積廣，分別占研究區(qū)面積的39.36%，25.30%，復(fù)相關(guān)通過(guò)0.05顯著性檢驗(yàn)面積占比最大的是非喀斯特區(qū)(78.12%)，最小為斷陷盆地區(qū)(21.10%)，其余地貌類型的面積比均超過(guò)對(duì)應(yīng)地貌類型面積的55%。