青藏高原植被覆被變化及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)
——基于生態(tài)地理分區(qū)

韓旭，楊琴（六盤水師范學(xué)院環(huán)境與資源科學(xué)系，貴州六盤水553000）

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青藏高原植被覆被變化及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)
——基于生態(tài)地理分區(qū)

韓旭，楊琴
（六盤水師范學(xué)院環(huán)境與資源科學(xué)系，貴州六盤水553000）

結(jié)合GNMMS NDVI數(shù)據(jù)和地面氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析青藏高原各個(gè)生態(tài)地理分區(qū)NDVI變化特點(diǎn)，對(duì)各地理分區(qū)內(nèi)的植被覆被變化對(duì)氣溫和降水變化的影響進(jìn)行偏相關(guān)性分析.結(jié)果顯示：青藏高原植被覆蓋變化率整體呈改善趨勢(shì)，西部干旱半干旱地區(qū)、植被覆蓋率較低的北部地區(qū)呈退化趨勢(shì).

生態(tài)地理分區(qū)；青藏高原；植被覆被變化；氣候變化；NDVI

0引言

氣候變化對(duì)社會(huì)和自然系統(tǒng)帶來(lái)巨大影響，氣候變化對(duì)地表植被覆蓋變化的敏感度較高，通過(guò)研究地表植被覆蓋變化、研究氣候變化已成為當(dāng)前環(huán)境領(lǐng)域的熱點(diǎn).已有研究顯示北半球中高緯度地區(qū)的植被活動(dòng)在數(shù)十年內(nèi)顯著增強(qiáng)，在全球變暖導(dǎo)致植物生長(zhǎng)季提前或延長(zhǎng)的影響下，中國(guó)多數(shù)地區(qū)的植被活動(dòng)也呈增強(qiáng)趨勢(shì)［1］.青藏高原屬于高海拔的巨型構(gòu)造地貌單元，被稱為地球的“第三極”，該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境受人類活動(dòng)的影響作用較小.但是在全球氣候變暖的影響下，青藏高原的冰川退縮、濕地面積萎縮、草原凍融荒漠化等問(wèn)題愈發(fā)突出［2］.而青藏高原生態(tài)環(huán)境變化對(duì)世界生態(tài)系統(tǒng)具有深刻的影響，對(duì)其植被覆被變化及其對(duì)氣候的影響具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

歸一化植被指數(shù)NDVI是反映植物生長(zhǎng)、覆蓋情況的主要指標(biāo)之一，可作為檢測(cè)植被變化的參數(shù)，也被廣泛用于研究植被活動(dòng).已有學(xué)者從時(shí)空尺度、經(jīng)緯度和海拔梯度角度分析NDVI與氣候的關(guān)系，以及將NDVI與氣候變化的聯(lián)系作為青藏高原區(qū)域劃分的標(biāo)準(zhǔn)［3］.通過(guò)對(duì)已有研究的分析，研究方向主要集中在分析不同時(shí)空尺度的植被變化及氣候的內(nèi)在聯(lián)系.如楊元合等從季節(jié)角度出發(fā)，不同草地的氣候驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行分析.從既往研究可以看出，研究從空間角度對(duì)區(qū)域植被與氣候要素關(guān)系做了許多研究，但是論述植被與氣候關(guān)系的研究鮮有涉及，且不深入［3］.而青藏高原面積廣的特點(diǎn)決定了將青藏高原作為單一區(qū)域進(jìn)行研究存在局限性，研究結(jié)果不能真實(shí)反映植被覆被與氣候的關(guān)系.

筆者收集了1982-2006年青藏高原的GIMMS NDVI數(shù)據(jù)集和地面氣象臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)青藏高原不同生態(tài)地理分區(qū)的年均NDVI變化特點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)NDVI與氣溫和降水的偏相關(guān)關(guān)系進(jìn)行研究.

1研究數(shù)據(jù)及方法

1.1地區(qū)概況

青藏高原為我國(guó)第一階梯.植被與同緯度地帶性特點(diǎn)不符，表現(xiàn)為多高山草甸、高寒.自然植被矮小，具有抗風(fēng)、耐鹽特征.高原土質(zhì)以草甸土和高山荒漠土為主，質(zhì)地粗且薄.

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

1）空間分辨率8 km×8 km.制備過(guò)程中已對(duì)數(shù)據(jù)做輻射校正、幾何粗校正、除壞線、除云等處理，減少了數(shù)據(jù)的誤差并提高了數(shù)據(jù)精度.月NDVI值采用最大合成法MVC獲得，消除云、大氣等的干擾.計(jì)算月最大年均NDVI值，減少極端月份數(shù)值的干擾.

2）氣象數(shù)據(jù)及植被數(shù)據(jù).收集清早高原地區(qū)及周邊氣象站點(diǎn)獲取的1982-2006年日均溫、年均溫等氣象數(shù)據(jù).植被數(shù)據(jù)采用青藏高原地區(qū)1∶100萬(wàn)植被圖.

3）生態(tài)地理區(qū)劃分?jǐn)?shù)據(jù).選用中國(guó)生態(tài)地理區(qū)域系統(tǒng)框架方案制定青藏高原生態(tài)地理分區(qū).青藏高原分為HII高原溫帶、HI高原亞寒帶.

將青藏高原劃分為2個(gè)溫帶、4個(gè)干濕地區(qū)，共10個(gè)自然區(qū)，見(jiàn)表1.

表1　青藏高原生態(tài)地理區(qū)域系統(tǒng)

1.3研究方法

1）植被變化趨勢(shì).結(jié)合植被綠度變化率（GRC）表征青藏高原植被覆蓋變化趨勢(shì)，掌握區(qū)域植被覆被隨時(shí)間的空間變化規(guī)律.即在一定時(shí)間內(nèi)使用最小二乘法擬合年均NDVI斜率.

2）植被變化對(duì)氣候的影響.采用偏相關(guān)分析研究植被變化對(duì)氣候的影響，即當(dāng)兩個(gè)變量與第3個(gè)變量有關(guān)，剔除第3個(gè)變量的影響，只分析其他兩個(gè)變量之間的相關(guān)程度.

2區(qū)域植被覆蓋時(shí)空特征及與氣候關(guān)系分析

2.1區(qū)域植被覆被的年均NDVI格局

1982-2006年青藏高原不同生態(tài)地理植被覆蓋情況不同.從整體看，東南區(qū)的年均NDVI值最大，NDVI值呈東南向西北遞減趨勢(shì).即高原水熱組合條件與DNVI值呈正相關(guān).水熱條件組合較差區(qū)域的NDVI值越小，植被覆蓋率也越差.隨著水熱條件不斷下降，植被也從森林向荒漠過(guò)渡.詳見(jiàn)圖1.

圖1　 1982-2006年不同生態(tài)地理分區(qū)的年均NDVI值

2.2不同生態(tài)地理分區(qū)的植被覆蓋時(shí)間變化特征

2.2.1時(shí)間變化特征

1982-2006年期間，青藏高原植被覆蓋整體上呈波動(dòng)增加趨勢(shì).以YMNDVI=0.250 0為判定標(biāo)準(zhǔn)，高于該數(shù)值區(qū)域植被呈好轉(zhuǎn)態(tài)勢(shì)，低于該數(shù)值區(qū)域的NDVI值波動(dòng)幅度降低；即東南半濕潤(rùn)及半干旱地區(qū)植被覆蓋不斷改善，植被覆蓋較差區(qū)域變差，植被變化呈東西差異特點(diǎn).從全區(qū)看，高原東部地區(qū)的植被年際變化與區(qū)域整體變化一致；從干濕區(qū)域分析，干濕生態(tài)地理分區(qū)的NDVI年際相似，變化趨勢(shì)無(wú)明顯差異.詳見(jiàn)圖2.

圖2　 1982-2006年青藏高原不同生態(tài)地理分區(qū)的年均NDVI變化

2.2.2不同生態(tài)地理分區(qū)的植被覆蓋空間變化

年均NDVI值變化特征只能從整體角度反映區(qū)域特征，使用GRC反映不同分區(qū)植被覆被的空間變化特點(diǎn).植被覆蓋與NDVI變化趨勢(shì)相同，區(qū)域植被覆蓋改善，DNVI的波動(dòng)幅度降低.HIC2和HIID3分區(qū)多數(shù)地區(qū)植被覆蓋呈退化表現(xiàn)，表明HIC2和HIID3分區(qū)整體呈退化趨勢(shì).整體上看，高原植被覆被中等區(qū)域的植被呈改善趨勢(shì)，植被覆蓋率差地區(qū)呈退化趨勢(shì)，表明高原中部和西部地區(qū)的氣候條件不利于植被生長(zhǎng).

2.3基于偏相關(guān)性分析的生態(tài)地理分區(qū)NDVI變化與氣候的關(guān)系

2.3.1 YMNDVI與氣候的關(guān)系

青藏高原受人類活動(dòng)的影響小，植被覆蓋年際變化可在一定程度反映YMNDVI與氣候因子的關(guān)系.研究顯示，1982-2006年期間，青藏高原植被覆蓋呈波動(dòng)增加趨勢(shì)，氣溫年際變化速率為0.53℃/10 a，降水年際變化速率為8.95 mm/10 a，溫度呈上升趨勢(shì)，降水增幅較少.YMNDVI與氣溫關(guān)系顯著，相關(guān)系數(shù)和偏相關(guān)系數(shù)分別為0.522 8和0.560 7；YMNDVI與降水的相關(guān)性較差，相關(guān)系數(shù)和偏相關(guān)系數(shù)分別為-0.012和-0.238.從整體上看，YMNDVI變化與氣候變化的關(guān)系顯著，與降水的關(guān)系不顯著.

2.3.2不同站點(diǎn)YMNDVI與氣候因子的關(guān)系

結(jié)合逐月NDVI值與氣溫變化特征，青藏高原東部地區(qū)的NDVI值與氣候因子的關(guān)聯(lián)程度明顯高于其它地區(qū)，東部地區(qū)站點(diǎn)的NDVI與氣溫關(guān)系顯著，HIIC1分區(qū)、HIB1分區(qū)和HIIAB1等地區(qū)東的關(guān)聯(lián)性最高，中南部地區(qū)次之，南部、中部和北部地區(qū)的相關(guān)性較小.從空間分布上看，植被覆蓋中等地區(qū)的NDVI與氣溫關(guān)系明顯，南部地區(qū)次之，北部地區(qū)的NDVI與氣溫相關(guān)性最小.從逐月NDVI與降水的關(guān)系看，東中部地區(qū)相關(guān)性最強(qiáng)，南部次之，北部最小.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，水熱條件對(duì)植被覆蓋中等區(qū)域的影響最大，如對(duì)草甸及草原水熱條件的影響最明顯，荒漠地區(qū)的相關(guān)性最小.

從生長(zhǎng)季看，中部HIBI及周邊生態(tài)分區(qū)的植被覆被變化與氣溫關(guān)系明顯，其它地區(qū)的相關(guān)性不顯著.

3結(jié)論

1）不同生態(tài)地理分區(qū)的植被變化差異明顯，整體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)；東南部NDVIG明顯高于西北部地區(qū)，NDVI值呈東南—西北遞減特征.NDVI值與覆被呈正相關(guān)，植被覆被情況也呈東南—西北逐漸變差特征，植被類型從森林逐漸向荒漠過(guò)渡.

2）從整體上看，高原植被覆蓋變化的東西差異顯著.高原東北部、中部和西南部濕潤(rùn)及部分半干旱地區(qū)植被呈改善趨勢(shì)，植被覆蓋情況較差地區(qū)的植被呈退化趨勢(shì)；中部和南部地區(qū)退化程度明顯.

3）全年及生長(zhǎng)季，植被變化與氣溫的關(guān)系高于降水，高原氣溫對(duì)植被變化更加銘感.植被變化與氣溫及降水的關(guān)系呈生態(tài)地理分區(qū)差異，植被覆蓋中等區(qū)域的NDVI與氣溫、降水的關(guān)系更加明顯，NDVI與氣溫、降水的相關(guān)性逐漸呈森林向荒漠遞減特點(diǎn).

筆者所用數(shù)據(jù)來(lái)源于青藏高原及周邊氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)具有區(qū)域代表性，可用于分析數(shù)據(jù)所在區(qū)域植被覆蓋變化與氣候的關(guān)系.

［1］孟凡棟，汪詩(shī)平，白玲.青藏高原氣候變化與高寒草地［J］.廣西植物，2014，（2）：269-275.

［2］何紅艷.青藏高原森林生產(chǎn)力格局及對(duì)氣候變化響應(yīng)的模擬［D］.北京：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院，2008.

［3］孫鴻烈，鄭度，姚檀棟，等.青藏高原國(guó)家生態(tài)安全屏障保護(hù)與建設(shè)［J］.地理學(xué)報(bào)，2012，（1）：3-12.

（責(zé)任編輯李健飛）

The Qinghai-Tibet Plateau Vegetation Cover Change and Its Response to Climate Change

HAN Xu，YANG Qin
（Department of Environmental&Resource Sciences，Liupanshui Normal University，Liupanshui，Guizhou 553000，China）

Based on GNMMS NDVI observation data and ground meteorological data，this paper analyzes the NDVI trends of eco-geographical divisions of Qinghai-Tibet Plateau，and the impact of vegetation cover change of geographical sub-regions on temperature and precipitation change.The results show that the vegetation coverage rate of change of the Qinghai-Tibet Plateau overally tends to improve，arid and semi-arid areas in western，northern lower vegetation coverage have degradation trends.

eco-geographical division；Qinghai-Tibet Plateau；vegetation cover change；climate change；NDVI

Q948.1

A

1673-1972（2016）03-0059-04

2016-03-21

韓旭（1993-），男，貴州遵義人，主要從事地理科學(xué)研究.