1982—2013年內(nèi)蒙古植被返青期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)

張 雯 ，包 剛，包玉海，

（1.內(nèi)蒙古師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，呼和浩特010022；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)遙感與地理信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特010022）

0 引言

植被返青期（Start of Season，SOS）是指在溫度和水分條件都適合的情況下，植被開始萌芽生長的時(shí)間。物候是指自然界中的植被受到氣候因素影響表現(xiàn)出來的現(xiàn)象，例如植被的萌芽、發(fā)葉、開花、結(jié)實(shí)、葉黃和葉落等[1]。植被物候變化可以直觀反應(yīng)某些氣候變化[2]。近年來，植被物候變化與氣候變化關(guān)系密切，在氣候上一點(diǎn)細(xì)微的變化都能被植被物候信息記錄下來，植物物候已被認(rèn)為是全球變化敏感而準(zhǔn)確的綜合指示器[3-4]。

傳統(tǒng)的物候觀測(cè)方法是目視觀察法[5-7]，即直接定點(diǎn)觀測(cè)植被物候生長節(jié)律的季節(jié)性和年際間變化，雖然簡單易行，但是是以野外觀測(cè)為基礎(chǔ)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，受到時(shí)間、地點(diǎn)、物種因素限制，很少應(yīng)用在更大尺度上[8-9]。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，特別是具有高時(shí)間分辨率的長時(shí)間序列（1982—至今）GIMMS NDVI數(shù)據(jù)的發(fā)布，克服了定點(diǎn)觀測(cè)的局限性，為大區(qū)域尺度物候信息提取與氣候響應(yīng)研究開發(fā)了新途徑[10-13]。

目前，植物物候監(jiān)測(cè)的遙感方法主要有閾值法[14]、曲線導(dǎo)數(shù)法[11]、函數(shù)平滑法[15]和模型模擬法[16]。侯學(xué)會(huì)等[17]利用4種常用的植被物候遙感提取方法（動(dòng)態(tài)閾值法、延后滑動(dòng)平均法、導(dǎo)數(shù)法和Logistic函數(shù)擬合法），以及一種基于累積植被指數(shù)提取植被物候提取的方法iNDVI-Logistic，提取華北平原冬小麥返青期和成熟期，結(jié)果表明iNDVILogistic方法提取結(jié)果精度最好。包剛等[18]利用累計(jì)NDVI的Logistic曲線曲率極值法、Logistic曲線曲率變化率法和NDVI變化率法等方法，識(shí)別了蒙古高原植被生長季開始日期、生長季結(jié)束日期和生長季長度等物候參數(shù)，發(fā)現(xiàn)基于累計(jì)NDVI的Logistic曲線曲率極值法和NDVI變化率法具有較好的預(yù)測(cè)效果。

內(nèi)蒙古自治區(qū)地處歐亞大陸內(nèi)部，資源儲(chǔ)量豐富，有“東林西礦、南農(nóng)北牧”之稱，草原、森林和人均耕地面積居全中國第一，也是中國最大的草原牧區(qū)。內(nèi)蒙古地區(qū)為典型的中溫帶季風(fēng)氣候，具有降水量少而不均，四季溫度變化劇烈的特點(diǎn)，自然條件的嚴(yán)酷性、氣候波動(dòng)性以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的復(fù)雜性使這一地區(qū)成為對(duì)氣候變化響應(yīng)的敏感帶。李政海等[19]使用雙Logistic函數(shù)，對(duì)呼倫貝爾草原返青期的時(shí)間與植被長勢(shì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，結(jié)果表現(xiàn)出返青日期總體提前的趨勢(shì)。極端氣候現(xiàn)象是導(dǎo)致返青期顯著推遲或明顯提前的重要原因。陳效逑和李倞[20]研究溫帶草原植物物候與氣象因子變化的關(guān)系，利用1983—2002年的羊草物候觀測(cè)數(shù)據(jù)，羊草返青日期的時(shí)空變化主要受到前期氣溫時(shí)空變化的影響，與返青前一個(gè)月均溫的負(fù)相關(guān)關(guān)系最為顯著，氣溫每升高1℃，返青期約提前2.4d。苗百嶺等[21]分析了2004—2013年內(nèi)蒙古不同草原類型區(qū)優(yōu)勢(shì)種物候期變化及其與氣候因子間的相互關(guān)系，返青期前以氣溫降低、降水增加的趨勢(shì)占優(yōu)勢(shì)，不同草原類型物候變化趨勢(shì)基本均呈現(xiàn)提前趨勢(shì)。內(nèi)蒙古草原區(qū)植物返青期主要受氣溫波動(dòng)的影響。

以上研究或針對(duì)草原地區(qū)，或研究內(nèi)蒙古的某一區(qū)域，少有對(duì)內(nèi)蒙古全區(qū)不同植被進(jìn)行返青期與氣候變化響應(yīng)的研究。文章采用1982—2013年GIMMS NDVI 3g數(shù)據(jù)，對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)所有植被進(jìn)行返青期的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，研究內(nèi)蒙古32年植被返青期的時(shí)空格局，分析內(nèi)蒙古不同植被類型（森林，草原，沙地，灌木）隨溫度、降水的變化趨勢(shì)特點(diǎn)，分析植被返青期時(shí)間的推遲或提前，以及氣候變化對(duì)返青期的影響。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古自治區(qū)是中國北部邊疆，地處歐亞大陸內(nèi)部，是我國北部重要的生態(tài)屏障，屬于干旱、半干旱氣候向東南沿海濕潤、半濕潤季風(fēng)氣候的過渡帶[22]，位于97°E～126°E；37°N～53°N之間，占地118.3萬km2。東西方向長度為2 400km，南北跨度1 700km，土地國境線長4 200km。海拔在1 000m以上，屬于高原型的地貌區(qū)，是中國的第二大高原。內(nèi)蒙古屬于大陸性季風(fēng)氣候，雨熱同期，植物的生長發(fā)育時(shí)間較為集中，氣象要素的地帶性規(guī)律明顯，水分和熱量分別呈現(xiàn)出自東向西和由南向北連續(xù)遞減的變化規(guī)律。按照降雨量和溫度的梯度變化，植被類型沿東北—西南一線依次為森林、草原和荒漠[23]。年平均氣溫為-1.6～8.4℃，春季均溫為0.7～10℃，自治區(qū)內(nèi)部各地方的氣溫差距較大。年降水量的變化范圍為193.3～461.3mm。春季降水量占全年降水量的17%，生長季的降水量占全年降水量的89%[24]。

1.2 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

該研究采用的數(shù)據(jù)包括1982—2013年3-5月份GIMMS NDVI 3g數(shù)據(jù)、氣溫與降水?dāng)?shù)據(jù)。GIMMS NDVI 3g數(shù)據(jù)用于對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)返青期進(jìn)行提取和分析，氣溫降水?dāng)?shù)據(jù)用來分析研究區(qū)氣候變化趨勢(shì)以及氣溫降水變化與返青期的關(guān)系。

GIMMS NDVI 3g數(shù)據(jù)是由美國宇航局（NASA）全球監(jiān)測(cè)與模型研究組（Global Inventor Modeling Mapping Studies，GIMMS）提供的全球植被指數(shù)變化數(shù)據(jù)，目前可以得到1981年7月到2013年10月的數(shù)據(jù)，時(shí)間跨度長達(dá)33年，時(shí)間分辨率為15d，空間分辨率為8km，根據(jù)時(shí)間分辨率可以得到每年的24幅GIMMS NDVI 數(shù)據(jù)影像。GIMMS NDVI數(shù)據(jù)集，具有時(shí)間序列長、覆蓋范圍廣的植被動(dòng)態(tài)變化表征能力等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于區(qū)域和全球尺度的植被覆蓋變化監(jiān)測(cè)，提高了對(duì)植被動(dòng)態(tài)變化的理解。該數(shù)據(jù)已做過輻射校正、幾何糾正和圖像增強(qiáng)等預(yù)處理。經(jīng)過一系列校正處理后，GIMMS NDVI數(shù)據(jù)集可以用于植被活動(dòng)長期動(dòng)態(tài)評(píng)估，并被證明是描述植被生長動(dòng)態(tài)變化最好的數(shù)據(jù)集之一。GIMMS NDVI反映植被動(dòng)態(tài)變化方面的可靠性較強(qiáng)，可能的原因是GIMMS數(shù)據(jù)集存在數(shù)值上的空間偏差，但時(shí)間變化上不存在偏差[25]。GIMMS NDVI數(shù)據(jù)可在美國全球土地覆蓋設(shè)施網(wǎng)站（http：//modis.gsfc.nasa.gov）直接下載。

氣象數(shù)據(jù)包括1982—2013年4、5月的氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)，包括內(nèi)蒙古自治區(qū)整個(gè)區(qū)域內(nèi)45個(gè)氣象站點(diǎn)的月平均氣溫?cái)?shù)據(jù)和月累計(jì)降水?dāng)?shù)據(jù)。氣象數(shù)據(jù)可從中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)（http：//cdc.cma.gov.cn/）下載得到?；贏rcGIS的地統(tǒng)計(jì)工具，利用插值法將1982—2013年4、5月的氣溫與降水?dāng)?shù)據(jù)分別插值成與內(nèi)蒙古研究區(qū)NDVI有相同空間分辨率（8km）的柵格數(shù)據(jù)。

該研究主要是內(nèi)蒙古地區(qū)的返青期，為了使研究結(jié)果更為精確，剔除內(nèi)蒙古地區(qū)西部沙漠地帶植被較少區(qū)域，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行系數(shù)為0.08的掩膜處理，認(rèn)為NDVI常年小于0.08為無植被覆蓋區(qū)，最終內(nèi)蒙古地區(qū)內(nèi)85.6%的區(qū)域參與本次研究。

2 研究方法

該研究使用累積NDVI的Logistic曲線曲率極值法對(duì)返青期進(jìn)行識(shí)別。Zhang等[26]提出的Logistic函數(shù)擬合方法，對(duì)年際NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，根據(jù)擬合曲線曲率變化的特點(diǎn)，得到NDVI時(shí)間序列曲線上植物的返青期：生長季開始日期。曲率在數(shù)學(xué)上表示曲線在某一點(diǎn)的彎曲程度，曲率求導(dǎo)（即曲率變化率）則表示曲線在該點(diǎn)處彎曲程度變化的大小，極大值點(diǎn)代表鄰域內(nèi)彎曲程度變化的最大值。根據(jù)現(xiàn)實(shí)意義來看，該方法以曲率變化率的極值點(diǎn)反映植物各個(gè)物候轉(zhuǎn)換期，將極大值點(diǎn)作為植被返青期。累積NDVI的Logistic曲線曲率極值法與Zhang等提出的方法相似，但是該方法物候返青期參數(shù)的提取主要基于年內(nèi)累積NDVI，計(jì)算公式如下：

式（1）～（3）中，t為以日為單位連續(xù)計(jì)時(shí)的儒略日即一年中的某一天；y（t）為與時(shí)間t對(duì)應(yīng)的Logistic擬合的累積NDVI值；d為背景值NDVI，GIMMS NDVI數(shù)據(jù)為15d分辨率，一年有24幅影像，每個(gè)像元一年有24個(gè)值，選取最小值作為背景值；c+d為累計(jì)NDVI的最大值，a、b為擬合參數(shù)，用Levenberg Marquardt方法求得。再利用式（2）、（3）計(jì)算累計(jì)NDVI Logistic擬合曲線曲率（K），根據(jù)曲線曲率極值法[27]逐像元提取內(nèi)蒙古地區(qū)的返青期數(shù)據(jù)。k為擬合的時(shí)間累積NDVI曲線變化曲率；α沿時(shí)間曲線移動(dòng)單位弧長時(shí)切線轉(zhuǎn)過的角度；s為單位弧長。

圖1 累計(jì)NDVI的Logistic擬合曲線曲率極值法示意圖Fig.1 Diagram of cumulative NDVI Logistic curve curvature extremum method

為反映內(nèi)蒙古植被返青期的整體變化趨勢(shì)，使用線性趨勢(shì)分析方法（式（4）和式（5）），對(duì)每一個(gè)像元對(duì)應(yīng)的年平均NDVI值與年份進(jìn)行回歸分析，得到Pearson相關(guān)系數(shù)（R），用斜率來表達(dá)變化趨勢(shì)的大小，來表示32年間的總體變化趨勢(shì)。以相關(guān)系數(shù)（R）的P值來表達(dá)其變化的顯著與否，相關(guān)系數(shù)（R）值為負(fù)值地區(qū)，則植被返青期呈提前趨勢(shì)；相關(guān)系數(shù)（R）值為正值地區(qū)，則植被返青期呈推遲趨勢(shì)[28]?？紤]到長時(shí)間序列數(shù)據(jù)常具有明顯的階段性（即存在趨勢(shì)轉(zhuǎn)折點(diǎn)），因此再利用分段線性回歸方法（式6）[29-31]，分析內(nèi)蒙古整體植被返青期、不同植被類型變化趨勢(shì)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)及其兩側(cè)的變化趨勢(shì)。

式（4）、（5）中，b表示線性變化趨勢(shì)，即斜率，正值表示上升趨勢(shì)，負(fù)值表示下降趨勢(shì)；yi為第i年的區(qū)域平均返青日期數(shù)據(jù)；為多年平均植被返青期數(shù)據(jù)；t為年份，取值為1982—2013。如果回歸方程的R值通過0.05的顯著性水平（P＜0.05），則認(rèn)為植被返青期呈顯著提前或顯著推遲[32]。

式（6）中，y為植被返青期或溫度降水?dāng)?shù)據(jù)的時(shí)間序列；t為年份；a0、b1、b2和ε為擬合參數(shù)，a0為截距，a為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，b1和b1+b2分別為轉(zhuǎn)折點(diǎn)前后的斜率，即轉(zhuǎn)折點(diǎn)前后的植被返青期數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)。分段線性回歸模型試圖尋找時(shí)間序列的趨勢(shì)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，在轉(zhuǎn)折點(diǎn)前后分別做線性擬合，使擬合殘差平方和最小的轉(zhuǎn)折點(diǎn)和斜率為分段擬合的最優(yōu)解[33-34]。

為反映內(nèi)蒙古不同植被類型的返青期變化的空間格局，將上述兩種趨勢(shì)分析方法延伸到像元尺度上，獲得逐像元的線性變化趨勢(shì)，來表示不同植被的返青期的空間格局。將每年植被返青期圖像和內(nèi)蒙古的植被圖進(jìn)行疊加分析，計(jì)算內(nèi)蒙古不同植被類型的返青期、溫度和降水?dāng)?shù)據(jù)的平均值，并形成32年時(shí)間序列數(shù)據(jù)集，分析不同植被類型的返青期及其分布區(qū)溫度和降水的變化趨勢(shì)[35]。

3 結(jié)果分析

3.1 內(nèi)蒙古植被返青期的時(shí)空變化趨勢(shì)

3.1.1 內(nèi)蒙古植被返青期的總體空間格局

利用累積NDVI的Logistic曲線曲率法提取內(nèi)蒙古地區(qū)植被返青期。圖2顯示了內(nèi)蒙古地區(qū)1982—2013年植被多年平均返青期的空間分布格局。植被返青期平均開始日期主要集中在第116～143d，即4月26日到5月23日之間，返青時(shí)間在空間上存在較大差異。總體上，內(nèi)蒙古東北部返青期最早（不考慮內(nèi)蒙古西部荒漠地區(qū)），在第116～122d之間，即4月下旬，該地區(qū)屬于大興安嶺森林覆蓋區(qū)，溫度濕度相對(duì)充實(shí)，較早就滿足返青期需求；在內(nèi)蒙古中部以及西部，返青期時(shí)間主要集中在第122～140d之間，原因和所在地的高海拔，干旱半干旱氣候有關(guān)，這里需要溫度濕度同時(shí)適宜，植被才會(huì)開始生長。

圖2 1982—2013年平均返青期（SOS）的空間格局Fig.2 Spatial distribution of SOS from 1982 to 2013

3.1.2 內(nèi)蒙古植被返青期時(shí)間變化趨勢(shì)

圖3顯示了基于線性回歸模型和分段線性回歸模型的1982—2013年內(nèi)蒙古地區(qū)植被返青期的變化趨勢(shì)。內(nèi)蒙古地區(qū)植被返青期總體呈現(xiàn)推遲趨勢(shì)，以2010年為分界線，2010年之前返青日期大致維持在第124d保持不變，2010年之后，返青期呈現(xiàn)逐年推遲的趨勢(shì)。這可能與2010年之后的溫度與降水的變化有關(guān)。

圖3 1982—2013年內(nèi)蒙古地區(qū)植被返青期變化趨勢(shì)Fig.3 Trend of SOS in Inner Mongolia from 1982 to 2013

3.1.3 內(nèi)蒙古植被返青期空間變化趨勢(shì)

在線性回歸分析和分段線性回歸分析模型的基礎(chǔ)上，得到內(nèi)蒙古植被返青期空間變化趨勢(shì)。圖4分別顯示了內(nèi)蒙古地區(qū)植被返青期在1982—2013年間的總體變化趨勢(shì)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)及轉(zhuǎn)折點(diǎn)前后的變化趨勢(shì)。在1982—2013年間，約占內(nèi)蒙古研究區(qū)40.2%的范圍呈現(xiàn)返青日期提前的趨勢(shì)（圖4A），主要表現(xiàn)在錫林郭勒大草原，興安盟，通遼北部以及阿拉善東部地區(qū)，其中6.8%的區(qū)域呈現(xiàn)返青期顯著提前趨勢(shì)；內(nèi)蒙古研究區(qū)內(nèi)59.9%的區(qū)域呈現(xiàn)推遲趨勢(shì)，表現(xiàn)在呼倫貝爾大草原，通遼南部區(qū)域，赤峰，烏蘭察布，呼和浩特，包頭，鄂爾多斯以及巴彥淖爾地區(qū)，31.6%的地區(qū)呈現(xiàn)返青期顯著推遲趨勢(shì)。

1982—2013年內(nèi)蒙古地區(qū)不同植被的返青期的轉(zhuǎn)折點(diǎn)基本發(fā)生在1995—2013年間，面積占研究區(qū)的72%（圖4B）。轉(zhuǎn)折點(diǎn)介于1982—1994年的面積為28%，主要分布在呼倫貝爾北部，錫林郭勒西部以及鄂爾多斯等地區(qū)。在轉(zhuǎn)折點(diǎn)前后，內(nèi)蒙古研究區(qū)內(nèi)的植被返青期提前推遲的地區(qū)表現(xiàn)出完全相反的趨勢(shì)（圖4C、D）。在轉(zhuǎn)折點(diǎn)之前，返青期提前的區(qū)域占內(nèi)蒙古研究區(qū)的59.4%，主要分布于呼倫貝爾，興安盟，通遼北部，赤峰北部，錫林郭勒盟東部和中部地區(qū)以及烏蘭察布等區(qū)域。返青期呈現(xiàn)推遲的區(qū)域占內(nèi)蒙古研究區(qū)的40.6%。轉(zhuǎn)折點(diǎn)之后，返青期提前區(qū)域占內(nèi)蒙古地區(qū)的19.5%，主要分布在錫林郭勒西部，巴彥淖爾，阿拉善，以及鄂爾多斯西部等區(qū)域；返青期推遲的區(qū)域占內(nèi)蒙古總面積的80.5%，主要分布在錫林郭勒東部和南部，烏蘭察布，包頭，赤峰北部，通遼北和呼倫貝爾等地區(qū)。

圖4 內(nèi)蒙古地區(qū)SOS變化趨勢(shì)空間格局（A：1982—2013年變化趨勢(shì)；B：轉(zhuǎn)折點(diǎn)；C：轉(zhuǎn)折點(diǎn)以前的變化趨勢(shì)；D：轉(zhuǎn)折點(diǎn)以后的變化趨勢(shì)）Fig.4 Spatial distribution of SOS trend in Inner Mongolia（A：trend from 1982 to 2013；B：turing point；C：trend before turing point；D：trend after turing point）

3.2 氣象數(shù)據(jù)對(duì)返青期的響應(yīng)

3.2.1 返青期對(duì)氣候變化的響應(yīng)方式

由圖2可知，1982—2013年內(nèi)蒙古地區(qū)平均返青期主要集中在第116～143d，即4月26日到5月23日之間?？紤]到3月份內(nèi)蒙古的氣溫在0℃以下，并且有積雪覆蓋等天氣原因，返青期不在3月份發(fā)生，因此只分析內(nèi)蒙古研究區(qū)范圍內(nèi)4月和5月溫度與降水對(duì)返青期的影響，逐像元計(jì)算內(nèi)蒙古地區(qū)返青期與4、5月平均氣溫和累計(jì)降水量的相關(guān)性（圖5）。從圖5可知，4月份內(nèi)蒙古研究區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域的返青期與溫度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，占72.5%，除鄂爾多斯，巴彥淖爾，呼和浩特，錫林郭勒盟北部，呼倫貝爾西部小部分區(qū)域，大部分地區(qū)開始返青，特別是呼倫貝爾北部中部地區(qū)溫度與返青期呈顯著負(fù)相關(guān)，占13.6%，說明這些地區(qū)溫度升高，返青期提前（圖5A），促進(jìn)植被生長發(fā)育。5月份的溫度對(duì)返青期呈負(fù)相關(guān)的區(qū)域占56.2%，呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)的區(qū)域在興安盟西部和錫林郭勒盟東北部及阿拉善中部小部分區(qū)域，占7.3%。由此得出4月份溫度對(duì)植被返青的開始比5月份溫度對(duì)植被返青的開始更為重要。

圖5 內(nèi)蒙古SOS與4、5月溫度和降水的相關(guān)關(guān)系（A：4月溫度與SOS；B：4月降水與SOS；C：5月溫度與SOS；D：5月降水與SOS）Fig.5 Spatial pattern of correlation between SOS and temperature and precipitation in April and May（A：temperature in April and SOS；B：precipitation in April and SOS；C：temperature in May and SOS；D：in May and SOS）

4月內(nèi)蒙古研究區(qū)內(nèi)累計(jì)降水量與返青期呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)的地區(qū)（占55.9%），主要分布在錫林郭勒中部、興安盟中部，說明這里的降水增加會(huì)使返青期提前，促進(jìn)植被生長（圖5B）。5月份累計(jì)降水量對(duì)內(nèi)蒙古研究區(qū)內(nèi)的影響主要表現(xiàn)為正相關(guān)（占63.7%）。由圖5B和5D對(duì)比分析可知，4月份的累計(jì)降水量對(duì)內(nèi)蒙植被返青提前的影響比5月份更為重要。

綜合分析溫度、降水與返青期的相關(guān)關(guān)系隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，4月累計(jì)降水量增加與4月溫度升高是使內(nèi)蒙古返青期提前的重要因素。

3.2.2 不同植被類型返青期變化趨勢(shì)

為反映內(nèi)蒙古不同植被類型的返青期變化及氣候響應(yīng)方式的空間格局，將線性趨勢(shì)分析方法和分段線性趨勢(shì)回歸模型兩種趨勢(shì)分析方法，獲取逐像元的線性變化趨勢(shì)，將每年植被返青期圖像和內(nèi)蒙古的植被圖進(jìn)行疊加分析。內(nèi)蒙古的主要植被類型為草原，為了分析內(nèi)蒙古地區(qū)不同植被類型的返青期變化趨勢(shì)，利用內(nèi)蒙古植被類型圖，提取內(nèi)蒙古的森林區(qū)、草地區(qū)、沙地區(qū)、灌木區(qū)和荒漠區(qū)（圖6），因?yàn)榛哪畢^(qū)植被稀少，認(rèn)為NDVI小于0.08為無植被覆蓋區(qū)，本研究對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)做NDVI為0.08的掩膜處理。研究范圍不包括荒漠區(qū)，故不研究該區(qū)域的返青期，其他空白區(qū)域是農(nóng)業(yè)植被區(qū)和水域，由于人工影響，返青變化十分復(fù)雜，不可控因素很多，本文中這些區(qū)域也不做研究。依次對(duì)不同植被類型的返青期做折線圖，圖7是1982—2013年間不同植被類型（（A）森林（B）草地（C）灌木（D）沙地）的返青期總體變化趨勢(shì)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)及其前后的變化趨勢(shì)。從圖上可知，不同地區(qū)植被類型不同，返青期的變化各不相同。（A）森林主要分布在內(nèi)蒙古呼倫貝爾和興安盟地區(qū)，32年返青期總體呈現(xiàn)推遲趨勢(shì)，返青期開始時(shí)間在第115～130d之間，即4月25至5月10日之間。轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在1998年，轉(zhuǎn)折點(diǎn)之前，森林區(qū)的返青期呈現(xiàn)提前趨勢(shì)，平均每年提前0.68d，1998年以后以推遲為主，平均每年推遲0.47d。

（B）草地是內(nèi)蒙古地區(qū)占地面積最廣的一種植被類型，在1982—2013年間，草地區(qū)域表現(xiàn)出的返青期沒有明顯的體現(xiàn)和推遲趨勢(shì)，返青期發(fā)生在第119～130d，即4月29至5月10日之間。轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在2010年，轉(zhuǎn)折點(diǎn)之前表現(xiàn)為返青期提前趨勢(shì)，平均每年提前0.06d，轉(zhuǎn)折點(diǎn)之后表現(xiàn)出推遲趨勢(shì)，平均每年推遲1.7d。

（C）灌木區(qū)的返青期總體呈現(xiàn)推遲趨勢(shì)，返青期開始時(shí)間在第119～132d之間，即4月29至5月12日之間。轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在2010年，轉(zhuǎn)折點(diǎn)前后均呈現(xiàn)推遲趨勢(shì)，平均每年推遲0.1d，轉(zhuǎn)折點(diǎn)后推遲更為顯著，平均每年推遲1.89d。

（D）沙地植被的返青期總體表現(xiàn)為推遲趨勢(shì)，返青期發(fā)生在第118～131d之間，即4月28至5月11日之間。轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在2010年，在轉(zhuǎn)折點(diǎn)之前返青期表現(xiàn)出提前的趨勢(shì)，平均每年提前0.06d，轉(zhuǎn)折點(diǎn)之后返青期呈現(xiàn)推遲趨勢(shì)，平均每年推遲2.25d。

綜上，內(nèi)蒙古地區(qū)的返青期在不同植被區(qū)表現(xiàn)不同。森林區(qū)轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在1998年，且森林區(qū)的返青期到來最早，在第115d開始，這與森林區(qū)溫度濕度相對(duì)其他地區(qū)更早就滿足返青要求有關(guān)。灌木、草地、沙地的返青期轉(zhuǎn)折點(diǎn)均發(fā)生在2010年，且2010年后都呈現(xiàn)推遲趨勢(shì)，平均每年返青期大概發(fā)生在第118～119d左右。內(nèi)蒙古地區(qū)植被返青期發(fā)生在4月末至5月上旬之間。

3.2.3 不同植被類型上的溫度和降水對(duì)返青期的影響

將內(nèi)蒙古植被分為4種類型：森林、草地、灌木、沙地，提取不同植被類型每年的返青期，并與溫度、降水進(jìn)行相關(guān)分析。從表1可知，所有植被類型SOS與4月溫度均呈負(fù)相關(guān)，且森林區(qū)溫度與返青期的相關(guān)性通過0.01的顯著性水平，說明4月溫度對(duì)森林區(qū)返青影響極為重要。溫度升高促進(jìn)返青提前。5月草地，森林植被返青期與溫度均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；灌木，沙地返青期與溫度呈正相關(guān)關(guān)系，4月森林、草地、灌木的溫度對(duì)返青期影響比5月重要，沙地植被區(qū)5月溫度的影響更為重要。

表1 不同植被類型返青期與氣溫降水的相關(guān)性Table 1 Response of SOS to temperature and precipitation for different vegetation types

圖6 內(nèi)蒙古不同植被類型分布Fig.6 Distribution map of different vegetation types in Inner Mongolia

圖7 1982—2013年內(nèi)蒙古不同植被區(qū)返青期變化趨勢(shì)Fig.7 Trend of SOS for different vegetation types from 1982 to 2013 in Inner Mongolia

4月降水量增加對(duì)草地返青期影響顯著，通過0.01顯著性水平，4月溫度對(duì)森林、沙地區(qū)返青期的影響表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，對(duì)灌木區(qū)表現(xiàn)為正相關(guān)影響。5月降水增加與森林區(qū)，灌木區(qū)返青期呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，與草地，沙地成負(fù)相關(guān)關(guān)系。4月降水量對(duì)返青期提前影響均大于5月降水量對(duì)影響。

綜上，4月溫度增加和4月降水量增加對(duì)內(nèi)蒙古返青期影響至關(guān)重要。

4 結(jié)論

該文利用累積NDVI的Logistic曲線曲率極值法對(duì)物候返青期進(jìn)行識(shí)別，得到1982—2013年內(nèi)蒙古地區(qū)平均返青時(shí)間在4月26日到5月23日之間。利用一元線性回歸模型、分段線性回歸模型和相關(guān)分析法分析1982—2013年內(nèi)蒙古地區(qū)植被返青期總體變化趨勢(shì)，階段性變化趨勢(shì)以及返青期對(duì)氣向因子的響應(yīng)特征。結(jié)果表明，1982—2013年內(nèi)蒙古地區(qū)植被返青期總體呈現(xiàn)推遲趨勢(shì)。以2010年為分界線，分界線之前返青期沒有明顯的提前或推遲的現(xiàn)象，2010年之后，返青期呈現(xiàn)逐年推遲趨勢(shì)。從4類植被類型來看，森林區(qū)返青期的轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在1998年；草地、灌木、沙地的返青期均發(fā)生在2010年。森林區(qū)轉(zhuǎn)折點(diǎn)1998年前，返青期呈現(xiàn)提前趨勢(shì)，平均每年提前0.68d，1998年以后以推遲為主，平均每年推遲0.47d。草地區(qū)轉(zhuǎn)折點(diǎn)之前返青期表現(xiàn)為提前趨勢(shì)，平均每年提前0.06d，轉(zhuǎn)折點(diǎn)之后表現(xiàn)出推遲趨勢(shì)，平均每年推遲1.7d。灌木區(qū)轉(zhuǎn)折點(diǎn)前后均呈現(xiàn)推遲趨勢(shì)，平均每天推遲0.1d，轉(zhuǎn)折點(diǎn)后推遲更為顯著，平均每年推遲1.89d。沙地區(qū)轉(zhuǎn)折點(diǎn)之前返青期表現(xiàn)出提前的趨勢(shì)，平均每天提前0.06d，轉(zhuǎn)折點(diǎn)之后返青期呈現(xiàn)推遲趨勢(shì)，平均每年推遲2.25d。

內(nèi)蒙古溫度和降水對(duì)內(nèi)蒙古整個(gè)研究區(qū)內(nèi)返青期的影響表明，4月份的溫度升高和4月份的降水增加對(duì)內(nèi)蒙古研究區(qū)內(nèi)返青期的影響相比5月更為重要，4月溫度和降水的增加會(huì)促進(jìn)返青期提前。對(duì)4類不同植被類型進(jìn)行返青期與氣象數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析表明，4月森林、草地、灌木的溫度對(duì)返青期影響比5月重要，沙地植被區(qū)5月溫度的影響更為重要。4月溫度與森林區(qū)返青期相關(guān)性通過了0.01的顯著性水平。4、5兩月降水對(duì)返青期的影響相比，4月降水量增加促進(jìn)返青期提前，草地區(qū)4月降水量增加與返青期相關(guān)性通過0.01顯著性檢驗(yàn)水平。