2000-2015年若爾蓋地區(qū)植被覆蓋度變化及氣候因子驅(qū)動(dòng)分析

楊瑞瑞，易桂花，張廷斌,3，李景吉，別小娟，夏 杰，申一林

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059； 2.成都理工大學(xué)管理科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059；3.成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，四川 樂(lè)山 614000； 4.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川 成都 610059；5.成都理工大學(xué)生態(tài)資源與景觀研究所，四川 成都 610059)

若爾蓋地區(qū)地處青藏高原東北部，位于我國(guó)一級(jí)階梯向二級(jí)階梯的過(guò)渡區(qū)域，植被類型以高寒草甸、灌叢和高寒草原為主，生態(tài)系統(tǒng)非常脆弱，不僅是長(zhǎng)江、黃河的水源涵養(yǎng)區(qū)，也是我國(guó)西部典型的生態(tài)脆弱帶和綠色生態(tài)屏障[1-3]。近年來(lái)在氣候變化和人類活動(dòng)的共同影響下，若爾蓋地區(qū)出現(xiàn)草地退化、濕地萎縮、生態(tài)功能減弱等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[4-6]，引起社會(huì)各界廣泛關(guān)注。為解決該地區(qū)的生態(tài)問(wèn)題，1998年我國(guó)設(shè)立若爾蓋國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，并實(shí)施了一系列的生態(tài)保護(hù)政策和措施。

植被覆蓋度(vegetation fractional cover，F(xiàn)c)能夠反映植被生長(zhǎng)的茂密程度以及進(jìn)行光合作用面積的大小，可以在一定程度上表征植被的生長(zhǎng)狀況和變化，是衡量區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境變化的綜合量化指標(biāo)[7-10]。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)最新報(bào)告指出，2003-2012年全球平均氣溫上升0.78 ℃[11]，氣候變化對(duì)生態(tài)敏感區(qū)的植被覆蓋度有著深遠(yuǎn)影響，探討全球或區(qū)域植被覆蓋度的時(shí)空分布格局、變化規(guī)律及其對(duì)氣候因子的響應(yīng)關(guān)系已經(jīng)成為研究植被系統(tǒng)方面的焦點(diǎn)之一[12-14]。大量研究表明，歸一化植被指數(shù)(normalized difference vegetation index，NDVI)對(duì)區(qū)域地表植被生長(zhǎng)狀況和生態(tài)環(huán)境的演變最為敏感[15-16]，NDVI與植被覆蓋度之間存在極顯著的線性相關(guān)關(guān)系[17-19]，量化精度較高，已被廣泛應(yīng)用于全球和區(qū)域氣候環(huán)境監(jiān)測(cè)、植被覆蓋變化、生物量反演以及植被物候研究等方面[20-24]。利用遙感估算模型計(jì)算區(qū)域植被覆蓋度的方法中，像元二分模型得到較為廣泛的應(yīng)用[25-27]。前人對(duì)若爾蓋地區(qū)的研究大多集中在沼澤濕地監(jiān)測(cè)、土地沙化和歸一化植被指數(shù)分析等方面[28-30]，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間序列區(qū)域植被覆蓋度動(dòng)態(tài)變化及其驅(qū)動(dòng)原因并不清楚，缺乏對(duì)若爾蓋地區(qū)植被覆蓋度的全面認(rèn)識(shí)。

為此，本研究基于2000-2015年生長(zhǎng)季(5-9月)MODIS-NDVI數(shù)據(jù)，采用像元二分模型估算若爾蓋地區(qū)的植被覆蓋度，并結(jié)合植被類型圖、土壤圖以及周邊14個(gè)氣象站點(diǎn)的氣溫和降水資料，分析不同時(shí)期、不同植被類型和不同等級(jí)的植被覆蓋度空間分布及其變化規(guī)律，同時(shí)利用滯后分析探討植被覆蓋度對(duì)氣候變化的響應(yīng)，以期為若爾蓋地區(qū)植被動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

若爾蓋地區(qū)位于“世界第三極”青藏高原東部邊緣，地理位置33°20′-34°00′ N、101 °36′-103°30′ E，總面積為4.3×104km2(圖1a)。范圍包括四川省的若爾蓋縣、紅原縣和阿壩縣以及甘肅省的瑪曲縣和碌曲縣。研究區(qū)為高原亞寒帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，高寒特征明顯，主要特點(diǎn)是雨熱同季、冬長(zhǎng)無(wú)夏、嚴(yán)寒濕潤(rùn)。區(qū)內(nèi)海拔2 465～4 839 m，地貌以寬谷緩丘為基本特征[31]，該區(qū)是第四紀(jì)以來(lái)的相對(duì)沉降區(qū)，形成以若爾蓋高原為中心的斷陷盆地[32]。水系主要為黃河干流及其支流，自南而北貫穿全區(qū)的白河和黑河，湖泊主要有興措湖和哈丘湖。植被類型豐富多樣，以高山草甸、林地、灌叢、沼澤植被類型為主，土地利用類型主要以草地為主[33]。該地區(qū)旅游業(yè)發(fā)展迅速，擁有著名的若爾蓋濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、素有川西北高原的綠洲之稱的若爾蓋大草原和九曲黃河第一灣等旅游景點(diǎn)。

圖1 若爾蓋地區(qū)DEM(a)和2000-2015年生長(zhǎng)季植被覆蓋度空間分布(b)Fig. 1 The DEM of the study area and spatial distribution of vegetation fractional cover(Fc) during growing season in the Zoige region from 2000 to 2015

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

NDVI數(shù)據(jù)采用美國(guó)航空航天局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)數(shù)據(jù)中心提供的2000-2015年植被生長(zhǎng)季(5-9月)MODIS(moderate resolution imaging spectroradionmeter)250 m空間分辨率的16 d合成產(chǎn)品MOD13Q1。提取水體所使用的數(shù)據(jù)為500 m空間分辨率的8 d地表反射率產(chǎn)品MOD09A1。利用MODIS MRT(MODIS Reprojection Tool)工具對(duì)MOD13Q1和MOD09A1數(shù)據(jù)分別進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和重投影(WGS_1984_UTM_zone_47N)，統(tǒng)一空間分辨率為250 m。為消除云、大氣等各方面不利影響[34-35]，采用國(guó)際上常用的最大值合成法MVC(Maximum Value Composites)計(jì)算生長(zhǎng)季每月NDVI數(shù)據(jù)，最終得到2000-2015年生長(zhǎng)季內(nèi)逐年的NDVI均值，以反映地表真實(shí)的植被覆蓋度信息。采用MOD09A1產(chǎn)品運(yùn)用主成分分析法提取了同時(shí)期水體信息，這里所說(shuō)的水體主要包括湖泊、河流和沼澤等。

選用若爾蓋地區(qū)及周邊14個(gè)氣象站點(diǎn)2000-2015年的逐月平均氣溫和累計(jì)降水量數(shù)據(jù)集作為氣候因子，氣溫、降水量資料由中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http：//data.cma.gov.cn)提供。為確保氣候因子空間插值的精度，經(jīng)多種方法對(duì)比分析，最后基于薄板樣條函數(shù)法將DEM作為協(xié)變量采用Anuspline[36-39]進(jìn)行氣溫?cái)?shù)據(jù)空間插值處理，采用Arcgis的Geostatistical Analyst模塊對(duì)區(qū)域內(nèi)的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行Kriging插值處理。

植被類型數(shù)據(jù)和土壤類型數(shù)據(jù)采用全國(guó)1∶100萬(wàn)植被類型和土壤類型數(shù)據(jù)集，來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http：//www.resdc.cn)。將數(shù)據(jù)進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換、屬性提取、柵矢轉(zhuǎn)換等預(yù)處理后，參考植被大類將若爾蓋地區(qū)的植被類型分為栽培植被、草原、草甸、闊葉林、針葉林、灌叢和高山植被7種植被類型。將土壤類型進(jìn)行歸并處理分為棕壤、褐土、草甸土、草氈土、泥炭土和黑氈土6種土壤類型。

DEM(digital elevation model)數(shù)據(jù)取自地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http://www.gscloud.cn)的30 m空間分辨率ASTER GDEM V2高程數(shù)據(jù)。同樣，進(jìn)行重采樣、投影轉(zhuǎn)換、裁剪等，最后統(tǒng)一空間分辨率為250 m。

2.2 研究方法

2.2.1像元二分模型 植被覆蓋度的計(jì)算使用光譜混合分析模型中應(yīng)用最廣的像元二分模型[40-42]，假定通過(guò)傳感器觀測(cè)到的每一個(gè)像元S都可以表示為純植被組成的信息Sv和無(wú)植被(裸土)組成的信息Ss兩部分構(gòu)成：

S=Ss+Sv。

(1)

對(duì)于混合像元來(lái)說(shuō)，純植被的面積比例為fc，那么無(wú)植被(裸土)的面積則為1-fc。假設(shè)全部由植被覆蓋的遙感信息為Sveg；全部由裸土覆蓋的遙感信息為Ssoil，則公式表示如下：

Sv=c×Sveg;

(2)

Ss=(1-c)×Ssoil。

(3)

根據(jù)上述公式，植被覆蓋度可以表示為：

(4)

式中：NDVIsoil為地表無(wú)植被的NDVI值；NDVIveg為純植被覆蓋的NDVI值。NDVIsoil和NDVIveg的取值是像元二分模型應(yīng)用的關(guān)鍵。通常情況下，水體的NDVI值小于裸地的NDVI值，所以本研究中先將水體(包括湖泊、河流和沼澤)予以掩膜處理，再進(jìn)行植被覆蓋度的定量估算。對(duì)于純裸地像元而言，理論上NDVIsoil應(yīng)接近于0，且在時(shí)間上比較穩(wěn)定。但實(shí)際上由于大氣條件、土壤水分等因素的影響，其變化范圍一般為-0.1～0.2[43-44]。本研究利用植被類型圖和土壤圖計(jì)算生長(zhǎng)季(5-9月)NDVI數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)直方圖給定置信區(qū)間，認(rèn)為各土壤類型NDVI累積概率分布在5%的為無(wú)植被覆蓋(裸土)指數(shù)，作為NDVIsoil；各植被類型NDVI累積概率分布在95%的為純植被覆蓋指數(shù)，作為NDVIveg[45]。

2.2.2趨勢(shì)分析法 運(yùn)用回歸分析法逐像元分析2000-2015年生長(zhǎng)季(5-9月)植被覆蓋度年均值的變化斜率，以反映該地區(qū)植被覆蓋度隨時(shí)間的變化特征[46-48]，計(jì)算公式如下：

(5)

式中：n為年數(shù)(時(shí)間序列為2000-2015，即n=16)；Fci為第i年的植被覆蓋度；θslope為動(dòng)態(tài)斜率，反映總的變化趨勢(shì)。θslope為正值說(shuō)明隨時(shí)間變化植被覆蓋度呈增加趨勢(shì)，反之則呈減少趨勢(shì)。

2.2.3相關(guān)分析法 植被覆蓋度的變化受多個(gè)因子的綜合影響，一個(gè)因素的變化必然會(huì)引起其他各要素的變化。本研究采用偏相關(guān)分析法分別探討植被覆蓋度與平均氣溫、累計(jì)降水量的相關(guān)程度，采用0.05顯著性水平完成偏相關(guān)分析的T檢驗(yàn)。然后采用復(fù)相關(guān)分析法探討某一要素與多個(gè)要素之間的相關(guān)性，采用0.05顯著性水平對(duì)復(fù)相關(guān)分析結(jié)果進(jìn)行F檢驗(yàn)。最后，根據(jù)偏相關(guān)和復(fù)相關(guān)的結(jié)果對(duì)研究區(qū)植被覆蓋度進(jìn)行氣候驅(qū)動(dòng)分區(qū)，綜合討論植被覆蓋度對(duì)氣候因子的響應(yīng)。具體計(jì)算公式見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)[27,49-50]。

2.2.4滯后性分析 逐像元定量計(jì)算研究區(qū)2000-2015年生長(zhǎng)季(5-9月)植被覆蓋度與月平均氣溫(5-9月、4-8月、3-7月、2-6月)和月累計(jì)降水量(5-9月、4-8月、3-7月、2-6月)的相關(guān)系數(shù)[51-53]，通過(guò)相關(guān)系數(shù)的大小討論植被覆蓋度對(duì)氣候因子的滯后效應(yīng)。

3 結(jié)果與分析

3.1 若爾蓋地區(qū)植被覆蓋度時(shí)間變化特征

2000-2015年若爾蓋地區(qū)生長(zhǎng)季(5-9月)平均植被覆蓋度總體呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，均值介于77%～82%，平均增速為每10年1.4%(圖2)。在不同的時(shí)間段內(nèi)，若爾蓋地區(qū)植被覆蓋度變化趨勢(shì)不同，在16年間出現(xiàn)3個(gè)明顯減少階段、1個(gè)增加階段和1個(gè)波動(dòng)變化階段。3個(gè)減少階段分別出現(xiàn)在2000-2002年、2004-2006年和2007-2009年間，說(shuō)明這3個(gè)階段期間植被覆蓋度呈退化趨勢(shì)，下降約3%；1個(gè)增長(zhǎng)期出現(xiàn)在2002-2004年間，表明此時(shí)段內(nèi)植被覆蓋處于改善狀況，約4%；植被覆蓋度在2010年以后波動(dòng)變化較平穩(wěn)。其中，2007年達(dá)到植被覆蓋度的極大值(82%)，極小值(77%)出現(xiàn)在2002年。

研究區(qū)不同植被類型Fc多年均值(圖3)從大到小依次為闊葉林(87%)>針葉林(84%)>草原(81%)>灌叢(80%)>草甸(77%)>栽培植被(63%)>高山植被(44%)。整體來(lái)看，若爾蓋地區(qū)內(nèi)7種植被類型的植被覆蓋度主體變化趨勢(shì)基本保持一致，呈波動(dòng)增加；植被覆蓋度最高的為闊葉林(87%)，最低的為高山植被(44%)。進(jìn)一步分析可知，2000-2015年若爾蓋地區(qū)不同植被類型的生長(zhǎng)季植被覆蓋度年際變化幅度具有差異性，依次為高山植被(3.8%/10 a)>栽培植被(1.4%/10 a)>草甸(0.82%/10 a)>灌叢(0.8%/10 a)>針葉林(0.6%/10 a)>闊葉林(0.3%/10 a)>草原(-0.2%/10 a)?？梢钥闯?，高山植被(3.8%/10 a)和栽培植被(1.4%/10 a)變化幅度相對(duì)較大，而草原植被類型略呈下降趨勢(shì)(-0.2%/10 a)。

3.2 若爾蓋地區(qū)植被覆蓋度空間變化規(guī)律

由若爾蓋地區(qū)2000-2015年生長(zhǎng)季植被覆蓋度的多年平均空間分布(圖1b)可知，整體上植被覆蓋度呈現(xiàn)東高西低、由中心向外減少的分布格局。由于若爾蓋地區(qū)從中心向四周逐漸升高的地形，氣溫隨海拔的升高而逐漸下降，導(dǎo)致其生態(tài)格局空間分布不均勻[32]。高植被覆蓋區(qū)主要集中在阿壩縣東北部、若爾蓋縣以及黑河、白河附近，這些區(qū)域海拔多在3 500 m以下，植被類型主要以草原、灌叢、針葉林和闊葉林為主，自若爾蓋國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)設(shè)立以來(lái)，人為因素減少，自然環(huán)境優(yōu)越，植被生長(zhǎng)狀況逐漸得到改善[29]。植被覆蓋度較低區(qū)域主要位于瑪曲縣西南高山區(qū)、紅原縣東部以及阿壩縣西部等地區(qū)，這些區(qū)域海拔多在4 000 m以上，植被類型主要以高寒草甸為主，氣溫隨海拔的升高而降低，植被生長(zhǎng)得到抑制。

圖2 若爾蓋地區(qū)2000-2015年生長(zhǎng)季植被覆蓋度變化Fig. 2 The change in vegetation coverage during the growing season in the Zoige region from 2000 to 2015

研究區(qū)植被覆蓋度的空間分布受高程梯度的控制作用明顯，基于ASTER GDEM從不同海拔梯度分析若爾蓋地區(qū)Fc分布特征。研究區(qū)以500 m為間隔，共分為5個(gè)高程區(qū)間：2 465～3 000、3 000～3 500、3 500～4 000、4 000～4 500、4 500～4 839 m。各個(gè)高程區(qū)間的植被覆蓋度依次分別為82.64%、83.47%、81.68%、65.93%、34.2%。可以看出，2 465～3 000 m的海拔區(qū)域內(nèi)植被狀況較好，植被覆蓋度較高，海拔從4 000 m開(kāi)始隨高程上升植被覆蓋度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，4 500～4 839 m的區(qū)域植被覆蓋度最低。2 465～3 000 m高程區(qū)間內(nèi)，植被類型以灌叢和針葉林為主，自然環(huán)境條件適宜植被生長(zhǎng)；3 000～3 500 m的中等海拔范圍內(nèi)，植被多以草甸、沼澤和闊葉林為主，適宜的氣溫和降水給植被提供了良好的條件，植被生長(zhǎng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，隨著一系列保護(hù)措施的實(shí)施，若爾蓋地區(qū)的植被覆蓋度逐漸向好；3 500-4 000 m海拔范圍內(nèi)，溫度逐漸降低，水熱條件不充分成為植被生長(zhǎng)的限制性因素[31]；4 000 m以上區(qū)域由于海拔較高、氣溫降低，植被生長(zhǎng)所需的水熱條件不足，故植被覆蓋度較差[6]。

圖3 若爾蓋地區(qū)2000-2015年生長(zhǎng)季不同植被類型植被覆蓋度變化Fig. 3 The vegetation coverage change of different vegetation types during the growing season in the Zoige region from 2000 to 2015

為了更客觀清晰地反映若爾蓋地區(qū)2000-2015年生長(zhǎng)季植被覆蓋度的空間分布特征，依據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》[54-56]中植被覆蓋度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(圖4a)，結(jié)合若爾蓋地區(qū)獨(dú)特的高原生態(tài)環(huán)境，對(duì)植被覆蓋度進(jìn)行不同等級(jí)的劃分：0～0.2(極低覆蓋度)、0.2～0.4(低覆蓋度)、0.4～0.6(中覆蓋度)、0.6～0.8(高覆蓋度)和0.8～1.0(極高覆蓋度)。研究區(qū)內(nèi)極低、低植被覆蓋等級(jí)的區(qū)域面積所占比例較小，高和極高植被覆蓋等級(jí)的區(qū)域分別占總面積的30.03%和54.29%，其余3個(gè)等級(jí)的植被覆蓋度占總面積的15.68%。整體而言，若爾蓋地區(qū)生長(zhǎng)季的植被覆蓋度以高、極高覆蓋等級(jí)為主，大部分區(qū)域的植被覆蓋度較高，植被生長(zhǎng)狀況良好。高覆蓋等級(jí)的區(qū)域與植被覆蓋高值區(qū)分布特征大體一致，主要位于瑪曲縣東南部、若爾蓋縣以及各河流的河谷地帶(圖4a)，若爾蓋國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)和若爾蓋大草原成立以來(lái)，人類活動(dòng)影響相對(duì)較小，加上該地區(qū)氣溫升高、降水較多、土壤水分含量高，水熱資源充足形成大面積的沼澤和濕地，植被覆蓋狀況較好[5-6]。低覆蓋等級(jí)的區(qū)域主要分布在瑪曲縣阿尼瑪卿山、阿壩縣西北部高原山地以及紅原縣東南部的山原地區(qū)，土壤貧瘠、保水性差和海拔較高是植被覆蓋低的主要原因，過(guò)渡放牧也加劇了植被的退化[57]。

2000-2015年若爾蓋地區(qū)生長(zhǎng)季植被覆蓋度年際變化率θslope介于-0.053～0.027(圖4b)。若爾蓋地區(qū)植被覆蓋度呈減少趨勢(shì)(θslope<0)的區(qū)域位于瑪曲縣中部地區(qū)、碌曲縣南部以及紅原縣中部等地區(qū)；植被覆蓋度呈增加趨勢(shì)(θslope>0)的區(qū)域集中分布在瑪曲縣西部、若爾蓋縣中部、阿壩縣西南部以及紅原縣的東部地區(qū)?？偟膩?lái)說(shuō)，近16年若爾蓋地區(qū)植被覆蓋度的改善面積大于退化面積，整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5顯示，2000-2015年若爾蓋地區(qū)極低、低植被覆蓋度的面積較小，波動(dòng)幅度不大。中等植被覆蓋度的面積逐年趨于平穩(wěn)，2002年所占面積最大(0.24×104km2)，2008年面積達(dá)到最小(0.15×104km2)。研究區(qū)高覆蓋度等級(jí)的面積在2005年之前波動(dòng)較大，后期逐漸趨于穩(wěn)定，2002年面積達(dá)到最大(1.9×104km2)，2008年面積最小(1.05×104km2)。極高覆蓋等級(jí)的趨勢(shì)同高覆蓋等級(jí)的趨勢(shì)相反，2002年面積最小(1.82×104km2)，2008年面積達(dá)到最大(2.78×104km2)。另外，高覆蓋等級(jí)和極高覆蓋等級(jí)的面積有相互轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)(圖5)。2002年、2006年、2009年極高植被覆蓋等級(jí)的面積明顯減少，而高植被覆蓋等級(jí)的情況正好相反，且二者有逐漸靠攏趨勢(shì)，2009年之前兩者相互轉(zhuǎn)化的幅度較大，之后則變化幅度相對(duì)較平穩(wěn)。

圖4 若爾蓋地區(qū)2000-2015年生長(zhǎng)季Fc均值等級(jí)圖(a)和Fc年際變化率圖(b)Fig. 4 The mean Fc grade (a) and Fc annual variability (b) during the growing season in the Zoige region from 2000 to 2015

圖5 若爾蓋地區(qū)2000-2015年各等級(jí)Fc面積及較高、高等級(jí)面積轉(zhuǎn)化Fig. 5 The Fc area in different grades and area conversion between the higher and high-grade in the Zoige region from 2000 to 2015

3.3 植被覆蓋度對(duì)氣候因子的滯后分析

由于氣候因子的時(shí)間累積效應(yīng)，植被指數(shù)與氣候因子的響應(yīng)在時(shí)間和空間上存在顯著差異[52-53]，植被對(duì)氣候因子的變化往往表現(xiàn)出不同程度的滯后性[53,58-59]。由若爾蓋地區(qū)生長(zhǎng)季Fc與4組不同時(shí)間序列月平均氣溫和月累計(jì)降水量相關(guān)系數(shù)值(通過(guò)0.05顯著性檢驗(yàn))可知(表1)，生長(zhǎng)季Fc與月平均氣溫和月累計(jì)降水量均呈正相關(guān)關(guān)系。生長(zhǎng)季(5-9月)Fc與同時(shí)期月平均氣溫之間的相關(guān)系數(shù)最大，為0.421 7；而與前一期(4-8月)累計(jì)降水量之間的相關(guān)系數(shù)最大，為0.602 5(表1)。因此，總體上植被覆蓋度對(duì)氣溫變化響應(yīng)比較迅速，對(duì)降水的響應(yīng)則滯后約一個(gè)月。

表1 若爾蓋地區(qū)2000-2015年生長(zhǎng)季Fc與不同時(shí)間序列氣候因子的相關(guān)系數(shù)Table 1 The correlation coefficients between growing season Fc and climatic factors of different time series in the Zoige region from 2000 to 2015

3.4 植被覆蓋度與氣候因子的相關(guān)分析

氣候變化被認(rèn)為是引發(fā)地表植被覆蓋變化和差異的主要因素之一，目前許多研究表明氣溫和降水是決定植被生長(zhǎng)狀況最主要的水熱因子，因此本研究將氣溫和降水作為Fc變化的氣候因子[60-62]。

若爾蓋地區(qū)生長(zhǎng)季(5-9月)平均氣溫和累計(jì)降水量統(tǒng)計(jì)分析(圖6)表明，2000-2015年生長(zhǎng)季平均氣溫在7.2～9.1 °C，多年平均氣溫為8.1 °C，氣溫以每10年0.59 °C的速度逐漸增加；累計(jì)降水量在444.3～612.7 mm，以每年5.33 mm的速度波動(dòng)增加，在2008年達(dá)到最小，2012年出現(xiàn)峰值612.7 mm，多年平均為535.2 mm。整體上，2000-2015年若爾蓋地區(qū)生長(zhǎng)季的平均氣溫呈逐年增高趨勢(shì)，降水量呈不顯著的增加趨勢(shì)。

根據(jù)滯后性分析結(jié)果，將生長(zhǎng)季Fc分別與5-9月月平均氣溫和4-8月月累計(jì)降水量進(jìn)行偏相關(guān)分析。由Fc與氣溫的偏相關(guān)性的空間分布可知(圖7)，2000-2015年若爾蓋地區(qū)植被覆蓋度年均值與氣溫的相關(guān)系數(shù)介于-0.91～0.92，呈正、負(fù)相關(guān)的區(qū)域分別占總面積的57.59%、42.41%。呈正相關(guān)關(guān)系的區(qū)域主要集中在阿壩縣、若爾蓋縣中部以及紅原縣西北部等地區(qū)，這些區(qū)域多處于3 500～4 000 m的海拔范圍內(nèi)，降水豐富，屬于濕潤(rùn)區(qū)，氣溫升高導(dǎo)致土壤溫度增加，進(jìn)而加速了土壤有機(jī)質(zhì)的分解，從而促進(jìn)該區(qū)植被的生長(zhǎng)[57,63]。呈負(fù)相關(guān)關(guān)系的區(qū)域位于碌曲縣中部、瑪曲縣南部以及若爾蓋縣東部地區(qū)。植被覆蓋度與氣溫的偏相關(guān)系數(shù)通過(guò)0.05顯著性水平檢驗(yàn)的區(qū)域占10.5%，顯著正相關(guān)(P<0.05)區(qū)域占5.9%，主要分布在若爾蓋縣中部、阿壩縣和紅原縣北部。

植被覆蓋度與累計(jì)降水量偏相關(guān)性分析顯示(圖7)，兩者的相關(guān)系數(shù)在-0.88～0.93，正相關(guān)與負(fù)相關(guān)關(guān)系的區(qū)域分別占總面積的43.27%、56.73%。呈正相關(guān)關(guān)系的區(qū)域主要集中分布在碌曲縣南部、瑪曲縣東部以及若爾蓋縣北部地區(qū)；呈負(fù)相關(guān)關(guān)系的區(qū)域主要位于瑪曲縣西南部、若爾蓋縣東部林地地區(qū)和紅原縣南部等海拔較高的地區(qū)。植被覆蓋度與降水的偏相關(guān)分析通過(guò)0.05顯著性水平檢驗(yàn)的區(qū)域占6.03%，顯著正相關(guān)(P<0.05)占比4.2%，主要位于碌曲縣南部和若爾蓋縣北部。整體而言，若爾蓋地區(qū)2000-2015年生長(zhǎng)季植被覆蓋度與氣溫和降水均呈顯著(P<0.05)相關(guān)關(guān)系，正、負(fù)相關(guān)共存，兩個(gè)氣候因子對(duì)植被生長(zhǎng)都起到重要作用，但植被覆蓋度對(duì)氣溫的響應(yīng)比對(duì)降水的響應(yīng)更為敏感。

圖6 若爾蓋地區(qū)2000-2015年生長(zhǎng)季平均氣溫和累計(jì)降水量變化趨勢(shì)Fig. 6 Dynamic changes in mean air temperature and accumulated precipitation during the growing season in the Zoige region from 2000 to 2015

圖7 若爾蓋地區(qū)2000-2015年生長(zhǎng)季植被覆蓋度與氣溫、降水的偏相關(guān)系數(shù)Fig. 7 The partial correlation coefficient between Fc and air temperature and precipitation during the growing season in the Zoige region from 2000 to 2015

由植被覆蓋度與氣候因子(月平均氣溫和月累計(jì)降水量)的復(fù)相關(guān)分析結(jié)果可知(圖8a)，復(fù)相關(guān)系數(shù)在0～0.94。植被覆蓋度與氣溫和降水的復(fù)相關(guān)性較強(qiáng)的區(qū)域主要集中在碌曲縣南部、若爾蓋縣北部以及瑪曲縣的白河附近地區(qū)；而復(fù)相關(guān)性較弱的區(qū)域分布在研究區(qū)各地，空間上無(wú)明顯分布規(guī)律。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，植被覆蓋度與氣候因子復(fù)相關(guān)性的地區(qū)差異很可能與植被類型有關(guān)，復(fù)相關(guān)性較強(qiáng)的區(qū)域主要以草甸、高山植被類型為主，復(fù)相關(guān)性較弱的地區(qū)植被類型主要為針葉林和栽培植被[50]。

3.5 植被覆蓋度與氣候因子的驅(qū)動(dòng)力分析

氣候條件是植被覆蓋度變化的主要環(huán)境因子，以氣溫和降水表現(xiàn)尤為明顯。本研究主要參考國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的研究[50,53,64-66]，根據(jù)植被覆蓋度與氣溫、降水的相關(guān)分析結(jié)果對(duì)若爾蓋地區(qū)植被覆蓋度變化進(jìn)行驅(qū)動(dòng)分區(qū)(表2)。

表2 植被覆蓋度變化驅(qū)動(dòng)分區(qū)準(zhǔn)則Table 2 The regionalization rules of driving force for Fc change

TT：Fc與氣溫偏相關(guān)分析的T顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)；TP：Fc與降水偏相關(guān)分析的T顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)；F：Fc與氣溫、降水的復(fù)相關(guān)分析的F顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)；[T+P]+：氣溫、降水強(qiáng)驅(qū)動(dòng)；T：氣溫驅(qū)動(dòng)；P：降水驅(qū)動(dòng)；[T+P]-：氣溫、降水弱驅(qū)動(dòng)；NC：非氣候因子驅(qū)動(dòng)。

TT: T-test significance of the partial correlations between Fcand air temperature(P<0.05); TP: T-test significance of the partial correlations between Fcand precipitation(P<0.05); F: F-test significance of the multiple correlations between Fcand air temperature-precipitation(P<0.05); [T+P]+: Change driven by air temperature and precipitation strongly; T: Change driven by air temperature mainly; P: Change driven by precipitation mainly; [T+P]-: Change driven by air temperature and precipitation weakly; NC: Change driven by non-climate factors.

由2000-2015年若爾蓋地區(qū)Fc變化驅(qū)動(dòng)分區(qū)圖(圖8b)可看出，F(xiàn)c變化受氣溫、降水強(qiáng)驅(qū)動(dòng)的區(qū)域主要集中在碌曲縣和瑪曲縣，面積占研究區(qū)面積的0.89%；氣溫驅(qū)動(dòng)分布面積占比約2.85%，主要分布在瑪曲縣南部、若爾蓋縣以及阿壩縣的中部等地區(qū)。這些區(qū)域的植被類型以草甸灌叢為主，氣溫對(duì)植被覆蓋度的促進(jìn)作用明顯；降水驅(qū)動(dòng)占總面積的2.17%，呈條帶狀分布在白河流域，呈斑塊狀分布在瑪曲縣和碌曲縣等地；以氣溫、降水弱驅(qū)動(dòng)的區(qū)域占研究區(qū)面積的1.67%，大致分布在若爾蓋縣、紅原縣中部地區(qū)，其余呈零散分布，分布特征不明顯；整體上，若爾蓋地區(qū)大部分區(qū)域植被覆蓋度表現(xiàn)為非氣溫、降水驅(qū)動(dòng)。

4 結(jié)論

本研究基于2000-2015年生長(zhǎng)季(5-9月)MODIS-NDVI數(shù)據(jù)，運(yùn)用像元二分模型估算若爾蓋地區(qū)的植被覆蓋度，分析了植被覆蓋度的空間分布格局和變化趨勢(shì)，采用相關(guān)分析法計(jì)算研究區(qū)生長(zhǎng)季Fc與4組不同時(shí)間序列的月平均氣溫和月累計(jì)降水量的相關(guān)系數(shù)，在0.05顯著性水平下基于滯后效應(yīng)和相關(guān)性分析結(jié)果對(duì)若爾蓋地區(qū)生長(zhǎng)季植被覆蓋度變化進(jìn)行驅(qū)動(dòng)分區(qū)，得出：

圖8 若爾蓋地區(qū)2000-2015年生長(zhǎng)季Fc與氣溫-降水的復(fù)相關(guān)系數(shù)(a)和Fc變化驅(qū)動(dòng)力分區(qū)(b)Fig. 8 The spatial distribution of multiple correlation coefficient between Fc and air temperature-precipitation (a) and climate-driving zones (b) in the Zoige region from 2000 to 2015

1)2000-2015年，若爾蓋地區(qū)植被覆蓋度均值在77%～82%，整體上呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，年際變化率為每10年1.4%。7種植被類型的植被覆蓋度呈波動(dòng)增加趨勢(shì)，闊葉林(87%)的植被覆蓋度最高，最低為高山植被(44%)，草原植被類型變化幅度略呈下降趨勢(shì)(每10年-0.2%)。

2)近16年若爾蓋地區(qū)植被覆蓋度整體上呈現(xiàn)東高西低、由中心向外減少的分布特征。海拔在3 000～3 500 m的范圍內(nèi)植被覆蓋度(83.47%)最好，海拔從4 000 m開(kāi)始植被覆蓋度(34.2%)呈下降趨勢(shì)。植被覆蓋度以高、極高覆蓋等級(jí)為主(占比84.32%)，面積有相互轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，主要分布在研究區(qū)海拔較低的中部地區(qū)。

3)生長(zhǎng)季植被覆蓋度與4組不同時(shí)間序列的月平均氣溫和月累計(jì)降水量的相關(guān)分析結(jié)果表明，植被覆蓋度生長(zhǎng)季(5-9月)與平均氣溫和累計(jì)降水量的相關(guān)系數(shù)達(dá)到最大分別為0.421 7(5-9月)和0.602 5(4-8月)，生長(zhǎng)季植被覆蓋度與同期氣溫的相關(guān)性較好，生長(zhǎng)季植被覆蓋度對(duì)降水量滯后時(shí)間約為1個(gè)月。

4)植被覆蓋度受氣候因子影響的區(qū)域占比7.58%(氣溫、降水強(qiáng)驅(qū)動(dòng)0.89%,氣溫驅(qū)動(dòng)2.85%,降水驅(qū)動(dòng)2.17%,氣溫、降水弱驅(qū)動(dòng)1.67%)，若爾蓋地區(qū)的植被覆蓋度整體上表現(xiàn)為非氣溫和降水驅(qū)動(dòng)(92.42%)。