阿爾泰山地森林草原生態(tài)功能區(qū)植被覆蓋對(duì)氣候變化的響應(yīng)

葉爾納爾·胡馬爾汗,徐向華,迪麗努爾·托列吾別克,李海東

(1.南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院,江蘇 南京 210044; 2.生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所,江蘇 南京 210042; 3.中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所,新疆 烏魯木齊 830002)

IPCC第5次評(píng)估報(bào)告認(rèn)為,受氣候變化或人類活動(dòng)共同作用,陸地生態(tài)系統(tǒng)植被覆蓋、生產(chǎn)力、物候或優(yōu)勢(shì)種群已經(jīng)發(fā)展變化,這些變化反過來也會(huì)對(duì)局地、區(qū)域甚至全球的氣候產(chǎn)生影響[1-2]。植被作為陸地生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分,聯(lián)結(jié)著土壤圈、水圈和大氣圈的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng),在水源涵養(yǎng)、水土保持和徑流調(diào)節(jié)方面起著非常重要的作用。近幾十年來,中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)在氣候變化和人類活動(dòng)雙重影響下變化顯著,表現(xiàn)出明顯的輻射強(qiáng)迫和氣候反饋特征[3]。研究表明,氣候變化對(duì)高海拔和高緯度地區(qū)植被覆蓋和物種多樣性影響較顯著[4-5]。

阿爾泰山地森林草原生態(tài)功能區(qū)(簡(jiǎn)稱阿爾泰生態(tài)功能區(qū))位于新疆北部阿勒泰地區(qū),被列為全國(guó)8個(gè)水源涵養(yǎng)型國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)之一,是我國(guó)西西伯利亞泰加林唯一的分布地,是新疆北部重要的水源地和水源涵養(yǎng)區(qū),同時(shí)也是我國(guó)西北地區(qū)重要的生態(tài)屏障,具有很高的生態(tài)價(jià)值[6]。植被生長(zhǎng)是一個(gè)地區(qū)植被長(zhǎng)期適應(yīng)環(huán)境變化的動(dòng)態(tài)平衡過程,具有明顯的地域性,監(jiān)測(cè)與評(píng)估長(zhǎng)時(shí)間序列區(qū)域植被的時(shí)空變化特征有助于理解和掌握區(qū)域生態(tài)安全狀況。近年來有關(guān)阿爾泰生態(tài)功能區(qū)植被生長(zhǎng)的報(bào)道中,主要有王軍海[7]利用2011—2014年FY-3A/MERSI數(shù)據(jù)研究分析阿勒泰地區(qū)不同尺度下植被生長(zhǎng)變化;魏小琴等[8]利用2000—2013年MODIS和氣象數(shù)據(jù)分析阿勒泰地區(qū)植被生長(zhǎng)變化對(duì)氣候變化響應(yīng);但缺少30 a以上長(zhǎng)時(shí)間序列植被生長(zhǎng)變化的研究。

采用1986—2015年GIMMS NDVI 3g V1.0數(shù)據(jù)集,結(jié)合同期氣候資料,對(duì)阿爾泰生態(tài)功能區(qū)長(zhǎng)時(shí)序歸一化差分植被指數(shù)(NDVI)時(shí)空變化及氣候因子進(jìn)行分析研究,揭示NDVI變化的時(shí)空分布和變化趨勢(shì),以及NDVI變化對(duì)氣候變化的響應(yīng)規(guī)律,為認(rèn)知阿爾泰生態(tài)功能區(qū)生態(tài)安全狀態(tài)、開展適應(yīng)氣候變化管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

阿爾泰山地森林草原生態(tài)功能區(qū)位于新疆北部阿勒泰地區(qū)(圖1),地理坐標(biāo)為45°00′～49°10′ N,85°31′～91°04′ E,總面積約為11.77萬km2,包括7個(gè)縣市,總?cè)丝诩s為67萬人。

圖1 阿爾泰生態(tài)功能區(qū)高程和氣象站分布

阿爾泰生態(tài)功能區(qū)地處歐亞大陸腹地,遠(yuǎn)離海洋,屬溫帶大陸性氣候區(qū),年均氣溫約為4.4 ℃,年均降水量約為195.5 mm,山區(qū)可達(dá)400～600 mm。阿爾泰生態(tài)功能區(qū)海拔為364～4 320 m,主要山脈有北部的阿爾泰山和西南部的薩吾爾山,水系有額爾齊斯河、烏倫古河和吉木乃山溪3大水系,年總徑流量約為133.7億m3?？傮w來說,北部為山區(qū)，中部為丘陵河谷平原區(qū)，南部為荒漠沙漠區(qū)。阿爾泰生態(tài)功能區(qū)屬西伯利亞森林植物區(qū)系,植被類型包括針葉林、闊葉林、灌叢、荒漠、草甸、草原、高山植被和沼澤植被等。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

氣象數(shù)據(jù)來源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http:∥cdc.cma.gov.cn),包括阿爾泰生態(tài)功能區(qū)7個(gè)氣象站1986年1月—2016年3月逐月平均氣溫和降水量數(shù)據(jù),其中哈巴河、吉木乃、布爾津、福海、富蘊(yùn)和青河為國(guó)家基本氣象站,阿勒泰為國(guó)家基準(zhǔn)氣候站(表1)。根據(jù)研究區(qū)氣候和農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn),將4—5月劃分為春季,6—8月為夏季,9—10月為秋季,11月至次年3月為冬季,氣候取值為世界氣象組織設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)氣候值時(shí)段(1981—2010年)的平均值[9-10]。

遙感數(shù)據(jù)采用美國(guó)航空航天局全球檢測(cè)與模型組(Global Inventory Modeling and Mapping Studies，GIMMS)NDVI 3g V1.0數(shù)據(jù)集,時(shí)間分辨率為15 d,空間分辨率為8 km,時(shí)間序列為1986—2015年。為了消除云、大氣和月內(nèi)物候的影響,采用最大值合成法(maximum value composites,MVC)計(jì)算獲得每月NDVI最大值[11]。

表1阿爾泰生態(tài)功能區(qū)7個(gè)氣象站基本情況

Table1Thebasicsituationof7meteorologicalstationsinAltaiEcologicalFunctionArea

編號(hào)站點(diǎn)名稱海拔/m建站年份多年平均氣溫/℃多年平均降水量/mm氣候傾向率年均氣溫/〔℃·(10 a)-1〕年均降水量/〔mm·(10 a)-1〕 51053哈巴河532.619575.5211.20.2221.17 51059吉木乃984.119604.8229.80.3310.59 51060布爾津473.919595.2161.80.247.51 51068福海500.919574.9133.70.44-0.71 51076阿勒泰735.319544.9219.60.118.64 51087富蘊(yùn)807.519554.1217.10.47-3.52 51186青河1 218.519571.6195.00.49-0.35

根據(jù)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)提供的1∶100萬中國(guó)植被類型數(shù)據(jù),阿爾泰生態(tài)功能區(qū)內(nèi)植被類型分為針葉林、闊葉林、灌叢、荒漠、草原、草甸、沼澤、高山植被和栽培植被(圖2)。

圖2 阿爾泰生態(tài)功能區(qū)植被類型

2.2 研究方法

(1)氣候傾向率分析法。選取阿爾泰生態(tài)功能區(qū)7個(gè)氣象站逐日氣象觀測(cè)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì),得到各站點(diǎn)氣象要素不同時(shí)間尺度的平均值,進(jìn)而得到各氣象要素7個(gè)站的平均值,以此來反映研究區(qū)1986—2015年不同時(shí)間尺度的氣候變化趨勢(shì)。建立氣候要素和時(shí)間的一元線性回歸方程,并比較各變量變化特征,分析阿爾泰生態(tài)功能區(qū)歷史氣候演變特征及功能區(qū)植被對(duì)氣候變化的響應(yīng)規(guī)律。傾向率計(jì)算公式為

y=at+b。

(1)

式(1)中,y為氣象要素;t為氣象要素時(shí)間序列;a為線性趨勢(shì)項(xiàng),表征時(shí)間序列平均趨勢(shì)變化率,a>0表示呈上升趨勢(shì),a<0表示呈下降趨勢(shì),將10 a作為氣象要素的傾向率,(10 a)-1;b為常數(shù)。

(2)Mann-Kendall非參數(shù)趨勢(shì)檢驗(yàn)法。Mann-Kendall檢驗(yàn)法是世界氣象組織推薦并已廣泛使用的非參數(shù)檢驗(yàn)方法,主要用于氣溫和降水序列的長(zhǎng)期趨勢(shì)分析,其計(jì)算公式為

(2)

式(2)中,S為正態(tài)分布的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)變量;Xi和Xj分別為1986—2015年平均氣候數(shù)據(jù),包括降水和溫度。當(dāng)Xi-Xj小于、等于或大于0時(shí),sign(Xi-Xj)分別為-1、0或1;Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量S大于、小于0時(shí)計(jì)算公式分別為

(3)

式(3)中,Z為檢驗(yàn)值;n為樣本總個(gè)數(shù)。Z為正值表示某個(gè)氣象要素呈增長(zhǎng)趨勢(shì),負(fù)值表示呈減小趨勢(shì)。Z絕對(duì)值大于等于1.28、1.64和2.32時(shí),分別表示通過90%、95%和99%的顯著性檢驗(yàn)。

(3)斜率分析法[12-14]。斜率分析法可以反映不同時(shí)期植被NDVI變化的空間分布特征。根據(jù)已有研究[15],通過標(biāo)準(zhǔn)差分類法將斜率值s分為顯著增加、輕度增加、基本不變、輕度減少和顯著減少5個(gè)等級(jí)。斜率分析法計(jì)算公式為

(4)

式(4)中,i為年份序號(hào);INDV,i為第i年NDVI值;n為時(shí)間序列長(zhǎng)度。

(4)相關(guān)分析法。采用相關(guān)分析法來研究NDVI和氣候要素之間的響應(yīng)關(guān)系,通過計(jì)算1986—2015年各年、季節(jié)和生長(zhǎng)季NDVI與對(duì)應(yīng)的平均降水量和氣溫的相關(guān)系數(shù)來表示年、各季節(jié)、生長(zhǎng)季氣候因子和NDVI的相關(guān)性，其計(jì)算公式為

(5)

3 結(jié)果與分析

3.1 氣溫變化趨勢(shì)

1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)氣溫變化趨勢(shì)見圖3。

圖3 1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)氣溫變化趨勢(shì)

由圖3可見,1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)年平均氣溫為3.0～6.0 ℃,多年平均氣溫為4.4 ℃,2007年平均氣溫最高(6.0 ℃),1993年平均氣溫最低(3.0 ℃);1986—2015年平均氣溫整體呈上升趨勢(shì),通過99%的顯著性檢驗(yàn)(Z=4.37),氣溫傾向率為0.34 ℃·(10 a)-1。1986—2015年生長(zhǎng)季平均氣溫為13.3～16.9 ℃,多年平均氣溫為15.1 ℃,1997年最高,1993年最低;生長(zhǎng)季氣溫整體呈上升趨勢(shì),通過99%的顯著性檢驗(yàn)(Z=3.27),生長(zhǎng)季氣溫傾向率為0.49 ℃·(10 a)-1。

就季節(jié)變化而言,阿爾泰生態(tài)功能區(qū)夏季平均氣溫最高(20.9 ℃),其他季節(jié)由高到低依次為春季(11.5 ℃)、秋季(9.9 ℃)和冬季(-10.4 ℃)。春季平均氣溫為7.8～15.7 ℃,1997年最高,2010年最低;整體呈上升趨勢(shì),通過99%的顯著性檢驗(yàn)(Z=2.34),春季氣溫傾向率為0.59 ℃·(10 a)-1。夏季平均氣溫為19.2～22.3 ℃,2008年最高,1992年最低;整體呈上升趨勢(shì),通過99%的顯著性檢驗(yàn)(Z=3.45),夏季氣溫傾向率為0.51 ℃·(10 a)-1。秋季平均氣溫為7.2～12.3 ℃,1997年最高,1992年最低;整體呈波動(dòng)上升趨勢(shì),通過95%的顯著性檢驗(yàn)(Z=2.07),秋季氣溫傾向率為0.41 ℃·(10 a)-1。冬季平均氣溫為-13.8～-7.3 ℃,2006年最高,1987年最低;整體呈緩慢上升趨勢(shì),通過90%的顯著性檢驗(yàn)(Z=1.4),冬季氣溫傾向率為0.12 ℃·(10 a)-1?？梢钥闯?1986—2015年不同季節(jié)氣溫均呈增加趨勢(shì),除冬季外,春季、夏季和秋季氣溫變化均通過95%或以上的顯著性檢驗(yàn)。

3.2 降水量變化趨勢(shì)

1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)降水量變化趨勢(shì)見圖4。

圖4 1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)降水量變化趨勢(shì)

由圖4可見,1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)年降水量為137.4～307.6 mm,多年平均降水量為195.5 mm,2010年最高(307.6 mm),2008年最低(137.4 mm);1986—2015年降水量整體呈波動(dòng)循環(huán)上升趨勢(shì),通過99%的顯著性檢驗(yàn)(Z=2.96),降水傾向率為6.19 mm·(10 a)-1。生長(zhǎng)季降水量為61.8～200.6 mm,生長(zhǎng)季多年平均降水量為126.7 mm,1992年最高,1997年最低;1986—2015年生長(zhǎng)季降水量整體呈下降趨勢(shì),通過99%的顯著性檢驗(yàn)(Z=2.33),生長(zhǎng)季降水量?jī)A向率為-2.94 mm·(10 a)-1。

就季節(jié)變化而言,阿爾泰生態(tài)功能區(qū)冬季降水量最高(69.3 mm),其他季節(jié)由高到低依次為夏季(64.7 mm)、春季(31.5 mm)和秋季(30.5 mm)。春季降水量為5.7～55.5 mm,2005年最高,1997年最低;整體呈緩慢上升趨勢(shì),通過95%的顯著性檢驗(yàn)(Z=1.94),春季降水量?jī)A向率為0.2 mm·(10 a)-1。夏季降水量為29.4～116.4 mm,1993年最高,2014年最低;整體呈緩慢上升趨勢(shì),通過95%的顯著性檢驗(yàn)(Z=1.70),夏季氣溫傾向率為-3.03 mm·(10 a)-1。秋季降水量為5.1～60.3 mm,1996年最高,1997年最低;整體呈緩慢下降趨勢(shì),通過95%的顯著性檢驗(yàn)(Z=1.68),秋季降水量?jī)A向率為-0.11 mm·(10 a)-1。冬季降水量為32.3～183 mm,2009年最高,1995年最低;整體呈上升趨勢(shì),通過99%的顯著性檢驗(yàn)(Z=3.89),冬季降水量?jī)A向率為7.53 mm·(10 a)-1?？梢钥闯?1986—2015年不同季節(jié)降水量變化均通過95%或以上的顯著性檢驗(yàn),冬季和春季降水量呈增加趨勢(shì),夏季和秋季降水量則呈下降趨勢(shì)。

3.3 NDVI的時(shí)間變化特征

由圖5可見,1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)年平均NDVI值為0.150～0.178,多年平均NDVI值為0.159,1994年最高(0.178),1989年最低(0.150);1986—2015年平均NDVI值整體呈緩慢下降趨勢(shì),通過95%的顯著性檢驗(yàn)(Z=1.67),年平均NDVI傾向率為-0.001 (10 a)-1。1986—2015年生長(zhǎng)季NDVI值為0.261～0.244,生長(zhǎng)季多年平均NDVI值為0.230,2013年最高,2008年最低;生長(zhǎng)季NDVI值整體呈上升趨勢(shì),通過95%的顯著性檢驗(yàn)(Z=1.90),生長(zhǎng)季NDVI傾向率為0.002 (10 a)-1。

圖5 1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)NDVI變化趨勢(shì)

就季節(jié)變化而言,阿爾泰生態(tài)功能區(qū)夏季NDVI值最高(0.280),其他季節(jié)由大到小依次為秋季(0.203)和春季(0.181),春季NDVI值為0.145～0.221,以1997年NDVI值為最高,以1987年NDVI值為最低;整體呈波動(dòng)上升趨勢(shì),通過99%的顯著性檢驗(yàn)(Z=2.78),春季NDVI傾向率為0.007 (10 a)-1。夏季NDVI值為0.254～0.301,1998年最高,2008年最低;整體呈波動(dòng)上升趨勢(shì),通過95%的顯著性檢驗(yàn)(Z=2.20),夏季NDVI傾向率為-0.001 (10 a)-1。秋季NDVI值為0.182～0.244,2005年最高,2015年最低;整體呈波動(dòng)上升趨勢(shì),通過95%的顯著性檢驗(yàn)(Z=1.66),秋季NDVI傾向率為-0.000 03 (10 a)-1。冬季因受受冰雪覆蓋影響,大部分地區(qū)NDVI<0.1,故不予分析。可以看出,1986—2015年除冬季外,其他NDVI指標(biāo)變化均通過95%或以上的顯著性檢驗(yàn),且春季NDVI傾向率最大。

3.4 NDVI的空間變化特征

1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)NDVI空間分布和時(shí)空變化見圖6～7。

圖6 阿爾泰生態(tài)功能區(qū)NDVI空間分布

圖7 1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)NDVI時(shí)空變化

由圖6可見,受地理和水文因素影響,1986—2015年阿爾泰山地生態(tài)功能區(qū)多年平均NDVI值小于0.1的區(qū)域面積占總面積的17.8%,主要在東南部沙漠地區(qū);NDVI平均值為0.1～0.2的區(qū)域面積占總面積的55.1%,主要分布在南部、東部荒漠地區(qū);NDVI值為>0.2～0.3的區(qū)域面積占總面積的18.3%,主要分布在北部平原地區(qū);NDVI值為>0.3～0.4的區(qū)域面積占總面積的8.3%,主要分布北部高山地區(qū);NDVI值大于0.4的區(qū)域面積占總面積的0.5%,主要在西北部高山湖泊地區(qū)。NDVI值總體呈現(xiàn)由東南向西北增加趨勢(shì),地理位置是決定植被空間分布的主要因素。

1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)NDVI時(shí)空變化見圖7。由圖7可見,1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)植被退化(每10 a NDVI變化率<0)區(qū)域主要分布在西北部阿爾泰山一帶、福?？h和富蘊(yùn)縣北部地區(qū),植被覆蓋改善(每10 a NDVI變化率>0)區(qū)域主要分布在福海縣南部、哈巴河縣西部。植被覆蓋顯著減小(每10 a NDVI變化率<-0.002)的區(qū)域面積為3 698.1 km2,占總面積的3.1%;輕微減小(每10 a NDVI變化率為-0.002～-0.001)的區(qū)域面積為25 358.7 km2,占總面積的21.5%;基本不變(每10 a NDVI變化率為>-0.001～0.001)的區(qū)域面積為71 086.6 km2,占總面積的60.4%;輕微增加(每10 a NDVI變化率為>0.001～0.002)的區(qū)域面積為15 144.8 km2,占總面積的12.9%;顯著增加(每10 a NDVI變化率>0.002)的區(qū)域面積為2 465.4 km2,占總面積的2.1%?？傮w而言,大部分地區(qū)植被覆蓋基本保持穩(wěn)定。

由表2可見,1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)各植被類型多年平均NDVI值都>0.1,其中,針葉林、闊葉林、灌叢、草原、草甸和沼澤多年平均NDVI值>0.2,荒漠、高山植被和栽培植被多年平均NDVI值為0.1～0.2。

表21986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)各植被類型NDVI及年變化趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)

Table2Changingrateandmulti-yearaverageNDVIvaluesindifferentvegetationtypesinAltaiEcologicalFunctionAreaduring1986-2015

植被類型多年平均NDVINDVI傾向率/(10 a)-1 針葉林0.269 -0.001 闊葉林0.2640.006 灌叢0.264-0.003 荒漠0.1250.005 草原0.2280.001 草甸0.224-0.003 沼澤0.2630.002 高山植被0.148-0.004 栽培植被0.1900.004

從變化趨勢(shì)來看,1986—2015年研究區(qū)闊葉林、荒漠、草原、沼澤和栽培植被NDVI傾向率均>0,闊葉林最大,為0.006 (10 a)-1;闊葉林、灌叢、草甸和高山植被NDVI傾向率均<0,高山植被的下降趨勢(shì)最明顯,為-0.004 (10 a)-1。

3.5 NDVI變化與氣候變化的相關(guān)性和滯后性

植被在不同生長(zhǎng)階段受到氣候變化的影響不一樣,植被覆蓋對(duì)其響應(yīng)也存在較大差異。由表3可見,1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)年平均NDVI變化與降水量呈不顯著正相關(guān),與氣溫呈不顯著負(fù)相關(guān)(P>0.05),表明阿爾泰生態(tài)功能區(qū)植被覆蓋對(duì)降水量變化的響應(yīng)大于氣溫變化。1986—2015年生長(zhǎng)季NDVI變化與氣溫、降水量變化均呈不顯著正相關(guān)(P>0.05),說明阿爾泰生態(tài)功能區(qū)生長(zhǎng)季的氣溫和降水變化對(duì)植被生長(zhǎng)均具有促進(jìn)作用。

表31986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)年和季節(jié)平均NDVI值與氣溫、降水量的相關(guān)系數(shù)

Table3CorrelationcoefficientsbetweenannulmeanandseasonalmeanNDVIandtemperatureandprecipitationinAltaiEcologicalFunctionAreaduring1986-2015

平均NDVI值氣溫降水量 年-0.0360.229 生長(zhǎng)季0.1840.083 春季0.819??-0.321 夏季-0.0560.159 秋季0.157-0.401?

*表示P<0.05;**表示P<0.01。

就季節(jié)變化而言,1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)春季NDVI變化與同期氣溫變化呈極顯著正相關(guān)(r=0.819,P<0.01),但是與降水量變化呈不顯著負(fù)相關(guān)(P>0.05),這說明在春季,植被由于氣溫升高進(jìn)入返青期,此時(shí)的氣溫變化是影響植被生長(zhǎng)的主導(dǎo)因素。夏季NDVI變化與同期氣溫呈不顯著負(fù)相關(guān)性,與降水量變化呈不顯著正相關(guān)(P>0.05),降水量變化對(duì)夏季植被生長(zhǎng)的影響較大。秋季NDVI變化與氣溫變化呈不顯著正相關(guān)(P>0.05),與降水呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.401,P<0.05),表明秋季氣溫變化對(duì)植被生長(zhǎng)有正向促進(jìn)作用,而降水量變化則對(duì)植被生長(zhǎng)有逆向抑制作用。

由表4可見,1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)NDVI變化對(duì)氣溫和降水量變化存在一定滯后性現(xiàn)象。4月NDVI與4月氣溫呈極顯著正相關(guān)(r=0.754,P<0.01),與前1月氣溫呈顯著正相關(guān)(r=0.433,P<0.05)。5月NDVI與5月和前1個(gè)月氣溫呈極顯著正相關(guān)(r分別為0.561和0.696,P<0.01),與前2個(gè)月氣溫呈顯著正相關(guān)(r=0.381,P<0.05),與5月降水量呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.418,P<0.05)。7月NDVI與其前2個(gè)月氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.428,P<0.05),與前2個(gè)月降水量呈極顯著正相關(guān)(r=0.529,P<0.01)。8月NDVI與前3個(gè)月氣溫呈極顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.506,P<0.01),與前3個(gè)月降水量呈顯著正相關(guān)(r=0.431,P<0.05)。9月NDVI與前2個(gè)月氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.442,P<0.05),與前1個(gè)月降水量呈顯著正相關(guān)(r=0.408,P<0.05),與前3個(gè)月降水量呈極顯著正相關(guān)(r=0.499,P<0.01)。6和10月NDVI與氣溫和降水變化相關(guān)性均不顯著。

表4阿爾泰生態(tài)功能區(qū)月NDVI值與氣溫和降水量的滯后性分析

Table4CorrelationcoefficientsbetweenmonthlyaverageNDVIvaluesandtemperatureandprecipitationinAltaiEcologicalFunctionArea

月份P3P2P1PT3T2T1T 4-0.249-0.1010.073-0.1660.3510.1290.433?0.754?? 5-0.234-0.192-0.104-0.418?0.1120.381?0.696??0.561?? 60.291-0.1550.0130.026-0.137-0.1210.1390.204 70.1750.529??0.283-0.098-0.251-0.428?-0.225-0.113 80.431?0.3280.2110.219-0.506??-0.181-0.1640.501 90.499??0.3340.408?-0.264-0.234-0.442?-0.0320.218 10-0.1690.318-0.271-0.294-0.126-0.0510.1840.184

T3為前3個(gè)月氣溫,T2為前2個(gè)月氣溫,T1為前1個(gè)月氣溫,T為同時(shí)期氣溫,P3為前3個(gè)月降水量,P2為前2個(gè)月降水量,P1為前1個(gè)月降水量,P為同時(shí)期降水量。*表示P<0.05;**表示P<0.01。

4 結(jié)論

(1)1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)多年平均氣溫為3.0～6.0 ℃,夏季最高(20.9 ℃),其他季節(jié)由高到低依次為春節(jié)(11.5 ℃)、秋季(9.9 ℃)和冬季(-10.4 ℃);年降水量為137.4～307.6 mm,冬季最高(69.3 mm),其他季節(jié)由高到低依次為夏季(64.7 mm)、春季(31.5 mm)和秋季(30.5 mm)。

(2)1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)年平均氣溫整體呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì),氣溫傾向率為0.34 ℃·(10 a)-1;不同季節(jié)氣溫均呈增加趨勢(shì),除冬季外,春季、夏季和秋季氣溫變化均通過95%以上的顯著性檢驗(yàn)。年降水量整體呈波動(dòng)循環(huán)顯著上升趨勢(shì),降水傾向率為6.19 mm·(10 a)-1;冬季和春季降水量呈現(xiàn)顯著增加趨勢(shì),夏季和秋季降水量則呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。

(3)1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)年平均NDVI值為0.150～0.178,多年平均NDVI值為0.159,夏季最高,其他季節(jié)由大到小依次為秋季和春季。從時(shí)間變化來看,1986—2015年平均NDVI值整體呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì),傾向率為-0.001 (10 a)-1;生長(zhǎng)季NDVI呈顯著上升趨勢(shì),傾向率為0.002 (10 a)-1。就季節(jié)變化而言,春季NDVI整體呈現(xiàn)波動(dòng)極顯著上升趨勢(shì),傾向率為0.007 (10 a)-1;夏季NDVI整體呈現(xiàn)波動(dòng)顯著下降趨勢(shì),傾向率為-0.001 (10 a)-1;秋季NDVI整體呈現(xiàn)波動(dòng)極顯著下降趨勢(shì),傾向率為-0.000 03 (10 a)-1。

(4)從空間分布來看,1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)NDVI值<0.1的區(qū)域面積占總面積的17.8%,主要分布在東南部沙漠地區(qū);NDVI值為0.1～0.2的區(qū)域面積占總面積的55.1%,主要分布在西南和東部荒漠地區(qū);NDVI值為>0.2～0.3的區(qū)域面積占總面積的18.3%,主要分布在北部平原地區(qū);NDVI值為>0.3～0.4的區(qū)域占總面積的8.3%,主要分布在北部的阿爾泰山區(qū);NDVI值>0.4的區(qū)域面積占總面積的0.5%,主要分布在西北部湖泊、河流地區(qū)。植被退化(NDVI變化率<0)的區(qū)域主要分布在西北部地區(qū),植被覆蓋改善(NDVI變化率>0)的區(qū)域主要分布在東南地區(qū)。總體而言,大部地區(qū)植被覆蓋基本保持穩(wěn)定,面積占總面積的60.4%。

(5)從植被類型來看,1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)針葉林、闊葉林、灌叢草原、草甸和沼澤NDVI值>0.2。1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)闊葉林、荒漠、草原、沼澤和栽培植被NDVI傾向率均>0,闊葉林最大,為0.006 (10 a)-1,其他由大到小依次為荒漠、栽培植被、沼澤和草原;針葉林、灌叢、草甸和高山植被NDVI傾向率均<0,高山植被下降趨勢(shì)最明顯,為-0.004 (10 a)-1,其他由小到大依次為草甸、灌叢和針葉林。

(6)從相關(guān)性來看,1986—2015年阿爾泰生態(tài)功能區(qū)年平均NDVI變化與降水量呈正相關(guān)(r=0.229),與氣溫呈負(fù)相關(guān)(r=-0.036),但均不顯著(P>0.05)。阿爾泰生態(tài)功能區(qū)植被覆蓋對(duì)降水量變化的響應(yīng)大于氣溫變化,生長(zhǎng)季氣溫和降水量對(duì)植被生長(zhǎng)均具有促進(jìn)作用。NDVI變化對(duì)氣溫和降水量變化存在一定滯后現(xiàn)象,不同時(shí)間段NDVI變化表現(xiàn)出不一樣的滯后期。