臺灣地區(qū)植被指數(shù)與氣候平均態(tài)的關(guān)系研究

林日志

[摘要]基于1998-2018年SPOT/NDVI數(shù)據(jù)和同期氣溫、降雨數(shù)據(jù)，采用相關(guān)系數(shù)、偏相關(guān)系數(shù)等數(shù)理分析方法，研究了我國臺灣地區(qū)歸一化植被指數(shù)（NDVI）對氣候平均態(tài)的響應(yīng)特征。結(jié)果表明：臺灣島高海拔地區(qū)植被（林地、草地）受降雨的影響較氣溫更為突出，城市及居民用地等低海拔、高密度人類聚集區(qū)，NDVI對氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P<0.05）;研究區(qū)氣候復(fù)雜，氣候平均態(tài)（氣溫、降雨）對臺灣地區(qū)整體NDVI變化的影響并不顯著。

[關(guān)鍵詞]NDVI;氣候平均態(tài);臺灣地區(qū)

[中圖分類號]S157.2[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

全球氣候變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)是國際地圈生物圈計(jì)劃的重要研究內(nèi)容。植被作為地球生態(tài)系統(tǒng)的主體，是大氣、土壤和水分相互作用的天然紐帶，在全球物質(zhì)和能量循環(huán)過程中起著極其重要的作用。因此，研究植被與氣候變化的響應(yīng)特征，對研究全球氣候變化和區(qū)域生態(tài)保護(hù)有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文利用SPOT/NDVI數(shù)據(jù)和同期氣溫降水?dāng)?shù)據(jù)，研究臺灣島植被NDVI對氣候因素的響應(yīng)。以期明確我國臺灣地區(qū)植被與氣候因素的相關(guān)關(guān)系，旨在豐富我國臺灣地區(qū)對全球氣候變化響應(yīng)的研究成果，同時為臺灣地區(qū)應(yīng)對其急劇的氣候變化提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

臺灣島位于我國東南部，由歐亞板塊、沖繩板塊、菲律賓板塊擠壓而隆起的島嶼，是中國第一大島，全島陸地面積約36000km2，近60%的土地面積被森林覆蓋。島上氣候類型復(fù)雜，在亞熱帶氣候、熱帶氣候的共同影響下，島上高溫、多風(fēng)、多雨的氣候特點(diǎn)十分顯著。

2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

本研究是基于連續(xù)時間序列的SPOT/VEGETATION NDVI衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，采用最大值合成法生成的1998-2018年植被指數(shù)數(shù)據(jù)集，空間分辨率為1km。文中植被數(shù)據(jù)、氣溫降雨數(shù)據(jù)均來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：//www.resdc.cn）。

3 研究方法

偏相關(guān)分析。偏相關(guān)分析是指剔除第三個變量，僅分析另外兩個變量之間相關(guān)關(guān)系的過程。計(jì)算公式如下：

（1）

式中，rxyz為剔除變量z后x和y的偏相關(guān)系數(shù);其中，相關(guān)系數(shù)rxy、rxz;ryz計(jì)算公式如下：

（2）

偏相關(guān)系數(shù)與相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)均采用T雙側(cè)檢驗(yàn)。

4 結(jié)果與分析

4.1 氣候平均態(tài)對研究區(qū)不同土地利用類型植被指數(shù)的影響

利用ArcGIS10.6提取1998-2018年臺灣地區(qū)不同地類覆被未發(fā)生改變的柵格單元，統(tǒng)計(jì)分析21年耕地、林地、草地、水域、居民地及未利用土地等6大地類單位面積NDVI與氣溫、降水的線性關(guān)系。由表1可知，NDVI對氣溫和降雨存在空間差異性，其中耕地和水域NDVI與氣溫和降雨的相關(guān)性均不顯著，主要是由于兩者與農(nóng)業(yè)活動密切相關(guān)，其發(fā)展變化特征會受到人類活動一定程度的影響;林地、草地2種土地覆被類型NDVI對氣溫響應(yīng)并不顯著，而對降雨呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，可能由于中央山脈地區(qū)雨量充沛，土壤水分含量普遍較高，降水異常增加還可能引發(fā)山洪災(zāi)害，植被淹水時，其根系進(jìn)行無氧呼吸，直接影響植被的養(yǎng)分和水分吸收效率，從而導(dǎo)致植被的生長發(fā)育受抑制。此外，高海拔地區(qū)水資源相對豐富，但可能因積溫相對不足，降水的增加會減少光照，進(jìn)而影響植被光合作用，也會導(dǎo)致植被生長受阻，因此，林地、草地等區(qū)域的NDVI與降水量之間表現(xiàn)為顯著負(fù)相關(guān);居民地NDVI對氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，對降雨呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.01），表明氣溫的增加會限制上述植被的生長，城市熱島效應(yīng)可能會是造成這一現(xiàn)象的主要原因。

4.2 氣候平均態(tài)對研究區(qū)整體植被指數(shù)的影響

臺灣地區(qū)整體NDVI與氣溫、降雨量的皮爾遜相關(guān)系數(shù)r分別為0.187和-0.276，均未通過顯著性檢驗(yàn)（P>0.05），表明氣溫和降雨并不是臺灣地區(qū)整體NDVI變化的主要驅(qū)動因素。隨著全球氣候變暖以及臺灣地區(qū)降雨機(jī)制的多變性，研究區(qū)植被NDVI與氣候變化的“因果主導(dǎo)”關(guān)系也變得日趨復(fù)雜，人類活動、氣候變化導(dǎo)致的極端天氣以及頻繁的地質(zhì)災(zāi)害可能會逐漸成為影響研究區(qū)NDVI的主要原因。

5 結(jié)語

本文研究了我國臺灣地區(qū)1998～2018年NDVI對氣象因子的響應(yīng)特征，有助于揭示陸地生態(tài)環(huán)境的演變規(guī)律，同時為臺灣地區(qū)應(yīng)對其急劇的氣候變化提供一些依據(jù)，主要結(jié)論包括：①研究區(qū)植被NDVI對氣溫和降雨的響應(yīng)存在空間差異性，中央山脈等高海拔地區(qū)植被（林地、草地）受降雨的影響較氣溫更為突出，城市及居民用地等低海拔高密度人類聚集區(qū)，NDVI對氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P<0.05）;②氣候平均態(tài)（氣溫、降雨）對臺灣地區(qū)整體NDVI變化的影響并不顯著。

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