基于MODIS NDVI的長(zhǎng)江中游區(qū)域植被動(dòng)態(tài)及與氣候因子的關(guān)系

易 揚(yáng),胡昕利,史明昌,康宏樟,王 彬,張 辰,劉春江,*

1 上海市園林科學(xué)規(guī)劃研究院,上海 200232 2 上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院,上海 200240 3 國(guó)家林業(yè)和草原局上海城市森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站,上海 200240 4 北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,北京 100083 5 上海礎(chǔ)鼎環(huán)境科技有限公司,上海 200433

植被可定義為陸地地表上所覆蓋的所有植物群落的總稱,是陸地生態(tài)系統(tǒng)中的主體,其生長(zhǎng)受到自然和人為的共同影響,對(duì)環(huán)境變化和氣候變化十分敏感[1-2]。植被長(zhǎng)期處在動(dòng)態(tài)演變之中,并在生物圈的物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性上發(fā)揮著重要的作用,氣候變化是植被活動(dòng)的重要影像因素,研究植被的動(dòng)態(tài)變化和氣候因子的關(guān)系,對(duì)區(qū)域生態(tài)平衡維護(hù)有重要的現(xiàn)實(shí)意義[3-4]。歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)是反應(yīng)和監(jiān)測(cè)植被生長(zhǎng)狀況和動(dòng)態(tài)變化的重要指示因子,對(duì)地表植被的動(dòng)態(tài)變化非常敏感(包括植被覆蓋度、生物量和葉面積指數(shù)等),在時(shí)間序列的植被監(jiān)測(cè)方面有著廣泛的運(yùn)用,已成為全球變化研究的重要方向之一[5- 7]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用NDVI數(shù)據(jù),從不同的時(shí)間和空間尺度上對(duì)各個(gè)區(qū)域的植被動(dòng)態(tài)變化規(guī)律進(jìn)行了研究,探討了各個(gè)不同研究區(qū)的NDVI變化特征、演變趨勢(shì)和對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)制[8- 10]。陶帥等通過分析2000—2015年長(zhǎng)江上游植被變化特征,指出該區(qū)NDVI未來可能出現(xiàn)波動(dòng)的區(qū)域占一半以上,海拔和年均溫是影響NDVI變化的主要因素[11]。袁喆等探討了2000—2015年長(zhǎng)江流域NDVI與氣象因子的關(guān)系,結(jié)果表明NDVI呈逐年增加的趨勢(shì),長(zhǎng)江流域水量豐沛,熱量條件是影響植被生長(zhǎng)的限制性因子[12]。Mao等和Stenhman等研究表明全球的植被變化受人為活動(dòng)影響較大,特別是一些大型的植樹造林活動(dòng)[13-14]。John和Ichii等分析全球范圍內(nèi)NDVI與氣候變量之間的關(guān)系,結(jié)果顯示區(qū)域北部中高緯度地區(qū),植被NDVI與氣溫呈顯著正相關(guān),而在北部和南部半干旱地區(qū),植被NDVI與降水呈顯著負(fù)相關(guān)[15]。Fensholt等利用NDVI數(shù)據(jù)分析了半干旱地區(qū)植被的季節(jié)變化趨勢(shì)和氣候驅(qū)動(dòng)因素,表明全球平均半干旱地區(qū)的植被覆蓋呈增加趨勢(shì),降水是該地區(qū)植物生產(chǎn)的主要限制因素[16]。王桂鋼等通過分析天山地區(qū)氣候參數(shù)對(duì)草地季節(jié)變化影響的滯后性特征,指出當(dāng)旬降水和前一個(gè)月降水累積量對(duì)于草地長(zhǎng)勢(shì)的影響最大[17]。

圖1 研究區(qū)Fig.1 Study area

不同區(qū)域尺度上的NDVI響應(yīng)特征存在差別,已有研究對(duì)長(zhǎng)江流域植被變化進(jìn)行了相關(guān)分析,然而針對(duì)長(zhǎng)江中游地區(qū)植被演變趨勢(shì)和響應(yīng)機(jī)制還未做充分探討。本研究選取長(zhǎng)江中游地區(qū)(湖北省、湖南省和江西省),基于1999—2015年MODIS NDVI數(shù)據(jù)和氣象資料,分析長(zhǎng)江中游地區(qū)NDVI的變化特征和演變趨勢(shì),辨析了氣象因子與NDVI在年際尺度和月際尺度上的關(guān)系,從而全面揭示了長(zhǎng)江中游地區(qū)植被動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,探討了植被對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)制,以期為長(zhǎng)江流域應(yīng)對(duì)氣候變化影響、區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)與保護(hù)措施的制定,提供科學(xué)參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)江中游區(qū)域包含湖北省、湖南省和江西省(24°25′N—33°16′N,108°24′E—118°23′E),總面積為56.46萬km2(圖1)。區(qū)域氣候類型屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,降水量達(dá)到1000—1600 mm/a,年平均氣溫在16—18℃[18]。長(zhǎng)江中游區(qū)域地形主要以山地丘陵與平原為主,海拔最高處位于鄂西山地一帶,最低處位于中部平原地區(qū),其中山地丘陵占50%以上,地勢(shì)西高東低,平均海拔約為1497 m[19]。2018年地區(qū)總?cè)丝跒?7438萬人,占全國(guó)總?cè)丝?2.7%,生產(chǎn)總值為9.8萬億元,城市化水平達(dá)50%以上,人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁,對(duì)區(qū)域擾動(dòng)較大[20]。

長(zhǎng)江中游地區(qū)林木資源豐富,2015年湖北省、湖南省和江西省的森林覆蓋率分別為39.61%、59.82%和64.00%[21]。主要植被資源有水杉(Metasequoiaglyptostroboides)、冬青(IlexchinensisSims)、銀杉(Cathayaargyrophylla)、珙桐(DavidiainvolucrataBaill.)、銀杏(GinkgobilobaL.)、杜仲(Eucommiaulmoides)、山茶(Camelliajaponica)、南方鐵杉(Tsugachinensisvar.tchekiangensis)竹柏(Podocarpusnagi)、江西槭(Acerkiangsiense)等。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

本研究所用的NDVI數(shù)據(jù)產(chǎn)品為1999—2015年MODIS NDVI數(shù)據(jù),來源于美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的EOS/MODIS植被指數(shù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)MOD13A2(https：//wist.echo.nasa.gov/ap)。數(shù)據(jù)空間分辨率為1 km×1 km,時(shí)間分辨率為16d,獲取的數(shù)據(jù)利用Envi 5.3對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。氣象數(shù)據(jù)來源于國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://data.cma.cn),研究區(qū)附近的57個(gè)基準(zhǔn)氣象臺(tái)站的逐月數(shù)據(jù)(月平均氣溫、月降水及月輻射等),時(shí)間序列為1999—2015年。

2.2 研究方法

2.2.1Theil-Sen Median趨勢(shì)分析和Mann-Kendall檢驗(yàn)

Theil-Sen Median趨勢(shì)分析計(jì)算時(shí)間序列數(shù)據(jù)的所有n×(n-1)/2成對(duì)組合之間的斜率的中位數(shù)。其計(jì)算公式為[22]：

(1)

式中,?是植被變化趨勢(shì),NDVIj是第j年的NDVI值,NDVIi是第i年的NDVI值。如果?>0,則NDVI有增加的趨勢(shì),表明在時(shí)間段內(nèi)植被一直在改善或恢復(fù)。如果?<0,則NDVI呈下降趨勢(shì),表明在時(shí)間段內(nèi)植被呈現(xiàn)退化的趨勢(shì)。

Mann-Kenddall檢驗(yàn)可以判斷趨勢(shì)顯著性,其樣本無特定的分布要求,其結(jié)果也更為準(zhǔn)確,不受異常值的干擾[23]。計(jì)算公式如下：

設(shè)定NDVIj,j=1999,2000,…,2015,定義Z統(tǒng)計(jì)量為：

(2)

(3)

(4)

(5)

式中,NDVIi和NDVIj表示像元i年和j年的NDVI值；n是時(shí)間序列的長(zhǎng)度；sgn是一個(gè)符號(hào)函數(shù)。統(tǒng)計(jì)量Z的值在(-∞,+∞)范圍內(nèi)。在給定顯著性水平α下,當(dāng)|Z|>Z1-α/2時(shí),表示時(shí)間序列在α水平上存在顯著的變化。在本研究中,取α=0.05,判斷在0.05置信水平上即|Z|>1.96時(shí),1999—2015年區(qū)域NDVI變化趨勢(shì)的顯著性。

2.2.2變異系數(shù)分析

變異系數(shù)通過計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值而來,又稱為離散系數(shù),是量度各觀測(cè)值與單位均值離散程度的數(shù)學(xué)指標(biāo)[24]。

(6)

2.2.3未來變化趨勢(shì)分析

基于重標(biāo)極差法(R/S)的Hurst指數(shù)是定量描述時(shí)間序列長(zhǎng)期依賴性的有效方法[25],其計(jì)算公式是：

定義時(shí)間序列NDVI(t),t=1,2,…,n.,對(duì)于任意正整數(shù)τ,定義其均值序列：

(7)

計(jì)算累積離差：

(8)

計(jì)算極差：

(9)

計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差：

(10)

計(jì)算Hurst指數(shù)：

(11)

式中,通過使用最小二乘法擬合等式log(R/S)n=a+H×log (n)獲得H值,其中H為赫斯特指數(shù)。根據(jù)Hurst[25]和Mandelbrot[26]的觀點(diǎn),Hurst指數(shù)值的范圍為(0,1),有3種類型：當(dāng)H=0.5時(shí),表明NDVI時(shí)間序列是隨機(jī)的序列,沒有可持續(xù)性,表明了此變化趨勢(shì)未來的時(shí)間序列與研究的時(shí)間序列無關(guān)；當(dāng)H>0.5時(shí),反映NDVI時(shí)間序列具有可持續(xù)性,表明未來趨勢(shì)變化與當(dāng)前NDVI時(shí)間序列趨勢(shì)相同；當(dāng)H<0.5時(shí),此類未來變化趨勢(shì)有可能保持基本穩(wěn)定或者發(fā)生逆轉(zhuǎn),本研究中在空間變化上將其歸為變化趨勢(shì)不確定[26]。

2.2.4氣象因子數(shù)據(jù)插值

利用1999—2015年研究區(qū)及周邊57個(gè)國(guó)家級(jí)氣象站逐日記錄的氣象數(shù)據(jù)(氣溫、降水、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù))進(jìn)行最大值合成計(jì)算出月最大值,基于月最大值求取年均值,形成站點(diǎn)逐年數(shù)據(jù)集,利用ArcGIS軟件的克里金插值法得出氣象因子空間分布。

2.2.5偏相關(guān)分析

地球系統(tǒng)是由多要素所構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng),系統(tǒng)中任何一個(gè)要素的變化都會(huì)引起其它要素也產(chǎn)生變化,偏相關(guān)分析便可有效解決上述問題,單獨(dú)研究?jī)梢刂g的相關(guān)性時(shí),偏相關(guān)將其它要素的影響視為常數(shù)[27]。計(jì)算公式為

(12)

(13)

式中,rxy、rxz、ryz分別為要素x與y、x與z、y與z之間的相關(guān)系數(shù)；rxy·z為將要素z固定后要素x與y的偏相關(guān)系數(shù),通常采用t檢驗(yàn)法對(duì)偏相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

圖2 長(zhǎng)江中游地區(qū)NDVI平均值年際變化 Fig.2 Interannual variation of average NDVI in the middle reaches of the Yangtze RiverNDVI：表示歸一化植被指數(shù) Normalized difference vegetation index

3 結(jié)果

3.1 NDVI的時(shí)間變化及空間分布特征

3.1.1NDVI的時(shí)間變化特征

1999—2015年NDVI數(shù)據(jù)的年平均值變化成體呈現(xiàn)增加的趨勢(shì),最低值為2001年的0.72,最高值為2015年的0.80,整個(gè)研究時(shí)段內(nèi)的平均值為0.76。研究區(qū)植被覆蓋向好的趨勢(shì)發(fā)展,可大致分為3個(gè)階段：第一階段為緩慢下降期(1999—2001年)、第二階段為波動(dòng)上升期(2002—2011年)、第三階段為平穩(wěn)上升期(2011—2015年)。區(qū)域NDVI在2000—2005年、2006—2010年、2011—2015年的增長(zhǎng)率分別為4.86%、2.23%、4.81%。在2000—2005年與2011—2015年時(shí)間段內(nèi),研究區(qū)植被得到了顯著的改善(圖2)。

3.1.2NDVI的空間分布特征

利用1999—2015年的年平均NDVI數(shù)據(jù),計(jì)算16年間平均值得到長(zhǎng)江中游地區(qū)NDVI空間分布圖(圖3)。研究區(qū)植被覆蓋格局整體呈現(xiàn)“西高東低、北高南低”的分布特征,西部地區(qū)海拔較高,以山區(qū)為主,天然林、灌木和草地等分布廣泛,植被生長(zhǎng)良好,NDVI值較高。北部地區(qū)以平原為主,是中國(guó)重要的商品糧基地,NDVI值同樣較高。NDVI低值區(qū)主要分布在三生省會(huì)城市(湖南省長(zhǎng)沙市、湖北省武漢市和江西省南昌市)及其附近城市地區(qū),此部分區(qū)域多數(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,人工擾動(dòng)較大。16年間,NDVI值在0.1—0.5段占比1.40%,NDVI值在0.5—0.7段的區(qū)域分別占11.45%,NDVI值從0.7—0.8的區(qū)域占55.06%,NDVI值大于0.8的區(qū)域占32.09%。

圖3 1999—2015年長(zhǎng)江中游地區(qū)平均NDVI空間分布及像元特征Fig.3 Spatial distribution of average NDVI and pixel distribution in the middle reaches of the Yangtze River from 1999 to 2015

3.2 NDVI趨勢(shì)變化特征

3.2.1NDVI動(dòng)態(tài)趨勢(shì)分析

長(zhǎng)江中游地區(qū)1999—2015年NDVI空間格局變化特征表現(xiàn)為,植被明顯改善區(qū)域占最大比例(67.39%),主要分布在研究區(qū)西部及東南部；穩(wěn)定不變及輕微改善區(qū)域占區(qū)域面積的四分之一(25.79%),主要以江漢平原、洞庭湖平原、鄱陽(yáng)湖平原為中心分布；退化區(qū)域占區(qū)域面積的6.82%,零星散布在各大城市的中心區(qū)位置,并以中心區(qū)向外擴(kuò)散分布；嚴(yán)重退化位置以三省省會(huì)武漢市、長(zhǎng)沙市和南昌市為中心向外輻射,表明城市規(guī)模的擴(kuò)大對(duì)NDVI帶來顯著影響(表1和圖4)。

表1 長(zhǎng)江中游地區(qū)NDVI變化趨勢(shì)

3.2.2NDVI動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析

長(zhǎng)江中游區(qū)域1999—2015年NDVI穩(wěn)定性整體表現(xiàn)為“高低波動(dòng)并存,低波動(dòng)占比高,區(qū)域性明顯”。空間格局變化特征表現(xiàn)為：低波動(dòng)區(qū)(0.014

圖4 1999—2015年長(zhǎng)江中游地區(qū)NDVI變化趨勢(shì) Fig.4 Trends of NDVI in the Middle Reaches of the Yangtze River from 1999 to 2015

圖5 1999—2015年長(zhǎng)江中游地區(qū)植被年均NDVI變異程度 Fig.5 Annual average NDVI variation of vegetation in the middle reaches of the Yangtze River from 1999 to 2015

表2 長(zhǎng)江中游地區(qū)NDVI變異系數(shù)分類表

3.2.3NDVI動(dòng)態(tài)持續(xù)性分析

長(zhǎng)江中游地區(qū)1999年至2015年間,植被Hurst小于0.5的區(qū)域占總面積的60.54%,大于0.5的區(qū)域占39.46%。將NDVI變化趨勢(shì)與Hurst指數(shù)結(jié)果耦合疊加,得到研究區(qū)NDVI變化趨勢(shì)與持續(xù)性的耦合空間圖(圖6),將結(jié)果分為6類(表3)：持續(xù)性嚴(yán)重退化和持續(xù)性輕微退化,其比例為0.79%和2.47%,主要以大斑塊分布在長(zhǎng)沙、南昌、武漢省會(huì)發(fā)達(dá)城市及其周邊；持續(xù)性穩(wěn)定不變,其比例達(dá)1.42%；持續(xù)性輕微改善和持續(xù)性明顯改善,其比例為9.78%和25%,主要分布在低山丘陵區(qū)；未來變化趨勢(shì)不確定,此類占比高達(dá)60.54%,均勻分布在各個(gè)省市。

3.3 NDVI與氣候變化的關(guān)系

3.3.1NDVI與氣候因子的時(shí)間相關(guān)性分析

對(duì)長(zhǎng)江中游地區(qū)1999—2015年NDVI與各氣象因子在年際變化尺度上,分別做了相關(guān)、偏相關(guān)分析(表4)。結(jié)果表明,區(qū)域整體NDVI與氣溫、降水呈正相關(guān),偏相關(guān)系數(shù)分別為0.488、0.277,與相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)呈負(fù)相關(guān),偏相關(guān)系數(shù)分別為-0.646、-0.532。NDVI與氣溫的相關(guān)性大于與降水的相關(guān)性。NDVI與相對(duì)濕度的相關(guān)性大于日照時(shí)數(shù)的相關(guān)性,NDVI與各氣候因子的相關(guān)系數(shù)及偏相關(guān)系數(shù)均未達(dá)到顯著水平(P>0.05)。表明在年際變化尺度上,長(zhǎng)江中游地區(qū)整體區(qū)域NDVI對(duì)同期氣候變化的響應(yīng)不是特別強(qiáng)烈。

表3 長(zhǎng)江中游地區(qū)NDVI變化趨勢(shì)及Hurst指數(shù)分類

表4 1999—2015年長(zhǎng)江中游地區(qū)NDVI與氣候因子的相關(guān)系數(shù)

圖6 長(zhǎng)江中游地區(qū)NDVI未來變化趨勢(shì) Fig.6 Future trends of NDVI in the middle reaches of the Yangtze River

分析每月氣候因子與NDVI之間的相關(guān)性,可以更好地揭示氣候因子是如何在月際尺度上影響NDVI變化的。對(duì)1999—2015年12個(gè)月各月份的NDVI年際變化與當(dāng)月及前1—3月的氣溫、降水、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)進(jìn)行雙變量相關(guān)性分析,得出對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)表(表5)。結(jié)果顯示,1—4月份NDVI生長(zhǎng)受降水和日照影響較為顯著,并且具有明顯的滯后性；6月NDVI與當(dāng)月相對(duì)濕度具有顯著的相關(guān)性；7月NDVI受5月降水的滯后性影響；8月與當(dāng)月的氣溫、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)均存在顯著的相關(guān)性,受氣候因子的影響最大；9月受當(dāng)月降水和相對(duì)濕度的共同影響；10月受9月的降水、相對(duì)濕度和日照的影響；11月與各個(gè)氣象因子均無顯著相關(guān)關(guān)系；12月受當(dāng)月相對(duì)濕度與日照時(shí)數(shù)的影響。降水、相對(duì)濕度和日照時(shí)數(shù)是影響長(zhǎng)江中游區(qū)域NDVI季節(jié)變化的主要?dú)夂蛞蜃?降水和日照時(shí)數(shù)的時(shí)滯性較為明顯。

3.3.2NDVI與氣候因子的空間相關(guān)性分析

從空間相關(guān)性來看,研究區(qū)絕大部分地區(qū)NDVI年際變化與氣候因子的相關(guān)性并不顯著,NDVI與氣溫、降水呈正相關(guān)的面積比例大于負(fù)相關(guān)的面積比例(表6和圖7)。NDVI與氣溫和降水呈正相關(guān)的面積比例占71.82%和61.56%,其中,在P<0.01(氣溫：1.85%；降水：0.63%)和P<0.05(氣溫：5.39%；降水：2.82%)水平上達(dá)到顯著。NDVI與相對(duì)濕度和日照時(shí)數(shù)呈負(fù)相關(guān)的面積比例占66.38%和60.51%,其中,在P<0.01(相對(duì)濕度：1.90%；日照：0.32%)和P<0.05(相對(duì)濕度：4.66%；日照：2.28%)水平上達(dá)到顯著?？傮w來看,長(zhǎng)江中游地區(qū)NDVI與各氣候因子達(dá)到顯著的相關(guān)性比例分別為(圖7和圖8)：7.53%(氣溫)、7.31%(相對(duì)濕度)、4.12%(降水)、3.76%(日照時(shí)數(shù))。表明在研究區(qū)大面積范圍內(nèi)氣溫升高、降水增多有利于植被的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)。

表5 長(zhǎng)江中游地區(qū)當(dāng)月NDVI與前0—3月各氣候因子的相關(guān)系數(shù)

表6 長(zhǎng)江中游地區(qū)NDVI年際變化與氣候因子的相關(guān)性面積分布/%

圖7 1999—2015年長(zhǎng)江中游地區(qū)NDVI與氣候因子空間相關(guān)性分類Fig.7 Spatial correlation of NDVI and climatic factors in the middle reaches of the Yangtze River from 1999 to 2015

圖8 1999—2015年長(zhǎng)江中游地區(qū)NDVI與氣候因子空間相關(guān)性系數(shù)分布Fig.8 Spatial correlation of NDVI and climatic factors in the middle reaches of the Yangtze River from 1999 to 2015

4 討論

1999—2015年,長(zhǎng)江中游地區(qū)NDVI呈總體上升趨勢(shì),這與湖北省[28]、湖南省[29]、江西省[30]、長(zhǎng)江流域[12]等區(qū)域的研究果相一致。長(zhǎng)三角、珠三角等沿海城市群的NDVI年均值多在0.3—0.5之間,與之相比,長(zhǎng)江中游地區(qū)NDVI相對(duì)較高,多年均值為0.76。從NDVI的變化趨勢(shì)來看,NDVI穩(wěn)定不變及輕微改善區(qū)域占區(qū)域面積的四分之一(25.79%),主要以江漢平原、洞庭湖平原、鄱陽(yáng)湖平原為中心展布,這三大平原是我國(guó)主要商品糧基地,符合農(nóng)作物輕微變化特征。退化區(qū)域占區(qū)域面積的6.82%,以三省省會(huì)武漢市、長(zhǎng)沙市、南昌市為中心向外輻射,表明城市規(guī)模的擴(kuò)大對(duì)植被覆蓋帶來顯著影響。

從NDVI的波動(dòng)性來看,NDVI較高和高波動(dòng)區(qū)占7.00%,在區(qū)域中部形成連接三省省會(huì)的帶狀分布(長(zhǎng)沙市-岳陽(yáng)市-咸寧市-武漢市-黃岡市-九江市-上饒市-南昌市),其余呈斑塊狀分布在各城市中心,對(duì)應(yīng)輕微退化及嚴(yán)重退化區(qū)域。中度波動(dòng)區(qū)占全區(qū)32.59%,環(huán)簇于較高波動(dòng)區(qū)邊界并向外延伸,低波動(dòng)區(qū)與較低波動(dòng)區(qū)占全區(qū)面積的59.32%,植被變化較小,與NDVI穩(wěn)定不變及輕微改善相吻合。從NDVI的未來變化趨勢(shì)來看,未來變化趨勢(shì)不確定的區(qū)域占研究區(qū)一半以上,這與前人在長(zhǎng)江流域的結(jié)果一致[11]。持續(xù)性明顯改善區(qū)域占研究區(qū)四分之一,其斑塊分布在各個(gè)省市內(nèi),主要分布在區(qū)域西部山地區(qū),十堰市、神農(nóng)架林區(qū)等地。持續(xù)性嚴(yán)重退化區(qū)域(0.79%)則主要以大斑塊分布在長(zhǎng)沙、南昌、武漢省會(huì)發(fā)達(dá)城市,在襄樊市、宜昌市、常德市等人類活動(dòng)頻繁的較發(fā)達(dá)城市呈小斑塊分布。

Nemani等和Liu等認(rèn)為水熱氣候條件是影響陸地植被覆蓋空間格局的驅(qū)動(dòng)因素[31-32]。本文研究表明,在年際變化上氣溫是影響研究區(qū)植被生長(zhǎng)的主要?dú)夂蛞蛩?這與崔林麗等[33]、李本綱等[34]和陳云浩等[35]對(duì)我國(guó)華東及周邊地區(qū)植被NDVI對(duì)氣候響應(yīng)的研究結(jié)果基本一致,其原因可能是研究區(qū)降水較豐富,降水足夠滿足植被生長(zhǎng)需求,而熱量的差異便是造成NDVI差異的主要驅(qū)動(dòng)因素。本文研究表明,降水對(duì)該區(qū)植被生長(zhǎng)的影響為滯后2—3個(gè)月,日照時(shí)數(shù)為滯后2個(gè)月,相對(duì)濕度為滯后3個(gè)月,表明植被NDVI變化也受土壤水分和養(yǎng)分有效性的影響。這與Bao等[36]從全球、區(qū)域等多尺度研究證實(shí)結(jié)果一致,植被覆蓋對(duì)氣候變化的反饋存在一定的滯后效應(yīng)。從空間相關(guān)性來看,研究區(qū)與各氣候因子達(dá)到顯著相關(guān)的比例為：氣溫>相對(duì)濕度>降水>日照時(shí)數(shù)。

5 結(jié)論

(1)在年際尺度上,研究區(qū)近16年NDVI呈上升趨勢(shì)平均值為0.76,植被狀況較好。在空間尺度上,分布呈現(xiàn)“西高東低、北高南低“的分布特征。

(2)從變化趨勢(shì)來看,研究區(qū)NDVI改善區(qū)域占比一半以上,穩(wěn)定性表現(xiàn)為“高低波動(dòng)并存,低波動(dòng)占比高,區(qū)域性明顯“。區(qū)域NDVI未來變化趨勢(shì)不確定的區(qū)域占比60.54%,需要引起持續(xù)關(guān)注和重視。

(3)從植被與氣候因子的相關(guān)性來看,年際尺度上,研究區(qū)NDVI與各氣象因子關(guān)系均不顯著；月際尺度上,降水、相對(duì)濕度和日照時(shí)數(shù)是影響NDVI變化的主要因子,降水和日照時(shí)數(shù)有明顯的時(shí)滯性；空間相關(guān)性上,植被變化與氣溫、降水呈正相關(guān)的面積大于負(fù)相關(guān),與相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)呈負(fù)相關(guān)的面積大于正相關(guān)。