基于NDVI的石羊河流域植被演變特征及其對沙塵暴的影響分析

羅曉玲，楊 梅，李巖瑛,，蔣菊芳，聶 鑫

(1.甘肅省武威市氣象局，甘肅 武威 733000；2.中國氣象局蘭州干旱氣象研究所，甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730020)

植被是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在全球氣候和碳循環(huán)中極為重要，是連接土壤圈、大氣圈、水圈、生物圈的自然紐帶，植被覆蓋是植被地表最直接的表征，反映植被的茂密程度和植物進(jìn)行光合作用面積的大小，是了解區(qū)域生態(tài)環(huán)境中的初級生產(chǎn)力、環(huán)境承載力、水土流失強(qiáng)度等生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的狀態(tài)與功能的重要基礎(chǔ)。一方面植被覆蓋度變化影響大氣中CO濃度，塑造異質(zhì)性明顯的流域氣候；另一方面，氣候變化打破原有物質(zhì)能量的交互平衡，特別是碳循環(huán)等問題。沙塵暴是我國北方常見的一種災(zāi)害天氣，因其造成的損失不容小覷。沙塵暴形成的3個(gè)要素是大風(fēng)、豐富的沙塵源和不穩(wěn)定天氣，研究區(qū)因受河西走廊地形狹管效應(yīng)的影響，大風(fēng)頻次較高，下游三面被沙漠包圍，沙源豐富，成為甘肅乃至全國沙塵暴的高發(fā)區(qū)之一，因沙塵暴造成的年均經(jīng)濟(jì)損失超過3 783萬元，年均農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積超過13 195 hm，對地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展已造成一定影響。上世紀(jì)五六十年代，因各種原因使石羊河流域生態(tài)環(huán)境日趨惡化，祁連山冰川萎縮、雪線上升，上游來水逐年減少，中游截流超用，下游地下水過度開采，植被曾經(jīng)一度退化，成為全國最干旱、荒漠化最嚴(yán)重、水資源最短缺、用水矛盾最突出的地區(qū)之一。植被覆蓋度差，地表沙源豐富，沙塵暴頻繁，造成惡性循環(huán)。對沙塵暴的防控，有學(xué)者提出通過植樹種草，增加地表植被覆蓋率來防風(fēng)固沙；李璠等和馬坤等分析了起沙量與植被覆蓋度的關(guān)系認(rèn)為，植被對沙塵暴有抑制作用。但這些研究多為定性描述，Aulia等利用遙感數(shù)據(jù)研究植被對干旱現(xiàn)象的響應(yīng)，但缺乏石羊河流域植被與沙塵暴的定量分析研究。本研究利用近60年石羊河流域沙塵暴資料和石羊河流域綜合治理前后遙感數(shù)據(jù)，從植被指數(shù)、沙塵暴頻次、持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度4個(gè)方面的變化進(jìn)行系統(tǒng)性分析，并首次研究植被指數(shù)NDVI與沙塵暴頻次、持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度的關(guān)系，以期得到流域植被與沙塵暴之間的定量關(guān)系，為防災(zāi)減災(zāi)、改善生態(tài)環(huán)境、踐行“綠水青山就是金山銀山”意義重大。

1 研究區(qū)概況

石羊河流域(101°41′—104°16′E，36°29′—39°27′N)位于甘肅省河西走廊東部，烏鞘嶺以西，祁連山北麓，行政區(qū)劃包括武威市、金昌市和張掖市的部分地區(qū)，其水系發(fā)源于祁連山，是甘肅省三大內(nèi)陸河流域之一，上游貫穿天?？h、民樂縣、肅南縣，中游貫穿涼州區(qū)、永昌縣、古浪縣，下游在民勤縣境內(nèi)；流域地處黃土高原與戈壁荒漠的交匯帶，為半干旱氣候與干旱氣候的交界區(qū)，也是高原氣候和沙漠氣候的共同影響區(qū)。流域內(nèi)地形復(fù)雜，氣候差異大，其所在區(qū)域包括綠洲農(nóng)田、荒漠、荒漠濕地、荒漠湖泊和沙漠等多種生態(tài)系統(tǒng)。其海拔高度1 300～5 000 m，年降水量110～600 mm，年蒸發(fā)量700～2 700 mm。流域地表植被覆蓋度低，根據(jù)最新監(jiān)測研究，上游南部祁連山擁為森林、草地和淺山灌叢，植被茂密，中游石羊河水灌溉地區(qū)為綠洲，植被適中，下游大部地方為半荒漠、荒漠和沙漠地區(qū)，植被稀疏。植被多由耐干旱的灌木、半灌木組成，植株稀疏矮小，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

所用氣象要素?cái)?shù)據(jù)來源于1961—2020年石羊河流域內(nèi)7個(gè)氣象站(涼州、民勤、永昌、古浪、烏鞘嶺、肅南、民樂)逐日觀測資料；上游數(shù)據(jù)為烏鞘嶺、民樂、肅南3站平均，中游為涼州、永昌、古浪3站平均，下游為民勤站數(shù)據(jù)。

衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)來自甘肅省氣象局氣候中心遙感應(yīng)用室2000—2016年5—9月監(jiān)測數(shù)據(jù)。植被覆蓋面積由HJ-1B/CCD衛(wèi)星監(jiān)測所得。歸一化差分植被指數(shù)NDVI(Normalized Difference Vegetation Index，標(biāo)準(zhǔn)差異植被指數(shù))，由Terra/MODIS衛(wèi)星資料監(jiān)測分析所得,也稱為生物量指標(biāo)變化，可使植被從水和土中分離出來，是檢測植被生長狀態(tài)、植被覆蓋度的最佳指示因子，被廣泛運(yùn)用在植被覆蓋度研究中。表達(dá)式為：NDVI=(NIR-)/(NIR+)。式中：NIR為近紅外波段的反射率值；為紅波段的反射率值。NDVI與植物的蒸騰作用、太陽光的截取、光合作用、地表凈初級生產(chǎn)力有關(guān)。

根據(jù)《沙塵天氣等級》，依據(jù)地面水平能見度分為浮塵、揚(yáng)沙、沙塵暴、強(qiáng)沙塵暴和特強(qiáng)沙塵暴5個(gè)等級。分級標(biāo)準(zhǔn)為：沙塵暴<1.0 km；強(qiáng)沙塵暴<0.5 km；特強(qiáng)沙塵暴<0.05 km。由于能見度的觀測在1979年及以前為0～9級，1980—1999年的單位不一致，而且在地面觀測月報(bào)表中有些年份沒有最小能見度觀測記錄，故本文用2000—2020年的最小能見度資料統(tǒng)計(jì)分析沙塵暴的強(qiáng)度。

2.2 統(tǒng)計(jì)與分析方法

基于每個(gè)像元的基礎(chǔ)上使用一元回歸趨勢法，按照趨勢分析得到每年作物生長季NDVI植被指數(shù)的變化情況，以NDVI與時(shí)間序列的趨勢斜率值來代表植被覆蓋的變化趨勢，計(jì)算公式為：

式中：為趨勢斜率；為監(jiān)測時(shí)間段的年數(shù)；為第年的生長季NDVI。根據(jù)趨勢斜率的變化范圍和研究區(qū)域的實(shí)際情況，將變化趨勢分為7個(gè)等級：<-0.001 5表示植被明顯減少；-0.001 5≤<-0.001 0表示植被中度減少；-0.000 5≤<-0.001 0表示植被輕微減少；-0.000 5≤<0.000 5表示植被穩(wěn)定不變；0.000 5≤<0.001 0表示植被輕微增大；0.001 0≤<0.001 5表示植被中度增大；≥0.001 5表示植被明顯增大。利用判定系數(shù)分析回歸結(jié)果的線性擬合優(yōu)度，判定系數(shù)<0.155為未通過顯著性檢驗(yàn)。

以氣候傾向率方法分析沙塵暴頻次、持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度的變化趨勢，在此基礎(chǔ)上，利用相關(guān)系數(shù)(Pearson)法，分析NDVI與它們之間的關(guān)系，探討NDVI對沙塵暴發(fā)生發(fā)展的影響程度。

通過Excel 2007、SPSS 22.0、vb6.0、Photoshop CC 2017等軟件對資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、處理和分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 植被變化特征

地表植被覆蓋能夠有效改變影響地表的水分、能量和輻射的分配及平衡，進(jìn)而影響水文過程、水循環(huán)和區(qū)域氣候，植被退化能引發(fā)水土流失、土地沙漠化、凍土退化等一系列嚴(yán)重的后果。石羊河流域以森林、綠洲、荒漠為主，是氣候變化敏感區(qū)，在流域整體暖濕化背景下，植被變化非常重要。

3.1.1 時(shí)間變化特征 石羊河流域平均植被覆蓋度較低，多年NDVI為0.175，NDVI>0.3的面積為5 652 km，NDVI和NDVI>0.3面積時(shí)間序列變化(圖1)顯示，流域植被輕微增大，NDVI以每年0.000 9的速度增大(<0.01)，NDVI>0.3面積每年增大61.54 km(<0.05)，但各年度變化較大。2007年石羊河綜合治理以前，由于人為活動引起的生態(tài)用水量減少、地下水位持續(xù)下降，以致2000年和2001年是植被最差的年份，2002年流域出現(xiàn)較大降水，植被迅速好轉(zhuǎn)，2003—2006年植被波動減少，2000—2006年流域植被總體處于退化狀態(tài)。2007年國務(wù)院批準(zhǔn)以“民勤綠洲”為重點(diǎn)的石羊河流域重點(diǎn)治理規(guī)劃開始實(shí)施，2007—2016年植被波動增大，特別2010年以后恢復(fù)比較明顯?？梢钥闯觯S著石羊河流域生態(tài)治理工程的開始，持續(xù)調(diào)水、有效退耕還林，加上流域降水量的略增加，地下水位近年來開始抬升，自然植被開始恢復(fù)。

圖1 石羊河流域植被變化趨勢

3.1.2 空間動態(tài)變化特征 NDVI反映植物冠層的背景影響，如土壤、潮濕地面、雪、枯葉、粗超度等，且與植被覆蓋有關(guān)，-1≤NDVI≤1，負(fù)值表示地面覆蓋為云、水、雪等，0表示有巖石或裸土等，正值表示有植被覆蓋，且隨覆蓋度增大而增大。流域內(nèi)地勢東北低，西南高，隨著海拔高度的增加，植被覆蓋逐漸增大，平均NDVI為下游0.107<中游0.184<上游0.317。從流域NDVI時(shí)間變化曲線(圖2)可以看出，下游植被輕微增大(=0.000 6，<0.01)，2000—2004年波動增大，2005—2010年波動減小，2011—2016年迅速增大，2012年為17年來最大(0.115)，與石羊河流域生態(tài)綜合治理工程的實(shí)施，壓沙、營造防風(fēng)固沙林、關(guān)井壓田、退耕還林(草)、地下水位不斷上升密切相關(guān)。中游植被中度增大(=0.001 1，<0.05)，2012年、2014年為最大(0.198),2002年為次大(0.195),2001年為最小(0.161)，中游植被的變化與降水量的大小，石羊河流域生態(tài)綜合治理關(guān)井壓田，退耕還林有關(guān)。上游植被中度增大(=0.001 1，<0.05)，2001年最小(0.299)，2016年最大(0.346)。通過分析降水與NDVI的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，降水量與NDVI呈顯著正相關(guān)，故上游植被的變化主要與降水量的變化和環(huán)境保護(hù)關(guān)系密切。

圖2 石羊河流域上、中、下游植被變化趨勢

通過分析可以看出，上游和中游的植被恢復(fù)速度較下游快，除綜合治理以外，還與不同區(qū)域自身的地理位置和氣候特征不同有較大關(guān)系，上游(342.8 mm)和中游(245.1 mm)年均降水量較下游(113.2 mm)降水量分別多229.6，131.9 mm，即為2.6，2.2倍,在干旱半干旱地區(qū)，這一差距是極為顯著的。上、中、下游近60年降水量增加速度分別為8.25，7.00，4.07 mm/10 a，降水量增加速度較快區(qū)域的自然植被恢復(fù)速度相應(yīng)較快。另外，上游以森林、草原為主，地面蓄水能力強(qiáng)，中游以耕地居多，且大多是水澆地，地表濕度相對較好，而下游以荒漠為主，蒸發(fā)大(植物生長季蒸發(fā)量是降水量的18.5倍)，地面蓄水能力差。所以，雖然流域近年來暖濕化進(jìn)程加快，因區(qū)域地形地貌和氣候的差異導(dǎo)致植被恢復(fù)速度有所不同。

3.2 沙塵暴變化特征

3.2.1 沙塵暴頻次的時(shí)間變化特征 近60年沙塵暴年頻次變化(圖3)顯示，流域沙塵暴顯著減少，年際傾向率為-2.8 d/10 a(<0.001)，中游減少速度較慢(-1.4 d/10 a，<0.001)，下游減少速度較快(-7.1 d/10 a，<0.001)，上游未出現(xiàn)過沙塵暴；年代際變化(表1)表明，20世紀(jì)70年代是沙塵暴高頻期，80年代開始持續(xù)減少，2001—2010年減少速度有所減緩，近10年減少最明顯，較70年代減少了14.5天。

表1 石羊河流域沙塵暴頻次距平年代際變化 單位：天

圖3 石羊河流域沙塵暴頻次年變化趨勢

從圖4可以看出，石羊河流域沙塵暴四季均呈減少趨勢，減少速度為春季(-1.2 d/10 a)>夏季(-0.8 d/10 a)>冬季(-0.7 d/10 a)>秋季(-0.2 d/10 a)，且四季變化趨勢均為<0.001。

圖4 石羊河流域沙塵暴四季變化趨勢

3.2.2 沙塵暴頻次的空間變化特征 石羊河流域沙塵暴發(fā)生頻次為民勤(20.9 d/a)>涼州(4.9 d/a)>永昌(3.0 d/a)>古浪(2.1 d/a)，烏鞘嶺、肅南、民樂未出現(xiàn)過沙塵暴。地理分布為臨近沙漠地區(qū)多，遠(yuǎn)離沙漠地區(qū)少。隨著時(shí)間變化該區(qū)沙塵暴顯著減少，其特點(diǎn)主要為下游三面被沙漠所圍的民勤縣，也是發(fā)生頻次最多的地方，減少速度最快，其次為中游的涼州區(qū)、永昌縣、古浪縣。這與近年來全球氣候變暖、中緯度西風(fēng)帶強(qiáng)度減弱、大風(fēng)日數(shù)減少，區(qū)域生態(tài)的重建和恢復(fù)息息相關(guān)。

3.2.3 沙塵暴持續(xù)時(shí)間變化特征 石羊河流域沙塵暴過程平均持續(xù)時(shí)間為133.3 min，中游為96.8 min，下游為146.6 min，下游是持續(xù)60～300 min的頻次最多，占總頻次的51.8%，其次<60 min占總頻次的34.2%，>300 min頻次最少，占總頻次的13.9%；中游<60 min頻次最多，占總頻次的50.1%，其次為60～300 min，占總頻次的45.6%，>300 min的頻次最少，僅占總頻次的4.3%。

冬季、春季、秋季持續(xù)時(shí)間為60～300 min的頻次最多，分別占總頻次的52.9%，52.1%，56.5%，>300 min的頻次最少，分別占總頻次的15.5%，12.6%，13.8%，夏季<60 min頻次最多，占總頻次的53.1%，>300 min頻次最少，僅占總頻次的4.9%.

近60年，沙塵暴持續(xù)時(shí)間顯著縮短(圖5)，年際傾向率為-12.2 min/10 a(<0.01)，中游縮短時(shí)間較慢(-10.4 min/10 a)，<0.1)，下游縮短時(shí)間較快(-17.1 min/10 a，<0.001)。年代際變化顯示(表2)，中游是21世紀(jì)前10年持續(xù)時(shí)間最長，平均持續(xù)時(shí)間為109.8 min，主要是因?yàn)?006年、2009年出現(xiàn)2次長時(shí)間沙塵暴所致。從20世紀(jì)60年代開始到90年代持續(xù)時(shí)間持續(xù)縮短，21世紀(jì)前10年迅速反彈延長，近10年又迅速縮短。下游20世紀(jì)70年代持續(xù)時(shí)間最長，平均持續(xù)時(shí)間為161.1 min，80年代開始到2020年持續(xù)時(shí)間一直縮短?？傮w來看，流域20世紀(jì)70年代持續(xù)時(shí)間最長，之后開始縮短，21世紀(jì)前10年有所反彈，近10年持續(xù)時(shí)間最短，較70年代縮短60.9 min。

圖5 石羊河流域沙塵暴持續(xù)時(shí)間變化趨勢

表2 石羊河流域沙塵暴持續(xù)時(shí)間距平年代際變化 單位：min

3.2.4 沙塵暴強(qiáng)度變化特征 以每次沙塵暴天氣過程中最小能見度的大小來表征沙塵暴的強(qiáng)度，流域沙塵暴過程平均最小能見度為0.496 km(沙塵暴)，0.5～1.0 km(沙塵暴)的頻次最多，占總頻次的54.7%，其次為0.05～0.50 km(強(qiáng)沙塵暴)的，占總頻次的41.8%，<0.05 km(特強(qiáng)沙塵暴)的頻次最少，僅占總頻次的3.5%。中下游均為0.5～1.0 km(沙塵暴)的頻次最多，<0.05 km(特強(qiáng)沙塵暴)的頻次最少，流域沙塵暴以普通類型為主。

四季均為0.5～1.0 km(沙塵暴)的頻次最多，其次為0.05～0.50 km(強(qiáng)沙塵暴)的，<0.05 km(特強(qiáng)沙塵暴)的頻次最少。

近21年流域沙塵暴年均最小能見度呈波浪式持平變化，維持在0.496 km上下波動，2012年最小值為0.08 km，2014年最大值為0.63 km。

3.3 植被覆蓋度與沙塵暴的關(guān)系

3.3.1 NDVI與沙塵暴頻次的關(guān)系 沙塵暴年序列與同期歸一化植被指數(shù)變化曲線(圖6)顯示，沙塵暴頻次與NDVI有較好的反對應(yīng)關(guān)系，沙塵暴呈逐年減少，NDVI則逐年增大，2001年沙塵暴最多(9.0 d)，對應(yīng)NDVI最小(0.157)，2012年沙塵暴最少(0.33 d)，對應(yīng)NDVI最大(0.186)，說明植被覆蓋度的改善對沙塵暴有明顯抑制作用。

圖6 石羊河流域沙塵暴頻次與NDVI變化趨勢

進(jìn)一步利用相關(guān)系數(shù)法分析沙塵暴頻次與NDVI的關(guān)系(表3)發(fā)現(xiàn)，流域沙塵暴與當(dāng)年和前1年流域NDVI、NDVI>0.3面積、上中下游NDVI均呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)，表明隨著氣候暖濕化進(jìn)程加快，植被覆蓋面積逐漸擴(kuò)大，抑制地面塵土揚(yáng)起，從而導(dǎo)致沙塵暴減少。

表3 石羊河流域沙塵暴頻次與植被影響因子相關(guān)系數(shù)

3.3.2 NDVI與沙塵暴持續(xù)時(shí)間的關(guān)系 沙塵暴持續(xù)時(shí)間與同期歸一化植被指數(shù)變化曲線(圖7)顯示，沙塵暴持續(xù)時(shí)間與NDVI也有較好的反對應(yīng)關(guān)系，沙塵暴持續(xù)時(shí)間呈波動減少趨勢，NDVI則呈波動增大趨勢，2004年沙塵暴持續(xù)時(shí)間最長(152.6 min)，對應(yīng)NDVI是平均狀態(tài)(0.177)，并不是最小，2012年沙塵暴持續(xù)時(shí)間最短(4.7 min)，對應(yīng)NDVI最大(0.186)，說明植被覆蓋對沙塵暴的持續(xù)時(shí)間有一定影響，植被覆蓋較好的地方發(fā)生沙塵暴時(shí)持續(xù)時(shí)間較短。

圖7 石羊河流域沙塵暴持續(xù)時(shí)間與NDVI變化趨勢

利用相關(guān)系數(shù)法分析沙塵暴持續(xù)時(shí)間與NDVI的關(guān)系(表4)發(fā)現(xiàn)，流域沙塵暴持續(xù)時(shí)間與當(dāng)年和前1年流域NDVI、NDVI>0.3面積、上中下游NDVI均呈顯著負(fù)相關(guān)，其中當(dāng)年流域NDVI、當(dāng)年NDVI>0.3面積、當(dāng)年中游NDVI和前1年上游NDVI通過置信度0.05檢驗(yàn)，其他未通過。

表4 石羊河流域沙塵暴持續(xù)時(shí)間與植被影響因子相關(guān)系數(shù)

3.3.3 NDVI與沙塵暴強(qiáng)度的關(guān)系 沙塵暴過程平均最小能見度與同期歸一化植被指數(shù)變化曲線(圖8)顯示，沙塵暴強(qiáng)度與NDVI有較弱的反對應(yīng)關(guān)系，沙塵暴強(qiáng)度基本維持不變，NDVI則呈波動增大，2009年平均最小能見度最大(6.07 km)，對應(yīng)NDVI是第3小值(0.167)，2012年沙塵暴平均最小能見度最小(0.80 km)，對應(yīng)NDVI最大(0.186)，說明植被覆蓋對沙塵暴強(qiáng)度有一定影響，植被覆蓋較好的地方發(fā)生沙塵暴時(shí)強(qiáng)度相對較弱。

圖8 石羊河流域沙塵暴強(qiáng)度與NDVI變化趨勢

利用相關(guān)系數(shù)法分析沙塵暴強(qiáng)度與NDVI的關(guān)系(表5)發(fā)現(xiàn)，流域沙塵暴強(qiáng)度與當(dāng)年流域NDVI、NDVI>0.3面積、上中下游NDVI均呈弱負(fù)相關(guān)，與前1年流域NDVI、NDVI>0.3面積、上中下游NDVI均呈弱正相關(guān)，以上均未通過信度0.05檢驗(yàn)。即當(dāng)年流域植被較好，發(fā)生沙塵暴時(shí)，強(qiáng)度較弱，當(dāng)年植被對沙塵暴強(qiáng)度有一定弱化作用。前1年流域植被較好，發(fā)生沙塵暴時(shí)強(qiáng)度反而較強(qiáng)，究其原因主要是中游占地面積較大，地表以黏土為主，前1年降水較多時(shí)，夏季植被漲勢好，冬季落葉干枯，干土層增厚，來年發(fā)生大風(fēng)沙塵暴時(shí)，沙源豐富，利于塵土揚(yáng)起，影響能見度的大?。幌掠我陨惩翞橹?，前1年植被漲勢較好時(shí)，說明降水較多，土壤濕度大，來年發(fā)生大風(fēng)沙塵暴時(shí)，能抑制沙塵揚(yáng)起。

表5 石羊河流域沙塵暴強(qiáng)度與植被影響因子相關(guān)系數(shù)

3.3.4 大風(fēng)日數(shù)相同情況下植被與沙塵暴的關(guān)系 大風(fēng)、豐富的沙塵源和不穩(wěn)定天氣是沙塵暴形成的3大要素，眾所周知，沙塵暴發(fā)生發(fā)展的決定因素是大風(fēng)(動力因子)，主要影響因素是起塵源(物質(zhì)條件)。流域內(nèi)植被覆蓋度的好壞直接影響該區(qū)的起沙量，選取大風(fēng)日數(shù)相同年份的沙塵暴頻次、平均持續(xù)時(shí)間、平均最小能見度和相應(yīng)年份的NDVI數(shù)據(jù)(表6)分析植被對沙塵暴的影響程度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NDVI與沙塵暴頻次和持續(xù)時(shí)間呈負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為-0.45，-0.24)，與最小能見度呈正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為0.70)，均未通過0.05信度檢驗(yàn)。

表6 大風(fēng)、沙塵暴與植被的關(guān)系

通過以上分析，進(jìn)一步驗(yàn)證在沙塵暴決定因素(大風(fēng))不變的情況下，流域植被覆蓋度的大小直接影響起沙量的大小，間接影響沙塵暴的發(fā)生頻次、持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度，特別對沙塵暴的強(qiáng)度影響程度最大，是沙塵暴發(fā)生發(fā)展的主要影響因子之一。由此可見，植被改善對沙塵暴有明顯抑制作用。

4 討 論

石羊河流域植被2000—2006年總體處于退化狀態(tài)，2007—2016年波動增大，特別2010年以后恢復(fù)比較明顯，這一結(jié)論與徐曉寧等和任媛等的研究基本一致；流域平均植被覆蓋度較低，隨著氣候暖濕化和流域綜合治理工程的實(shí)施，全流域自然植被均開始恢復(fù)，因地理位置和降水量增加速度不同，上、中游恢復(fù)速度比下游快，與李麗麗等的“全流域以增加為主，綠洲區(qū)增加最為明顯”的結(jié)論相同；沙塵暴頻次顯著減少，過程持續(xù)時(shí)間顯著縮短，與李玲萍等分析的結(jié)果相同；沙塵暴強(qiáng)度無明顯變化，最小能見度維持在0.496 km左右，這一結(jié)論與趙明瑞等用2001—2010年民勤沙塵暴資料得出的“最小能見度有減小趨勢”有所不同，主要原因是研究范圍和資料長度不同所致；沙塵暴頻次與當(dāng)年和前1年流域植被覆蓋度呈顯著負(fù)相關(guān)，植被覆蓋度的改善對沙塵暴有明顯抑制作用，與李璠等的“植被對沙塵暴有明顯影響”結(jié)論基本一致，與楊曉軍等的“植被減少是沙源不能根本改善的主要原因”結(jié)論一致，與特日格樂等的“沙塵暴發(fā)生日數(shù)與前1年的植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)”結(jié)論也基本一致，但與沈松雨等的“沙塵暴頻次與植被覆蓋度的相關(guān)性較低”不同，究其原因是研究區(qū)地貌、氣候特征、所用資料年代不同所致。沙塵暴持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度與植被覆蓋度之間的關(guān)系尚未有同行研究，有待進(jìn)一步探討?！霸诖箫L(fēng)日數(shù)相同情況下，流域植被覆蓋度的大小，直接影響著起沙量的大小，間接影響著沙塵暴的發(fā)生頻次、持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度，特別對沙塵暴的強(qiáng)度影響程度較大，是沙塵暴發(fā)生發(fā)展的主要影響因素之一”，這一結(jié)論，因植被資料年代較短，影響個(gè)例數(shù)量，有待積累更多資料，做進(jìn)一步探索研究。

5 結(jié) 論

(1)石羊河流域植被輕微增大，但各年度變化較大，隨著石羊河流域生態(tài)治理工程的實(shí)施，2007年開始自然植被逐漸恢復(fù)，特別2010年以后恢復(fù)比較明顯；中游和上游植被中度增大，下游輕微增大；中游和上游植被恢復(fù)速度比下游快，自然植被的恢復(fù)速度與降水量的增加速度呈顯著正相關(guān)。

(2)石羊河流域沙塵暴頻次顯著減少，年際傾向率為-2.8 d/10 a，近10年減少最顯著，較70年代減少14.5天；中游減少速度較慢，下游減少速度較快；四季減少速度為春季>夏季>冬季>秋季。沙塵暴持續(xù)時(shí)間顯著縮短，年際傾向率為-12.2 m/10 a，近10年持續(xù)時(shí)間最短，較70年代縮短60.9 min；中游縮短時(shí)間較慢，下游縮短時(shí)間較快。沙塵暴以最小能見度0.5～1.0 km的普通類型為主，年均最小能見度呈波浪式持平變化，維持在0.496 km左右。

(3)石羊河流域沙塵暴頻次和持續(xù)時(shí)間均與NDVI有較好的反對應(yīng)關(guān)系，沙塵暴頻次和持續(xù)時(shí)間呈波動減少和縮短趨勢，NDVI則呈波動增大趨勢；沙塵暴頻次和持續(xù)時(shí)間與當(dāng)年和前1年全流域NDVI、NDVI>0.3面積、上中下游NDVI均呈顯著負(fù)相關(guān)。

(4)石羊河流域沙塵暴強(qiáng)度與當(dāng)年全流域NDVI、NDVI>0.3面積、上中下游NDVI呈弱負(fù)相關(guān)，與前1年全流域NDVI、NDVI>0.3面積、上中下游NDVI呈弱正相關(guān)。

(5)以上游保護(hù)涵養(yǎng)水源，中游修復(fù)生態(tài)環(huán)境，下游搶救民勤綠洲的具體舉措，對石羊河流域進(jìn)行綜合治理后，自然植被逐漸恢復(fù)，抑制地面塵土揚(yáng)起，加上大風(fēng)頻次顯著減少，導(dǎo)致沙塵暴頻次減少，持續(xù)時(shí)間縮短，強(qiáng)度有所弱化。石羊河流域?qū)ｍ?xiàng)治理成效顯著，生態(tài)環(huán)境得到有效改善。