新疆天山北坡經(jīng)濟帶主要城市群熱島效應(yīng)對植被物候的影響

古麗拜合熱姆·艾合麥提，昝 梅①

(1.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830054；2.新疆師范大學(xué)絲綢之路經(jīng)濟帶城市發(fā)展研究中心，新疆 烏魯木齊 830054；3.新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830054)

因人類社會發(fā)展而引起的城市化與全球氣候變化是人類發(fā)展史上的兩大事件，城市氣候變化以城市熱島效應(yīng)為主要特征，對城市環(huán)境演化、生態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu)以及人類生活和健康產(chǎn)生重大影響[1]。城市熱島效應(yīng)指當(dāng)城市發(fā)展到一定規(guī)模后，由于城市下墊面性質(zhì)改變，自然地表被瀝青、水泥和金屬等不透水表面所代替，加上大氣污染物和人工廢熱排放量增加等，使城市區(qū)溫度及周邊郊區(qū)或鄉(xiāng)村溫度之間形成溫差，即城區(qū)溫度高于周邊郊區(qū)或鄉(xiāng)村的現(xiàn)象[2-3]。城市熱島強度(urban heat island intensity, UHII)指城市中心區(qū)平均溫度與周圍郊區(qū)(鄉(xiāng)村)平均溫度的差值，用來表明城市熱島效應(yīng)的強度[4-5]，與城市化進程相關(guān)的許多因素都會加劇城市熱島強度[4]。近年來，城市熱島強度受到國內(nèi)外學(xué)者普遍關(guān)注。如，PENG等[6]對全球419個大城市的UHII進行分析，結(jié)果顯示多年白天和夜晚平均UHII分別為1.5和1.1 ℃。李宇等[3]基于1960—2017年我國84個代表性城市逐日氣溫觀測數(shù)據(jù)，分析了大氣城市熱島時空分布特征及其晝夜、年內(nèi)和年際變化趨勢，結(jié)果表明所有城市平均熱島強度為0.8±1.1 ℃。

植被在陸地生態(tài)系統(tǒng)能量流動和物質(zhì)交換過程中發(fā)揮著重要作用[7]。植被物候反映了植被的生長周期和生產(chǎn)力，很多研究[8-11]表明溫度是植被物候的主要影響因子。隨著城市熱島效應(yīng)的加劇和相關(guān)生態(tài)環(huán)境問題的增多[12-13]，由城市熱島效應(yīng)誘導(dǎo)的高溫成為城市內(nèi)部和周圍植被物候的主導(dǎo)因子[11]。但城市熱島效應(yīng)與氣候變化相互作用使得城市植物物候的響應(yīng)機制非常復(fù)雜。已有研究[10,14]發(fā)現(xiàn)相比郊區(qū)植被物候，由于城市熱島效應(yīng)激增導(dǎo)致城區(qū)植被春季物候提前，秋冬季物候延遲、生長季延長的現(xiàn)象很明顯。針對中國32個大城市的研究[15]表明，與農(nóng)村相比，城市植被生長開始期平均提前11.9 d，結(jié)束日期平均延遲5.4 d，UHII增強1 ℃，植被物候與城市熱島強度顯著相關(guān)。

城市熱島效應(yīng)所引起的局地小氣候改變，不僅會對生態(tài)系統(tǒng)格局、過程及功能產(chǎn)生影響，也會對當(dāng)?shù)刂脖晃锖蚱诋a(chǎn)生影響。此外，城市熱島效應(yīng)和植被物候與公眾健康都存在緊密聯(lián)系，植被花期產(chǎn)生的花粉會導(dǎo)致人類過敏，城市熱環(huán)境也可能造成人類發(fā)生呼吸系統(tǒng)疾病。因此，研究城市熱島效應(yīng)與植被物候的關(guān)系具有重要意義。目前，城市熱島效應(yīng)導(dǎo)致城鄉(xiāng)植被物候差異的研究很多，但主要集中在我國中部和沿海大城市群，很少關(guān)注西部城市群。天山北坡經(jīng)濟帶城市群作為中國西部地區(qū)經(jīng)濟規(guī)劃中重點發(fā)展的綜合經(jīng)濟區(qū)，擁有獨一無二的地理位置及自然資源條件。在“一帶一路”建設(shè)推動下，該地區(qū)已經(jīng)成為新疆區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展重心，隨著城市化進程加快，該區(qū)域城市熱島效應(yīng)更加顯著。因此，以新疆天山北坡經(jīng)濟帶為研究區(qū)，采用2001—2020年研究區(qū)地表溫度和植被物候數(shù)據(jù)，結(jié)合夜間燈光數(shù)據(jù)和土地利用資料，對烏魯木齊-昌吉、石河子-瑪納斯和烏蘇-克拉瑪依-奎屯3大城市群的城市擴張、熱島效應(yīng)、城市及城市外圍植被物候的時空變化信息進行提取，定量分析城市熱島效應(yīng)對城市外圍植被物候的影響。研究中國西部天山北坡經(jīng)濟帶城市群熱島效應(yīng)與植被物候的關(guān)系，對于認識全球變化的區(qū)域響應(yīng)規(guī)律，促進區(qū)域環(huán)境保護與經(jīng)濟發(fā)展具有一定現(xiàn)實意義。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

新疆天山北坡經(jīng)濟帶位于新疆天山北麓中部，準(zhǔn)噶爾盆地南部(圖1)。

圖1 研究區(qū)2020年土地利用類型及主要城鎮(zhèn)區(qū)域Fig.1 The type of land use of the study area in 2020 and the major urban areas, suburban and rural areas

研究區(qū)總面積為9.54萬km2，占新疆總面積的5.8%，人口為892萬，占全疆人口的38.10%。隨著中國“西部大發(fā)展戰(zhàn)略”的實施，研究區(qū)已成為新疆經(jīng)濟最發(fā)達地區(qū)和“絲綢之路經(jīng)濟帶”重要樞紐，也是我國國土綜合開發(fā)的19個重點片區(qū)之一。研究區(qū)地形地貌復(fù)雜，氣候類型屬于干旱大陸性氣候區(qū)，年平均氣溫為5.9～9.1 ℃，年平均降水量為215 mm，潛在蒸發(fā)量為1 210 mm，蒸發(fā)量遠遠高于降水量，主要植被類型有喬灌草本、混交林和落葉針葉林，研究區(qū)生態(tài)環(huán)境極其脆弱[16]。隨著人類活動的增加和天山北坡經(jīng)濟帶建設(shè)的推進，該區(qū)域城市擴展迅速，城市熱島效應(yīng)日益顯著，因此該區(qū)域成為探究城市熱島效應(yīng)影響植被物候變化機制的理想研究區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

數(shù)據(jù)來源及說明見表1。MOD11A2數(shù)據(jù)是大區(qū)域尺度研究UHII的理想數(shù)據(jù)，其精度較高[17-18]，絕對誤差為±1 K[19-20]。選取2001—2020年軌道號為h24v04和h23v04的研究區(qū)MOD11A2數(shù)據(jù)。對該數(shù)據(jù)集先批量進行格式和投影轉(zhuǎn)換，圖像拼接與裁剪，再采用TIMESAT軟件對MOD11A2數(shù)據(jù)集進行濾波分析并剔除無效值和異常值。MCD12Q2是MODIS數(shù)據(jù)的物候產(chǎn)品，包括植被生長開始期(start of growing season, SOS)、結(jié)束期(end of growing season, EOS)和生長季長度(growing season length, GSL)等物候信息[21]。驗證表明MCD12Q2在新疆區(qū)域精度較高且返青期與地面觀測值之間的相關(guān)系數(shù)達0.75(P<0.05)，物候產(chǎn)品基本可以反映新疆地區(qū)植被物候空間分布，滿足研究精度要求[22]。對研究區(qū)2001—2018年MCD12Q2數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。由于MCD12Q2產(chǎn)品未更新到2019、2020年，而MOD13Q1的EVI和NDVI數(shù)據(jù)是表征植物物候的重要指標(biāo)，其中，EVI比NDVI數(shù)據(jù)能更準(zhǔn)確反映植被物候特征[23]，因此該研究基于MOD13Q1的EVI數(shù)據(jù)，采用TIMESAT軟件估算研究區(qū)2018和2020年植被物候，將相同年份的MOD13Q1產(chǎn)品與反演的物候結(jié)果進行對比和驗證，進而校正估算的研究區(qū)2020年物候信息。夜間燈光數(shù)據(jù)采用跨傳感器校正的全球“類NPP-VIIRS”夜間燈光數(shù)據(jù)產(chǎn)品[24]。土地利用類型數(shù)據(jù)用于定義研究區(qū)3大城市群。有研究[25]表明距城區(qū)中心10～20 km范圍內(nèi)城市熱島效應(yīng)對植被物候差異的影響顯著。因此，以夜間燈光數(shù)據(jù)和土地利用數(shù)據(jù)提取的城市建成區(qū)為中心[26]，分別對3個城市群建立5個同心緩沖環(huán)(城郊區(qū)：0～2、>2～5、>5～10和>10～15 km；鄉(xiāng)村區(qū)：>15～20 km)，緩沖環(huán)為城鄉(xiāng)梯度界限(圖1)。

表1 數(shù)據(jù)來源及說明Table 1 Introduction of data and their sources

2 研究方法

2.1 植被物候信息提取

基于研究區(qū)2018—2020年MOD13Q1 EVI數(shù)據(jù)，采用TIMESAT軟件選取雙Logistic模塊曲線擬合法對EVI重建時間序列擬合曲線，再采用閾值法計算物候關(guān)鍵因子確定SOS和EOS閾值[25]，最后設(shè)定置信區(qū)間剔除異常值，并利用SOS和EOS差值計算GSL。

2.2 年際變化趨勢分析

用一元線性回歸統(tǒng)計法定量分析研究區(qū)地表溫度與植被物候的年際間和多年的變化趨勢特征，并利用決定系數(shù)(R2)表示回歸關(guān)系中因變量被自變量解釋的程度，當(dāng)回歸方程通過0.01(P<0.01、R2>0.5)或0.05(P<0.05、R2>0.5)的顯著性檢驗時，認為地表溫度與植被物候趨勢極顯著或顯著，否則為不顯著[27]。

2.3 城鄉(xiāng)梯度的植被物候與UHII的差異

在綜合考慮研究區(qū)2001、2010和2020年土地利用類型數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分別對烏魯木齊-昌吉地區(qū)、石河子-瑪納斯地區(qū)和烏蘇-克拉瑪依-奎屯區(qū)域進行緩沖區(qū)分析,并計算城市中心與郊區(qū)及鄉(xiāng)村各區(qū)域之間SOS、EOS和GSL的差值(△SOS、△EOS和△GSL)，其計算公式為

△SOSi=SOS市中心-SOSi，

(1)

△EOSi=EOS市中心-EOSi，

(2)

△GSLi=GSL市中心-GSLi。

(3)

式(1)～(3)中，△SOSi、△EOSi和△GSLi分別為城市中心與郊區(qū)(0～2、>2～5、>5～10和>10～15 km)和鄉(xiāng)村區(qū)域(>15～20 km)各緩沖區(qū)平均SOS、EOS和GSL的差值,d；SOS市中心、EOS市中心和GSL市中心分別為城市中心SOS、EOS和GSL平均值，d；SOSi、EOSi和GSLi分別為郊區(qū)和鄉(xiāng)村區(qū)域各緩沖區(qū)SOS、EOS和GSL平均值，d。

再利用城市中心、郊區(qū)及鄉(xiāng)村區(qū)域之間的LST差值來表示UHII，其計算公式為

IUHIi=T市中心-Ti。

(4)

式(4)中，IUHIi為郊區(qū)和鄉(xiāng)村區(qū)域各緩沖區(qū)UHII，℃；T市中心為城市中心平均LST，℃；Ti為郊區(qū)和鄉(xiāng)村區(qū)域各緩沖區(qū)平均LST，℃。

2.4 城市年均擴張速度

年均擴張速度是用來評價城市空間擴張的指標(biāo)，其大小可以反映城市擴張速度快慢[13]，計算公式為

(5)

式(5)中，Vr為擴張速度，%；Sb和Sa分別為研究初期和末期城區(qū)面積，km2；T為時間間隔，a。

3 結(jié)果與分析

3.1 LST與UHII的時空變化特征

利用研究區(qū)白天和夜晚地表溫度來描述LST的時空變化特征(圖2)，且分析UHII與區(qū)域距城市中心距離的關(guān)系(圖3)。由圖2可知，研究區(qū)全年白天平均地表溫度為13.8 ℃，夜晚平均地表溫度為4.3 ℃，晝夜溫差較大?？傊瑹o論是白天還是夜晚，高地表溫度均集中在研究區(qū)中北部，低地表溫度均在研究區(qū)南部及東南部。研究區(qū)多年地表溫度增加速率約為0.03 ℃·a-1。

圖2 2001—2020年研究區(qū)白天和夜晚平均地表溫度空間格局Fig.2 Spatial pattern of average land surface temperature during the day and night from 2001 to 2020

由圖3可知，隨著距城市中心距離增加，各區(qū)多年UHII平均值呈先增加后減小趨勢，即沿城鄉(xiāng)梯度方向的距離與多年UHII平均值呈顯著非線性關(guān)系。UHII高值區(qū)主要分布在距城市中心距離為10～20 km處，這主要是由于城市中心區(qū)與郊區(qū)和鄉(xiāng)村區(qū)溫差較大。白天在距石河子-瑪納斯中心15 km處，對應(yīng)的UHII出現(xiàn)1.74 ℃峰值。夜晚在距烏魯木齊-昌吉中心15 km處，對應(yīng)的UHII出現(xiàn)2.49 ℃峰值。白天在距城市中心2～6 km處，烏魯木齊-昌吉UHII值最大，其次為石河子-瑪納斯和烏蘇-克拉瑪依-奎屯區(qū)域；夜晚在距城市中心5～20 km處，烏魯木齊-昌吉區(qū)域UHII值最大，其后依次為烏蘇-克拉瑪依-奎屯和石河子-瑪納斯區(qū)域。烏魯木齊-昌吉區(qū)域白天和夜晚多年平均UHII范圍分別為0.39～2.49和0.67～1.64 ℃。烏蘇-克拉瑪依-奎屯區(qū)域分別為0.34～1.61和1.09～2.16 ℃，石河子-瑪納斯區(qū)域各為0.47～1.74和0.32～1.49 ℃。其中，烏魯木齊-昌吉區(qū)域城市規(guī)模大、人口密集、產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因?qū)е鲁鞘袩釐u效應(yīng)增強[12]，所以烏魯木齊-昌吉白天UHII比其他2個城市群高。

圖3 各區(qū)域距城市中心距離與多年白天和夜晚平均城市熱島強度(UHII)的關(guān)系Fig.3 The relationship of the distance between the study area and the city center and the average UHII in day and night

3.2 植被物候時空變化特征

2001—2020年研究區(qū)SOS范圍為108～203 d，多年平均值為142.44 d；EOS范圍是236～345 d，多年平均值為282.32 d；GSL范圍是107～269 d，多年平均值為140.03 d(圖4)。

圖4 2001—2020年研究區(qū)植被平均生長開始期(SOS)、結(jié)束期(EOS)和生長季長度(GSL)時空格局Fig.4 Temporal and spatial patterns of average SOS, EOS and GSL from 2001-2020

圖4顯示，烏魯木齊-昌吉區(qū)域SOS平均值最小，為125.21 d，其后依次為石河子-瑪納斯(139.21 d)和烏蘇-石河子-奎屯區(qū)域(145.25 d)；烏魯木齊-昌吉區(qū)域EOS平均值最大，為302 d，其后依次為烏蘇-石河子-奎屯(300.39 d)和石河子-瑪納斯區(qū)域(299.81 d)。烏魯木齊-昌吉區(qū)域GSL平均值最大，為173.79 d，其后依次為石河子-瑪納斯(160.60 d)和烏蘇-石河子-奎屯區(qū)域(155.14 d)。

由圖5可知，距離城市中心越遠，區(qū)域多年平均△SOS值越小，即距城市中心距離與△SOS呈線性負相關(guān)。烏魯木齊-昌吉區(qū)域平均△SOS為8.24 d(R2=0.19，P<0.05)，石河子-瑪納斯區(qū)域為7.40 d(R2=0.81，P<0.01)，烏蘇-石河子-奎屯區(qū)域為4.31 d(R2=0.40，P<0.05)。區(qū)域多年平均△EOS隨距城市中心距離增加而增加。烏魯木齊-昌吉區(qū)域平均△EOS為17.77 d(R2=0.66，P<0.01)，石河子-瑪納斯區(qū)域為15.34 d(R2=0.92，P<0.01)，烏蘇-石河子-奎屯區(qū)域為12.04 d(R2=0.43，P<0.05)。區(qū)域多年平均△GSL也隨距城市中心距離增加而增加。烏魯木齊-昌吉區(qū)域平均△GSL為16.84 d(R2=0.80，P<0.01)，石河子-瑪納斯區(qū)域為12.57 d(R2=0.45，P<0.01)，烏蘇-石河子-奎屯區(qū)域為6.33 d(R2=0.87，P<0.01)。以上植被物候特征是3個城市群熱島效應(yīng)、氣候變化和不同植被物候特征等因素共同作用下的結(jié)果[8]，以城市熱島效應(yīng)的影響最為顯著。

圖5 各區(qū)域距城市中心距離與植被生長開始期差值(△SOS)、結(jié)束期差值(△EOS)和生長季長度差值(△GSL)的關(guān)系Fig.5 The relationship between the distance from the city center and △SOS, △EOS and △GSL

3.3 城鄉(xiāng)梯度的植被物候與UHII的關(guān)系

為了研究UHII與植被物候之間的關(guān)系，分別計算研究區(qū)UHII與△SOS、△EOS和△GSL之間的決定系數(shù)(表2)。

表2 各區(qū)域城市熱島強度(UHII)與植被物候的決定系數(shù)Table 2 Correlation coefficient between UHII and vegetation phenology

△SOS、△EOS和△GSL分別為城市中心、郊區(qū)和鄉(xiāng)村區(qū)域各緩沖區(qū)間植被平均生長開始期、結(jié)束期和生長季長度的差值，UHII為城市熱島強度。

由表2可知，UHII與△SOS呈顯著負相關(guān)，即UHII越強，植被物候期開始時間越早。UHII與△EOS和△GSL呈高度正相關(guān)，即UHII越強，植被物候結(jié)束時間越晚，生長季長度越長。研究區(qū)白天UHII與植被物候的決定系數(shù)均高于夜晚。在其他條件得到滿足的情況下，溫度和水分是影響植物生長發(fā)育的主要限制因子，以上結(jié)果說明研究區(qū)植被物候?qū)囟鹊捻憫?yīng)尤為顯著。

由圖6可知，研究區(qū)UHII與△SOS呈顯著負相關(guān)(R2=0.93，P<0.01)，UHII與△EOS和△GSL呈高度正相關(guān)(R2=0.95，P<0.01)，即UHII越強，△SOS開始越早，△EOS結(jié)束越晚，△GSL越長。當(dāng)白天和夜晚UHII都增強0.1 ℃時，△SOS分別提前1.10和1.35 d(平均為1.22 d)，△EOS分別延遲1.31和1.08 d(平均為1.19 d)，△GSL分別延長1.93和1.59 d(平均為1.76 d)。城市熱島效應(yīng)導(dǎo)致城市平均溫度上升，特別是夜晚升溫幅度最大。研究區(qū)夜晚熱島強度比白天大，且夜晚熱島強度與△SOS和△GSL的相關(guān)系數(shù)比白天高。大量研究表明，在全球變暖背景下，尤其是在我國中高緯度地區(qū)，城市熱島效應(yīng)對區(qū)域植被物候的影響非常顯著[13-15]，筆者研究結(jié)果與之一致。

3.4 城市擴展、UHII和植被物候的關(guān)系

大量研究表明城市化是導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)變化的重要因素[28-29]，城市內(nèi)部不透水面增加加劇了城市熱島效應(yīng)[5,28]，而城市熱島效應(yīng)會影響周邊植被物候[15,30]?；谘芯繀^(qū)夜間燈光數(shù)據(jù)提取天山北坡經(jīng)濟帶城市建成區(qū)，由該數(shù)據(jù)提取的城市建成區(qū)邊界精度較高[24]，可用來分析城市擴展對熱島效應(yīng)的影響。

由表3可知，2001—2020年天山北坡經(jīng)濟帶城市群不斷擴展，其中，烏魯木齊-昌吉區(qū)域擴展最為明顯，2001—2010年擴展速率達到14.42%。同樣，2001—2010年烏魯木齊-昌吉區(qū)域UHII增強速度也最快，達9.88%。以上結(jié)果證明研究區(qū)城市擴展增強了城市熱島效應(yīng)，這也與其他研究結(jié)果[28]一致。

△SOS、△EOS和△GSL分別為城市中心、郊區(qū)和鄉(xiāng)村區(qū)域各緩沖區(qū)間植被平均生長開始期、結(jié)束期和生長季長度的差值，UHII為城市熱島強度。圖6 沿城鄉(xiāng)梯度各區(qū)域植被物候與UHII之間的關(guān)系Fig.6 The relationship between vegetation phenology (△SOS, △EOS, △GSL) and UHII along the urban-rural gradient

表3 2001—2020年天山北坡經(jīng)濟帶主要城市群城區(qū)擴展和城市熱島強度(UHII)增強速度Table 3 Urban expansion and UHII enhancement rate of major urban agglomerations in the Tianshan Northslope Economic Belt from 2001 to 2020

城市化進程的加快導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)增強，從而對城鄉(xiāng)梯度方向上分布的植被物候影響更加顯著。該研究研究結(jié)果表明城市熱島效應(yīng)導(dǎo)致植被生長開始期提前、生長結(jié)束期延遲及生長期延長，這與其他研究結(jié)果[2,11,31]一致。但不同城市群規(guī)模和擴展速率不同，導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)對植被物候的影響程度存在差異。由圖7可知，烏魯木齊-昌吉城市群郊區(qū)(0～2、>2～5、>5～10和>10～15 km緩沖區(qū))和鄉(xiāng)村區(qū)域(>15～20 km緩沖區(qū))多年平均SOS分別提前8.15 d(-5.06、-10.03、-8.48和-9.04 d)和7.59 d，石河子-瑪納斯城市群分別提前6.92 d(-4.96、-7.45、-6.89、和8.83 d)和5.32 d，烏蘇-克拉瑪依-奎屯城市群分別提前4.23 d(-1.28、-4.8、-5.04和-5.81 d)和4.04 d；烏魯木齊-昌吉城市群郊區(qū)和鄉(xiāng)村區(qū)域多年平均EOS分別延遲17.45 d(14.63、17.73、18.63和18.81 d)和16.49 d，石河子-瑪納斯城市群分別延遲14.55 d(11.17、13.53、15.00和18.53 d)和13.89 d，烏蘇-克拉瑪依-奎屯城市群分別延遲11.88 d(7.88、12.52、13.28和13.86 d)和11.66 d；烏魯木齊-昌吉城市群郊區(qū)和鄉(xiāng)村區(qū)域多年平均GSL分別延長19.81 d(25.18、26.49、27.27和27.57 d)和18.69 d，石河子-瑪納斯城市群分別延長21.50 d(15.98、21.01、22.04和26.89 d)和20.87 d，烏蘇-克拉瑪依-奎屯城市群分別延長16.06 d(9.04、17.02、18.32和19.87 d)和15.42 d(圖7)。在3個城市群中，烏魯木齊-昌吉區(qū)域植被物候變化最明顯，其SOS最早，EOS最晚，且GSL最長。這主要是由于烏魯木齊-昌吉區(qū)域是研究區(qū)城市化最快的城市群，且城市群規(guī)模最大，因此其熱島效應(yīng)對周邊植被的影響最為顯著。

箱圖上下橫線分別表示最大值和最小值，方框表示50%變異區(qū)間，方框中空心點表示對應(yīng)指標(biāo)的中值。圖7 不同區(qū)域植被平均生長開始期(SOS)、結(jié)束期(EOS)和生長季長度(GSL)的城鄉(xiāng)差異Fig.7 The urban-rural differences of SOS, EOS, GSL in different regions

4 討論

由于選擇的研究時間、城市規(guī)模、數(shù)據(jù)和統(tǒng)計方法的差異，沿城鄉(xiāng)梯度分布的植被物候?qū)Φ乇頊囟鹊捻憫?yīng)特征具有明顯差異，雖然該研究結(jié)果與其他相關(guān)研究結(jié)果基本一致，但城市熱島對植被物候影響的具體特征存在差異。YAO等[32]和胡召玲等[33]采用與該研究相同的提取植被物候和UHII方法分析了中國東北地區(qū)植被物候特征及其與UHII的相關(guān)性，其結(jié)果也發(fā)現(xiàn)SOS、EOS和GSL存在明顯城鄉(xiāng)差異，但中國東北地區(qū)植被△SOS和△EOS小于天山北坡經(jīng)濟帶城市群周邊植被。中國東北地區(qū)UHII與SOS的相關(guān)性較大并表現(xiàn)出顯著負相關(guān)，UHII與EOS、GSL相關(guān)性不明顯。這主要是由于東北地區(qū)緯度較高，靠近冬季風(fēng)源地，深受寒冷氣流影響，且冬半年晝短夜長，植被獲得熱量少。ZHOU等[15]研究結(jié)果表明內(nèi)陸城市與郊區(qū)的植被物候差異更明顯，對地表溫度的響應(yīng)更顯著。該研究發(fā)現(xiàn)研究區(qū)地表溫度對GSL的影響比SOS、EOS更強，這主要是由于天山北坡經(jīng)濟帶深居內(nèi)陸，氣候干旱，降水少，熱量資源豐富。干旱區(qū)植被稀少，植被生長狀況對環(huán)境的生態(tài)意義更加重要，所以內(nèi)陸城市植被物候與熱島效應(yīng)之間關(guān)系的研究更值得關(guān)注。

天山北坡經(jīng)濟帶3大城市群及郊區(qū)土地利用類型主要有建設(shè)用地、耕地和草地。隨著城市化進程的加快，研究區(qū)城市建設(shè)用地增加，綠地斑塊破碎化，城市區(qū)域吸收熱量增多，蒸發(fā)減少，加劇了熱島效應(yīng)強度和范圍，進而影響植被物候。不同植被類型對地表溫度和降水的響應(yīng)不同，物候特征存在差異[34]，因此不同植被物候?qū)Τ鞘袩釐u的響應(yīng)存在差異。研究結(jié)果表明，一年生草本植物比多年生木本植物對城市熱島的響應(yīng)更敏感，海拔與植被物候變化存在明顯垂直分異規(guī)律[35]。以天山北坡經(jīng)濟帶3個主要城市群為中心建立相同半徑的緩沖區(qū)，結(jié)果表明3個區(qū)域平均海拔高度為800～1 000 m，差異不大。3個區(qū)域植被類型相同，不同植被類型面積所占總面積的比例也相似。因此，海拔和植被類型對研究區(qū)3個城市群之間植被物候的影響沒有明顯差異。但單獨一個區(qū)域內(nèi)，不同植被類型物候特征及不同植被類型物候隨海拔高度的變化需要進一步分析研究。

天山北坡經(jīng)濟帶城市周邊耕地面積較大，而農(nóng)田植被物候很大程度上依賴于農(nóng)作物類型和管理方式，這導(dǎo)致農(nóng)田物候研究具有復(fù)雜性和不確定性。此外，植被物候除受人類因素(城市化和土地利用類型改變等)影響外，還受到自然因素影響。有學(xué)者認為氣候變化和區(qū)域地形因子導(dǎo)致水、土壤、光和熱的變化也會影響植被物候[36]。由此可見，植被物候是多種因子綜合作用的結(jié)果。城市熱島是影響植被物候的一個重要因子，尤其是對城市周邊植被物候具有顯著作用。綜合分析多種影響因子對城市周邊植被物候的影響還需要開展進一步研究。

5 結(jié)論

(1)研究區(qū)多年平均地表溫度具有明顯時空異質(zhì)性。研究區(qū)地表溫度呈現(xiàn)增加趨勢，城市與鄉(xiāng)村之間地表溫度差異較大。3個城市群熱島強度差異明顯，其中，烏魯木齊-昌吉區(qū)域熱島強度最大，整體表現(xiàn)為夜晚UHII明顯高于白天，多年晝夜熱島差值平均為0.8 ℃。

(2)研究區(qū)植被物候具有明顯的城鄉(xiāng)空間梯度差異。距離城市中心越近，植被生長開始越早，結(jié)束越晚，生長季越長。沿著城鄉(xiāng)梯度方向分布的植被物候與UHII呈顯著相關(guān)性。其中，植被△SOS與UHII呈顯著負相關(guān)(P<0.01)，即UHII越強，植被生長開始期越早；△EOS、△GSL分別與UHII呈高度正相關(guān)(P<0.01)，即UHII越強，植被結(jié)束期越晚，生長季長度越長。

(3)不同城市群規(guī)模和城市化水平對植被物候的影響程度也不同。研究區(qū)烏魯木齊-昌吉城市化水平最高，城市規(guī)模最大，相比其他城市群，該城市群熱島效應(yīng)對周邊植被物候的影響也最為顯著。烏魯木齊-昌吉、石河子-瑪納斯和烏蘇-克拉瑪依-奎屯城市群中心比對應(yīng)郊區(qū)及鄉(xiāng)村的多年平均SOS分別提前7.87、6.12和4.13 d，多年平均EOS分別延遲16.97、14.33和11.71 d，多年平均GSL分別增加19.25、18.18和15.74 d。