毛烏素沙地周邊地區(qū)相對(duì)濕度與NDVI變化研究

蘆 鑫，殷淑燕

(1.陜西師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，陜西 西安 710119;2.陜西師范大學(xué) 地理學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,陜西 西安 710119)

在全球氣候變暖的背景下,各區(qū)域的降水、氣溫及其他氣候要素均發(fā)生了不同程度的變化。相對(duì)濕度是衡量空氣中水汽壓的指標(biāo),它的大小對(duì)降水和氣溫存在較大的敏感性,其中相對(duì)濕度與降水呈正相關(guān),與氣溫呈負(fù)相關(guān)[1]。植被覆蓋在很大程度上受降水量變化的影響,研究表明植被覆蓋與降水量呈正相關(guān)[2-6]。在北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶,植被變化與氣溫普遍存在負(fù)相關(guān)[7]。而相對(duì)濕度作為表征氣溫與降水平衡的指標(biāo),在一定程度上必然與植被覆蓋存在緊密聯(lián)系。

目前植被覆蓋與氣候變化之間的響應(yīng)已成為許多學(xué)者的研究對(duì)象,主要集中于毛烏素沙地在內(nèi)的整個(gè)黃土高原地區(qū)[8-11]、北方草地、西北地區(qū)或包括其部分地區(qū)的陜西省等研究區(qū)域。毛烏素沙地及周邊地區(qū)是對(duì)氣候變化響應(yīng)敏感的地區(qū)之一,目前對(duì)該區(qū)植被與氣候響應(yīng)的研究主要從溫度、降水的年際變化角度分析植被的水分收支平衡與群落類型演變[12-13],以及對(duì)毛烏素沙地氣候變化與植被覆蓋的單獨(dú)分析[14-18];主要采用的研究方法是基于遙感影像反演植被覆蓋度,建立植被指數(shù)與氣候因子之間的關(guān)系[19-21],而對(duì)毛烏素沙地植被變化與氣候因子相對(duì)濕度的關(guān)系研究較少。大多數(shù)研究從時(shí)間尺度探討植被與氣候因子的響應(yīng)關(guān)系，并指出降水量和氣溫的變化均影響著植被覆蓋的變化,其中降水對(duì)植被的影響更為顯著[22]。然而，不同地區(qū)氣溫和降水的時(shí)間分布不均勻,且兩者還受其他因子的影響。本文選取衡量氣溫和降水平衡的相對(duì)濕度作為主要的氣候因子研究,基于1981—2015年研究區(qū)的GIMMS NDVI數(shù)據(jù)以及18個(gè)氣象站點(diǎn)的相對(duì)濕度數(shù)據(jù),分別從時(shí)間、空間和穩(wěn)定性三角度分析該地區(qū)植被指數(shù)與相對(duì)濕度時(shí)空變化特征及二者間的聯(lián)系,以期進(jìn)一步解釋NDVI與氣候系統(tǒng)變化機(jī)理之間的相互作用,并對(duì)當(dāng)前毛烏素沙地周邊地區(qū)生態(tài)修復(fù)提供理論支持與科學(xué)參考。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

毛烏素沙地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)、陜西省和寧夏回族自治區(qū)三省交界處,包括13個(gè)行政區(qū),總面積約為4.22×104km2。毛烏素沙地周邊地區(qū)位于我國(guó)季風(fēng)區(qū)的西陲,農(nóng)牧交錯(cuò)地帶以及陜北黃土高原向鄂爾多斯高原的過(guò)渡區(qū)。且為黃河流經(jīng)地段,多年平均降水量從東南向西減少,在440mm至250mm之間變化。植被地帶多為干草原亞地帶、荒漠草原亞地帶,植被種類有草原與灌叢植被、沙生灌叢以及灘地上的草甸、沼澤植被等。考慮到毛烏素沙地?cái)?shù)據(jù)的限制,選取毛烏素沙地周邊地區(qū)為研究區(qū)(見圖1)。

圖 1 毛烏素沙地周邊地區(qū)氣象站點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution map of meteorological stations in Mu Us peripheral area

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源和方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源 氣象數(shù)據(jù)選用由中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心資料服務(wù)室提供的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)氣象站點(diǎn)的地面月平相對(duì)濕度、降水、氣溫等。數(shù)據(jù)通過(guò)嚴(yán)格的篩選,將時(shí)間尺度統(tǒng)一在1981年1月至2015年12月,其中月數(shù)值完整站點(diǎn)最終為18個(gè)(見圖1)。

GIMMS NDVI數(shù)據(jù)為長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)植被變化的數(shù)據(jù)源,具有覆蓋時(shí)間較長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì),故本文選取GIMMS NDVI為植被指數(shù)的研究數(shù)據(jù)。1981—2006年GIMMS NDVI長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)集來(lái)源于寒旱區(qū)科學(xué)研究中心,2007—2015年GIMMS NDVI長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)集來(lái)源于美國(guó)國(guó)家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA),空間分辨率為8km,時(shí)間分辨率為15d,整套數(shù)據(jù)均經(jīng)過(guò)預(yù)處理,包括大氣校正、輻射校正、幾何校正、真值恢復(fù)等。

1.2.2 研究方法

1)時(shí)段界線的確定

1998年中國(guó)開始進(jìn)行退耕還林,這一變化必將導(dǎo)致局地小氣候的變化。結(jié)合人類活動(dòng)的實(shí)施與研究區(qū)相對(duì)濕度的變化特征,故將研究時(shí)段1981—2015年劃分為時(shí)段1:1981—1999年,時(shí)段2:2000—2015年。

2)時(shí)間序列分析利用

1981—2015年年平均相對(duì)濕度和7～8月的NDVI值,對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并計(jì)算其線性傾向率與五年滑動(dòng)平均,并結(jié)合M-K法,對(duì)其長(zhǎng)時(shí)間序列變化進(jìn)行突變檢驗(yàn)。

3)穩(wěn)定度分析

針對(duì)相對(duì)濕度和NDVI采用適用于此指標(biāo)的方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。平均相對(duì)濕度和NDVI分別計(jì)算氣候傾向率和NDVI綠度變化率(GRC)作為變化率來(lái)衡量穩(wěn)定程度。

4)GRC綠度變化率(Greenness Rate of Change,GRC)

GRC可以反映某一時(shí)間段內(nèi)植被的變化趨勢(shì)。具體算法參考文獻(xiàn)[23-25],其定義為:

當(dāng)GRC <-0.006,NDVI顯著減少;

-0.006 < GRC <-0.001,NDVI輕度減少;

-0.001 < GRC < 0.001,NDVI基本不變;

0.001 < GRC < 0.006,NDVI輕度增加;

GRC> 0.006,NDVI顯著增加。

5)空間分析

反距離權(quán)重插值法具有有普適性,適用于氣象站點(diǎn)分布均勻區(qū)域。文中選取18個(gè)均勻分布于毛烏素沙地周邊地區(qū)的氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù),利用反距離權(quán)重插值法對(duì)相對(duì)濕度與NDVI值進(jìn)行插值計(jì)算,通過(guò)掩膜提取制作空間分布圖。其中因未涉及沙地腹地站點(diǎn)數(shù)據(jù),故文中沙地腹地空間分布與實(shí)際存在差異。

6)相關(guān)分析

利用SPSS軟件中相關(guān)分析程序分析年均相對(duì)濕度、氣溫、降水等氣候因子與NDVI的相關(guān)程度。

2 結(jié)果分析

2.1 相對(duì)濕度長(zhǎng)期變化趨勢(shì)特征

2.1.1 相對(duì)濕度時(shí)間序列變化 1981—2015年毛烏素沙地周邊地區(qū)年均相對(duì)濕度整體上波動(dòng)變化中呈微弱下降趨勢(shì)(圖2), 變化傾向率為-5.5%/10a,但未通過(guò)0.05的信度檢驗(yàn),表明近35年來(lái)毛烏素周邊地區(qū)氣候呈趨干化發(fā)展。研究區(qū)多年平均相對(duì)濕度為52.66%,平均相對(duì)濕度最低值為2005年的47.87%,比多年平均值低5.35%,最高值為2003年的58.37%,比多年平均值多5.15%,最高值與最低值相差達(dá)10.5%,可見區(qū)域內(nèi)相對(duì)濕度波動(dòng)程度較明顯。從5a滑動(dòng)平均趨勢(shì)可知,近35年毛烏素沙地周邊地區(qū)相對(duì)濕度經(jīng)歷了“低—高—低—高—低—高”的干濕交替變化趨勢(shì),1988—1994年相對(duì)濕度持續(xù)高于多年均值,2004—2015年相對(duì)濕度持續(xù)低于多年均值。從M-K趨勢(shì)可以發(fā)現(xiàn)1995年之前相對(duì)濕度基本處于穩(wěn)定狀態(tài),但1995年之后相對(duì)濕度整體處于下降趨勢(shì);1995—2005年下降趨勢(shì)明顯大于2006—2016年的變化,2005年后相對(duì)濕度變化較平穩(wěn),且有微弱的上升變化,這一結(jié)果與其線性趨勢(shì)變化基本一致,2006—2015年相對(duì)濕度線性傾向率為0.49%/10a。

2.1.2 相對(duì)濕度的穩(wěn)定度分析 從圖3可知,1981—2015年毛烏素沙地周邊地區(qū)平均相對(duì)濕度變化傾向率為-0.32%～0.12%之間,呈下降趨勢(shì)范圍明顯大于增加趨勢(shì)范圍,即研究區(qū)在空間上整體呈下降變化。相對(duì)濕度變化傾向率低于-0.20的區(qū)域主要分布在毛烏素沙地外圍西部的寧夏平原,這可能與寧夏平原受黃河影響有關(guān),河流流經(jīng)以及水庫(kù)的調(diào)節(jié),使其局部小氣候發(fā)生改變,河流豐水期,氣候較濕潤(rùn),而河流枯水期,氣候較干旱,氣候變率較大,故相對(duì)濕度變化傾向率較大;相對(duì)濕度變化傾向率介于-0.20%～-0.10%之間的地區(qū)主要分布在研究區(qū)東部,尤以沙地邊緣為主,相對(duì)濕度變化傾向率介于-0.10%～0%之間的地區(qū)主要分布在研究區(qū)北部、沙地西部邊緣及南部部分地區(qū),其原因可能是沙地邊緣的中西部及研究區(qū)北部主要以旱生植被為主,降水量少,且降水變率小,河流流經(jīng)少,受氣候變化的影響程度相對(duì)較東部小,且近年來(lái)氣溫升溫幅度大,可能導(dǎo)致相對(duì)濕度趨于降低;東部及沙地東部邊緣,因受黃河影響,其濕度變化率較沙地內(nèi)部大;而南部地區(qū)受山地氣候影響,變化率較大。相對(duì)濕度高于0%的地區(qū)主要分布在南部的同心及東南部橫山、綏德等地區(qū)。

圖2 1981—2015年毛烏素沙地周邊地區(qū)相對(duì)濕度變化趨勢(shì)Fig.2 Changes of relative humidity in Mu Us peripheral area from 1981 to 2015

圖 3 毛烏素沙地周邊地區(qū)相對(duì)濕度變化率Fig.3 Contours of Relative Humidity Relative Variability of Mu Us peripheral area

2.1.3 相對(duì)濕度的空間分析 由圖4可知,1981—2015年毛烏素沙地周邊地區(qū)相對(duì)濕度呈現(xiàn)由東南向西北逐步減少,研究區(qū)內(nèi)較濕潤(rùn)的地區(qū)主要集中在毛烏素沙地外圍東南和東部的陜西省(延安、河曲等)及西部寧夏平原,這可能主要與該區(qū)域河流豐富以及處于山地迎風(fēng)坡有關(guān);較干旱區(qū)主要集中在研究區(qū)西北部及北部,可能主要是受其河流流經(jīng)較少的影響。時(shí)段1與時(shí)段2,研究區(qū)相對(duì)濕度分別為46.51% ～ 60.43%和46.00% ～ 59.43%之間,最高值、最低值分別降低了1%和0.51%。時(shí)段1與時(shí)段2相比,2000年之后毛烏素沙地周邊地區(qū)整體相對(duì)濕度低于2000年之前;濕度>56%的地區(qū)略有減小;濕度>54%的地區(qū)由時(shí)段1時(shí)的研究區(qū)東南部和東部縮減為時(shí)段2的東南部;濕度<50%的地區(qū)呈現(xiàn)向南、向東擴(kuò)張趨勢(shì),惠農(nóng)、東勝、包頭等地相對(duì)濕度下降明顯。

2.2 NDV長(zhǎng)期變化趨勢(shì)特征

2.2.1 NDVI時(shí)間變化特征 從圖5可知,1981—2015年毛烏素沙地周邊地區(qū)NDVI值整體上波動(dòng)變化中呈上升變化趨勢(shì),增加趨勢(shì)為0.32/10a；2006—2015年NDVI增加趨勢(shì)明顯高于1981—2015年的變化,其線性傾向率為1.02/10a。NDVI近35年年均值為0.30,最低值為1982年的0.20,比多年均值低0.10；最高值為2013年的0.40,比多年均值高0.10,可見近年來(lái)植被指數(shù)有了很大變化。從M-K檢驗(yàn)趨勢(shì)線可知:1981—1998年NDVI值處于平穩(wěn)的微弱上升變化;1998—2006年NDVI出現(xiàn)短暫下降;2006年后,UF曲線與UB曲線在2007年左右出現(xiàn)一個(gè)交點(diǎn),且UF曲線開始快速上升變化,在2010年前后超過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn),即表明NDVI值在2007年開始出現(xiàn)顯著的增加趨勢(shì)。

圖 4 毛烏素沙地周邊地區(qū)相對(duì)濕度空間分布圖Fig.4 Spatial distribution of relative humidity in Mu Us peripheral area

毛烏素沙地周邊地區(qū)處于溫帶濕潤(rùn)氣候、溫帶干旱、半干旱氣候的交錯(cuò)帶,植被類型以森林草原、灌木、旱生草本為主。研究區(qū)NDVI值變化的原因可能與人類植樹種草有關(guān)。90年代后退耕還林意識(shí)增強(qiáng),開始逐漸植樹種草。80年代初NDVI值處于低值狀態(tài),特別是1982年達(dá)到低值,這可能與當(dāng)時(shí)“農(nóng)村土地家庭承包責(zé)任制”政策的實(shí)施以及植被人為破壞較嚴(yán)重有關(guān);90年代后城市建設(shè)及農(nóng)村土地制度禁止濫開墾土地,植被覆蓋保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。1999年開始實(shí)行退耕還林政策,植被指數(shù)有較大的提高,但1999—2005年植被指數(shù)并沒有持高狀態(tài),反而出現(xiàn)一個(gè)下降趨勢(shì),這可能與植被種植初期,需對(duì)環(huán)境有一個(gè)適應(yīng)階段,故植被成活率低[13]。據(jù)有關(guān)研究顯示,黃土高原退耕還林初期,其植被成活率只有30%左右[13]。2005年之后,植被與環(huán)境適應(yīng)良好,加之植樹種草行為得到社會(huì)的廣泛關(guān)注并付諸行動(dòng),NDVI值出現(xiàn)突增狀態(tài)。

圖5 1981—2015年毛烏素沙地周邊地區(qū)NDVI變化趨勢(shì)Fig.5 Changes of NDVI in Mu Us peripheral area from 1981 to 2015

2.2.2 NDVI的穩(wěn)定度分析 1981—2015年研究區(qū)NDVI綠度變化率,將研究區(qū)植被覆蓋波動(dòng)程度分為5級(jí):顯著減少、輕度減少、基本不變、輕度增加、顯著增加[22-25]。由圖6可知,1981—2015年毛烏素沙地周邊地區(qū)整體保持輕度增加的面積最大,且全區(qū)87.09%的區(qū)域?qū)儆谠黾訝顟B(tài)。研究區(qū)沒有植被顯著減少的區(qū)域;在研究區(qū)北部包頭市存在較小范圍的綠度輕度減少,占全區(qū)面積的3.23%,未通過(guò)顯著性檢驗(yàn);植被綠度基本不變區(qū)主要分布在毛烏素沙地外圍東西側(cè)(興縣、烏海市、包頭市部分地區(qū)),范圍較小,占全區(qū)面積的9.68%,也未通過(guò)顯著性檢驗(yàn);植被綠度增加區(qū)覆蓋全區(qū),其中東南部陜西省境內(nèi)(延安、榆林、橫山)存在顯著增加趨勢(shì),占全區(qū)面積的12.90%,基本通過(guò)0.05的信度檢驗(yàn)。

圖6 毛烏素沙地周邊地區(qū)NDVI綠度變化率Fig.6 NDVI Green Change Rate in Mu Us peripheral area

2.2.3 NDVI的空間分析 NDVI值的取值范圍為[-1,1]。在植被生長(zhǎng)季內(nèi),定義NDVI像元數(shù)值<0.35為低植被覆蓋,介于0.35 ～ 0.55之間為中等植被覆蓋,大于0.55為高植被覆蓋[26-27]。由圖7可知,研究區(qū)NDVI<0.35的低植被區(qū)占研究區(qū)面積的74.19%,0.350.55的高植被覆蓋區(qū)占研究區(qū)面積的3.23%,且NDVI值呈現(xiàn)東部及東南部高,西北部低,西部寧夏平原綠洲區(qū)高于周邊地區(qū)。時(shí)段1與時(shí)段2,研究區(qū)NDVI值分別在0.10 ～ 0.70和0.13 ～ 0.67之間,平均值分別為0.28和0.32,與時(shí)段Ⅰ相比增加了0.04,其中最低值增加了0.03,最高值減少了0.03;且NDVI值<0.20的范圍變小,NDVI>0.20的范圍擴(kuò)大,尤以沙地西部邊緣、研究區(qū)西北部及北部NDVI值由0.20 ～ 0.25變?yōu)?.25 ～ 0.30,研究區(qū)東部及東南部NDVI值>0.35的范圍明顯增加。

毛烏素沙地周邊地區(qū)主要植被類型為東南部暖溫帶的森林草原、沙地內(nèi)部半荒漠地帶的旱生植被以及西部寧夏平原河流沖刷形成的綠洲地帶。研究區(qū)植被指數(shù)空間分布東南高西北低,原因可能為東部和東南部地處溫帶季風(fēng)氣候的邊緣,且為高原山地迎風(fēng)坡,有利于夏季東部濕潤(rùn)氣流的進(jìn)入,降水較多,且河流較豐富,有利于植被生長(zhǎng),故其植被覆蓋較多,相對(duì)濕度較大;研究區(qū)西北部由于地勢(shì)的影響,濕潤(rùn)氣流受阻,降水較小,且河流流經(jīng)較少,相對(duì)濕度減弱,植被覆蓋也由森林草原過(guò)渡為草原荒漠,且該區(qū)處于農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū),歷史上受人類活動(dòng)影響,植被破壞較嚴(yán)重,致土地退化,至今未完全恢復(fù),故其NDVI值小;而西部寧夏平原因地勢(shì)南高北低,地勢(shì)平坦,黃河流經(jīng),且沖刷形成良好的土壤條件,引水灌溉方便,故植被發(fā)育良好。研究區(qū)空間分布反應(yīng)了植被與水分的響應(yīng)。

圖7 毛烏素沙地周邊地區(qū)NDVI空間分布圖Fig.7 Spatial distribution of NDVI in Mu Us peripheral area

2.3 NDVI變化影響因素分析

從表1可知,植被指數(shù)(NDVI)與降水量呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.51;NDVI與平均相對(duì)濕度呈弱正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.28,未通過(guò)顯著性檢驗(yàn);NDVI與氣溫相關(guān)系數(shù)為0.05,未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。平均相對(duì)濕度與降水量呈顯著正相關(guān), 與氣溫呈顯著負(fù)相關(guān), 相關(guān)系數(shù)分別為0.53和-0.34。降水量與NDVI、相對(duì)濕度均呈極顯著正相關(guān),與氣溫之間存在負(fù)效應(yīng)。即當(dāng)氣溫穩(wěn)定時(shí),降水量增加,相對(duì)濕度加大,植被指數(shù)增加;與此同時(shí),植被指數(shù)增加,降水量增加,且植被具有涵養(yǎng)水源的生態(tài)作用,使得相對(duì)濕度也隨之增加。降水量與氣溫綜合影響相對(duì)濕度的大小,降水量的增減主要影響植被指數(shù),相對(duì)濕度與植被指數(shù)通過(guò)降水量這一中介,間接發(fā)生相互作用。

表1 毛烏素沙地周邊地區(qū)相對(duì)濕度與氣候因子、NDVI相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析

Tab.1 Correlation analysis of correlation between relative humidity and climatic factors and NDVI in Mu Us peripheral area

指標(biāo)NDVI相對(duì)濕度降水量平均氣溫 植被指數(shù)10.280.51**0.05 平均相對(duì)濕度0.2810.53**-0.34* 降 水 量0.51**0.53**1-0.10 平均氣溫0.05-0.34*-0.101

注:**在置信度為 0.01 時(shí),相關(guān)性是顯著的;*在置信度為 0.05 時(shí),相關(guān)性是顯著的。

圖8 1981—2015年毛烏素沙地周邊地區(qū)主要?dú)夂蛞蜃蛹癗DVI的M-K趨勢(shì)變化Fig.8 M-K trend changes of the main climatic factors and NDVI in Mu Us peripheral area from 1981 to 2015

從圖8可知,NDVI值UF曲線變化趨勢(shì)為1981—1998年NDVI值處于穩(wěn)定期,1998—2006年NDVI值出現(xiàn)短暫下降,2006年后開始快速上升,且在2013年超過(guò)0.05的信度檢驗(yàn)。相對(duì)濕度UF曲線變化趨勢(shì)為除1986年外,1981—1994年相對(duì)濕度無(wú)明顯變化,1994—2001年相對(duì)濕度開始迅速下降,2001—2003年短暫上升,2003年后基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。降水量UF曲線變化趨勢(shì)為1982—1998年降水量呈微弱下降趨勢(shì),1998—2015年降水量處于波動(dòng)變化,其中1998—2000年和2004—2006和2007—2011年,降水量呈微弱下降趨勢(shì),2000—2004年和2011—2014年降水量呈上升變化。氣溫UF曲線變化趨勢(shì)為1982—1986年氣溫呈短暫下降趨勢(shì),1986—1996年氣溫呈上升變化,1996年之后氣溫開始快速上升,且在1998年超過(guò)0.05的信度檢驗(yàn)。對(duì)比NDVI與各氣候因子變化趨勢(shì)發(fā)現(xiàn),1981—1996年,除極端年份(1982—1986年)外,氣候變化較穩(wěn)定,NDVI、降水量、相對(duì)濕度三者變化趨勢(shì)一致,與氣溫變化趨勢(shì)無(wú)明顯相關(guān)性,這基本符合氣象學(xué)變化規(guī)律(降水量增加,相對(duì)濕度上升,有利于植被生長(zhǎng);相反,降水稀少,相對(duì)濕度也較低,阻礙了植被生長(zhǎng);溫度適度上升,有利于植被的生長(zhǎng),但溫度過(guò)高,則會(huì)使植被蒸騰作用加劇,地表水分蒸發(fā)加快,從而空氣中的相對(duì)濕度下降)。1996年之后,人類工業(yè)活動(dòng)加劇,氣候快速升溫,加速了研究區(qū)地表水的蒸發(fā),以及生活用水與工業(yè)用水的增加等,這些因素致相對(duì)濕度與降水量呈減少趨勢(shì)。1999年后,開始大規(guī)模退耕還林。還林初期(1999—2006年)植被對(duì)環(huán)境需要適應(yīng),植被存活率低,甚至影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境,此階段NDVI值呈下降趨勢(shì),對(duì)降水量和相對(duì)濕度影響較弱;2006年之后,植被生存環(huán)境開始穩(wěn)定,植被存活率增加,此階段NDVI值開始快速上升,降水量與相對(duì)濕度理論上應(yīng)受植被影響呈增加趨勢(shì),但是三者變化曲線并不一致。1998年后溫度呈顯著升溫趨勢(shì),理論上降水量、相對(duì)濕度應(yīng)該呈下降趨勢(shì),但事實(shí)上兩者的變化程度均很小。這些變化體現(xiàn)了NDVI與相對(duì)濕度、降水量、氣溫等氣候因子的相互作用。退耕還林后,氣溫適度升高,為植被生長(zhǎng)提供了有利條件,但快速增溫,相對(duì)蒸發(fā)量加大,使相對(duì)濕度與降水量呈下降趨勢(shì)。而植被的增加則在一定程度上使相對(duì)濕度與降水量的下降程度減小,削弱了氣溫對(duì)相對(duì)濕度與降水量的影響。由圖8可知,在2013年后降水量與相對(duì)濕度出現(xiàn)增加趨勢(shì)。故在氣候變暖的背景下,植被的增加在一定程度上有利于調(diào)節(jié)氣候。

3 結(jié) 論

1)毛烏素沙地周邊地區(qū)近35年平均相對(duì)濕度為波動(dòng)變化中呈下降趨勢(shì), 變化傾向率為-5.5%/10a,2005年后相對(duì)濕度下降趨勢(shì)減弱,甚至出現(xiàn)微弱上升變化,變化傾向率為0.49%/10a;平均相對(duì)濕度在空間上表現(xiàn)出由東南向西北分布且逐步遞減;時(shí)段1(1981—1999年)年和時(shí)段2(2000—2015年)相對(duì)濕度范圍分別為46.51～60.43%和46.00～59.43%。與時(shí)段1相比,時(shí)段2相對(duì)濕度<50%的區(qū)域范圍擴(kuò)大,主要分布在研究區(qū)西北部、北部地區(qū);相對(duì)濕度>50%的區(qū)域縮小,主要為研究區(qū)整體向東南減少;黃河流經(jīng)地寧夏平原、研究區(qū)東部和東南部山地段相對(duì)濕度變率較大,沙地西部邊緣及研究區(qū)西北、北部地區(qū)相對(duì)濕度變率較小。

2)1981—2015年,毛烏素沙地周邊地區(qū)植被指數(shù)呈增加趨勢(shì),變化傾向率為0.32/10a;2005年后NDVI值開始快速上升,變化傾向率為1.02/10a。其空間上表現(xiàn)為東部、東南部高,西北部低,周邊寧夏平原、黃河?xùn)|部流經(jīng)區(qū)高于沙地邊緣區(qū)及西北庫(kù)布其沙漠。1981—1999年與2000—2015年,NDVI值范圍分別為0.10～0.70和0.13～0.67。與時(shí)段1相比,沙地西部邊緣、西北部及研究區(qū)北部植被指數(shù)有明顯增加變化。毛烏素沙地周邊地區(qū)87.09%的區(qū)域,NDVI值呈輕度增加趨勢(shì),其中東南部NDVI值呈顯著增加變化。

3)1981—2015年, 毛烏素沙地周邊地區(qū)NDVI與相對(duì)濕度存在弱正相關(guān),與降水量呈顯著正相關(guān);相對(duì)濕度與降水量呈顯著正相關(guān),與氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)。1981—1996年,氣候變化穩(wěn)定期,NDVI、相對(duì)濕度、降水量變化趨勢(shì)呈現(xiàn)一致性,即氣溫基本穩(wěn)定時(shí),降水量增加,相對(duì)濕度增加,也有利于植被生長(zhǎng),相反降水量減少,相對(duì)濕度減少,也不利于植被生長(zhǎng);1996—2015年,氣候快速增溫期,一定程度上滿足了植被生長(zhǎng)需求,但是溫度過(guò)高,使得相對(duì)蒸發(fā)量增加,致降水量與相對(duì)濕度有所降低。1999年后人為退耕還林致NDVI值上升,一定程度上減弱了相對(duì)濕度與降水量的下降程度。

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