和田地區(qū)植被覆蓋變化及氣候因子驅(qū)動分析

丁 玥,阿布都熱合曼·哈力克,*,陳香月,2,3,木卡達斯·阿不都熱合曼

1 新疆大學資源與環(huán)境科學學院,烏魯木齊 830046 2 新疆大學綠洲生態(tài)教育部重點實驗室,烏魯木齊 830046 3 新疆大學智慧城市與環(huán)境建模自治區(qū)普通高校重點實驗室,烏魯木齊 830046

植被在區(qū)域和全球生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性中起著至關重要的作用,植被覆蓋是水土保持和改善生態(tài)環(huán)境的關鍵因素[1]。在全球氣候變化的大背景下,研究區(qū)域和全球尺度下植被與氣候間的定量關系變得十分重要[2- 4]。由于植被對環(huán)境變化非常敏感,且氣候變化是環(huán)境變化的重要驅(qū)動力之一,因而氣候?qū)χ脖坏纳L具有十分重要的影響[5- 8]。

已有研究表明,過去幾十年間全球氣溫顯著上升,北半球中高緯度地區(qū)的植被受氣溫影響,生長季節(jié)已經(jīng)延長[9],這些變化已經(jīng)引起了國內(nèi)外研究學者的廣泛關注。由于干旱半干旱地區(qū)受水資源短缺的限制,植被生長對氣候變化十分敏感[10- 11],是研究植被變化對氣候響應的熱點區(qū)域。新疆地處中亞干旱區(qū)腹地,氣候極端干旱,當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應最為敏感[12]。而和田地區(qū) (78°17′—82°38′ E、36°52′ N—37°19′ N)位于新疆維吾爾自治區(qū)西南緣,南與昆侖山及西藏自治區(qū)交界,北與塔克拉瑪干大沙漠及阿克蘇相連,東與巴音郭楞蒙古自治州毗鄰,西與喀什地區(qū)接壤,西南與喀喇昆侖山相鄰。該區(qū)氣候干旱,生態(tài)環(huán)境非常脆弱,研究其生態(tài)環(huán)境的變化具有十分重要的意義。

近年來,遙感影像的應用十分廣泛,利用NDVI(歸一化植被指數(shù),Normalized Different Vegetation Index)研究長時間序列植被覆蓋變化的方法較為成熟,主要集中于植被覆蓋的整體時空變化及植被對氣候變化與人類活動的響應。高江波等[13]分析了1982—2013年中國植被NDVI空間異質(zhì)性的氣候影響,探究了中國植被NDVI及其動態(tài)特征對氣候變化響應的空間格局；杜加強等[14]研究了新疆1982—2012年間植被生長的動態(tài)變化,發(fā)現(xiàn)研究時段內(nèi)生長季植被NDVI呈極顯著增加趨勢,在不同時段NDVI與氣候因子的相關性存在差異；郭繼凱等[15]對2001—2013年塔里木河流域氣候變化和人類活動對植被覆蓋變化的相對作用進行定量分析,結(jié)果表明塔里木河流域植被覆蓋變化主要受人類活動影響。目前關于和田地區(qū)植被覆蓋變化及其驅(qū)動力研究的空間尺度主要分為兩類,一類為更大的空間尺度,如新疆[16],另一類為更小的空間尺度,如和田地區(qū)內(nèi)部某一綠洲[17- 19],對和田地區(qū)這一空間尺度的研究較少。本文使用MODIS NDVI(2000—2016年)數(shù)據(jù)集,探討和田地區(qū)植被覆蓋的時空變化特征及其對主要氣候因子的響應,并以2010年土地利用分類數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)為參考,分析不同生境植被覆蓋變化與氣候因子的相關關系,以期在全球氣候變化背景下為和田地區(qū)的生態(tài)環(huán)境管理與保護提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

和田地區(qū)(圖1)包含皮山縣、墨玉縣、和田縣、洛浦縣、策勒縣、于田縣、民豐縣及和田市,東西長約670 km2,南北寬約570 km2,總面積約24.78×104km2。區(qū)域內(nèi)部地貌單元可分為：最高山帶(5200—5500 m),是現(xiàn)代冰川和永久積雪帶；高山帶(4200—5200 m),一般為裸地;亞高山帶(3400—4200 m),山勢起伏大,一般坡度20—38度；中山帶(3000—3400 m)分布著遼闊的優(yōu)良草場,是和田地區(qū)重要牧業(yè)基地；低山帶(2200—3000 m),山勢平緩,在河流沿岸階地上分布著農(nóng)田,是農(nóng)牧結(jié)合區(qū)；山麓傾斜平原(1250—2200 m)生長著稀疏超旱植被,分布著古老綠洲；沙漠區(qū)(<1250 m)北部地區(qū)接塔克拉瑪干沙漠腹地,生長著耐旱植被。當?shù)貧夂蚋珊?多風沙天氣,降水量少而蒸發(fā)量大,不同地形、地貌條件下,氣候差異極大。年降水量為28.9—47.1 mm,蒸發(fā)量高達2198—2790 mm,屬于干旱荒漠氣候區(qū)[20]。

圖1 研究區(qū)位置及高程Fig.1 The location of study area and its elevation

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本文所采用的遙感數(shù)據(jù)是MODIS NDVI數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)可在美國國家航空航天局 (National Aeronautics and Space Administration, NASA) 網(wǎng)站(https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/)免費下載,時間序列為2000—2016年,空間分辨率為1 km,時間分辨率為1月。氣象基礎數(shù)據(jù)來自中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務網(wǎng)(http://cdc.cma.gov.cn/.),選用2000—2016年和田地區(qū)及其周邊地區(qū)共25個氣象站點的月平均氣溫及月降水量。

為了消除云層、大氣和太陽高度角等的干擾,采用最大值合成法 MVC (Maximum Value Composites)獲得年NDVI的最大值,其公式為[21- 22]：

YNDVIi=max(NDVIij)

式中,YNDVIi為第i年的年最大NDVI值(i=2000,2001,…,2016)；NDVIij為第i年第j月的NDVI(j=4,5,…,9,10)。一般認為生長季植被NDVI不受植被物候變化及積雪覆蓋的影響,因此本文選取4—10月的NDVI平均值作為年NDVI平均值?？紤]到生長季植被NDVI大于0.1表示有植被覆蓋,小于0.1則表示地表無植被覆蓋[23],因此為方便計算,只計算 NDVI > 0.1的像元。

整理和田地區(qū)及其周邊地區(qū)25個氣象站點2000年1月—2016年12月的月降水量和月平均氣溫,利用ArcGIS軟件采用反距離權重法(IDW)對氣象數(shù)據(jù)進行空間插值,獲得與NDVI數(shù)據(jù)相同投影和空間分辨率的柵格數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1斜率分析法

采用斜率分析法基于像元尺度分析2000—2016年研究區(qū)植被覆蓋年際變化特征,由此反映不同區(qū)域植被覆蓋空間變化趨勢,其公式為[24-25]：

式中,n為監(jiān)測時間段的累計年數(shù)；MNDVIi為第i年4—10月最大化 NDVI值；θslope是趨勢線的斜率。當θslope> 0時,表示NDVI在n年間呈增加趨勢,當θslope<0時,表示NDVI在n年間呈現(xiàn)退化趨勢。對植被覆蓋度變化趨勢進行F檢驗,按顯著性水平0.1將NDVI變化趨勢劃分為7個等級。

2.2.2相關分析法

采用相關分析法可研究植被NDVI對氣候變化的響應,其計算公式為[26]：

2.2.3極差標準化

由于NDVI與氣溫及降水具有不同的單位和量綱,無法直觀研究其中規(guī)律,因而采用極差標準化對數(shù)據(jù)進行處理,其公式為：

3 結(jié)果分析

3.1 植被變化特征分析

3.1.1植被NDVI月際變化

圖2 2000—2016年月NDVI值變化Fig.2 Change in monthly NDVI from 2000 to 2016

通過統(tǒng)計研究區(qū)2000—2016年4—10月的NDVI值,可以看出NDVI 的變化趨勢基本一致(圖2),即4—7月呈上升趨勢,在7月或8月達到峰值,8—10月呈下降趨勢。2004、2006、2008、2009、2011、2013、2015年7月的月NDVI值最大；其余年份的月NDVI值在8月最大。原因在于和田地區(qū)被植被覆蓋的土地利用類型主要包括耕地、林地和草地,在氣溫和降水的影響下,4月份植被開始生長,NDVI逐漸增大；7月或8月植被生長最為茂盛,NDVI達到峰值；不久后農(nóng)作物成熟并開始收割,植被逐漸減少,NDVI逐漸減小。

4月NDVI值最大的是2016年,5月NDVI值最大的是2013年,6、7、8月NDVI值最大的是2012年,9、10月NDVI值最大的是2010年。4月NDVI最小值出現(xiàn)在2000年,5、6、10月NDVI最小值出現(xiàn)在2001年,7、8月NDVI最小值出現(xiàn)在2009年,9月NDVI最小值出現(xiàn)在2008年。4—10月的NDVI平均值分別為0.0104、0.0184、0.0272、0.034、0.0347、0.0307、0.0194,其中8月NDVI最大,4月NDVI最小。

3.1.2植被NDVI年際變化空間分布

通過斜率分析法對研究區(qū)2000—2016年各年最大NDVI值與其相對應的時間序列進行逐像元回歸分析,按斜率及顯著性檢驗劃分為七類,以表達此段時間內(nèi)植被覆蓋變化的趨勢,其中27.9%通過了顯著性檢驗,72.1%未通過顯著性檢驗,劃分標準及結(jié)果見圖3、表1。和田地區(qū)坐落于塔里木盆地,受地形因素制約降水較少,區(qū)域內(nèi)水源主要來自地下水及冰雪融水。植被主要分布在山地、綠洲及河流附近,植被覆蓋的區(qū)域面積約為80886 km2,約占研究區(qū)總面積的32.44%；無植被覆蓋的區(qū)域面積約168467 km2,約占研究區(qū)總面積的67.56%。17年間研究區(qū)植被覆蓋增長的區(qū)域面積約11172 km2,約占研究區(qū)總面積的4.48%；退化的面積約524 km2,約占研究區(qū)總面積的0.21%；植被覆蓋變化不明顯的區(qū)域面積約69190 km2,約占研究區(qū)總面積的27.75%。由此可知,和田地區(qū)植被覆蓋整體呈增加趨勢。其中,植被輕度增加的面積最大,為108778 km2(4.363%)；植被輕度減少的面積次之,為496 km2(0.199%)；植被中度增加的面積為204 km2(0.082%),之后是顯著增加和中度減少,面積分別為90 km2(0.036%)和20 km2(0.008%),植被顯著減少的面積最小為8 km2(0.003%)。結(jié)合2010年土地利用分類數(shù)據(jù),植被顯著增加的土地利用類型為耕地,位于皮墨農(nóng)場；植被中度增加的土地利用類型為耕地和草地,前者分布在綠洲內(nèi)部,后者分布在綠洲外圍；植被輕度增加的土地利用類型主要為草地,分布在昆侖山北部以及綠洲外圍,其次為分布在綠洲內(nèi)部的耕地以及極少的林地,林地分布在于田縣克里雅河尾閭及民豐縣牙通古孜河附近。植被減少的面積較少,部分分布在和墨洛綠洲、策勒-于田綠洲、民豐綠洲內(nèi)部(土地利用類型為城鄉(xiāng)建設用地),其余零星分布在昆侖山北部(土地利用類型為草地)。由上述分析可知,近17年和田地區(qū)植被覆蓋變化基本平穩(wěn)略有增加,主要變化集中在海拔相對較低、人類活動較為頻繁的綠洲,高海拔區(qū)域主要受氣候因素影響,植被覆蓋變化主要表現(xiàn)為基本不變。

圖3 和田地區(qū)NDVI變化趨勢及顯著性檢驗Fig.3 The change trend of NDVI and its significance testing in Hotan Prefecture

表1 2000—2016年和田地區(qū)NDVI變化趨勢分類標準及結(jié)果統(tǒng)計

3.2 植被NDVI變化對氣候因子的響應

3.2.12000—2016年4—10月植被NDVI及氣候因子的變化趨勢

在氣溫和降水的影響下, 4—10月是植物生長的最佳時期?？紤]到農(nóng)作物的季節(jié)性特征,本文統(tǒng)計了2000—2016年4—10月的總降水量和平均溫度及NDVI,為了更好的進行分析,采用極差標準化處理。由圖4可以看出,NDVI與總降水量和平均溫度均為上升趨勢,NDVI的上升速度較快為0.452/10a,而總降水量和平均溫度的上升速度相對緩慢,分別為0.144/10a和0.156/10a。通過對圖4各曲線的波峰和波谷進行分析,NDVI與總降水量和平均溫度均為上升趨勢的是2015年和2016年；NDVI與總降水量和平均溫度均為下降趨勢的是2009年和2014年。當總降水量和平均溫度相差較大時,當年NDVI變化趨勢相對較小。此外三者的最大值和最小值出現(xiàn)的年份均不相同,NDVI最大值出現(xiàn)在2012年,最小值出現(xiàn)在2001年；總降水量的最大值出現(xiàn)在2010年,最小值出現(xiàn)在2009年；平均溫度的最大值出現(xiàn)在2011年,最小值出現(xiàn)在2003年。

圖4 2000—2016年4—10月平均NDVI、總降水量和平均溫度的變化趨勢Fig.4 The change trend of mean NDVI and total precipitation and mean temperature from April to October during 2000—2016

3.2.2植被NDVI對氣候因子的時滯效應

隨機選取400個點,在Excel 2003和SPSS中分別計算和田地區(qū)2000—2016年各年4—10月的NDVI平均值與對應氣象數(shù)據(jù)前期二月(2—8月)、前期一月(3—9月)和同期(4—10月)平均溫度及總降水量的Pearson相關系數(shù),并進行顯著性檢驗,得到圖5。4—10月NDVI序列與前期二月、前期一月和同期平均溫度序列均為正相關且均通過0.01的置信度檢驗,前期二月平均溫度序列與4—10月NDVI序列的相關系數(shù)在0.494—0.712之間；前期一月平均溫度序列與4—10月NDVI序列的相關系數(shù)在0.475—0.695之間；同期平均溫度序列與4—10月NDVI序列的相關系數(shù)在0.484—0.672之間,三者最低值均出現(xiàn)在2003年,最高值均出現(xiàn)在2009年。綜合平均溫度序列與NDVI序列發(fā)現(xiàn),在任意給定年份,前期二月平均溫度序列與4—10月NDVI序列的相關性明顯高于其他兩個溫度序列,說明總體上,和田地區(qū)植被的生長滯后于溫度兩個月。

4—10月NDVI序列與前期二月、前期一月和同期總降水量序列多為負相關且通過0.01的置信度檢驗,前期二月總降水量序列與4—10月NDVI序列的正相關出現(xiàn)在2003年(0.377)、2004年(0.109)、2005年(0.288)和2012年(0.222),相關性均較低,負相關系數(shù)在-0.139—-0.732之間,絕對值最低出現(xiàn)在2008年,最高出現(xiàn)在2009年；前期一月總降水量序列與4—10月NDVI序列的正相關出現(xiàn)在2003年(0.345)、2004年(0.081)、2005年(0.407)和2012年(0.194),僅2005年與前期二月相比有所提升,其余值均小于前期二月,負相關系數(shù)在-0.364—-0.745之間,絕對值最低出現(xiàn)在2006年,最高出現(xiàn)在2009年；同期總降水量序列與4—10月NDVI序列的正相關出現(xiàn)在2003年(0.346)、2005年(0.417),負相關系數(shù)在-0.103—-0.747之間,絕對值最低出現(xiàn)在2012年,最高出現(xiàn)在2009年。綜合總降水量序列與NDVI序列發(fā)現(xiàn),當降水量序列與NDVI序列為正相關性時,NDVI與降水的相關性較弱,僅2003年可以看出NDVI與降水存在一定的滯后關系(前期二月>同期>前期一月),2005年同期總降水量序列與NDVI序列的相關系數(shù)最大,為0.417。當降水量序列與NDVI序列為負相關性時,同期總降水量序列與4—10月NDVI序列的負相關性略高于其他兩個總降水量序列。

圖5 2000—2016年和田地區(qū)4—10月NDVI與不同時序溫度、降水的相關系數(shù)Fig.5 The correlation coefficients of NDVI and mean temperature,precipitation in different time series in Hotan Prefecture from 2000 to 2016*表示通過0.05的置信度檢驗,“前期”指對應氣象數(shù)據(jù)之前的(時間)

3.2.3植被NDVI對氣候因子響應的空間分布

通過ArcGIS柵格計算器逐像元計算2000—2016年和田地區(qū)前期二月、前期一月和同期平均溫度、總降水量與4—10月NDVI的相關系數(shù),得到其空間分布圖(圖6、圖7)。2000—2016年和田地區(qū)植被變化與前期二月溫度的平均相關系數(shù)為-0.018,區(qū)域正相關系數(shù)和負相關系數(shù)的所占比例分別為35.82%和64.18%,在此研究時段內(nèi)研究區(qū)植被覆蓋變化與溫度主要為負相關。在正相關區(qū)域中,低度正相關(0—0.3)、中度正相關(0.3—0.5)和高度正相關(0.5—0.8)區(qū)域分別占植被覆蓋面積的26.3%、8.12%和1.4%,主要集中在和墨洛綠洲(耕地和草地)、策勒-于田綠洲(耕地和草地)、克里雅河尾閭中部(林地)以及皮山縣綠洲北部和中部(耕地和草地)、民豐縣西部綠洲的中部和南部(耕地和草地),零星分布在和田地區(qū)西南部山區(qū)(草地)。在負相關區(qū)域中,低度負相關(-0.3—0)、中度負相關(-0.5—-0.3)和高度負相關(-0.8—-0.5)區(qū)域分別占植被覆蓋面積的34.73%、23.29%和6.17%,主要集中在昆侖山北部(草地)、皮山綠洲外圍(草地)、和墨洛綠洲中東部(城鄉(xiāng)建設用地和耕地)及和田河沿岸(灌木)、策勒-于田綠洲東北部(草地)及克里雅河尾閭(林地)大部分地區(qū)和民豐縣的東部綠洲(草地和林地),零星分布和田地區(qū)西南部山區(qū)(草地)。

圖6 2000—2016年和田地區(qū)4—10月NDVI與不同時序平均溫度的空間相關分布圖Fig.6 Spatial pattern of correlation coefficients between NDVI and mean temperature in Hotan Prefecture during 2000—2016

圖7 2000—2016年和田地區(qū)4—10月NDVI與不同時序總降水量的空間相關分布圖Fig.7 Spatial pattern of correlation between NDVI and total precipitation in Hotan Prefecture during 2000—2016

2000—2016年和田地區(qū)植被變化與前期一月溫度的平均相關系數(shù)為-0.014,區(qū)域正相關系數(shù)和負相關系數(shù)的所占比例分別為36.77%和63.23%,在此研究時段內(nèi)研究區(qū)植被覆蓋變化與溫度主要為負相關。低度正相關、中度正相關和高度正相關區(qū)域分別占植被覆蓋面積的26.17%、9.02%和1.57%；低度負相關、中度負相關和高度負相關區(qū)域分別占植被覆蓋面積的39.58%、19.17%和4.48%,與前期二月相比負相關性所占百分比減小,正相關性所占百分比增大。在負相關區(qū)域中,表現(xiàn)為低度負相關所占百分比增大、中度負相關和高度負相關所占百分比減小；在正相關區(qū)域中,表現(xiàn)為低度正相關所占百分比減小、中度正相關和高度正相關所占百分比增大?？臻g分布上表現(xiàn)為,昆侖山北部大部分區(qū)域由中高度負相關轉(zhuǎn)換為低度負相關或正相關,和墨洛綠洲和策勒-于田綠洲內(nèi)部部分區(qū)域由低度正相關轉(zhuǎn)換為中高度正相關部分轉(zhuǎn)換為低度負相關,特別是克里雅河尾閭正相關增加明顯。

2000—2016年和田地區(qū)植被變化與同期溫度的平均相關系數(shù)為-0.013,區(qū)域正相關系數(shù)和負相關系數(shù)的所占比例分別為37.95%和62.05%,在此研究時段內(nèi)研究區(qū)植被覆蓋變化與溫度主要為負相關。低度正相關、中度正相關和高度正相關區(qū)域分別占植被覆蓋面積的28.18%、8.35%和1.42%；低度負相關、中度負相關和高度負相關區(qū)域分別占植被覆蓋面積的40.05%、17.65%和4.35%,與前期一月相比負相關性所占百分比減小,正相關性所占百分比增大。在負相關區(qū)域中,表現(xiàn)為低度負相關所占百分比增大、中度負相關和高度負相關所占百分比減??；在正相關區(qū)域中,表現(xiàn)為低度正相關所占百分比增大、中度正相關和高度正相關所占百分比減小。空間分布上表現(xiàn)為,皮山縣綠洲、和墨洛綠洲和策勒-于田綠洲內(nèi)部城鎮(zhèn)化水平較高的區(qū)域由低度正相關轉(zhuǎn)換為低度負相關和中度負相關,克里雅河尾閭區(qū)域由低度正相關轉(zhuǎn)換為低度負相關,昆侖山北部部分區(qū)域由中度負相關轉(zhuǎn)換為低度負相關或低度負相關轉(zhuǎn)換為低度正相關。

綜上所述,溫度與NDVI的相關性還與植被類型有關。土地利用類型為耕地時,在和墨洛綠洲和策勒-于田綠洲,NDVI與前期二月溫度相關性最高,表明和墨洛綠洲和策勒-于田綠洲的植被生長對氣溫變化響應的滯后期約為兩個月。土地利用類型為草地時,在昆侖山北部,NDVI與溫度為負相關性,這是因為和田地區(qū)降水較少,溫度越高,土壤水分蒸發(fā)越嚴重,抑制植被的生長；在和田地區(qū)西南部山區(qū),NDVI與溫度為正相關性,這是因為海拔越高,溫度越低且植被生長依賴冰雪融水,因而溫度越高越有利于植被的生長。

2000—2016年和田地區(qū)植被變化與前期二月總降水量的平均相關系數(shù)為0.061,區(qū)域正相關系數(shù)和負相關系數(shù)的所占比例分別為83.88%和16.12%,在此研究時段內(nèi)研究區(qū)植被覆蓋變化與總降水量主要為正相關。在正相關區(qū)域中,低度正相關(0—0.3)、中度正相關(0.3—0.5)、高度正相關(0.5—0.8)和極高度正相關(0.8—1)區(qū)域分別占植被覆蓋面積的24.07%、19.9%、36.91%和3.01%。低度正相關和中度正相關分布在皮山縣綠洲北部(耕地和草地)、和墨洛綠洲的主要區(qū)域及河流沿岸(耕地和草地)、策勒-于田綠洲的主要區(qū)域(耕地和草地)、克里雅河尾閭(林地)、民豐縣的部分綠洲(耕地和草地),零星分布在和田地區(qū)西南部山區(qū)(草地)；高度正相關主要分布在昆侖山北部(草地)和皮山縣綠洲南部(耕地和草地),其余零星分布在各綠洲內(nèi)部。在負相關區(qū)域中,低度負相關(-0.3—0)、中度負相關(-0.5—-0.3)和高度負相關(-0.8—-0.5)區(qū)域分別占植被覆蓋面積的13.85%、2.06%和0.22%,負相關的區(qū)域面積較小,零散分布在和田地區(qū)西南部山區(qū)(草地)、河流沿岸、綠洲外圍及綠洲內(nèi)部人口密度較大的區(qū)域。

2000—2016年和田地區(qū)植被變化與前期一月總降水量的平均相關系數(shù)為0.056,區(qū)域正相關系數(shù)和負相關系數(shù)的所占比例分別為84.24%和15.76%,在此研究時段內(nèi)研究區(qū)植被覆蓋變化與總降水量主要為正相關。低度正相關、中度正相關、高度正相關和極高度正相關區(qū)域分別占植被覆蓋面積的24.63%、25.25%、33.72%和0.65%；低度負相關、中度負相關和高度負相關區(qū)域分別占植被覆蓋面積的13.53%、2.01%和0.21%,與前期二月相比負相關性所占百分比減小,正相關性所占百分比增大。負相關變化幅度較小,空間分布變化并不明顯。在正相關區(qū)域中,表現(xiàn)為低度正相關和中度正相關所占百分比增加、高度正相關和極高度正相關所占百分比減小?？臻g分布上表現(xiàn)為,昆侖山北部大部分地區(qū)由高度正相關和極高度正相關轉(zhuǎn)換為中度正相關,和墨洛綠洲和策勒-于田綠洲部分地區(qū)由低度正相關和中度正相關轉(zhuǎn)換為中度正相關和高度正相關。

2000—2016年和田地區(qū)植被變化與同期總降水量的平均相關系數(shù)為0.055,區(qū)域正相關系數(shù)和負相關系數(shù)的所占比例分別為84.18%和15.82%,在此研究時段內(nèi)研究區(qū)植被覆蓋變化與總降水量主要為正相關。低度正相關、中度正相關、高度正相關和極高度正相關區(qū)域分別占植被覆蓋面積的25.07%、26.57%、32.18%和0.36%；低度負相關、中度負相關和高度負相關區(qū)域分別占植被覆蓋面積的13.62%、1.97%和0.23%,與前期一月相比負相關性所占百分比增加,正相關性所占百分比減小。在負相關區(qū)域中,表現(xiàn)為低度負相關和高度負相關所占百分比增大、中度負相關所占百分比減小。在正相關區(qū)域中,表現(xiàn)為低度正相關和中度正相關所占百分比增大、高度正相關和極高度正相關所占百分比減小。由于以上相關性變化幅度均較小,空間分布變化并不明顯。

綜上所述,總降水量和NDVI的相關性與土地利用類型及海拔高度有關。土地利用類型為草地時,在和田地區(qū)西南部山區(qū),總降水量和NDVI的相關性為負相關或低度正相關,這一區(qū)域降水量相對較多,降水增加會導致光照強度下降、光合作用減弱,從而抑制植被的生長[27]；昆侖山北部海拔相對較低,總降水量和NDVI的相關性為正相關且時滯效應明顯,植被生長對降水變化響應的滯后期約為兩個月。和墨洛綠洲和策勒-于田綠洲地勢平坦海拔相對較低,植被類型主要為耕地和草地,該區(qū)域NDVI與降水存在一定的滯后相關,前期一月和同期降水都會促進植被的生長。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

(1)2000—2016年4—10月NDVI的月際變化表現(xiàn)為先增加再減少,年際變化表現(xiàn)為顯著上升趨勢,增速為0.452/10a。

(2)2000—2016年NDVI的空間變化基本穩(wěn)定,植被覆蓋增加的區(qū)域大于減少的區(qū)域,二者分別占總面積的4.48%和0.21%。綠洲及昆侖山北部部分區(qū)域變化顯著,高海拔區(qū)域基本不變；綠洲上的植被覆蓋變化與人類活動有關；昆侖山北部的植被覆蓋變化與氣候因子有關。

(3)2000—2016年溫度與降水均小幅增加,增速分別為0.144/10a和0.156/10a。在月尺度上,研究區(qū)NDVI與平均溫度均為正相關,植被生長滯后于溫度兩個月；NDVI與總降水量以負相關為主,滯后效應不明顯。

(4)NDVI對氣候因子響應的空間分布上,NDVI與平均溫度以負相關為主,分布在昆侖山北部；正相關分布在和墨洛綠洲、策勒-于田綠洲和和田地區(qū)西南部山區(qū)。NDVI與總降水量以正相關為主,分布在昆侖山北部及和田地區(qū)各個綠洲；負相關分布在和田地區(qū)西南部山區(qū)及綠洲內(nèi)部城鎮(zhèn)化水平較高的區(qū)域。

4.2 討論

和田地區(qū)的植被覆蓋在全球變化的背景下也發(fā)生了顯著的變化,近17年和田地區(qū)植被覆蓋呈顯著增加趨勢,且植被覆蓋增加的區(qū)域主要集中在昆侖山北部及綠洲。植被覆蓋變化是氣候、地形、人為等多種因素共同作用的結(jié)果,在本文研究時段內(nèi),研究區(qū)溫度與降水均小幅增加,但在不同時空尺度NDVI與氣候因子的相關性也有所不同。昆侖山平均海拔5500—6000 m,較少受到人類活動的干擾,植被覆蓋變化應與自然因素有關。昆侖山北部NDVI與溫度為負相關,與降水為正相關,說明該區(qū)域植被生長受降水主導,降水越多,植被生長越有利,而溫度升高則可能導致蒸散發(fā)作用加強,干旱趨勢加劇[28]。和田地區(qū)西南部山區(qū)海拔相對較高,植被基本沒有發(fā)生變化,該區(qū)域植被生長對溫度變化更為敏感。和墨洛綠洲和策勒-于田綠洲人口相對稠密,城鎮(zhèn)化水平相對較高,植被覆蓋變化受人為因素影響較大。因此今后對和田地區(qū)植被覆蓋變化的研究不僅要考慮不同時段氣候因子的響應,還要考慮人為因素(人口密度、社會經(jīng)濟、城市擴張等)對植被覆蓋變化的影響,揭示和田地區(qū)植被覆蓋對氣候因素與人為因素的響應機制,從而更有效地保護和田地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。