徐丽萍，郭 鹏，王 玲，刘 琳

（石河子大学 理学院，新疆 石河子832003）

在全球变暖的大趋势下，不同地区对其的响应不同。植被是土壤类型、地貌特征、气候变化和人类活动长期相互作用的产物，其分布、组成、发生和发展与环境条件密切相关［1－3］。在干旱与半干旱地区，稀疏植被覆盖是其主要的环境特征，对于环境的变化尤其是气候的变化异常敏感，因此，长期定量的植被分布和变化分析能够反映环境演变的过程及其与气候变化的关系。

NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）与植被覆盖度、植被绿度、植被生产力等性状具有很好的线性关系［4－5］，是反映植被辐射吸收特性、气候胁迫作用等的重要指标［6］。目前关于植被指数与气象因子响应关系的研究表明，气温、降水与植被NDVI关系密切［7－12］，并表现出滞后效应［8］和显著的空间差异性［13］。关于新疆地区的研究成果中张生军等［14］对不同植被类型生长季NDVI与气候因子进行了相关分析，发现有的植被类型对降水较为敏感，有的植被类型对温度较为敏感；王桂钢等［15］对天山山区草地变化与气候要素的时滞效应分析表明，草地NDVI与气温、降水和光照存在不等的滞后效应。天山北麓绿洲是新疆重要的经济发展带，近年来植被覆盖发生了明显的变化，但相关研究只是从宏观角度对覆被状况与气候的关系进行分析［16－17］，没有针对具体的植被类型。本文利用1982—2005年这24a来NDVI的时间序列，采用线性趋势法分析天山北麓中段不同区域各类型植被的变化情况，并将其与气温和降水的响应情况进行相关分析，以利于把握天山北麓中段生态环境变化状况及其对气候变化的响应程度，更好地为该地区生态环境规划和建设提供支持。

1 研究区概况

天山北麓中段位于准噶尔盆地南缘，东起乌鲁木齐市，西至乌苏市，南起前山带，北至沙漠边缘，呈不规则多边形。东西长约406km，南北最宽约210 km，面积约8．5万km2。地形总体由南东向北西倾斜，西北部最低为280m。天山北麓中段是北坡经济带的中心，按生态区划为山前平原东段、山前平原西段、山区东段和山区西段。该地区属内陆干旱区，夏季炎热干旱，冬季寒冷多风，多年平均降水量220 mm，呈由南向北递减趋势，多年平均气温6．9℃，多年平均蒸发潜力1 817mm，而蒸发量则由南向北递增。天山积雪孕育了众多河流水系，从东向西主要有乌鲁木齐河、头屯河、呼图壁河、玛纳斯河和奎屯河等径流量大于108m3／a的内陆河流，另有若干条年径流量较小的河流。这些河流发源于山区，在平原区径流和耗散，最终消失于古尔班通古特沙漠。植被以耕地农作物为主，冬季积雪覆盖和春季积雪融水对植被覆盖影响较大。

2 数据与研究方法

2．1 数据来源

2．1．1 遥感数据来源 本文所使用的数据是利用先进的高分辨率辐射计（Advanced Very High Resolution Radiometer，AVHRR）反射的全球月平均归一化差分植被指数，该资料是由美国NOAA／NASA探险 者 AVHRR 中 心 （Pathfinder AVHRR Land，PLA）免费提供，其空间分辨率为8km×8km，时间跨度为1982—2005年。

2．1．2 气象数据来源 气象数据为新疆维吾尔自治区气象信息中心提供的北疆35个基本气象台站的月均温和月降水数据，选取天山北麓中段7个站点数据经处理得到1982—2005年每年的年均气温和降水数据。

2．2 研究方法

2．2．1 斜率法 利用变化斜率的方法来研究NDVI时空演变趋势，计算公式如下：

式中：i——年序号；n——时间长度；NDVI——基于像元的24a时间序列；采用生长季（4—10月）平均值。b＞0表示植被覆盖呈增加趋势，b＜0表示植被覆盖呈减少趋势，b＝0表示植被覆盖无变化趋势。

NDVI变化百分率可表示24aNDVI的变化程度，计算方法如下：

采用t检验法对斜率的显著性进行检验。通过studentt－test显著性检验（P＜0．05）作为 NDVI显著性增加或显著性减少的判断标准。

2．2．2 归一化植被指数提取过程 为了更加有效地消除云遮盖、大气影响、观测中的几何畸变、非卫星天底角观测等不利因素，本研究采取了最大值合成法，将每个月两个15d全国NDVI数据采用最大值合成法做成月数据，对月NDVI资料求平均值，得到春（3—5月）、夏（6—8月）、秋（9—11月）、冬（12—2月）四季和年平均NDVI资料。用矢量化的天山北麓中段4个生态区边界提取NDVI值，并将GIMMS NDVI栅格数据转为矢量数据，参考新疆植被图集，将研究区所有像元栅格（8km×8km）分为7种植被类型，若某像元i（i分别为农田、荒漠、牧场、森林、高山植被）植被类型面积大于等于该像元面积50%时，定义该像元的植被类型为i；若在该像元中同时存在两种以上的自然植被类型，并且各植被类型的面积都小于该像元面积的50%，该栅格被定义为混合植被类型；若该像元中存在两种以上植被类型（且含有农田植被），各植被类型的面积都小于该像元面积的50%，则将该像元定义为混合农田植被类型。

2．2．3 NDVI与气温和降水的相关性分析 选取天山北麓7个典型站点气象数据，先将不同生态区域所对应站点的气温和降水数据进行平均，得到每个区域的气象数据，然后用SPSS软件进行相关性分析，得出每个生态区不同植被类型的NDVI值与同期气候因子之间的相关关系。

3 结果与分析

3．1 天山北麓中段NDVI变化特征

用斜率法进行天山北麓近24a生长季累积NDVI变化趋势分析（图1），可知近年来该区NDVI显著增加的面积为32 320km2，其中显著增加区域面积占该区的10．55%；生长季NDVI显著减少的面积为1 088km2，其中显著减少的区域面积仅占0．35%。由此可见，近年来，该区生长季NDVI在空间分布上总体呈增长趋势。中段地区NDVI显著增加的面积占总面积的11．56%，而显著减少的面积仅占0．15%，表明24a来天山北麓中段地区植被总体呈上升趋势，植被生长状况向好的方向发展。

3．2 天山北麓中段各生态区不同植被类型NDVI变化趋势

天山北麓各生态区24a来不同植被类型的NDVI值均在波动中有所增长（图2）。天山北麓山前平原东段各植被类型的NDVI值与山前平原西段相比，增长率有所降低且波动较小。山前平原西段混合植被指数每10a增长率大约为2．8%，比山前平原东段高0．9%；农田植被指数每10a增长率大约为3．8%，比山前平原东段高0．8%；混合农田植被指数和荒漠植被指数最低，与山前平原东段相差不大，但多了牧场植被类型。天山北麓山区西段混合植被指数年平均增长率为0．22%，比山区东段高0．01%；农田植被指数增长率最大，每10a增长率大约为4．6%，比山区东段高1．5%。与山区西段不同，山区东段牧场植被指数明显高于农田和混合农田，荒漠植被指数最低。与山前平原相比，山区植被类型增加了森林植被和高山植被。

图1 研究区地理位置

图2 天山北麓不同植被类型NDVI变化趋势

总而言之，山前平原区植被指数增长幅度高于山区，主要是在国家政策扶持下，平原区耕地面积迅速扩大，经济作物种类增多，从而使农田植被指数迅速增加。这也表明植被指数的变化，不仅受自然因素影响，同时也受到人为因素的影响。此外，平原区植被类型较少，以农田植被为主，而山区则以森林植被为主。荒漠植被指数与其他植被指数相比一直较低。

3．3 天山北麓各生态区不同植被类型NDVI与气温和降水的关系

从相关系数来看，除个别类型外，多数植被类型与降水及气温的相关性普遍较低。这可能与遥感数据分辨率过低和气象数据山区站点不丰富有关，但天山北麓不同生态区不同类型植被指数都与气温和降水存在正相关关系（表1），表明气温和降水是影响该区域植被生长的重要自然因素。对于不同生态区的混合植被指数来说，山前平原区的混合植被指数与降水的相关性较大，与气温的相关性较小。而山区的混合植被指数与气温的相关性较大，与降水的相关性较小。其中荒漠植被一直与降水有较好的相关性，尤其山区西段的荒漠植被，其NDVI值与降水的相关系数超过了0．7，说明干旱区植被对气候变化的响应非常敏感。农田植被与气温和降水的相关性都不是很大，尤其在山区，与气温的相关性很弱，但其植被增长率在各区域均为最高，表明人为因素对其变化造成了很大影响。森林植被指数在山区西段与降水的相关性较高，而在山区东段却与其呈弱相关关系。这可能与天山北麓山区东段与西段的气候背景不同有关，山区东段气温普遍高于西段，降水也多于西段。

由以上分析可知，除了山区西段的高山植被指数和山区东段的牧场植被指数与气温的相关性大于其与降水的相关性外，其他植被指数均与降水有更好的相关性。

表1 天山北麓各生态区不同植被类型NDVI与气温和降水的相关系数

4 结论与讨论

4．1 结 论

在1982—2005年的24a间，天山北麓中段不同生态区不同植被类型的NDVI均在波动中有所增长，但不同生态区的主要植被类型不同，山前平原区主要以荒漠植被和农田植被为主，山区西段主要以高山植被为主，山区东段主要以牧场植被为主。平原区植被指数的增长率大于山区，波动性也较大。不同植被类型NDVI与气候因子相关性分析表明，高山植被受年均气温影响较大，荒漠植被、农田植被及混合农田植被和降水相关性较大，牧场植被与气温和降水均存在相关性。总的来说，各植被类型NDVI都与气温和降水存在着明显的正相关关系，表明气温和降水是影响天山北麓植被变化的两个主要自然因素。

4．2 讨 论

植被的生长受多种因子的影响，包括自然因子（气温、降水、土壤、太阳辐射等）和非自然因子（人类活动等），而且这些因子对植被生长的影响可能存在一定的滞后性。本文只对自然因子中的气温、降水进行了相关性分析，并没有进行气候因子对植被生长影响的滞后性分析，而且由于资料缺乏等的限制，也未区分自然因素和人为因素贡献率的大小，这些还有待进一步深入研究。

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