杜佳梦，包刚，2，3*，佟斯琴，2，黄晓君，2，温都日娜，美丽，包玉海，2

（1.内蒙古师范大学地理科学学院，内蒙古呼和浩特010022；2.内蒙古师范大学内蒙古自治区遥感与地理信息系统重点实验室，内蒙古 呼和浩特010022；3.宁夏大学西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地，宁夏 银川750021）

全球气候变化与陆地生态系统间的关系（global change and terrestrial ecosystem，GCTE）是全球变化研究的重要内容之一［1］。植被是陆地生态系统的重要组成部分，连接着土壤、水圈和大气圈，促进各个圈层物质迁移和能量交换，在气候调节、陆地碳循环、水土保持等方面具有重要作用［2−3］。气候变化是改变植被生长、结构和功能的主要因素之一［4］。植被对气候变化的响应研究已成为全球变化研究的主要内容之一［5−6］。

蒙古国是蒙古高原的主要组成部分［7］，也是中国“一带一路”合作战略和中蒙俄经济走廊的重要区域［8］。蒙古国位于干旱半干旱地区，加之其相对高的海拔和大陆性气候，生态系统较为脆弱。植被类型主要以草原为主，占国土面积的79%，包括草甸草原、典型草原和荒漠草原，而森林约占国土面积的10%，主要分布在气候相对湿润的北部高纬度地区和山区［9］。此外，蒙古国是世界上人口稀少的国家之一［10］，蒙古国国家统计局数据显示，2019年蒙古国人口为329.69 万，平均人口密度为2.1 人·km−2，人类活动对生态系统的影响相对较少，加之其独特的地理位置、广阔的草原及其多种植被类型等为区域尺度植被生长状况及其气候变化响应研究创造了良好的研究条件。蒙古国南部与中国内蒙古接壤，其生态环境、自然资源和社会人文等与中国有着紧密关联，属于中国北部最重要的绿色生态屏障。近些年蒙古国陆地生态系统受气候变化影响显著，如湖泊面积萎缩［11］、干旱加剧［12］、森林草原火灾［13］和森林病虫害［14］等自然灾害频发，可能直接或间接影响中国北方生态环境状况。因此，有必要在蒙古国国家尺度上开展近30 多年来植被覆盖变化及其与气候要素和人类活动因素关系的研究。

本研究利用1982−2015 年全球监测与模型研究组（global inventory modeling and mapping studies，GIMMS）第三代NDVI（normalized difference vegetation index）数据（NDVI3g），结合同期温度、降水量及植被类型数据，分析蒙古国植被NDVI 的年际、季节变化特征，在此基础上探讨其对气候变化和人类活动的响应。旨在揭示不同时空尺度下蒙古国植被生长变化趋势及其主要驱动，为理解该地区生态环境的总体发展趋势和对中国“三北”地区生态环境建设以及防灾减灾等方面提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

蒙古国位于亚洲中部（41°35′−52°09′N，87°44′−119°56′E），属内陆高原国家，国土面积为约156 万km2［10］。地势由西向东逐渐降低（图1a），平均海拔在1580 m 左右［7］。气候类型为典型的大陆性干旱半干旱气候［9］，冬季漫长而寒冷，夏季炎热干燥，年平均温度在−8～6 ℃波动，由南向北降低（图1b）。年降水量的分布与温度相反（图1c），从北部山区的>350 mm 降低到南部戈壁荒漠地区的<50 mm［15］。受气候分布的影响，蒙古国植被类型由北向南依次为森林、草原和荒漠稀疏植被［16］（图1d）。在气候和植被类型的影响下，草地畜牧业是蒙古国最主要的经济基础，支撑着80%以上的农牧业产值［17］。

图1 蒙古国高程（a）、温度（b）、降水（c）及植被类型（d）的空间分布格局Fig.1 Spatial distribution pattern of elevation（a），temperature（b），precipitation（c）and vegetation type（d）in Mongolia

1.2 数据来源及预处理

本研究使用的遥感数据为1982−2015 年间的GIMMS NDVI3g V1 数据（https：//ecocast.arc.nasa.gov/da⁃ta/pub/gimms/3g.v1/），时间和空间分辨率分别为15 d 和0.0833°［18］。研究区大部分植被在冬季停止生长或受积雪覆盖的影响等，每年选取4−10 月（即生长季）的NDVI 数据用于研究［16］。对每月两景数据进行最大值合成处理［19−20］，获得月尺度的NDVI 时间序列数据集，以进一步消除15 d NDVI 中存在的云、气溶胶和其他非植被因素等的影响。在此基础上，对4−5、6−8 和9−10 月NDVI 分别进行平均值计算，得到春、夏和秋季NDVI［21］，用于分析不同季节NDVI 变化趋势及其气候响应。对生长季3 个季节NDVI 进一步计算均值获得生长季平均NDVI，分析年NDVI 的时空变化趋势。由于在植被覆盖度极低的地区NDVI 容易受到土壤背景的影响而不能准确反映植被覆盖的实际信息，在此将多年平均NDVI 小于0.075 的地区定为无植被区，不做分析［10］。

气象数据由蒙古国科学院地理与地质生态研究所提供，为蒙古国133 个气象台站的1982 年1 月1 日−2015年12 月31 日温度和降水量数据。对日气象数据进行处理得到月数据后，在ArcGIS 10.2 环境下对气象数据进行克里金插值，获得时间和空间分辨率与NDVI 数据一致的栅格化气象数据集，用于像元尺度的NDVI 变化趋势及其对气候的响应研究。

植被类型数据来源于蒙古国国家地图集。对地图集中的植被类型数据进行扫描、几何校正、数字化等处理，获得森林、草甸草原、典型草原、荒漠草原、戈壁荒漠和高山草地6 种植被类型，用于分析不同植被类型NDVI 变化趋势及其气候响应。牲畜数量和人口数据均从蒙古国国家统计信息服务网（http：//www.1212.mn/）获取。

1.3 研究方法

采用一元线性回归法（公式1）在区域尺度和像元尺度上分别分析研究区1982−2015 年生长季和生长季3 个季节（春、夏和秋季）NDVI 时空变化趋势［22］。

式中：b代表斜率，即变化趋势；NDVIi表示第i年的生长季或各季节NDVI。根据斜率和显著性水平值，将变化趋势分为以下4 个等级，分别为显著增加（b>0，P<0.05）；不显著增加（b>0，P>0.05）；显著减小（b<0，P<0.05）；不显著减小（b<0，P>0.05）。

为了分析研究区植被覆盖变化（NDVI）对温度和降水量的响应特征，分别对生长季和生长季三个季节平均NDVI 与温度和降水量数据进行偏相关性分析［5］，先计算各要素的简单相关关系，再计算偏相关关系。

式中：x为NDVI 值；y为温度和降水；Rxy为x和y间的相关系数；xi为第i年或季节的平均NDVI 值；yi为第i年或季节的平均温度或降水量为研究时段内年或季节平均NDVI 值为研究时段内年或季节平均温度或降水量。

式中：Rab，c为将变量c 固定后变量a 与变量b 间的偏相关系数，rab、rac和rbc分别表示变量a 与b、变量a 与c、变量b 与c的相关系数。

在气象因子和NDVI 进行偏相关分析的基础上，再采用残差分析法［23］，探讨人类活动对植被生长的影响。在像元尺度上建立温度和降水的回归模型获得逐年NDVI 的预测值（公式4）。然后，将从遥感影像提取的NDVI 值假设为实测值，减去NDVI 预测值，得到逐年NDVI 残差（公式5），以表示人类活动引起的植被生长变化［20］。

式中：NDVI和NDVI′分别为遥感观测的NDVI 实测值和模型计算的NDVI 预测值；T为生长季平均温度；P为生长季累计降水量；ε为残差。

2 结果与分析

2.1 蒙古国生长季多年平均NDVI 空间格局

1982−2015 年蒙古国植被生长季平均NDVI 整体上呈由北向南逐渐减小的空间分布特征（图2）。蒙古国北部地区主要分布着森林植被［24］，NDVI 值大于0.6。由北至南植被类型依次跨越草甸草原、典型草原、荒漠草原和戈壁荒漠稀疏植被［16］，NDVI 值也随植被类型的变化由0.8 下降至0.1 以下。为了更直观体现研究区NDVI 南北地域差异，选取3 条南北剖面，分析了NDVI 值随剖面的变化趋势（图3）。蒙古国植被NDVI 在3 个剖面上从南向北的上升速率分别为0.2°/10° N，0.7°/10° N 和0.7°/10° N，具有显著的纬度地带性分布特征，尤其在蒙古国中部和东部此特征更加显著（R=0.91，P<0.01；R=0.93，P<0.01）。而西部纬度地带性相对较弱（R=0.47，P<0.01）（图3a，3b 和3c），可能与其较高的海拔有关。在蒙古国西部分布着杭爱山、戈壁阿尔泰山和蒙古阿尔泰山等山脉［25］，在一定程度上可能模糊了此区域植被NDVI 的纬度地带性分布。从高程梯度上的变化看（图3d），随着海拔的升高，蒙古国ND⁃VI 以0.2/100 m 的速率降低，但存在3 个不同阶段，即500～1300 m NDVI 随海拔上升而减少；与此相反，在1300～2200 m 间NDVI 随海拔的上升而增加；而在2200 m 之后，随着海拔升高NDVI 值下降趋势明显。其原因可能是因为随着海拔的升高温度逐渐降低，导致植被生长所需的水热条件下降，NDVI 降低。蒙古国34 年生长季平均NDVI 为0.26，低于内蒙古2001−2010 年平均NDVI 值（0.38）［5］，说明蒙古国植被平均生产力总体上低于内蒙古平均生产力。

图2 1982-2015年蒙古国植被生长季平均NDVI空间分布格局Fig.2 Spatial distribution pattern of mean growing season NDVI in Mongolia from 1982 to 2015

图3 1982-2015 年蒙古国植被生长季平均NDVI 纬度（a～c）和海拔（d）梯度上的变化特征Fig.3 Variations of growing season NDVI along latitude（a-c）and altitude（d）gradients in Mongolia from 1982 to 2015

2.2 蒙古国生长季平均NDVI 变化及其气候响应

2.2.1 区域尺度上的NDVI 变化趋势及其气候响应 1982−2015 年，蒙古国植被生长季NDVI 介于0.24～0.29，每年以0.0005（R=0.43，P<0.05）的速率呈显著增加趋势，最低和最高值分别出现在2007 和2012 年（图4）。然而，过去34 年间，NDVI分别经历了3 个阶段的变化趋势：1）1982−1994 年的 显 著 增 加 趋 势，其增加速率为0.0017·a−1（R=0.64，P<0.05）；2）1994−2007 年的显著下降趋势，下降速率为0.0016·a−1（R=−0.73，P<0.01）；3）2007−2015 年的显著增加趋势，增加速率为0.0044·a−1（R=0.80，P<0.01），且其增加幅度明显大于第一阶段。蒙古国生长季NDVI 变化趋势1994 年发生转折（即从上升到下降趋势的转折），2007 年发生第二次转折，由下降转为上升趋势，且上升速率高于90 年代之前的上升速率。从图4 可看出，降水是改变蒙古国植被NDVI 变化及其转折的主要驱动力，即蒙古国生长季降水量同样在1982−1994、1994−2007 和2007−2015 年分别呈增加、减小和再增加趋势，与NDVI 的波动和趋势高度一致，两者之间的偏相关性为0.74（P<0.01）。而蒙古国生长季温度总体上呈持续升高趋势，其中，1982−2000 年的增温趋势最明显，2000 年以来在保持高温状态的同时，增温态势略有缓慢。其与NDVI 的偏相关系数为0.60（P<0.01）。需要指出的是，蒙古国NDVI 最低值出现的2007 年正好对应于降水较低和温度较高的年份，说明两者导致的干旱是可能导致2007 年NDVI 最低的直接因素（图4）。

图4 1982-2015年蒙古国生长季NDVI、降水量和温度的年际变化Fig.4 Interannual variation of NDVI，precipitation and tem⁃perature in growing season of Mongolia from 1982 to 2015

图5 蒙古国1982-2015（a）、1982-1994（b）、1994-2007（c）和2007-2015 年（d）生长季NDVI 变化趋势的空间分布Fig.5 Spatial distribution of growing season NDVI change trend in Mongolia from 1982 to 2015（a），1982 to 1994（b），1994 to 2007（c）and 2007 to 2015（d）

2.2.2 蒙古国生长季平均NDVI 变化趋势的空间格局及其气候响应 从NDVI 变化趋势的空间分布特征看，1982−2015 年，蒙古国生长季NDVI 呈增加和减小趋势的面积分别占其国土面积的66.6%和33.4%（表1），其中显著增加（P<0.05）的地区为32.8%，主要集中分布在东部开阔的草原区和零星分布在西部和北部山区；而显著减小（P<0.05）的地区仅占研究区8.9%，零星分布在中部和西南部地区（图5a）。与国家尺度的变化趋势一致（图4），1982−1994 年蒙古国生长季NDVI 主要以增加趋势为主，约占研究区88.1%，其中显著增加的面积为22.8%，主要分布在西部大湖盆地、杭爱山脉、西南部戈壁阿尔泰山脉和北部森林地区；呈减小趋势的面积约为11.9%，但大多并不显著（图5b）。1994−2007 年，蒙古国生长季NDVI 主要以减小为主，约占80.4%，其中显著减小的面积为22.9%，主要集中在中东部典型草原区及与稀疏植被的交界处；而增加趋势的面积为19.6%，零星分布在西部、北部和南部地区（图5c）。2007−2015 年，NDVI 呈增加趋势的面积（78.2%）同样远高于呈减小趋势的面积（21.8%），其中呈显著增加和显著减小趋势的面积分别为26.8%和2.2%。呈增加趋势的地区主要分布于蒙古国东部、中部和西部一线上，而减小趋势的地区分布在其两侧，即蒙古国南部和北部地区，但大多像元的减小趋势并不显著（图5d）。像元尺度的相关分析表明，约86.7%地区的NDVI 与降水量呈正相关（其中显著正相关为55.1%），主要分布在除北部森林和西部高山地区外的蒙古国大多地区（图6a）。NDVI 与温度相关性的空间分布总体与降水的空间格局相反，即在与降水呈正相关的地区NDVI 与温度呈负相关（40.3%），而在与降水呈负相关的地区NDVI 与温度呈正相关（59.7%）（图6b）。在北部与温度正相关（与降水呈负相关）的地区可能与该地区降水充足但年平均温度较低有关［10］（图1），即温度的升高有利于这些地区植被生长［2，26］，而降水量的增加可能会增加云量和降低温度而抑制植被生长［10，27］。其余大多与温度呈负相关（与降水正相关）的地区可能与温度的升高将增加蒸散量而加剧这些原本就水资源匮乏地区的干旱，从而抑制有关植被生长［28］。为了对比降水和温度对NDVI 产生影响的大小，在此对两个偏相关系数求平方，再计算两者差值（即降水偏相关系数平方减去温度偏相关系数平方）（图6c）。可以看出，在南部、中部和东部草原地区降水的正效应大于温度的负作用（75.2%），而北部森林分布区及其邻近地区温度的正作用大于降水的负作用（24.8%）。这说明蒙古国大多地区主要处于干旱半干旱气候区，降水对植被生长的影响范围远大于温度的影响范围。

图6 1982-2015 年蒙古国生长季NDVI 与降水（a）和温度（b）的偏相关性及两个偏相关系数的平方之差（c）Fig.6 Partial correlation between growing season NDVI and precipitation（a），temperature（b）and the difference be⁃tween the squares of the two partial correlation coefficients（c）in Mongolia from 1982 to 2015

2.3 蒙古国NDVI 和对气候变化响应的季节差异

2.3.1 区域尺度上的各季节NDVI 变化及其气候响应 过去34 年，蒙古国生长季各季节平均NDVI 都呈现出增加趋势（图7）。其中，春季NDVI 的增加趋势最为明显，每年以0.0005（P<0.05）的速率增加，且其波动与春季温度的波动高度一致（图7a），两者偏相关系数为0.64（P<0.01）（图7d）。这说明温度是影响蒙古国植被春季生长最主要的气候因子，与北半球大多地 区植被 变化及其 主要驱动力高度 一致［3，26−29］。需要指出的是蒙古国植被春季NDVI 变化趋势没有明显的转折，而随着春季温度的持续升高NDVI 也呈持续增加趋势。1982−2015 年蒙古国春季降水量也呈增加趋势，其中，只有1988、2002、2003、2010 和2014 年为春季丰水年份。在34 年的观测尺度中，夏季NDVI 的增加速率约为0.0003·a−1（P=0.27）（图7b），且其波动与生长季NDVI 的波动（图4）高度一致，也经历了3 个阶段的变化趋势，即1）1982−1994 年呈显著增加趋势（速率为0.0025·a−1，R=0.57，P<0.05）；2）1994−2007 年的显著下降趋势（速率为0.0034·a−1，R=−0.73，P<0.01）；3）2007−2015 年的显著增加趋势（速率为0.0068·a−1，R=0.72，P<0.05）。这可能与夏季是包括蒙古国在内的北半球植被生长的旺季有关。Bao 等［30］的研究表明，蒙古高原植被生产力的70%以上都集中在夏季，其变化直接决定年生产力的变化趋势，而不是由春季返青期提前或秋季枯黄期推迟导致的生长季延长引起［31−32］。同样，与生长季NDVI 变化趋势的主要驱动力一致，夏季降水量是改变夏季NDVI 变化的最主要气候因子，两者偏相关系数为0.65（P<0.01）（图7d）。从气候对植被生长影响的滞后效应看，尽管不显著，春季降水的增加将促进夏季NDVI 的增加（R=0.17，P=0.36），而春季温度的升高将抑制夏季NDVI 的增加（R=−0.10，P=0.67）（图7d）。Bao 等［30］的研究还表明，蒙古高原秋季植被生产力约占年总生产力的20%，其变化对年总生产力的影响比春季生产力要大。过去34 年蒙古国秋季平均NDVI（0.30）略大于春季（0.22），且呈现出不显著的增加趋势（速率为0.0003·a−1，R=0.17，P=0.35）。与春季NDVI 一致，温度是改变蒙古国秋季NDVI 的主要气候驱动因子（R=0.42，P<0.05）（图7d），但其强度低于春季NDVI 与春季温度的相关性。尽管不显著，秋季降水量对秋季NDVI 的影响也不可忽略。从图7c 可以看出，2002−2010 年秋季NDVI明显比其他年份较低，与其降水量负距平年份高度一致。值得注意的是，夏季降水与秋季NDVI 呈显著的正相关关系（R=0.68，P<0.01）（图7d），其原因是夏季降水的增加将增加夏季植被生长，然而夏季植被的生长对秋季生长具有重要的正“遗产效应”。进一步的统计分析也表明，夏季与秋季NDVI 之间存在显著的正相关（R=0.76，P<0.01）关系，而春季NDVI 与夏季和秋季NDVI 之间并没有显著的相关关系（春季NDVI 与夏季NDVI：R=0.22，P=0.22；春季NDVI 与秋季NDVI：R=0.12，P=0.52）。

表1 蒙古国不同时段NDVI 变化趋势的面积百分比Table 1 Area percentage of NDVI change trend in Mongolia during different periods（%）

图7 1982-2015 年蒙古国春季（a）、夏季（b）和秋季（c）NDVI、降水量和温度的年际变化及不同季节NDVI 与气候因子的偏相关关系（d）Fig.7 The interannual changes of NDVI，precipitation and temperature in spring（a），summer（b），autumn（c）and the partial correlation between NDVI and climate factors in different seasons（d）from 1982 to 2015 in Mongolia

图8 1982-2015 年蒙古国各季节NDVI 与温度和降水偏相关性的空间分布Fig.8 Spatial distribution of partial correlation between NDVI and precipitation and temperature in various seasons in Mongolia from 1982 to 2015

2.3.2 蒙古国各季节NDVI 对气候响应的空间格局 在空间上，春季NDVI 与春季温度呈正相关的面积（87.0%）远大于呈负相关的面积（13.0%），其中显著正相关的地区主要分布在蒙古国北部杭爱山脉、萨彦岭、肯特山和西部阿尔泰山脉等高海拔和高纬度地区（图8a）。而春季NDVI 与降水呈正相关的面积（58.2%）和呈负相关的面积（41.8%）相差不大。呈正相关的地区主要分布在蒙古国东部开阔的草原地区，而呈负相关的地区分布在西部和西南地区（图8b）。夏季NDVI 与温度的相关性主要呈负相关（55.9%）（图8c），较高的温度可能通过增加蒸发造成水分不足，从而在一定程度上抑制植被生长［5］。与前面在区域尺度上的讨论一致，由于夏季植被生产力在全年生产力中的比重高达70%以上［30］，夏季NDVI 与降水的空间分布（图8d）与生长季观测到的结果（图6a）高度一致，说明夏季气候因子是决定全年植被生长的最主要因子［33］，而春季和秋季气候因子主要对植被年生长开始时期和结束时期的生长产生影响［34］，而对全年生长的直接影响相对要小［30］。秋季NDVI 与温度的相关性总体上以负相关为主（54.6%），分布在蒙古国西部、中部和东部地区，而呈正相关的地区集中在北部寒冷地区（图8e）。在空间分布上，秋季NDVI 和降水的关系大致与秋季NDVI和温度的关系相反（图8f），即北部寒冷地区主要以负相关为主，此区域年均降水量相对较多，降水的增加会减少日照时数，从而抑制植被生长。而西部、中部和东部草原区主要以正相关为主。

2.3.3 蒙古国不同植被类型NDVI 对气候的响应从图9 可以看出，在整个生长季内蒙古国除荒漠草原外，其他5 种植被类型与温度均呈正相关，其中森林、典型草原和高山草地为显著正相关（图9a）。与降水的相关分析表明，森林植被NDVI 与降水呈负相关（−0.14），其余植被类型呈正相关（图9b）。在生长季3 个季节中，所有植被类型春季NDVI 与温度呈显著正相关（除了戈壁荒漠稀疏植被不显著外），说明温度是蒙古国所有植被类型春季开始生长的最主要驱动力。其中春季温度对草原植被NDVI 的影响程度从大到小依次为草甸草原、典型草原、荒漠草原，说明在热量较低的地区，春季温度对植被的影响更重要［16］。降水也是对草原植被的春季开始生长和后续生长具有重要促进作用（图9b）。由于夏季是3 个季节中温度最高的季节，总体上抑制植被的生长，而夏季降水对植被生长具有重要的正效应（除森林外）。秋季气温和降水对秋季所有植被类型的NDVI 影响都不是很明显，而秋季NDVI 对夏季降水的滞后效应较显著（图9c），与Piao 等［21］的中国温带草原和荒漠草原秋季NDVI 与前一季的降水量均呈正相关关系的研究结果基本一致。

图9 不同植被类型NDVI 与温度和降水之间的偏相关关系Fig.9 Partial correlations between NDVI of different vegeta⁃tion types with temperature and precipitation

2.4 蒙古国生长季平均NDVI 对人类活动的响应

图10 蒙古国NDVI 残差变化趋势（a）及其显著性（b）的空间分布Fig.10 Spatial distribution of NDVI residual variation trend（a）and its significance（b）in Mongolia

气候是导致植被覆盖变化的最重要的因素，但人类活动也通过放牧、开采、植树造林和自然保护区的建立等来改变植被覆盖变化［9，25］。从残差分析结果看（图10），在1982−2015 年，蒙古国NDVI 残差值呈上升趋势（代表人类活动对植被的改善作用）的面积为74.2%，其中显著增加的区域约为31.3%，主要分布于蒙古国东部与中国内蒙古自治区接壤的草原区，在其他研究中也发现相似结果，可能是该区域牲畜总数和人口密度呈下降趋势的原因［36］。而残差值呈下降趋势（代表人类活动对植被的破坏作用）的地区零星分布于人口密度相对较大的蒙古国中部草原区和西部高山地区，这可能与这些地区放牧、开矿等人类活动密切相关［9，37］。从图11可看出，1982−2015 年蒙古国牲畜数量从247.65 万头大幅增加到559.80 万头，2001−2015 年，人口从243.24 万增加到305.78 万（蒙古国国家统计局）。特别是2002−2009 年蒙古国牲畜数量急剧上升，在一定程度上与此时间段的NDVI 较低值吻合（图4）。

图11 蒙古国牲畜数量和人口的变化趋势Fig.11 Trends of livestock quantity and population in Mongolia

3 讨论

本研究表明，1982−2015 年蒙古国植被生长季平均NDVI 空间上呈由北向南逐渐减小的分布特征（图2），可能是北部地区受北冰洋水汽的影响［38］，其降水量较充足，但随着向南离北冰洋距离的增加，降水量也逐渐降低。34 年间蒙古国生长季NDVI 呈显著增加趋势（图4），然而，在研究期间，这种增长趋势并不是持续的，而是有两次转折。第一次趋势转折发生在1994 年，即从上升到下降趋势的转折，总体上与北半球中高纬度观测到的结论高度一致。如Peng 等［39］、Piao 等［40］和张学珍［41］的研究表明，在中国、欧亚大陆温带地区和北半球中纬度地区的植被NDVI 分别以1990、1997 和1994 年为转折点，呈现先增加后下降的变化趋势。第二次趋势转折发生在2007 年，由下降转为上升趋势。这说明在气候变暖背景下的区域NDVI 变化趋势不是持续的增加或减小，而可能每隔10～15 年时间尺度上发生一次转折性变化，其背后的驱动机制较为复杂，涉及多个环境因素和人类活动的共同作用［42］。

过去大多研究表明，气候变暖是导致北半球中高纬度大多地区植被NDVI 变化及其转折的主要因素［39−42］。而本研究中蒙古国植被生长季NDVI 变化主要受降水变化的影响（图6）。这可能与蒙古国地处干旱半干旱地区有关［5，43−44］。另外，森林植被生长与降水呈负相关，说明在整个生长季内降水的增加可能通过云量、降低温度和辐射等来抑制分布于相对湿润和寒冷地区的森林植被生长［26］。而温度是影响蒙古国植被春季和秋季生长最主要的气候因子（图7），这可能与春季温度的升高导致植被返青期提前［37］，秋季温度的升高可以减缓或推迟秋季植被枯黄期有关［34，45］，即返青期的提前或枯黄期推迟将延长植被生长天数而增加植被NDVI［30，32］。但春季温度的升高抑制夏季植被的生长，这与Buermann 等［46］的研究结论较一致，其在北美地区的研究表明，春季温度的升高使植被返青期提前，但返青期的提前将增加蒸散发而加剧生态系统干旱，最终导致降低夏季植被的生长。然而植被覆盖变化在受到气候影响的同时，人类活动也对其产生了不可忽视的影响。魏云洁等［17］的研究表明，蒙古国国民生产总值的26.2%来自农牧业，而农牧业产值中的80%来自畜牧业，说明支撑畜牧业生产力的草原放牧活动主要分布在人口和牲畜相对密集的蒙古国中部和西部地区，这将降低植被生产力，在空间上与残差值下降趋势基本吻合（图10）。同时蒙古国东部植被明显的绿化趋势，与Zhou 等［18］的研究一致。可能是由于蒙古国东部拥有蒙古达乌尔保护地［47］和东方蒙古草原自然保护区［48］等国家自然保护区的原因。此外，色楞格省、布尔干省和中央省这3 个省植被绿化趋势增加的原因可能与蒙古国政府发起“第三次开垦荒地运动”的计划有关［49］。

4 结论

利用1982−2015 年的GIMMS NDVI 数据、同期月气温和降水量数据及植被类型数据，系统分析了蒙古国植被覆盖年际、季节变化特征，并从气候和人类活动的角度分析其变化原因。通过研究得出了如下结论。

1）从34 年生长季平均NDVI 的空间分布看，蒙古国NDVI 由南向北逐渐增加，在西、中、东3 条剖面纬度每升高10° NDVI 分别增加0.2、0.7 和0.7，具有显著的纬度地带性分布特征。从海拔梯度上，海拔每升高100 m，ND⁃VI 下降0.2。

2）从时间变化趋势看，过去34 年，蒙古国生长季NDVI 呈显著的增加趋势（0.0005·a−1），但经历了3 个阶段性变化趋势，分别为1982−1994 年的显著增加（0.0017·a−1），1994−2007 年的显著下降（0.0016·a−1）和2007−2015 年的显著增加（0.0044·a−1）。NDVI 变化趋势及其阶段性变化与降水量波段高度一致，两者偏相关系数为0.74（P<0.01），说明降水量变化是蒙古国植被覆盖变化的主要原因。从区域差异看，除北部小部分森林分布区NDVI 受温度影响外，其他大多地区的NDVI 主要受降水的控制。

3）从季节差异看，总体上3 个季节NDVI 均呈增加趋势，其中由于夏季是植被生长的旺季，其NDVI 波动与生长季NDVI 波动高度一致，即夏季降水量变化引起的NDVI 是决定全年植被覆盖变化的最直接因素。与夏季不同，春季和秋季温度是春、秋季植被生长的主要因素。各季节NDVI 及其与气象因素的关系具有明显的空间异质性。

4）残差分析表明，人类活动主要对蒙古国中西部地区的NDVI 变化产生负影响，与蒙古国人口密度的空间分布基本一致。