东北多年冻土区植被NDVI变化及其对气候变化和土地覆被变化的响应

中国环境科学３１卷ＮＤＶＩｈａｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｓｗｅｌｌａｓｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎａｎｄｓｈｏｗｅｄｔｅｍｐｏｒａｌａｎｄｓｐａｔｉａｌｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｃｌｉｍａｔｅ．ＴｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｏｆＬＵＣＣｓｔａｔｅｄｃｌｅａｒｌｙｔｈａｔｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｌａｎｄｃｏｖｅｒｔｙｐｅｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｒｅａｓｈａｄｌｅａｄｅｄｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｄｏｒｄｅｃｒｅａｓｅｄＮＤＶｉｖａｌｕｅ．ＡｌｔｈｏｕｇｈｔｈｅＬＵＣＣｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｉｎｎｏｒｔｈｅａｓｔｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｒｅｇｉｏｎｗａｓｓｍａｌｌ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｂｅｔｗ∞ｎｔｈｅｌａｎｄｃｏｖｅｒｔｙｐｅｓｃａｕｓｅｄｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｏｔｈｅｓｉｚｅｏｆＮＤＶＩｖａｌｕｅａｎｄｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．ＫｅｙＷＯＦｄＳ：ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎＮＤＶｈｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅ：ＬＵＣＣ：ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｂａｓｅｄｏｎｐｉｘｅｌｓ；ｎｏｒｔｈｅａｓｔｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｒｅｇｉｏｎ植被作为连结土壤、大气和水分的自然“纽带”，在全球变化研究中起到“指示器”的作用…．动态监测植被覆盖的时空演变，对深入研究植被与气候变化和人类活动之问的响应关系、揭示区域环境状况的演化与变迁等具有重要的现实意义【２１．归一化差值植被指数（ＮＤＶＩ）是反映植被覆盖的一个蘑要指数，其时间序列的变化对应着植被的生长和变化，因而被广泛应用于大尺度植被活动状况的研究．近年来，国内外学者利用ＮＤＶＩ数据在全球、大陆和区域等ｒ卒问尺度卜对植被覆盖变化进行了深入研究１２—１．随着遥感技术的不断发展，可利用的ＮＤＶＩ数据集也越来越多，如ＡＶＨＲＲ—ＮＤＶＩ数据。

ＳＰＯＴＶＧＴ—ＮＤⅥ数据，ＭＯＤＩＳ—ＮＤＶＩ数据，以及ＴＭ－ＮＤＶＩ数据等．国内学者１４－８１利用不同时问序列的ＮＯＡＡＡＶＨＲＲ—ＮＤＶＩ数据分析了不同尺度和地区植被覆盖的动态变化以及气候因子对植被覆盖的影响；利用不｜＿Ｊ年份的ＳＰＯＴ数据研究了不同地区植被覆盖的变化及其驱动因素１２～１．虽然可用的遥感数据类型逐渐增多，但单一数据集在一定程度上有时间序列一卜的局限性。

信忠保等【２Ｊ利用ＧＩＭＭＳ和ＳＰＯＴＶＧＴ２种数据集的ＮＤＶＩ数据对黄土高原植被覆盖变化及气候变化和人类活动对植被覆盖变化的影响进行研究：国际．卜很多学者对于ＡＶＨＲＲ和ＭｏＤＩＳ等不｜＿ｊ数据集的ＮＤＶＩ数据集成应用的可行性进行了探讨１９。

１ｏ】，然而国内对于ＡＶＨＲＲ和ＭＯＤＩＳ２种数据集结合应用的相关工作不多．我国东北多年冻土区地处北半球高纬度地区，对气候变化非常敏感．随着全球气候变化，多年冻土区的降雪和积雪状况、多年冻土的稳定性、土壤冻融状况等都可能发生变化，融冻期的提前和土壤冻结时间的延迟与气温升高密切相关Ｉｌ¨．气温和降水也是多年冻土的形成与退化的关键因子【１２－１３］，东北多年冻土区植被覆盖丰要受寒区多年冻土以及气候因子的影响．分析过去几十年里东北多年冻土区植被覆盖时窄特征及其对气候变化和人类活动的响应，对于丰富全球变化区域响应的研究成果具有重要意义．目前很多学者已经对东北地【爱的植被覆盖变化情况以及植被变化的驱动因子１１４－１８１和十地利用／覆被变化１１９ｌ做了大量研究．但由于数据源的限制，研究时段多为１９８２－２００３年．东北多年冻士区冻土退化现状、趋势与影响冈素得到广泛关注１２０。

２３｜．迄今为止，未见长时间序列东北多年冻土区植被变化及其对气候变化和人类活动响应的报道．本研究利用ＭＯＤＩＳ数据集对ＧＩＭＭＳＮＤＶＩ数据集进行插补，获取长时间序列数据，分析东北多年冻土区植被覆盖的时窄特征，并结合同期气象观测数据和七地利用／覆被数据，探讨冻七区植被覆盖对气候变化和土地覆被变化的响应．图ｌ东北多年冻土区在东北地区示意Ｆｉｇ．１Ｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｐｏ，ｍａｆｒＤｓｔｒｅｇｉｏｎｉｎｎｏｒｔｈｅａｓｔＣｈｉｎａ２期毛德华等：东北多年冻土区植被ＮＤＶＩ变化及其对气候变化和土地覆被变化的响应２８７墨金∞至ｇＫ略嚣图２东北多年冻土区ＧＩＭＭＳ和ＭＯＤＩＳＮＤＶＩ数据对比Ｆｉｇ．２ＴｈｅｃｏｎｔｒａｓｔｏｆＧＩＭＭＳａｎｄＭＯＤＩＳＮＤＶＩｄａｔａｓｅｔｓｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅａｓｔｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｒｅｇｉｏｎ３．２植被ＮＤＶｌ分布状况及其年际变化与空间特征分析３．２．１植被ＮＤＶＩ基本特征由图３可知，东北多年冻土区植被ＮＤＶＩ的宅间分布状态与地形和植被类型有很大关系．本区地处我国的北方边境地区，地貌类型主要为山地，小部分区域地势较平．区域植被生长状态总体较好．小兴安岭南部伊春地区以及大兴安岭部分地区为阔叶林覆盖区，ＮＤＶＩ值最高，在０．８￣０．９之间：图里河、塔河等地区主要植被覆盖类型为针叶林，森林茂盛，ＮＤＶＩ值也较高，一般在０．７￣ｏ．９之间；阿尔山东部有灌木林地分布，为东北林区与内蒙草原交错Ⅸ。

ＮＤＶＩ值在０．６－０．７之间．北安、嫩江区域是本研究【ｘ．农刚的主要分布区，植被覆盖状况低于森林覆盖区，平均ＮＤＶＩ值在０．６￣ｏ．７之间．西南部为草地集中区。

为呼伦贝尔典型草原，ＮＤＶＩ值在０．仙．５之间，额尔古纳右旗地区草甸草原较典型草原区ＮＤＶＩ值高，在０．５￣ｏ．６之间：该区域由于受人类干扰程度不同。

表现出不同的ＮＤＶＩ值分布规律．在人类活动比较集中的地【延以及一些非植被覆盖区，ＮＤＶＩ值在０￣０．３之间．其他植被覆盖类型如沼泽湿地和草甸，大多分布于山地森林之间的地形平坦地区以及河流沿岸，植被生长状况较好，ＮＤＶＩ值在０．仙．６之间．图３东北多年冻土区植被类型和２５ａ平均ＮＤＶｌ分布Ｆｉｇ．３ＶｅｇｅｔａｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅａｓｔｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｒｅｇｉｏｎａｎｄｔｈｅｍｅａｎＮＤＶＩｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｐａｓｔ２５ｙｅａｒｓ３．２．２植被ＮＤＶｌ年际变化特征对全区年最大ＮＤＶＩ与年份做ｌ口】归分析得出，２５ａ间东北多年冻土区植被ＮＤＶＩ呈极显著下降趋势（Ｐ＜ｏ．０１）．本区是东北地区乃至全国的木材主要产区，分布着诸多的林场作业区，近几十年来受气候条件和人为因素２８８中国环境科学３ｉ卷影响较大．由图４ａ可见，２５ａ间ＮＤＶＩ值波动较大，分别在１９８６、１９９３和１９９８年出现ＮＤＶＩ低值．其中．１９９８年出现最小值是因为该１）（地处东北地区河流分布较多的区域，该年的强降水（全区年均降水量近６００ｍｍ）严重影响了植被生长【１４１．整体来看，研究区植被ＮＤＶＩ在１９８２－２００６年之间大致可以分为４个阶段：①１９８２～１９９０年，植被覆盖虽有小幅波动＇ｆ日整体上呈小幅持续增加的趋势．②１９９０－－１９９３年，植被ＮＤＶＩ呈迅速下降趋势．③１９９３・１９９７年，植被ＮＤＶＩ呈现回升，表现出缓慢上升的趋势．④１９９８－２００６年，ＮＤＶＩ呈现下降趋势，其间伴随有小幅波动．４个阶段的ＮＤⅥ值年际变化趋势是人类活动与气候变化综合作用的结果．；金年份图４１９８２－２００６年东北多年冻土区年均ＮＤＶｌ年际变化和不同类型植被ＮＤＶＩ变化曲线Ｆｉｇ．４ＮＤＶＩｖａｒｉａｔｉｏｎＣＵｒＶ嚣ｏｆａｎｎｕａｌｍｅａｎａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｔｙｐｅｓｉｎｎｏｒｔｈｅａｓｔｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｒｅｇｉｏｎｆｒｏｍ１９８２ｔｏ２００６３．２．３不同植被类型ＮＤＶｌ年际变化特征采用年最大ＮＤＶＩ值来分析不同植被类型的ＮＤＶｌ年际变化情况，如图４ｂ所示．选取４种典型植被类型分析其年际变化趋势：针阔混交林、落叶针叶林、耕地、典型草原．由图４ｂ可见，除典型草原受气候因子和人为因素影响年际波动较大外，其他几种类型变化情况基本一致，并与整个研究区平均ＮＤＶｌ年际变化情况相吻合．３．２．４植被ＮＤⅥ变化空间分布特征通过逐像元趋势线分析方法，分析东北多年冻土区植被ＮＤＶＩ变化趋势，可以看出，整个研究区域２５ａ来发生了不同程度的变化（图５），黑龙江省伊春、孙吴，内蒙古东部阿尔山、博客图等东北部大面积的森林植被覆盖有所下降，ＮＤＶＩ值轻度减少．研究区西南部植被覆盖类型为典型草原和草甸草原．海拉尔、呼伦贝尔、满洲罩等区域ＮＤＶＩ值呈轻度增加，这是主要是由于人类活动影响，草地开垦变成农田．，Ｊ、部分区域草原ＮＤＶＩ值ｆ｝ｊ现严重减少情况，主要原因为人类活动造成的植被退化与荒漠化．结合植被类型图来看，研究区内农田植被ＮＤＶＩ在２５ａ间变化较小或者呈无变化．沿黑河、孙吴边境地区沼泽湿地ＮＤＶＩ值呈轻度增加，原因为沿边境地区部分沼泽湿地受气候和人为因素影响变成农田或者林地．图５１９８２～２００６年东北多年冻土区植被年最大ＮＤＶＩ变化空间分布Ｆｉｇ．５ＳｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｎｎｕａｌｍａｘｉｍｕｍＮＤＶＩｓｌｏｐｅｉｎｎｏｒｔｈｅａｓｔｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｒｅｇｉｏｎｆｒｏｍ１９８２ｔｏ２００６３．３东北多年冻土区气候因子变化特征研究区１９８２～２００６年２５ａ的年平均气温为中国环境科学３１卷析原因为年最大ＮＤＶＩ主要出现在牛长季６￣９月份，这个时间段的东北多年冻土区平均气温相对其他月份较高，适合于植被生长，而处于生长季的植被对于变化的降水量较为敏感，受影响作用较大，故与降水的相关系数较高，这～结论与王宗明等‘８１研究认为“东北地区生长季降水与植被ＮＤＶＩ的相关性大于气温与植被ＮＤＶＩ的相关性”相吻合．＆东北多年冻土区植被ＮＤＶＩ与气温的宅间相关ｂ．东北多年冻土区植被ＮＤＶＩ与降水的空间相关图７东北多年冻土区年最大ＮＤＶＩ与年平均气温和年降水量问相关系数分布情况Ｆｉｇ．７ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｂｅｔｗｅｅｎＮＤＶＩａｎｄａｎｎｕａｌｍｅａｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄａｎｎｕａｌｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｎｎｏｒｔｈｅａｓｔｐｅｒｍａｆｒｏｓｔｒｅｇｉｏｎ３．４．２植被ＮＤＶＩ与年降水最间相关关系植被ＮＤＶＩ与年降水量之间的逐像元相关分析结果表明，整体上二者呈正相关关系（图７ｂ），随着时间推移，年降水量不断降低，植被覆盖下降，ＮＤＶＩ值减小．由于本区地处北方高纬度地带，气候以大陆性气候为主，降水量是本区植被生长的关键因子，具有决定性的意义，这与中国寒早区的研究结果１２９Ｊ相吻合．研究【ｘ，西南部典型草原以及草甸草原分布区植被ＮＤＶＩ与降水量表现出了较显著的正相关性，像元相关系数多在０．５以上．分析其原因为：该区地处东北寒Ｉ爱西南部，远离河流和海洋，西部为内蒙古干旱地区，受降水量直接影响较大ｐ…，并且草地对于气候变化反应更为迅速．沿’边境一带的森林覆盖区域，由于河流较多，空气湿润，植被覆盖ＮＤＶＩ与降水量之间无显著相关性．研究区东部，小二沟、嫩江、大兴安岭区域表现出较碌著的负相关性，部分像元相关系数小于－０．５，其他在一０．２－一－－０．５之间．该Ⅸ域植被类型主要是耕地和沼泽湿地．分析出现负相关的原因是：降水量减少导致河流水位下降，两岸沼泽湿地和草甸植被生长面积增加，或者河流两岸原无植被覆盖或覆盖度低的区域在人类活动作用下转化成农田，这些都进一步提高了植被覆盖．另外随着降水量的减少。