三峡库区植被覆盖变化及其气候响应

三峡库区植被覆盖变化及其气候响应

本文利用1960-2009年气温及降水资料、2000-2009年MODIS/NDVI数据集,使用线性趋势法、R/S分析法、空间插值等方法,从区域水平和栅格水平上分析了三峡库区近50a气候变化特征、库区近10年植被覆盖变化特征及其与气候因子的相关关系。研究揭示了三峡库区植被变化特征及其气候响应关系,这对研究区植被及生态环境保护和研究具有重要的现实意义及参考价值。主要结论如下： (1)气温插值采用基于DEM(数字高程)数据的球面模型的克里金法效果普遍较好,基于DEM数据的指数模型的克里金法次之,而IDW(反距离)插值相对效果最差。降水插值采用考虑了高程的CK(协克里金)插值效果最好,而IDW插值效果最差。从统计结果来看,IDW与SPLNE(样条函数)、OK(普通克里金)与CK之间的插值效果差异并不是很大,但地统计学方法明显要优于常规方法。 (2)年均气温总体呈显著上升趋势,线性升温率为0.13℃/10a,但要低于全国平均水平；季节气温变化,夏季在2006年前有微弱的降温趋势,其它三季都有增温趋势,其中秋季、冬季增温趋势显著,对年均气温的贡献最大。气温空间变化,年平均气温呈现由东向西递增的规律,从南往北气温变化则无一致的趋势性,东部地区从南往北逐步增加,年均气温变化具有明显的空间差异性。春、夏、秋、冬季气温的空间分布都是西部普遍高于东部和中部地区,重庆城区是一个高值中心,低值区则处于东部的巴东南部地区。 (3)年均降水总体呈下降趋势,年均减少2.24mm；季节降水除秋季显著减少外,春季下降趋势不显著,夏季、冬季降水呈增加趋势,但均不显著,年均降水减少主要由秋季贡献。降水空间变化,年平均降水呈现由西向东递增的规律,最高降水量出现在巴东和秭归,最低值为重庆市南部以及江津地区。逐年降水变化趋势存在1个上升地带,为西部的涪陵、长寿、渝北地区,其余大部分区域为下降趋势。四季降水：东部地区等值线都为东西走向,且都是自北向南递增,巴东南部为最高值,兴山为低值区。 (4)气候跃变,年平均气温跃变发生在1996年；春、夏、秋、冬四季跃变点依次为1996、1993、1997、1996年,季节气温的跃变与年均气温具有较好的同步性。年、季降水量均未达到突变水平,说明年、季降水在近50a属一种随机波动现象。气候变化趋势的可持续性,用R/S法分析可知过去50年整体升温的趋势预示未来气温将会继续升高,并且年均、春季气温的这种趋势性相当强；秋、冬季具有中等程度的持续性；夏季气温变化趋势的持续性微弱,属于随机波动。年均、春季降水缓慢的降低趋势具有中等程度的持续性,夏、冬季降水为较平稳的增长趋势,秋季降水显著减少的趋势持续性较强。表明未来气温、降水具有长程相关性,即整体的变化趋势与过去较为一致,并且这种趋势性较强。 (5)植被总体变化,年平均NDVI线性趋势为0.02/10a。春、夏、秋、冬NDVI线性趋势分别为0.045/10a、0.01/10a、0.02/10a、0.002/10a。春季NDVI的上升趋势最明显；夏季、秋季NDVI上升趋势较为平稳；夏季、秋季NDVI在2006年达到10年最低,原因是西南地区2006年夏季持续高温、十旱天气的影响；冬季NDVI总体变化趋势极微。整体的增长趋势说明自上世纪90年代以来,库区实行全面的退耕还林还草和天然林保护工程已取得较为明显的成效。林地、耕地、灌草地三种类型NDVI总体变化相似,均呈波动上升趋势,线性趋势分别为0.02/10a、0.03/10a、0.02/10a,林地、耕地、灌草地NDVI上升趋势较明显,而其他类型则有微弱的下降趋势-0.001/10a。 (6)植被空间分布,多年年平均NDVI呈现斑块镶嵌交错、总体上带状递变、自东向西依次递减的规律。多年季平均植被覆盖总体规律与多年年均NDVI变化相似,NDVI四季都呈现出从东北向西南递减的空间分布规律；东北部的湖北区段四县(夷陵、兴山、秭归、巴东)值最高,西部的重庆城区及周边地区NDVI值最低；中部地区和西部地区长江南岸的NDVI值相对北岸要高。空间变化趋势,多年植被NDVI变化斜率为正值的像元占总像元数的82.4%,下降的像元仅占17.6%。但F检验却表明绝大部分像元植被覆盖并不存在显著的增减趋势,仅5.07%的像元出现了显著增加,显著降低像元占0.79%。这说明10年来,大部分区域的植被覆盖变化属随机波动,而非人类活动所引起的植被景观变迁现像。各个季节植被呈增加趋势的面积远大于下降的面积,各季节在空间上以增加为主,但沙坪坝、涪陵等地在各季节都呈现不同程度的退化风险。 (7)总体相关,植被NDVI与年均气温、降水呈正相关,但与年降水相关显著,与年均气温相关不显著。说明年降水量是影响三峡库区植被年际动态变化的主要气象因子。季节尺度上,影响整个库区植被的气候因子中,降水的敏感性也较气温强,其中影响较大的季节气候因子主要有冬季的气温与降水,夏季的降水。由此可见夏季和冬季的气候条件对全区年均NDVI具有较大的影响。从不同植被类型年均NDVI与年气象因子的关系看,气温、降水与各种植被类型NDVI都为正相关,其中气温与所有植被类型NDVI为正相关,但相关均不显著；全年降水与耕地NDVI间相关显著,说明年降水量的多少直接影响到耕地植被的生长情况。春季气温和降水对林地的影响不显著；耕地与夏季气候相关显著,夏季气温过高不利于林地NDVI的提高,夏季降水对耕地有较明显的影响；春季、夏季降水的增加有利于灌草地NDVI的增长。 (8)空间相关,年均气温、降水与NDVI都以正相关的面积为主,正相关所占面积均在60%以上。与气温相关,其中东北部、中南部和西南部表现最为明显,相关显著达到0.7左右,而负相关显著的区域相对较少；与降水相关,中北部的开县、巫溪、云阳北部地区,相关显著达到0.8左后。季节空间变化上,NDVI与气温、降水以正相关所占面积为主,其中春季、夏季、冬季降水量对大部分区域NDVI有正面的影响；夏季气温过高对大部分区域植被有一定的负面影响；春季、秋季气温对大部分区域有正面影响。