2000—2020年内蒙古杭锦旗植被变化特征及其对气候要素的响应

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00130

摘要/Abstract

摘要：

荒漠草原过渡带生态系统十分脆弱，与其他陆地生态系统相比，对气候变化的响应更为敏感。以位于内蒙古库布齐沙漠边缘的杭锦旗为研究区，利用谷歌地球引擎Google Earth Engine（GEE）遥感云计算平台，选取研究区2000—2020年MOD13Q1系列数据集的归一化植被指数（Normalized difference vegetation index，NDVI）产品，分析杭锦旗区域植被变化趋势特征，并利用像元二分模型反演研究期间植被覆盖度（Fraction Vegetation Coverage，FVC），辅以空间转移矩阵、重心迁移模型监测植被的演变格局，并借助年降水量和年均气温数据，运用相关性分析阐明杭锦旗NDVI对降水和温度的响应特征。结果表明：①区域植被总体上呈现逐渐增加趋势，NDVI平均年变化率为0.0021，植被改善明显，且区域整体植被覆盖在空间上具有东南高、西北低的分布格局。②2000—2020年杭锦旗植被覆盖已有较好改善，年均植被覆盖度区域重心从东南到西北方向即往库布齐沙漠中心移动，高和较高植被覆盖度区域存在由北向南扩张的趋势，中等和较低植被覆盖度区域存在由南向北扩张趋势。区域内以中等植被覆盖度区域为主，面积占比大于50%，除较低植被覆盖度面积大幅减少62.35%和低植被覆盖度面积小幅下降36.39%，其余不同等级植被覆盖度面积均有所增加，其中较高植被覆盖度面积增加最大，增幅为150.12%。③NDVI与气候要素偏相关性存在明显的地区差异。在年际尺度上，植被变化受降水的影响更为明显，NDVI与降水的相关系数达到0.8，降水量增加是促进NDVI变化的主要驱动力。

关键词: 谷歌地球引擎, 归一化植被指数, 植被覆盖度, 时空变化, 库布齐沙漠

Abstract:

Compared to other terrestrial ecosystems， desert steppe transition zone ecosystems are highly vulnerable and exhibit heightened sensitivity to climate change. Therefore， long-term protection and attention is important. In this study， Hanggin Banner at the edge of Hobq Desert in Inner Mongolia was selected as the research area. Utilizing the Google Earth Engine （GEE） remote sensing cloud computing platform， we analyzed the vegetation change trends in Hanggin Banner by employing the Normalized Difference Vegetation Index （NDVI） from the MOD13Q1 series dataset during 2000-2020. Additionally， we monitored the vegetation evolution pattern using Fraction Vegetation Coverage （FVC） derived from a binary the study period. This analysis was supplemented by spatial transfer matrix and barycentric migration models to elucidate changes in NDVI characteristics within Hanggin Banner. Furthermore， annual precipitation average annual temperature data were utilized to investigate correlations with vegetation normalization index trends in Hanggin Banner. The results indicated the following：（1） Overall， there was a gradual increase in vegetation in the region， with an average annual change rate of 0.0021， demonstrating significant improvement. The vegetation cover was higher in the southeast and lower in the northwest. （2） From 2000 to 2020， Hanggin Banner witnessed considerable enhancement in vegetation coverage， with medium vegetation covering more than 50% of the total area. While low vegetation coverage decreased significantly by 62.35%， there was a slight decrease of 36.39% in high vegetation coverage. However， other grades experienced an increase in their respective coverages， particularly high vegetation which saw a remarkable rise of 150.12%. Moreover， areas with high and medium vegetative coverage tended to expand from north to south while those with medium and low vegetative coverage expanded. （3） There were distinct regional variations observed regarding the partial correlation between NDVI and climate factors. At an inter-annual scale， precipitation had a more pronounced impact on vegetation changes， and the correlation coefficient R reach 0.8 with NDVI， thus indicating that precipitation serves as the primary driving force behind changes in NDVI.

Key words: Google Earth Engine, NDVI, fraction vegetation coverage, spatial-temporal change, Hobq Desert

中图分类号:

Q142

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图/表 11

图1 研究区地理位置及行政区划注：基于内蒙古自治区自然资源厅标准地图（审图号：蒙S（2020）028号）制作，底图边界无修改

Fig.1 Location of study area and administrative division

图2 2000—2020年杭锦旗NDVI年际变化

Fig.2 Inter-annual variations of NDVI in Hanggin Banner from 2000 to 2020

图3 2000—2020年杭锦旗NDVI变化趋势（A）及变化显著性（B）注：基于内蒙古自治区自然资源厅标准地图（审图号：蒙S（2020）028号）制作，底图边界无修改

Fig.3 The variation tendency（A） and the significance （B） of variation tendency of annual NDVI in Hanggin Banner from 2000 to 2020

图4 2000—2020年杭锦旗平均植被覆盖度（A）及其分等级（B）空间分布注：基于内蒙古自治区自然资源厅标准地图（审图号：蒙S（2020）028号）制作，底图边界无修改

Fig.4 Spatial distribution of average vegetation coverage （A） and its different types （B） in Hanggin Banner from 2000 to 2020

图5 植被覆盖分级格局注：基于内蒙古自治区自然资源厅标准地图（审图号：蒙S（2020）028号）制作，底图边界无修改

Fig.5 The spatial distribution of vegetation cover types every five years

图6 植被覆盖分级面积占比变化

Fig.6 Area change of vegetation cover type every five years

表1 杭锦旗植被覆盖分级格局转移矩阵（km2 ）

Table 1 The transfer matrix of vegetations cover in Hanggin Banner

时段		2020年					总计
时段		低植被覆盖度	高植被覆盖度	较低植被覆盖度	较高植被覆盖度	中等植被覆盖度	总计
2000年	低植被覆盖度	114.25	3.06	146.63	33.69	63.56	361.19
	高植被覆盖度	14.38	232.31	5.13	159.81	21.38	433.00
	较低植被覆盖度	41.94	53.25	3 535.63	365.56	5 905.56	9 901.94
	较高植被覆盖度	31.19	290.13	11.50	1 505.13	173.31	2 011.25
	中等植被覆盖度	28.00	123.81	29.50	2 966.25	3 910.69	7 058.25
	总计	229.75	702.56	3 728.38	5 030.44	10 074.50	19 765.63

图7 2000—2020年不同植被覆盖分级重心迁移变化

Fig.7 The migration and variation of center of vegetation cover in 2000-2020

图8 2000—2020年年降水量（A）和年均气温（B）变化

Fig.8 Variation of annual precipitation （A） and average annual temperature （B） from 2000 to 2020

图9 2000—2020年杭锦旗NDVI与年降水量相关系数（A）和显著性检验（B）注：基于内蒙古自治区自然资源厅标准地图（审图号：蒙S（2020）028号）制作，底图边界无修改

Fig.9 The spatial distribution of correlation coefficent （A） and significances （B） between NDVI and annual precipitation in Hanggin Banner from 2000 to 2020

图10 2000—2020年杭锦旗NDVI与年均气温相关系数（A）和显著性检验（B）注：基于内蒙古自治区自然资源厅标准地图（审图号：蒙S（2020）028号）制作，底图边界无修改

Fig.10 The spatial distribution of correlation （A） and significances （B） between NDVI and average annual temperature in Hanggin Banner from 2000 to 2020

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