三江平原生长季植被覆盖时空变化及其对气候变化的响应

摘要 基于2000—2020年的遥感数据以及气温和降水量数据，采用相关分析等方法，研究三江平原区域及不同植被类型生长季NDVI时空变化及其对气候变化的响应。结果表明：2000—2020年三江平原生长季平均NDVI和各植被类型NDVI均呈上升趋势，森林上升趋势最大（0.016 2/a）；三江平原全年气温和降水量整体呈上升趋势，生长季气温呈下降趋势、降水量呈上升趋势。三江平原2000、2005、2010、2015和2020年生长季NDVI空间分布格局总体相似，植被覆盖总体呈现改善趋势。生长季植被生长较好，中（0.4<NDVI<0.6）、高（NDVI≥0.6）覆盖植被区域占比较高，占整个区域的98.22%。2000—2020年三江平原生长季大部分区域植被NDVI与气温呈负相关，与降水量呈正相关，说明该地区气温的升高对生长季植被NDVI主要起抑制作用，降水量的增多对生长季植被NDVI主要起促进作用。

关键词 归一化植被指数（NDVI）；相关性分析；时空变化；气候变化；三江平原

中图分类号 X 173 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2025）05-0082-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.05.016

Spatiotemporal Variation of Vegetation Cover During the Growing Season in the Sanjiang Plain and Its Response to Climate Change

LI Hai-yan1， ZHANG Hong-qiang1， HE Pu2 et al

（1.Institute of Nature and Ecology， Heilongjiang Academy of Sciences， Harbin， Heilongjiang 150040;2.Rural Social Service Center， Datong District of Daqing City， Daqing，Heilongjiang 163000）

Abstract Based on the remote sensing data from 2000 to 2020， as well as temperature and precipitation data， this paper evaluated the temporal and spatial variation of NDVI in the growing season and its response to climate change in the Sanjiang Plain and different vegetation types by correlation analysis and other methods.The results showed that the average NDVI and NDVI of each vegetation type in the growing season in the Sanjiang Plain from 2000 to 2020 showed an upward trend， and the forest had the largest upward trend （0.016 2/a）.The annual temperature and precipitation in the Sanjiang Plain showed an upward trend，the temperature in the growing season showed a downward trend and the precipitation showed an upward trend.The spatial distribution pattern of NDVI in the growing season of 2000， 2005， 2010， 2015 and 2020 in the Sanjiang Plain was generally similar， and the vegetation cover showed an overall improvement trend.In the growing season， the vegetation growth was good， and the medium （0.4<NDVI<0.6） and high （NDVI≥0.6） vegetation coverage accounted for 98.22% of the whole area.During the growing season of the Sanjiang Plain from 2000 to 2020， vegetation NDVI was negatively correlated with temperature and positively correlated with precipitation， indicating that the increase of temperature in this region mainly inhibited vegetation NDVI in the growing season， and the increase of precipitation mainly promoted vegetation NDVI in the growing season.

Key words NDVI;Correlation analysis;Spatiotemporal variation;Climate change;Sanjiang Plain

植被是陆地生态系统的主体，在陆地表面能量循环、物质交换和气候调节方面发挥了重要作用［1］。因此，迫切需要了解土地利用和气候变化对植被的影响与反馈［2］。归一化植被指数（normalized difference vegetation index，NDVI）作为植被生长状况及植被覆盖度的最佳指示因子［3-4］，广泛应用于长时间序列植被覆盖动态时空变化［5-8］、植被覆盖与气候因子和人类活动的关系等研究［9-11］。

近年来已有学者利用NDVI对植被覆盖变化及其与气候变化的关系进行了大量研究。如朴世龙等［12］利用NOAA-AVHRR NDVI数据，研究1982—1999年中国四季植被活动的变化，探讨植被活动对全球变化的主要响应方式，结果表明，18年来中国植被四季平均NDVI均呈上升趋势，春季中国植被平均NDVI增加速率最快，生长季的提前是中国植被对全球变化响应的最主要方式。信忠保等［13］利用GIMMS和SPOT VGT这2种NDVI数据从气候变化和人类活动的角度对黄土高原地区1981—2006年植被覆盖变化的原因进行了分析，发现植被覆盖变化是气候变化和人类活动共同作用的结果，黄土高原地区植被覆盖和降水关系密切，降水变化是植被覆盖变化的重要原因。徐浩杰等［14］利用黄河源区MODIS/NDVI数据，分析了该区不同植被类型生长季NDVI时空特征及其与气候因子的关系，结果表明，黄河源区植被生长季NDVI与同期气温和降水均存在显著正相关性，气候的暖湿化趋势可能是促使黄河源区植被生长改善的主要原因。韦振锋等［15］利用1999—2010年NDVI数据研究了中国西北地区植被覆盖时空变化以及人类活动和气候变化对植被覆盖变化的影响，结果表明，西北地区植被覆盖整体呈增加趋势，但在局部地区气候干旱少雨和人类活动抑制植被生长，西北大部分地区植被覆盖与气候要素相关显著，并且植被变化对气温和降水的响应存在一定滞后时间。郑海亮等［16］利用GIMMS NDVI时间序列数据集，研究了1982—2012年青藏高原生长季月尺度植被生长与气温、降水量和日照时数等气候因子的响应关系，结果表明，4月和7月植被生长主要是受气温和日照时数共同作用，6月和9月受气温的控制，而 8月则主要受降水量的影响。路建兵等［17］基于MODIS-NDVI数据定量研究植被覆盖变化对气候变化与人类活动的响应，结果表明，2000—2020年甘肃省植被NDVI整体呈显著增加趋势，植被NDVI与降水量的相关性大于气温，气温对植被NDVI起抑制作用，而降水量对植被NDVI起非线性促进作用。

三江平原地处中高纬度地区，对气候变化十分敏感［18］。目前，已有学者对三江平原植被指数与气候因子的关系进行了研究，但只是从区域尺度的植被NDVI变化及其对气候因子的相应关系进行了分析［19-21］，没有考虑不同植被类型NDVI的变化及其与气候变化的关系。笔者基于MODIS NDVI 数据和气象（气温、降水量）数据，重点研究三江平原区域及不同植被类型生长季2000—2020年植被NDVI时空变化及其与气候因子的关系，以期为区域植被保护和生态修复提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

三江平原位于黑龙江省东北部，地理坐标为43°49′55″～48°27′40″N、129°11′20″～135°05′26″E，由黑龙江、松花江、乌苏里江冲击而成，总面积约10.89万km2，是全球湿地及其生物多样性保护的最关键地区之一，同时也是中国重要的粮食生产基地和储备基地。该区四季分明，冻结期长，属温带湿润半湿润大陆性季风气候，年平均气温为 1.6～3.9 ℃，降水集中于夏秋季，年降水量为500～700 mm。植被分布受地形、海拔与气候影响，主要分布着森林、草甸、灌丛、沼泽等植被类型（图1）。

1.2 数据来源与处理

数据主要来源为TM、MODIS NDVI和气象数据，时间尺度为2000—2020年，共分2000、2005、2010、2015和2020年5个时期。TM遥感影像来源于国际科学数据服务平台（http：//www.cnic.cas.cn/），分辨率为30 m，对获取的原始遥感影像进行几何校正、辐射定标、大气校正、裁剪等预处理操作；MODIS NDVI为美国宇航局官方网站（http：//www.nasa.gov/）免费提供的覆盖三江平原的 MOD13Q1产品，空间分辨率和时间分辨率分别为250 m 和 16 d，时间范围为每个时期的生长季（4—10月），该研究将MOD13Q1 NDVI产品的16 d合成数据通过最大合成法（MVC）生成月NDVI数据，最后利用均值法获取生长季平均NDVI数据；气象数据来自三江平原内部和周边22个气象站点（图1）月平均气温和月累计降水量数据，并利用 QGIS 软件空间插值模块对气象数据进行插值处理，得到气象栅格图。

1.3 研究方法

1.3.1 植被类型的解译。

结合研究区土地利用现状特征，采用监督分类方法，将研究区植被类型划分为森林、灌丛、农田、草甸、沼泽5类（图1），得到研究区2000、2005、2010、2015和2020年植被类型空间分布图。该研究通过计算机随机采样的方式，每期影像采集220个点，并结合野外考察时采集的GPS点进行精度评价，5期影像监督分类结果的各类型分类精度和总体精度均达到90%以上，Kappa系数在0.85以上，分类结果精度满足研究需求。

1.3.2 相关性分析。

该研究基于像元的相关分析方法［22］分析了2000—2020年三江平原植被NDVI对气候变化的响应。基于QGIS软件平台将22个站点气温、降水量数据进行反距离权重插值获取与植被NDVI数据具有同样投影和空间分辨率的气象栅格数据。利用QGIS中栅格计算器分别对三江平原植被NDVI与气温和降水量进行逐像元相关系数计算，得到三江平原生长季21年来植被NDVI与气温和降水量的相关系数。相关系数计算公式如下：