三江平原不同季节植被覆盖变化及其对气候变化的响应

摘要 应用遥感和GIS技术，结合统计和相关分析等方法，基于MODIS NDVI和气象（气温、降水）数据，探讨2000—2020年三江平原植被各季节NDVI变化趋势、空间分布格局及其对气候变化的响应。结果表明：在时间尺度上，近21年三江平原春季、夏季、秋季植被NDVI呈上升趋势，春季升幅最大（0.156/10 a），秋季升幅最小（0.075/10 a）。在空间分布上，春季NDVI较低，约70.10%区域处于低覆盖植被区（NDVI≤0.4），中覆盖植被区（0.4<NDVI<0.6）占29.10%；夏季植被生长较好，NDVI迅速增加，高覆盖植被区（NDVI≥0.6）几乎占三江平原整个区域，占比为97.53%；秋季植被NDVI空间分布与春季相似，但数值与春季相比，低覆盖植被区有所减少，中、高覆盖植被区均有所增加。在相关性分析中，春季94.18%植被NDVI与气温呈正相关，夏季（91.21%）和秋季（63.46%）大部分区域植被NDVI与气温呈负相关，说明春季气温的升高对大多数植被生长主要起促进作用，夏季气温的下降对植被生长主要起促进作用，秋季气温的升高对植被生长主要起抑制作用；夏季（88.90%）和秋季（80.81%）大部分区域植被NDVI与降水量呈正相关，春季82.46%区域与降水量呈负相关，说明夏季和秋季降水量的增多对三江平原植被生长主要具有促进作用，而春季降水量的增多对大多数植被生长具有抑制作用。

关键词 归一化植被指数（NDVI）；植被覆盖；季节变化；气候变化；三江平原

中图分类号 S162 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2025）06-0195-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.06.045

Changes of Vegetation Cover in Different Seasons and Their Response to Climate Change in the Sanjiang Plain

LI Hai-yan ZENG Xing-yu HE Pu2 et al

（1.Harbin Base of International Center on Space Technologies for Natural and Cultural Heritage Under the Auspices of UNESCO，Institute of Natural Resources and Ecology of Heilongjiang Academy of Sciences，Harbin，Helongjiang 150040;2.Rural Social Service Center，Datong District Daqing City，Daqing，Helongjiang 163000）

Abstract Using remote sensing and GIS technology，combined with statistical and correlation analysis methods，based on MODIS NDVI and meteorological （temperature，precipitation） data，this study explored the seasonal NDVI variation trend，spatial distribution pattern and response to climate change of vegetation in the Sanjiang Plain from 2000 to 2020.The results showed that on a time scale，the NDVI of vegetation in the Sanjiang Plain had shown an upward trend in spring，summer，and autumn over the past 21 years，with the largest increase in spring （0.156/10 a） and the smallest increase in autumn （0.075/10 a）.In terms of spatial distribution，the NDVI in spring was relatively low，with about 70.10% of the area being in low coverage vegetation areas （NDVI≤0.4），and 29.10% being in medium coverage vegetation areas （0.4<NDVI<0.6）.In summer，the vegetation grew well，and the NDVI increased rapidly，the high coverage vegetation area （NDVI≥0.6） accounted for almost the entire area of the Sanjiang Plain，accounting for 97.53%.In autumn，the spatial distribution of vegetation NDVI was similar to that in spring，but the values had decreased in low coverage vegetation areas and increased in medium and high coverage vegetation areas compared to spring.In the correlation analysis，94.18% of vegetation NDVI was positively correlated with temperature in spring，and negatively correlated with vegetation NDVI in most areas in summer （91.21%） and autumn （63.46%），indicating that the increase of temperature in spring mainly promoted the growth of most vegetation，the decrease of temperature in summer mainly promoted vegetation growth，and the increase of temperature in autumn mainly inhibited vegetation growth.In summer （88.90%） and autumn （80.81%），vegetation NDVI was positively correlated with precipitation，and in spring，82.46% of areas were negatively correlated with precipitation，indicating that the increase of precipitation in summer and autumn mainly promoted the growth of vegetation in the Sanjiang Plain，while the increase of precipitation in spring inhibited the growth of most vegetation.

Key words Normalized difference vegetation index（NDVI）;Vegetation cover;Seasonal change;Climatic change;Sanjiang Plain

植被作为陆地生态系统的主要组成部分，可以将土壤、大气、水分和人类社会紧密联系起来，具有调节地表循环和气候变化的作用［1］。归一化植被指数（NDVI）作为一种能够有效反映地表植被生长变化情况的遥感指标，已经广泛应用于区域植被覆盖变化及空间分布的监测中［2-4］。植被活动在不同季节有不同的变化，对不同季节有不同的响应［5］。近年来各国学者对于植被覆盖变化及其与气候变化间的关系进行了大量的研究，如史娜娜等［6］利用2000—2010年MODIS NDVI和气象数据，分析了东北林草交错区植被NDVI时空变化及其对气温、降水的年际响应，得出全区、典型草原区、森林区、森林草原区植被NDVI的主要气候影响因子分别为气温、降水、气温、降水；孟梦等［7］以1982—2012年GIMMS NDVI数据和气象数据为数据源，分析了近31年内蒙古NDVI对气候因子的响应机制，得出近31年内蒙古NDVI与气温、降水的相关关系具有明显的空间差异性，且降水对NDVI的影响超过了气温对NDVI的影响；刘恒等［8］基于MODIS NDVI和气象数据，分析了武陵山区2000—2019年植被生长季NDVI的时空变化特征及其对水热因子的响应特征，得出近20年武陵山区植被生长季NDVI呈现波动增加态势，气候趋向暖湿，NDVI与生长季气温、降水均整体表现为正相关，且受降水影响更大；李京忠等［9］基于MODIS NDVI、气温、降水等数据，研究了2000—2020年锡林郭勒盟植被NDVI时空变化及其对气候的响应，得出21年来该区植被覆盖呈增加趋势，植被覆盖对气候变化响应的敏感度在空间和时间上各不相同，在空间变化上对气温较为敏感，在年际变化上对年降水量较为敏感；李霞等［10］基于MODIS NDVI及年均高温、年均低温、年均温、年降水量数据，分析了2000—2020年陕西各地貌分区植被NDVI时空变化特征及其与降水量、气温的响应机制，得出21年来陕西植被NDVI波动增加，陕西及各分区植被NDVI与年均高温整体呈负相关，与年均低温、年均温、年降水量呈正相关。综上所述，目前大多数的研究主要集中区域植被变化生长季和年际间差异及其对气候变化的响应，而对植被变化的年际季节间差异及其与气候变化的研究相对较少。

三江平原森林丰富，是中国最大的沼泽分布区和中国重要的商粮基地，但随着气候的变化，森林覆盖减少，湿地发生变化［11］，生态环境问题日益受到关注。笔者利用2000—2020年NODIS NDVI数据和气象数据，采用统计及相关分析等方法，研究21年来三江平原春季、夏季、秋季的植被NDVI变化趋势、季节差异及其与气温和降水的空间相关性，探讨气候变化对植被变化的影响，以期为三江平原生态保护提供科学依据。

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，由黑龙江、松花江、乌苏里江这3条江冲击而成，地理坐标为43°49′55″～48°27′40″N、129°11′20″～135°05′26″E（图1），总面积约10.89万km2，是中国最大的沼泽分布区，也是中国最大的农垦区和重要商品粮生产基地。该区属温带湿润、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，四季分明，冻结期长，但夏季温暖，雨热同季，适于植被的生长。

1.2 数据来源与处理

1.2.1 植被类型数据、土地利用数据。

植被类型数据使用TM遥感影像，空间分辨率为30 m，来源于国际科学数据服务平台（http：//www.cnic.cas.cn/），对获取的原始遥感影像进行校正、裁剪等预处理操作，采用监督分类法从中提取出植被数据，根据生态系统分类体系和研究需要，该研究将2000、2005、2010、2015和2020年5个时期植被类型分为森林、灌丛、草甸、湿地、农田5类。通过计算机随机采样的方式，在5期影像中各采集260个点，并通过GPS野外采集点进行精度评价，每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。

1.2.2 NDVI数据。

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，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，经过叠加处理及均值法得到2000、2005、2010、2015和2020年每个时期春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）月NDVI平均数据，并消除异常值的影响。由于三江平原冬季寒冷，非常绿植被类型的NDVI在冬季很小，通常伴随着较大的噪声干扰，因此在探索NDVI增幅和时空分布时，只考虑春季、夏季、秋季。并根据植被覆盖划分标准及该研究的需要，将植被覆盖划分为高、中、低3级：NDVI≥0.6为高覆盖植被，0.4<NDVI<0.6为中覆盖植被，NDVI≤0.4为低覆盖植被。

1.2.3 气象数据。

气象数据来源于黑龙江省气象局三江平原内部和周边22个气象站点（图1）2000—2020年1—12月的气温和降水量数据。气温主要取平均值，将逐月温度求平均得各季平均温度和逐年平均温度；降水量主要是用累积值，将各月降水量相加，分别计算各季降水量和年降水量。

1.3 研究方法