全球正在经历以气候变暖为主要特征的气候变化,中亚气温变化在20世纪80年代初期发生突变[19],出现较大增温趋势,1982—2014年中亚地区生长季气温的变化速率为0.43℃/10 a,与Hu等[34]的研究结果较为一致,显著高于北半球陆地(0.3℃/10 a)和周边地区的升温速率。中亚地区降水量在1960s之后变化不显著[21],本研究结果与之较为一致,降水量呈略微增加趋势(p>0.05)。极端降水事件呈增加趋势,大部分极端降水指数在1990s出现突变点,自21世纪以来,量值相较于20世纪80,90年代更大,与Li等[20]的研究结果一致,而Zhang等[21]研究发现极端降水事件在1957年发生突变; 空间分布上,Zhang等[21]研究结果表明东部高山和丘陵区降水量和极端降水指数呈显著增加趋势,中部荒漠区则减缓,但是本研究发现中亚地区中部增加更为显著,研究结果差异可能由研究时段及年内时长不同导致。
长期的植被生长取决于降水的连续性和一致性较多,因此极端降水事件会在一定程度上影响植被生长。本研究分析了1982—2014年中亚地区生长季气温、各极端降水指数与NDVI之间的相关关系,通过相关分析可知,中亚地区植被覆盖与除代表干旱的CDD之外的其他极端降水指数均呈显著正相关,特别是与RX5day,SDII,R10,R20,R99p呈极显著正相关,与生长季均温相关较弱,表明NDVI对降水变化响应的敏感性较高,高温、干旱事件对中亚地区植被生长产生抑制作用。殷刚[16]、韩其飞[35]等的研究结果也表明,中亚地区植被覆盖与降水的相关性较高,而与气温关系则较弱,结果显示在中亚地区降水是植被生长的主要限制因子。
中亚地区生长季NDVI在1980s呈显著上升趋势,1990s为较为稳定期,研究结果与Mohammat等[28]的较为一致,而进入21世纪之后为较快下降期[35],这可能是因为除CDD外,各极端降水指数在进入21世纪前后发生突变,突变后各极端降水指数的变化速率减小,特别是与NDVI呈极显著正相关的RX5day,SDII,R20,R99p,这4个极端降水指数的变化速率在突变点之前为增加趋势,之后则为减少趋势,表现为强度增强,而频次减少。自21世纪以来,中亚地区生长季降水量变化不显著,而NDVI呈减少趋势,说明极端降水事件的减少对中亚地区植被的生长起到抑制作用。进入21世纪后,半干旱草原地区的生长季NDVI减小更为突出[16],在气候变暖背景下,年潜在蒸散量远大于年降水量[36-37],半干旱生态系统对水文气候变化的敏感性最高,超过了干旱和潮湿的生态系统,这一结果证明了半干旱生态系统在极端气候条件下的脆弱性以及未来特大干旱事件可能丧失的生态系统弹性[38]。通过各极端降水指数与NDVI相关系数及显著性水平的空间分布可知,呈显著正相关的区域主要分布在降水高值区,且与生长季降水量与NDVI相关系数分布图较为一致[16],Li等[13]研究也表明荒漠草原和草原荒漠植被对极端气候事件的敏感性较低。
图6 1982-2014年中亚地区生长季NDVI与极端降水各指数之间通过显著检验相关系数的空间分布特征
本研究分析了中亚地区生长季极端降水事件的时空变化特征及其对生长季NDVI的影响,虽然在干旱半干旱地区,降水是植被生长的主要影响气候因子[39],但是极端气温事件在一定程度上会促进或抑制植被生长,特别是春季气温影响更为强烈[28],因此,需要进一步分析中亚地区极端气温事件变化特征以及不同季节植被覆盖对极端气候事件的响应。
