植被作为地表覆被系统中的主要组成部分,是陆地生态系统存在的基础条件,也是连接土壤、大气、水分和人类生产生活用地的自然纽带[1]。归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)是反映区域植被生长状态及植被覆盖程度的最佳指示因子,与植被覆盖度、净初级生产力及叶面积指数等具有良好的相关性[2-3],因此NDVI被广泛用来监测区域或全球植被和生态环境变化[4-5]。基于NDVI监测植被动态变化以及分析其对气候演变和人类活动的响应己经成为全球变化研究中的热点问题[6]。
大量研究表明,植被变化主要受气候变化(如气温和降水的变化)的影响[4,7]。国内外学者利用NDVI数据来监测植被覆盖变化,并在像元尺度[8]、气象站点尺度[9]或者流域平均尺度[10]将NDVI与气象要素进行相关分析或回归分析以探寻植被覆盖与气象因子之间存在的响应关系。例如姜欣彤等[7]基于高程分段,研究了黄河源区NDVI变化与水热条件空间分布格局的关系,发现源头高海拔地区以及下游流域出口地区降水量较低,降水是主要驱动因子,而在中等海拔地区降水量丰沛,植被演变主要受气温影响。除气候因素外,人类活动(如人工生态恢复工程和城市化)也会在一定程度上影响区域的植被覆盖变化[2,11-12]。Evans和Geerken[13]提出了残差分析法,即通过构建NDVI与影响因子的回归方程,计算方程残差,从而分离气候变化和人类活动对植被覆盖的影响,该方法简单有效,在之后的人类活动对植被覆盖变化的影响研究中广范使用。易浪等[2]基于此方法在黄土高原区建立生长季植被NDVI与气温降水的回归关系,通过残差来表征人类活动在黄土高原不同地区对植被影响的正负作用,结果表明退耕还林还草工程极大地促进了该地区的植被恢复,而城市扩张、乱砍乱伐以及过度放牧则导致植被NDVI的降低。在三江源区,2000年以来的三江源区生态保护及相关实践举措对植被恢复起到显著的积极作用,但生态措施的实施效果存在空间差异[3]。刘宪峰等[14]基于MODIS NDVI数据分析了2000—2011年黄河源区植被覆盖的时空变化特征及驱动因素,发现植被整体呈增加趋势,植被覆盖的增加主要与气候的暖湿化、三江源国家级自然保护区建立、生态保护工程的实施有关。
黄河源区地理位置处于青藏高原东北部,是黄河上游主要产流区、水源涵养区,也是黄河流域生态环境保护重点区域。由于其独特的自然环境,生态环境脆弱,高寒植被系统的演变不仅决定着当地的生态环境和畜牧业生产,对整个黄河流域的生态安全和水资源的形成也具有重要影响。因此,研究黄河源区植被覆盖的变化及其对气候变化的响应,对于理解黄河流域和青藏高原环境生态系统的演变具有重要意义[15-16]。目前对黄河源区多时间尺度(季节尺度)NDVI演变进行相关关系及归因分析的研究尚有不足,定量化区分气候因素与人类活动对黄河源区内植被情势变化的手段需要进一步的验证。本文利用趋势分析和相关性分析的方法在像元尺度上对黄河源区1982—2018年不同季节植被NDVI进行时空变化分析,揭示植被演变的空间连续性和异质性; 并利用复直线回归分析方法和残差分析法,定量分析气候因素和人为因素对植被动态变化的影响,实现气候因素与人类活动对植被指数影响的定量区分。
