臺灣地區植被指數與氣候平均態的關系研究

林日志

[摘要]基于1998-2018年SPOT/NDVI數據和同期氣溫、降雨數據，采用相關系數、偏相關系數等數理分析方法，研究了我國臺灣地區歸一化植被指數（NDVI）對氣候平均態的響應特征。結果表明：臺灣島高海拔地區植被（林地、草地）受降雨的影響較氣溫更為突出，城市及居民用地等低海拔、高密度人類聚集區，NDVI對氣溫呈顯著負相關關系（P<0.05）;研究區氣候復雜，氣候平均態（氣溫、降雨）對臺灣地區整體NDVI變化的影響并不顯著。

[關鍵詞]NDVI;氣候平均態;臺灣地區

[中圖分類號]S157.2[文獻標識碼]A

全球氣候變化與陸地生態系統響應是國際地圈生物圈計劃的重要研究內容。植被作為地球生態系統的主體，是大氣、土壤和水分相互作用的天然紐帶，在全球物質和能量循環過程中起著極其重要的作用。因此，研究植被與氣候變化的響應特征，對研究全球氣候變化和區域生態保護有十分重要的現實意義。本文利用SPOT/NDVI數據和同期氣溫降水數據，研究臺灣島植被NDVI對氣候因素的響應。以期明確我國臺灣地區植被與氣候因素的相關關系，旨在豐富我國臺灣地區對全球氣候變化響應的研究成果，同時為臺灣地區應對其急劇的氣候變化提供科學依據。

1 研究區概況

臺灣島位于我國東南部，由歐亞板塊、沖繩板塊、菲律賓板塊擠壓而隆起的島嶼，是中國第一大島，全島陸地面積約36000km2，近60%的土地面積被森林覆蓋。島上氣候類型復雜，在亞熱帶氣候、熱帶氣候的共同影響下，島上高溫、多風、多雨的氣候特點十分顯著。

2 數據來源及預處理

本研究是基于連續時間序列的SPOT/VEGETATION NDVI衛星遙感數據，采用最大值合成法生成的1998-2018年植被指數數據集，空間分辨率為1km。文中植被數據、氣溫降雨數據均來源于中國科學院資源環境科學數據中心（http：//www.resdc.cn）。

3 研究方法

偏相關分析。偏相關分析是指剔除第三個變量，僅分析另外兩個變量之間相關關系的過程。計算公式如下：

（1）

式中，rxyz為剔除變量z后x和y的偏相關系數;其中，相關系數rxy、rxz;ryz計算公式如下：

（2）

偏相關系數與相關系數顯著性檢驗均采用T雙側檢驗。

4 結果與分析

4.1 氣候平均態對研究區不同土地利用類型植被指數的影響

利用ArcGIS10.6提取1998-2018年臺灣地區不同地類覆被未發生改變的柵格單元，統計分析21年耕地、林地、草地、水域、居民地及未利用土地等6大地類單位面積NDVI與氣溫、降水的線性關系。由表1可知，NDVI對氣溫和降雨存在空間差異性，其中耕地和水域NDVI與氣溫和降雨的相關性均不顯著，主要是由于兩者與農業活動密切相關，其發展變化特征會受到人類活動一定程度的影響;林地、草地2種土地覆被類型NDVI對氣溫響應并不顯著，而對降雨呈顯著負相關關系，可能由于中央山脈地區雨量充沛，土壤水分含量普遍較高，降水異常增加還可能引發山洪災害，植被淹水時，其根系進行無氧呼吸，直接影響植被的養分和水分吸收效率，從而導致植被的生長發育受抑制。此外，高海拔地區水資源相對豐富，但可能因積溫相對不足，降水的增加會減少光照，進而影響植被光合作用，也會導致植被生長受阻，因此，林地、草地等區域的NDVI與降水量之間表現為顯著負相關;居民地NDVI對氣溫呈顯著負相關關系，對降雨呈極顯著正相關關系（P<0.01），表明氣溫的增加會限制上述植被的生長，城市熱島效應可能會是造成這一現象的主要原因。

4.2 氣候平均態對研究區整體植被指數的影響

臺灣地區整體NDVI與氣溫、降雨量的皮爾遜相關系數r分別為0.187和-0.276，均未通過顯著性檢驗（P>0.05），表明氣溫和降雨并不是臺灣地區整體NDVI變化的主要驅動因素。隨著全球氣候變暖以及臺灣地區降雨機制的多變性，研究區植被NDVI與氣候變化的“因果主導”關系也變得日趨復雜，人類活動、氣候變化導致的極端天氣以及頻繁的地質災害可能會逐漸成為影響研究區NDVI的主要原因。

5 結語

本文研究了我國臺灣地區1998～2018年NDVI對氣象因子的響應特征，有助于揭示陸地生態環境的演變規律，同時為臺灣地區應對其急劇的氣候變化提供一些依據，主要結論包括：①研究區植被NDVI對氣溫和降雨的響應存在空間差異性，中央山脈等高海拔地區植被（林地、草地）受降雨的影響較氣溫更為突出，城市及居民用地等低海拔高密度人類聚集區，NDVI對氣溫呈顯著負相關關系（P<0.05）;②氣候平均態（氣溫、降雨）對臺灣地區整體NDVI變化的影響并不顯著。

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