氣候變化背景下阿拉善盟生態(tài)環(huán)境監(jiān)測評(píng)估

摘要 針對(duì)氣候變化背景下，阿拉善盟氣候生態(tài)環(huán)境進(jìn)行研究分析。結(jié)果表明：全盟主要?dú)庀笠刈兓嬖诿黠@的變化特征，年平均氣溫、降水量、積溫呈明顯上升趨勢，年平均相對(duì)濕度、風(fēng)速、沙塵日數(shù)、大風(fēng)日數(shù)呈下降趨勢。全盟NDVI總體上呈現(xiàn)片狀分布特征，且存在顯著的地區(qū)差異。1997—2021年全盟NDVI總體呈增長趨勢，有3個(gè)明顯的衰退階段和增長階段。植被衰退期發(fā)生在1998—2001年、2002—2005年及2012—2015年，NDVI呈現(xiàn)下降趨勢，研究區(qū)域植被覆蓋減少。但在衰退期之后，出現(xiàn)5個(gè)明顯的增長期，分別為2001—2002年、2006—2007年、2009—2012年、2015—2016年及2017—2018年，NDVI呈現(xiàn)上升趨勢，研究區(qū)域植被覆蓋增加。

關(guān)鍵詞 植被覆蓋；植被指數(shù)；遙感；回歸分析

中圖分類號(hào)：X171.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）02–0105-03

氣候變化對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響研究是一個(gè)重要的世紀(jì)課題，也是當(dāng)前的科學(xué)熱點(diǎn)之一、國際關(guān)注的焦點(diǎn)，更是當(dāng)今人類生存和發(fā)展面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，事關(guān)國民經(jīng)濟(jì)、能源、生態(tài)、糧食安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全局，氣候變化已經(jīng)或即將對(duì)全球環(huán)境造成嚴(yán)重影響[1]。

阿拉善盟生態(tài)環(huán)境脆弱，沙漠、戈壁、荒漠草原各占1/3，適宜人類生產(chǎn)生活的面積僅占6%，干旱缺水，植被稀疏，自然生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)能力有限，更容易受到嚴(yán)重的，甚至不可恢復(fù)的破壞?？茖W(xué)認(rèn)識(shí)和應(yīng)對(duì)阿拉善盟氣候變化，保護(hù)和改善阿拉善盟的生態(tài)環(huán)境，將是一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)。因此，開展氣候變化背景下阿拉善盟生態(tài)環(huán)境監(jiān)測評(píng)估的分析與研究，對(duì)合理開發(fā)氣候資源、改善生態(tài)環(huán)境、推動(dòng)地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。

1 氣候變化

1.1 資料來源與站點(diǎn)分布

根據(jù)阿拉善盟氣象臺(tái)站資料的均一性、資料年代完整性以及分布均勻性，在全盟選取了8個(gè)代表站，分析時(shí)段為1962—2021年。采用滑動(dòng)平均、累計(jì)距平以及SPSS統(tǒng)計(jì)等方法，分析阿拉善盟地區(qū)氣候變化特征（如未特別說明，全盟平均值為1962—2021年8個(gè)代表站合計(jì)的平均；由于遷站和便于觀測資料連續(xù)統(tǒng)計(jì)的原因，孿井灘氣象站1962—2001年資料來源于頭道湖氣象站，兩站直線距離約為30.3 km，海拔高度相差37.3 m，氣象要素觀測資料具有均一性）。

1.2 基本氣候要素的變化特征

1.2.1 氣溫 1962—2021年阿拉善盟

年平均氣溫為8.8 ℃，呈明顯上升趨勢，平均每10年上升0.38 ℃。20世紀(jì)60年代至90年代中期，年平均氣溫總體低于歷年值，之后氣溫總體高于歷年值。從空間分布來看，阿左旗年平均氣溫8.5 ℃、阿右旗9.0 ℃、額濟(jì)納旗9.2 ℃；東部地區(qū)8.7 ℃、西部地區(qū)9.3 ℃、南部地區(qū)9.2 ℃，北部地區(qū)均為8.9 ℃。氣溫的分布特征表現(xiàn)為阿右旗、額濟(jì)納旗平均氣溫高于阿左旗；西部和南部地區(qū)高于東部和北部地區(qū)。

從氣溫空間變化趨勢來看，阿左旗中部偏南、額濟(jì)納旗大部的地區(qū)升溫幅度最大，平均每10年升溫0.4 ℃～0.5 ℃；阿左旗偏南部升溫幅度最小，平均每10年升溫在0.2 ℃以下。

1.2.2 降水 1962—2021年阿拉善盟年平均降水量為108.5 mm，呈增多趨勢，平均每10年增多4.0 mm。降水無明顯的變化規(guī)律，20世紀(jì)80年代為降水的低谷期，降水偏少；1977年是近55年間降水量最多的年份，達(dá)到165.0 mm；1965年降水量最少，僅有62.6 mm，兩者相差2.6倍。從空間分布來看，阿左旗年平均降水量143.2 mm、阿右旗101.9 mm、額濟(jì)納旗40.7 mm；東部地區(qū)143.2 mm、西部地區(qū)71.3 mm、南部地區(qū)142.4 mm、北部地區(qū)71.9 mm。降水量分布特征表現(xiàn)為從東南到西北逐漸減少；阿左旗降水量最多，依次為阿右旗、額濟(jì)納旗；東部地區(qū)多于西部地區(qū)，南部地區(qū)多于北部地區(qū)。年平均降水日數(shù)為34.3 d，年代際變化較明顯。

從降水量空間變化趨勢來看，達(dá)來呼布和拐子湖地區(qū)降水量變化呈減少趨勢，其余地區(qū)均呈增多趨勢，阿左旗諾日公地區(qū)增多最明顯；阿左旗南部、阿右旗南部、額濟(jì)納旗大部年降水日數(shù)以增多趨勢為主，其余地區(qū)以減少趨勢為主。

1.2.3 風(fēng)速 1962—2021年阿拉善盟年平均風(fēng)速為3.5 m/s，呈減小趨勢，平均每10年減小0.1 m/s。20世紀(jì)60～80年代風(fēng)速偏大，之后逐年減小，21世紀(jì)00年代中期之后，減小趨勢變緩。從空間分布來看，阿左旗年平均風(fēng)速3.2 m/s、阿右旗3.4 m/s、額濟(jì)納旗3.8 m/s；東部地區(qū)3.2 m/s、西部地區(qū)3.6 m/s、南部地區(qū)3.2 m/s、北部地區(qū)3.6 m/s。風(fēng)速分布特征表現(xiàn)為額濟(jì)納旗平均風(fēng)速最大，依次為阿右旗、阿左旗；東部地區(qū)小于西部地區(qū)，南部地區(qū)小于北部地區(qū)。從風(fēng)速空間變化趨勢來看，拐子湖地區(qū)呈增大趨勢，其余地區(qū)均呈減小趨勢，減幅較大區(qū)域主要位于阿左旗偏南部、阿右旗偏南部和達(dá)來呼布的地區(qū)，平均每10年減小0.2～0.3 m/s。

1.2.4 積溫 1962—2021年阿拉善盟年平均積溫為3 532.4 ℃·d，呈顯著上升趨勢，平均每10年增長83.2 ℃·d。尤其是20世紀(jì)90年代末期以來，年平均積溫整體高于歷年值，且增長較為明顯。額濟(jì)納旗積溫增幅最大，阿左旗偏南部增幅最小。從空間分布來看，阿左旗年平均積溫3 374.8 ℃·d、阿右旗3 552.4 ℃·d、額濟(jì)納旗3 362.3 ℃·d；東部地區(qū)3 374.8 ℃·d、西部地區(qū)3 607.1 ℃·d、南部地區(qū)3 419.2 ℃·d、北部地區(qū)3 563.1 ℃·d。積溫分布特征表現(xiàn)為額濟(jì)納旗平均積溫最大，依次為阿右旗、阿左旗；東部地區(qū)小于西部地區(qū)，南部地區(qū)小于北部地區(qū)。

1.2.5 沙塵天氣 1962—2021年阿拉善盟年平均沙塵暴日數(shù)、年平均揚(yáng)沙日數(shù)、年平均浮塵日數(shù)均呈顯著減少趨勢，且變化趨勢較一致。表現(xiàn)為20世紀(jì)80年代之前年平均值整體高于歷年值，尤其是70年代處于高值期，從90年代開始年平均值整體低于歷年值，進(jìn)入21世紀(jì)之后，年平均值達(dá)到最低。全盟年平均沙塵暴日數(shù)為10.7 d，呈顯著減少趨勢，平均每10年減少2.3 d。從空間分布來看，阿左旗年平均沙塵暴日數(shù)9 d、阿右旗8 d、額濟(jì)納旗14 d；東部地區(qū)9 d、西部地區(qū)13 d、南部地區(qū)7 d、北部地區(qū)14 d。沙塵暴分布特征表現(xiàn)為額濟(jì)納旗日數(shù)最多，依次為阿左旗、阿右旗；東部地區(qū)少于西部地區(qū)，南部地區(qū)少于北部地區(qū)。

1.2.6 大風(fēng) 1962—2021年阿拉善盟年平均大風(fēng)日數(shù)為32.1 d，呈減少趨勢，平均每10年減少3.3 d。20世紀(jì)80年代之前，大風(fēng)日數(shù)整體高于歷年值，尤其是70年代至80年代中期處于大風(fēng)高值期，從90年代開始大風(fēng)日數(shù)整體低于歷年值。從空間分布來看，阿左旗年平均大風(fēng)日數(shù)28 d、阿右旗31 d、額濟(jì)納旗38 d；東部地區(qū)28 d、西部地區(qū)37 d、南部地區(qū)25 d、北部地區(qū)40 d。大風(fēng)分布特征表現(xiàn)為額濟(jì)納旗日數(shù)最多，依次為阿右旗、阿左旗；東部地區(qū)少于西部地區(qū)，南部地區(qū)少于北部地區(qū)。從大風(fēng)日數(shù)空間變化趨勢來看，阿左旗東北部、額濟(jì)納旗北部的地區(qū)減少幅度最明顯，平均每10年減少5 d。

3 生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測評(píng)估

3.1 數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)預(yù)處理

選用1997年5月—2021年10月MODIS遙感影像數(shù)據(jù)，對(duì)阿拉善盟植被動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行評(píng)估分析。該數(shù)據(jù)由NASA數(shù)據(jù)分發(fā)中心發(fā)布，經(jīng)過預(yù)處理（輻射校正、幾何校正）生成了旬最大化合成的NDVI數(shù)據(jù)，空間分辨率為250 m，共計(jì)750幅影像。每月NDVI值通過國際通用的最大合成法（Maximum Value Composites，MVC）獲得，其計(jì)算公式為：

NDVIi=Max（NDVIij）（1）

式（1）中，NDVIi為第i月的NDVI值，NDVIij為第i月第j旬的NDVI值，而每年的NDVI值采用當(dāng)年各個(gè)月份NDVI的最大值，即

NDVIy=max（NDVIi）（2）

式（2）中，NDVIy為第y年的NDVI值，NDVIi為第i月的NDVI值。

3.2 研究方法

回歸趨勢線是對(duì)一組隨時(shí)間變化的變量進(jìn)行回歸分析的方法[2]。為掌握1997—2021年阿拉善盟地區(qū)植被的整體演變與變化趨勢，采用一元線性回歸分析每柵格點(diǎn)的NDVI變化情況，對(duì)研究區(qū)域內(nèi)不同地區(qū)的植被長勢與變化趨勢進(jìn)行空間定量分析，進(jìn)而探討該變化對(duì)氣候的響應(yīng)[3]。

通過計(jì)算每個(gè)像元的年NDVI值，采用趨勢線分析方法模擬1997—2021年植被NDVI的空間變化趨勢，其計(jì)算公式為：

θslope=（3）

式（3）中，n為監(jiān)測時(shí)間序列的長度，取n=25；MNDVIi為第i年NDVI的均值；θslope為趨勢線增加的斜率；θslope>0，說明研究區(qū)域的NDVI在該時(shí)間段內(nèi)呈增加趨勢；θslope<0，說明NDVI呈減少趨勢；θslope=0，則說明研究區(qū)域的NDVI未發(fā)生變化。

3.3 結(jié)果與分析

3.3.1 植被指數(shù)的時(shí)間變化特征 1997—2021年阿拉善盟地區(qū)的NDVI總體呈增長趨勢，有3個(gè)明顯的衰退階段和5個(gè)增長階段。植被衰退期發(fā)生在1998—2001年、2002—2005年及2012—2015年，NDVI呈現(xiàn)下降趨勢，研究區(qū)域植被覆蓋減少。但在衰退期之后，出現(xiàn)5個(gè)明顯的增長期，分別為2001—2002年、2006—2007年、2009—2012年、2015—2016年及2017—2018年，NDVI呈現(xiàn)出上升趨勢，研究區(qū)域植被覆蓋增加（圖1）。

3.3.2 植被指數(shù)的空間變化特征 1997—2021年阿拉善盟NDVI總體上呈片狀分布特征，且存在顯著的地區(qū)差異。植被覆蓋度較高的區(qū)域主要分布在賀蘭山沿山、溫都爾圖鎮(zhèn)中南部、阿拉騰朝克蘇木東南部、巴丹吉林鎮(zhèn)南部及黑河流域，而其余大部區(qū)域土地類型以荒漠、戈壁、沙漠為主，植被覆蓋度較稀疏（圖2）。

根據(jù)公式（3）對(duì)阿拉善盟的每個(gè)像元進(jìn)行趨勢分析，研究阿拉善盟地區(qū)植被退化、增長或保持不變的趨勢。利用ArcGIS（地理信息系統(tǒng)）對(duì)近25年遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行重新分類，將研究區(qū)域劃分為5個(gè)等級(jí)，依次計(jì)算出不同變化程度區(qū)域所占的面積比例和空間分布變化趨勢（圖3）。

由圖4可以看出，1997—2021年阿拉善盟地表覆蓋度整體得到改善的區(qū)域面積明顯大于退化的區(qū)域面積，其中，顯著退化（顯著減少）的區(qū)域僅占總面積的0.76%，輕度退化（輕度減少）區(qū)域占總面積的5.23%；輕度增加區(qū)域占總面積的5.93%，顯著增加的區(qū)域占總面積1.11%。

植被退化區(qū)域主要分布在額濟(jì)納旗西北部和西部戈壁，并零星分布于阿拉善左旗部分地區(qū)；全盟大部地區(qū)植被基本不變，占總面積的86.97%，尤其是巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠植被狀態(tài)較穩(wěn)定；植被改善區(qū)域占總面積的7.04%，主要集中在植被覆蓋狀態(tài)較好的地區(qū)。此外，阿左旗和阿右旗東部植被稀疏區(qū)域的植被具有轉(zhuǎn)好趨勢。整體來看，近年來，地方政府采取的各項(xiàng)措施有效地改善了阿拉善盟的生態(tài)環(huán)境。

4 結(jié)論

阿拉善盟生態(tài)環(huán)境的改善與氣候因子變化的相關(guān)性不明顯，主要與人為因素有關(guān)，表現(xiàn)為地方政府實(shí)施退牧還草、天然林保護(hù)、三北防護(hù)林建設(shè)、自然保護(hù)區(qū)保護(hù)建設(shè)、航空護(hù)林站建設(shè)等重點(diǎn)生態(tài)工程，以及調(diào)整產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局和種養(yǎng)結(jié)構(gòu)、加大生態(tài)環(huán)境改善資金投入、草原生態(tài)補(bǔ)獎(jiǎng)和森林生態(tài)效益補(bǔ)償政策等一系列生態(tài)恢復(fù)和生態(tài)保護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)草原植被蓋度和森林覆蓋率雙增長，推動(dòng)生態(tài)環(huán)境持續(xù)好轉(zhuǎn)。由于阿拉善盟地理環(huán)境惡劣、生態(tài)環(huán)境脆弱，極端天氣事件和重大氣象災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，恢復(fù)和保護(hù)好阿拉善盟生態(tài)環(huán)境將是一項(xiàng)長期而又艱巨的任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 毛留喜，李朝生，侯英雨，等.2006年上半年全國生態(tài)氣象監(jiān)測與評(píng)估研究[J].氣象，2006（11）：105-112.

[2] 吳先賦，賈宏亮，李永樹.基于遙感技術(shù)的植被覆蓋度估算與變化實(shí)驗(yàn)分析[J].測繪，2016，39（6）：247-251.

[3] 趙艷華，蘇德，包揚(yáng)，等.陰山北麓草原生態(tài)功能區(qū)植被覆蓋度遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測[J].環(huán)境科學(xué)研究，2017，30（2）：240-248.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Monitoring and Assessment of Ecological Environment in Alxa League under the Background of Climate Change

Yang Zong-ying （Alxa League Meteorological Bureau， Alxa League， Inner Mongolia 750306）

Abstract Studied and analyzed the climate and ecological environment of Alxa League under the background of climate change. The results showed that there were obvious changes in the main meteorological elements of the League. The annual average temperature， precipitation and accumulated temperature show a significant upward trend， while the average relative humidity， wind speed， sand dust days and gale days in ordinary years show a downward trend. The NDVI of the whole league showed a patchy distribution characteristics in general， and there were significant regional differences. From 1997 to 2021， the NDVI of the whole league showed an overall growth trend， and there were three obvious recession stages and growth stages. Vegetation recession occurred in 1998—2001， 2002—2005 and 2012—2015. NDVI showed a downward trend， and vegetation coverage in the study area decreased. However， after the recession， there are five obvious growth periods， namely， 2001—2002， 2006—2007， 2009—2012， 2015—2016 and 2017—2018. NDVI shows an upward trend， and the vegetation coverage in the study area increases.

Key words Vegetation coverage; Vegetation index; Remote sensing; Regression analysis

作者簡介 楊宗英（1980—），女，內(nèi)蒙古赤峰人，高級(jí)工程師，主要從事氣象信息技術(shù)工作。

收稿日期 2022-12-03