全 文 ：第 26卷第 5期
2006年 5月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vo1．26．No．5
May，2006
宁夏盐池近年来植被与气候变化分析
陈晓光 ，李剑萍 ，李志军 ，陈葆德 ，韩颖娟
(1．宁夏防灾减灾重点实验室，宁夏 750000；2．宁夏气象局宁夏 750000；3．SAIC／NASA／GMAO)
摘要：使用 1981年到 2004年的植被指数(NDVI)资料，分析了盐池县植被指数的历史演变情况 ，发现从 1981年以来植被覆盖的
状况在变好，尤其是近 4a的春季最明显，植被指数在0．2—0．3级别的年平均面积较前20a增大了 1．9倍 (887km2)。统计分析发
现年平均 NDVI与降水量、气温、相对湿度呈正相关，与蒸发量呈负相关，并且植被覆盖增加对能见度改善的影响非常显著。从
季节平均来看，春季的降水与夏季的 NDVI、夏季降水与秋季的 NDVI具有显著的正相关，夏季降水是决定夏季和秋季以及全年
植被覆盖的关键 因子 。
关键词：植被 ；NDVI；气候变化
文章编号：tooo-o933(2oo6)05．1516-0"／ 中图分类号：P467，Q9*S。TP79 文献标识码：A
Vegetation change in Yanchi of Ningxia and its relationship with climate change in
recent years
CHEN Xiao-Guang’
，
LI Jian-Ping ，LI Zhi-Jun ，CHEN Bao-De ，HAN Ying．Jnan’ (1
． Key 6n 。ry lrofD 。口f D ∞
Prevention ofMitigation ofNingxia，Ningxia 750000，China；2．Ningxia Meteorological Bureau，Ningxia 750000，China；3．SAICINASA／Globalgo&ringand
Asimilation Q触 ，USA)．ActaEcologica Sinica，2OO6，26(5)：1516—1522．
Abstract：Interannual variations of vegetation and its relationship with climate variables in Yanchi County of Ningxia between 1981
and 2004 Were examined by using the monthly GIMMS Normalized Diference Vegetation Index(NDVI)data and local
meteorological records．Overal the annual mean of NDVI increased from 1981 to 2004，and the largest increase occurred in the
latest four springs．Since 1981 the area with NDVI ValUeS in the 0．2— 0．3 category gained about 1005 km2．i
． e．an increase of
14％ ．The annual NDVI showed a positive correlation with precipitation，Surface air temperature 。relative humi dity and visibility
respectively，and a negative correlation with evaporation．Moreover there is a significant positive correlation between spring mean
precipitation and following summer，fall and annual mean NDVI，suggesting that spring rainfall is a key factor to determ ine the
distribution of vegetation in Yanchi．
Key words：vegetation；NDVI；climate change
盐池县位于宁夏回族 自治区东部，毛乌素沙漠南缘，与陕西省、内蒙古 自治区、甘肃省接壤，总面积为
7130km ，其中耕地面积占8．4％；草原面积占80％，沙化草原面积占草原总面积的 50．1％。盐池县虽然草原
资源丰富，但是长期以来在发展农业经济时忽视了社会效益和生态效益，使草原载畜量过大，加之滥采、滥挖、
滥垦、滥牧现象严重，草原生态失去平衡，草原退化日趋严重，成为宁夏历史上发生沙尘暴最多的地方，特别是
在上世纪60年代、70年代，沙尘暴的日数和强度达到了气象记录的峰值 ¨]。
经过长期的科学实验和治理 ，特别是盐池 2001年被列入退耕还林试点县后，全县境内实行封山禁
基金项目：国家科技部公益类研究资助项 目(20(MDIB3JI21)
收穑日期：2005．09．06；修订日期：2006．02．tO
作者简介：陈晓光(1955一)，男，宁夏中卫人，硕士，研究员，主要从事气候研究．E-mail：chenxgll@126．corn
致谢：张智、林莉、亢艳丽参加了资料统计工作，表示感谢。
Foundation item：The project wss supproted by Social Service project of the ministry of science and technology，China(No．2004DIB3JI2I)
Received date ：2005—09-06；Accepted date：2006—02一l0
Biography：CHEN Xiao-Guang，Master，Professor，mainly en in weather and climate research．E—mail：chenxgll@ 126．corn
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5期 陈 晓光 等 ：宁夏盐池近年来植 被与气候变化分析
牧、封山育林草。马红彬等 在2001年和 2003年对盐池县天然草地围栏内外植被特征进行了实地调查，发
现天然草地经封育后，草地植被盖度、高度、产量和密度均有不同程度的增加，生态环境得到改善。但是大面
积植被恢复的程度如何，当地植被与气候变化之间有怎样的联系等问题，显然靠人工调查很难全面客观和定
量的回答。经过较长时间的卫星观测和资料的积累，使得人们现在研究和回答这些问题成为可能。研究表明
卫星观测 的归一化植被指数(Normalized Diference Vegetation Index简称为 NDVI，下同)与绿色叶片生物量 、叶面
积指数、植物光合能力、总的干物质积累及年净初级生产力等均有很好的相关性，可用于表征植被盖度的好
坏 。颜长珍 。。等使用宁夏 1996年和 2000年的 TM影像资料，分析得出沙地占宁夏总土地面积的比例由
1996年的6．533％减少到 2000年的6．054％，平均每年净减少 0．12％，其中盐池县的沙地面积4a减少了 2795／
hm2。祁元 “等使用盐池县(1986年、1996年、2000年)3期的遥感TM影像等资料，得出盐池县荒漠化土地面
积有所减小，但程度在加重。显然文献中使用的资料年限较短 “ ，所得结论有一定的局限性。本文使用
24a逐月的 NDVI观测资料和气象资料 ，较深入 的研究了 24a来盐池县境 内植被指数数值 、面积的变化和气候
的变化以及它们之间的相互关系 ，并试图科学定量的回答上述 问题 。
1 资料
本研究主要使用的资料是 1981年到 2003年 AVHRR月平均 NDVI，取 自美国马里兰大学 GIMMS(Global
Inventory Modeling and Mapping Studies)8km X 8km分辨率的全球数据 ¨。这个数据集中，对云 、太 阳高度角 、仪
器视场角、气溶胶的影响进行了校正。2004年的 NDVI资料取 自 NASA Land Proceses Distributed Active Archive
Center的 MODIS月资料 。NDVI的理论值在 一1到 1之间，其中 一0．1为水体 ，0代表裸露地表 ，NDVI值从大
于 0到 1代表 了植被从疏到密的分布。在 GIS支持下从全球数据中提取 了盐池县的 NDVI指数 。其他气象资
料，如降水量、气温、相对湿度、大气能见度和蒸发量全部取 自宁夏气象档案馆。从 2002年开始的 4月到 10
月 ，蒸发量的观测采用大型蒸发皿 ，为了便于分析比较对这些资料进行了订正。
2 研究结果与讨论
2．1 植被变化分析
2．1．1 植被指数的年际变化 图 1给出了盐池县 1982年到 2004年的植被指数年平均直方 图和由线性 回归
得到的趋势线。从 5a平均值来看 ，1982年到 1985年的平 均值最小 ，1986年到 1995年平均值变化很小 ，1996
到 2000年略有上升 ，2001年到 2004年是近 20a来最高的。从年际变化来看 ，盐池县的植被指数在波动起伏 中
增大 ，1982年最差，其次是 2000年和 2001年。这里需要指出的是 2000年植被指数 为 0．13，2002年为 0．16，3a
中增加 了 23％，增幅在 23a中最大 ，这可能 与 2002年盐池县全境 的封山禁牧有关。从线性趋势来看 ，平均 每
年的植被指数增加为 4．6 X 10一。
用 5点平滑方法滤去一些短期气候波动对 NDVI的
影响 ，得到趋势 NDVI，代表了 NDVI随生态环境 、长期气
候变化及其综合效应的影响。可以看出从 2002年开始
近 3a处于上升趋势。
2．1．2 植被指数的季节变化 图 2给出了盐池县四季 复
的植被指数变化情况和它们的线性变化趋势。所有 的
线性变化趋势都为正值即植被都在增加 ，其 中夏季最大
为 6．28 X 10一／a，其次是春秋季分别为 4．51 X 10I4／a和
4．75 X 10一／a，冬季最小 为 2．03 X 10～／a。如 果从时 间
序列减掉线性趋势(即对时间序列去倾处理)，可以看出
春季植被指数距 平值 在 2000年 以前都是 正负 相间 出
现 ，从 2001年之后 的 4a都是连续正距 平 ，这是过去所
图1 盐池县 NDV1年平均直方图和线性趋势
Fig．1 Annum mean of NDVI and its trend in Yanchi
没有的。夏季植被指数 24a来明显增加 ，最差的年份是 1982年 、2000年 、2001年 ，最好 的年份是 1986、1988、
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生 态 学 报 26卷
1998、2002。秋季植被指数也是增加的趋势 ，最差的年份是 1982、1989、2000年 ，最好的年份是 1994年。冬季植
被指数最差的年份是 1984年、1988年 ，最好的年份是 1985年。
金
图2 盐池县四季 NDVI及趋势变化曲线图
Fig．2 Seasonal means 0f NDVI from 1982 to 2004 in Y~ ehi
同样用 5点平滑方法滤去一些短期气候波动对各季 NDVI的影响，得到各季趋势 NDVI，代表了NDVI随生
态环境、长期气候变化及其综合效应的影响。可以看出23a来春季 NDVI在波动中上升，尤其是 2000年以来
上升的很明显 ；夏季 23a来波动较大 ，2001年后上升明显 ；秋季从 1981到 1996年在波动中上升 ，1996～2000年
明显下降，2000年以后又明显升高；冬季从 1990年开始缓慢上升。可以说从四季 NDVI的趋势变化看，2000
年以后存在较明显的上升趋势，进一步说明近 3a来盐池县植被在好转。
2．1．3 植被指数的年变化 图 3给出了盐池县 24a植 0．26
被指数的月平均曲线(1～6月份为 23a平均)。可以看 0．24
出，植被指数从4月份开始增大，8月份达到极大值，9 ：：：
月份开始下降，1月达到较低值，2月份略有升高，4月 善0．18
份达到全年最低值。计算的季节植被指数的相关结果 一 0．16
也表明 ，春季的 NDVI与夏季 、秋季和年的 NDVI是弱的
正相关，而夏季 、秋季 ND~I与年的 ND~I相关系数分别
达到了0．56和0．87，显著性水平为0．01，说明夏季植被
好秋季和全年 的植 被也 会好 的可信 度达到了 99％，说
明夏秋两季的植被状况基本决定了盐池县全年的植被 图3盐池县多年平均NDVI的月变化
Fig．3 24-year averag~ monthly NDVI
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5期 陈晓光 等 ：宁夏盐池近年来植被 与气 候变化分析
分布状况 。
2．1．4 植被指数的面积变化 图 4a给出了从 1981年到 2004年 4到 6月每 5年盐池县不 同级别 的植 被指数
面积。可以看出 ，植被指数在 0到 0．1级别上的面积是减少的，在 0．1到 0．2级别上变化较平缓 ，植被指数面
积在 0．2到 0．3级别上 ，从 1981到 2000年在 352～516 km 之间，2001年到 2004年为 1350 km ，比前 20a的平
均值 463 km 增大了887 km ，面积增大的非常明显，这说明近4a盐池县春季的植被状况明显转好。
图 4b给出了 7月到 9月的植被指数面积。NDVI在 0．1到 0．2级别上的面积 ，从 1986年到 2000年是持续
减少 ，2001年到 2004年比前 5a增加 了 475km 。NDVI在 0．2到 0．3级别上 的面积，从 1981年到 1995年 的平
均值是 5934km ，而 1996年到 2004年的平均值是 6740 km ，后者 比前者增大了 806 km 。NDVI在 0．3级别上
的面积，只有 1991年到 1995年是比较大，其他年份都比较小，说明盐池县植被转好的程度还停留在较低水平
上 ，近 4a仅仅是植被的恢复性增长。
互
2
《
喧
a b
1981-1985 1991-1995 2001-2004
1986-1990 l996-2000
年份 Year
1981-1985 l991-1995 2001．2004
l986～l990 1996-2000
年份 Year
图 4 盐池县不同植被指数面积图(a．4—6月 ，b．7—9月 )
Fig．4 5-year mean of area with diferent NDVI level(a)April to June(b)July to September
B F为植被指数等级 B—F is NDVI level(B：0—0．1，C：0．1—0．2，D：0．2—0．3，E：0．3—0．4，F：0．4—0．5)
2．2 植被与气候的变化
2．2．1 降水量与植被指数的关系 盐池县降水量与植被指数的隔季相关值很大(见表 1)。春季降水量与夏
季 NDVI的相关值为 0．504，通过 了显 著性水平 0．05的检验。夏季、秋季 的降水量与秋季 、冬季 NDVI的相关
值分别达到了0．79和 0．62，并且都通过了0．01显著性水平的检验，即置信度水平达到了 99％。而冬季降水
量与冬季的 NDVI相关值为 一0．5，显著性水平也通过了 0．05的检验。这是由于冬季降水主要为降雪 ，雪量越
大植被被覆盖的就越多。另外年降水量与夏、秋、冬的 NDVI相关都很高，并且年降水量与年 NDVI值的相关
系数达到了0．6，显著性水平为 0．01，这一方面说明夏秋季的植被决定了全年的植被分布状况，另一方面也说
明盐池县的降水主要在夏秋季。
表 1 盐池县降水量 与植被指数各季相关
Table 1 Correlation coeficients between seasonal mean NDVI and preci~tafion
**表示显著性水平通过0．01检验(双侧检验)Passing the level 0．01 signifcance test(2-tailed)；*表示显著性水平通过0．05检验(双侧检验)
Passing the level 0．05 significance test(2-tailed)
∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ O
∞ 如 ∞ ∞ m
O O O O O O O O O ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞
8 7 6 5 4 3 2 l
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l520 生 态 学 报 26卷
2．2．2 气温与植被指数的关系 盐池县的春季气温与春季植被指数(见表 2)的相关系数为 0．36，显著性水
平通过了0．05的检验，说明春季气温回升快，植被也恢复快。夏季、秋季的气温与同期的植被指数都是弱的
负相关，说明气温越高植被越差。由于盐池县位于毛乌素沙漠地区，植物生长所需的水分全部来自大气降水，
而多年平均降水量只有 275mm，显然温度越高对植被的蒸腾作用越强，当水分不能保证时植被必然会越来越
差。冬季气温与植被指数是弱的正相关，说明冬季气温偏高有利于植被状况的改善。
衰 2 盐池县气温与植被指数的相关
Table 2 Correlation coefficients between seasonal me蛐 NDVI and temperature
表不显著性水 平通过 0．05检验(双侧检验 )Corelation is signifcant at the level 0．05(2·tailed)
由2．2．1和 2．2．2中的研究可看出宁夏盐池 NDVI与降水的相关系数比NDVI与气温的相关系数大，这与
李本纲“ 等人的研究结果有所不同，这主要是李本纲等人研究范围大，空间分辨率较低所致。
2．2．3 蒸发量与植被指数的关系 盐池的春季蒸发量与夏季植被指数，以及夏季蒸发量与夏秋两季的 NDVI
都是显著的高负相关(见表 3)，说明春夏季蒸发量小，夏秋季和全年的植被指数就比较大，它们的显著性水平
为0．01，置信度达到了99％。图5给出了 1981年到2004年的盐池县春季蒸发量与夏季植被指数的曲线图，
明显可见，两者的变化为反位相，相关系数为 一0．69。这进一步说明盐池县当春季蒸发量小时，夏季植被状
况就 比较好 ，反之亦然。
裹 3 盐池县植被指数与蒸发■各季相关
TabJe 3 Correlation coefficients between seasonal m啪 NDⅥ and evaporation
**表示显著性水平通过 0．01检验(双侧／~ )Correlation is signifcant at the level 0．01(2．tailed)，*表示显著性水平通过 0．05 检验(双侧检
验 )Corelation is signifcant at the level0．05(2一tailed)
2．2．4 相对湿度与植被指数的关系 表4给出了植被
指数与相对湿度的相关系数。可以看出高相关值都是
正的，与表 3对应季节的相关符号正好相反 ，而且显著
性水平都通过了 0．O1的检验，置信度为 99％。说明春
夏季的相对湿度大时，夏秋季和全年的植被指数也大。
图6给出了 1981年到2004年年植被指数与夏季相
对湿度的曲线图，由图可见，两者的一致性非常好，说明
夏季的相对湿度比较大时全年的植被状况就比较好，夏
季的相对湿度 比较小时全年的植被状况就 比较差 。
2．2．5 植被变化与能见度的关系 表 5中的N11代表
lkm到 lOkm能见度出现的频率，即浮沉和扬沙天气出
现的频率，N12代表 10kin到20kin能见度出现的频率。
e
．2
苗
宕
毛
曲
e
。C
∞
嘲
樵
1lI}’
谁
8000
7500
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6000
5500
5000 I．．．． ．．．．．．．．．L 1980 l985 —上—————L————上—————J O．12
1990 1995 2000 2005
年份 Year
图5 盐池县春季蒸发与夏季 ND~I变化曲线
Fig．5 Time series of spring evaporation and summer NDVI
可以看出，春季的NDVI与全年各季的 lkm到 lOkm能
见度都是负相关，而与全年各季 10kin到20kin的能见度频率都是正相关，特别是与夏季 10km到20kin能见度
_>口 Ja基昌Tt∞_>凸Z
¨
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5期 陈晓光 等：宁夏盐池近年来植被与气候变化分析 1521
**表示显著性水平通过 O．Ol检验(双侧检验)Corelation is signifcant at the level 0．01 2-tailed)，*表示显著性水平通过O．05检验(双侧检
验 )，Corelation is signifcant at the level O．05(2-tmled)
频率的相关系数通过 了 0．O1的显著性水平检验 ，与秋 64
季的和全年的都通过了0．05的显著性水平检验。从统 运
计上来看他们的可信度分别达到了99％和95％，说明 {5R
春季植被越好，全年各季的浮尘、扬沙天气越少，能见度 警56
好的天气越多。 ：：
图7给出了春季 NDVI与夏季 、秋 季 lOkm到 20km 50
能见度频率的距平 曲线 图，可以看 出，它们的变化趋势 幅 48
非常吻合。夏季、秋季 NDVI与各季 lkm到 lOkm和 。：
lOkm到 20km能见度频率都是负相关(见表 5)，但是与
lkm到 lOkm能见度频率 的负相关值 比较大 ，其 中夏季 图6 盐池县夏季相对湿度与年NDVI变化曲线
NDVI与春季、冬季的相关系数 的显著性水平通过了 Fig．6 Ti 。 ri of。 mme， lati 。humidity and aflrI al NDV1
0．05的检验 ，秋季 NDVI与冬季 的相关 系数 的显著性水 平通过 了 0．01检验 。这也说明夏季 、秋季 的植被越
好 ，冬季的浮尘 、扬沙天气越少。
表 5 盐池县各季 NDVI与能见度频率相关表
TabIe 5 Correlation coefi cients between seasonal mean NDVI and visibility frequency
**表示显著性水平通过 0．O1检验(双侧检验)Correlation is signifcant at the level 0．O1(2-tailed)， 表不显著性水平通过 0．05检验(双侧检
验 )Corelation is signifcant at the level O．05(2-tailed)
3 结论
通过对盐池县 1981～2004年卫星遥感的植被指数和地面气象观测数据的分析 ，可以得出如下主要结论 ：
(1)盐池县的植被状况 24年来尽管有波动起伏，但是整体在持续转好。4月到 6月植被指数在 0．2到
0．3的面积，1981到 2000年在 352～516 krIl2之间，2001年到 2004年为 1350 km ，比前 20a的平均 463 km 增大
了887km2，面积增大的非常明显。7月到9月 NDVI在 0．1到0．2级别上的面积，从 1986年到 2000年是持续
减少，2001年到2004年比前 5a增加了475km2。NDVI在 0．2到0．3级别上的面积，前 15a的面积平均值是
5934km2
，而后 14a的面积平均值是6740 km2，后者比前者增大了806 km2。这说明近年来盐池县生态环境建设
和全境封山禁牧 、植被恢复的成效是显著的。
(2)降水量与植被指数存在着明显的年相关和隔季相关。年降水量与年植被指数的相关，春季降水量与
夏季植被指数的相关，夏季、秋季降水量与秋季、冬季植被指数的相关性都非常高，说明降水量是影响盐池县
植被分布状况的关键性因子。
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l522 生 态 学 报 26卷
(3)气温与植被指数四季的相关符号不同。冬季、
春季是正相关，夏季、秋季是负相关，说明冬季、春季气 室
温偏高有利于植被生长，夏季、秋季气温偏高在年平均 詈
降水量只有 275mm的盐池是不利于植被生长的。 兽
(4)蒸发量与植被指数是负相关。当春夏季蒸发 童
量小时，夏秋季和全年的植被指数就比较大，当蒸发量 壁
比较大时，植被指数比较小。
(5)相对湿度与植被指数是正相关。当春夏季的
相对湿度比较大时夏秋季的和全年的植被指数都比较
大 ，春夏季相对湿度小时夏秋季的和全年的植 被指数也 年份Y~ar
都比较小。但是植被状况对相对湿度有明显的反馈作 图7盐池县春季NDVI与夏秋季10km到20km能见度频率变化图
用 ，特别是近 5a似乎表现的更清楚 。 Fjg．7 Time series of spring NDVI and sumiler and autumn visibility
(6)春季植被指数与 能见度的关系非 常密切。春 frequencY 0 20km
季植被指数越高夏季、秋季和年的 10—20kin能见度出现的频率就越少；夏秋季的植被指数越高全年各季的浮
尘、扬沙天气出现的频率就越少。
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