中南半岛1982–2023年植被变化及气候与人类活动的影响

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   近期,中国科学院地理资源所胡云锋课题组在SSCI一区顶刊Land Use Policy期刊发表研究论文:Vegetation dynamics in Mainland Southeast Asia: Climate and anthropogenic influences。该项研究得到国家自然科学基金(42130508, 42371304)的支持。

1、引言

    基于遥感NDVI的植被动态监测为全球关键地区生态安全评估提供了有力工具。受制于遥感数据源限制,已有研究大多为基于2000年以后遥感植被数据的分析,难以反映区域的长期变化和驱动机制。因此有必要通过多源遥感数据融合同化手段,扩展具有时空一致性的遥感数据集,从而在长时间序列上探究气候变化和人类活动对植被的影响。

2、研究区和方法

    中南半岛(东南亚大陆区)位于中国和南亚次大陆之间(92.0°E–109.0°E 和 5.5°N–28.5°N),主要包括泰国、越南、缅甸、老挝和柬埔寨五个国家,面积约为206.5万平方公里。中南半岛总体属于热带季风气候,全年高温;地势由北向南倾斜,山脉由北向南呈扇形展开。

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 图1 研究区概况

    基于2套时间跨度不同的NDVI数据(AVHRR NDVI和MODIS NDVI),   作者应用数据同化方法获得时序一致的NDVI数据集;继而使用趋势检验和显著性检验方法,分析了区域长时序植被变化特征;使用偏相关分析方法,探究了温度变化和降水变化与植被变化的关系;采用线性回归分析和残差分析方法,量化了气候因素和人类活动对NDVI变化的贡献率,并实现区域植被绿度变化的主导因子制图。 

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图2 技术路线。

3、结果

(1)中南半岛1982–2023年植被指数及变化态势

    中南半岛植被绿化程度很高:中南半岛多年平均NDVI为0.797。高NDVI区域(NDVI高于0.7))面积占比达到85%;中等NDVI区域(NDVI为0.5~0.7)面积占比仅为14%。低NDVI区域(NDVI小于0.5)面积占比仅为1%。

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图3 东南亚大陆多年平均NDVI的空间分布。

    中南半岛植被生长持续向好:1980年代以来,中南半岛78%的土地上NDVI增加;22%的土地上NDVI减少。M-K检验表明,区域植被绿度呈现显著的增加趋势。线性回归分析表明:区域植被NDVI的增加速度约为0.02/10a。

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图4 1982–2023年东南亚大陆NDVI的时空变化。

(2)中南半岛植被变化与气候因素的关系

    1980s以来,中南半岛温度呈显著增加趋势,对植被生长有明显促进作用;降水呈现显著减少趋势,在不同地区会对植被生长有不同的影响。

    具体来说:1982–2023年,中南半岛的年均温度整体呈显著增加趋势,增加速度约为0.15℃/10a;区域年降水量整体呈显著减少趋势,减少速度为–53mm/10a。温度上升对植被的影响以促进为主。在81%的土地上,温度上升对NDVI增加起积极作用。降水减少则会因地区差异,在不同地区分别呈现抑制或者促进作用。在56%的土地上,降水减少抑制了区域植被生长,在44%的土地则促进了区域植被生长。

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图5 1982–2023年东南亚大陆的温度和降水变化及其对植被的影响。

(3)气候变化和人类活动对植被的影响

    对于区域植被绿化,温度升高贡献了70%的作用;人类活动贡献了20%的作用;降水减少则贡献了10%的作用。

    具体来说:温度变化引起了0.049的NDVI增长,约占区域NDVI变化量的70%;其次是人类活动,贡献了0.014的NDVI增长,约占区域NDVI变化量的20%;降水变化贡献了–0.007的NDVI减少,约占区域NDVI变化量的10%。

    针对区域植被绿度变化的主导因子制图表明:在40%土地上,温度变化对像元NDVI变化量的贡献比超过50%,起了主导作用。人类活动则主导了33%土地上的NDVI变化;降水变化主导了大约5%土地上的NDVI变化。在其余22%的区域,则同时存在两个以上的驱动因素,但其中任何一个因素的贡献率都不超过50%。

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 图6 1982–2023年东南亚大陆的温度、降水及人类活动对东南亚大陆NDVI的影响及主导因素。

4、讨论

    在揭示东南亚大陆植被变化的时空异质性的同时,作者还简要说明了火山活动等极端事件与长期气候波动对区域植被生长的复合影响。

    在解析本地区温度升高和降水减少影响植被生长过程的同时,作者还指出了不同地形与植被类型对于于上述影响的制约作用。

    作者强调了人类活动对于区域植被绿度的双向作用,特别是土地权属制度在协调经济发展与生态保护中的作用;作者还简要指出了线性残差模型对于复杂生态系统归因分析的局限性。

    作者提出未来需融合多源观测数据与非线性格局分析,以更精准解析自然-人文耦合系统的植被动态驱动机制。

5、成果和结论

  (1)通过合理的多源数据融合处理构建了了一套全新的长时序NDVI数据集,有效降低了多源NDVI数据集之间的时序不一致性;

  (2)中南半岛整体植被长势良好;1982–2023年间,区域植被NDVI呈显著上升趋势,平均增速约为0.02/10a。

  (3)温度上升在81%的土地上对植被生长起积极作用;降水减少对区域植被的影响在不同地区存在差异。

  (4)温度变化对中南半岛植被的影响最大,贡献了区域NDVI变化量的70%,显著大于人类活动(20%)和降水变化(10%)对于植被绿度的影响。

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