石羊河流域气候变化及其对植被指数的影响

doi:10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2023-0134

农学学报 ›› 2024, Vol. 14 ›› Issue (4): 83-92.doi: 10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2023-0134

石羊河流域气候变化及其对植被指数的影响

王鹤龄¹(), 丁文魁¹^,², 李兴宇², 杨晓玲²(), 郭丽梅², 张金秀²

¹ 中国气象局兰州干旱气象研究所,甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室/中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室，兰州 730020
² 甘肃省武威国家气候观象台，甘肃武威 733099

收稿日期:2023-05-31 修回日期:2023-11-22 出版日期:2024-04-17 发布日期:2024-04-17
通讯作者:
杨晓玲，女，1971年出生，甘肃民勤人，高级工程师，主要从事气候变化研究工作。通信地址：733099 甘肃省武威市气象局，Tel：0935-6150771，E-mail：wwqxj6150343@163.com。
作者简介:
王鹤龄，男，1978年出生，甘肃会宁人，研究员，主要从事干旱气候变化与农业生态关系研究工作。E-mail：wwqxj.6150343@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目“半干旱区春小麦农田干旱解除的降雨过程调控机制”(41775107); 国家自然科学基金项目“干旱致灾期作物光、温及CO₂适宜阈值变化特征研究”(42175192); 甘肃省气象局气象科研项目（人才专项）“气候变化和人为因素对石羊河流域值被变化的影响研究”(GSMArc2019-02); 武威市市列科技计划项目任务书“石羊河流域荒漠化遥感监测及其驱动力研究”(WW2002007)

Climate Change in Shiyang River Basin and Its Influence on Vegetation Index

WANG Heling¹(), DING Wenkui¹^,², LI Xingyu², YANG Xiaoling²(), GUO Limei², ZHANG Jinxiu²

¹ Key Laboratory of Arid Climatic Change and Reducing Disaster of Gansu Province/ Key Open Laboratory of Arid Climatic Change and Disaster Reduction of China Meteorological Administration (CMA)/ Institute of Arid Meteorology, CMA, Lanzhou 730020, Gansu, China
² Wuwei National Climate Observation Platform of Gansu Province, Wuwei 733099, Gansu, China

Received:2023-05-31 Revised:2023-11-22 Online:2024-04-17 Published:2024-04-17

摘要/Abstract

摘要：

研究气候变化对植被覆盖的影响，对干旱区生态环境保护具有重要意义。以石羊河流域2000—2020年逐月气温、降水、日照、蒸发和NASA GIMMS归一化植被指数(NDVI)资料为基础，首先运用线性趋势法分析了气温、降水量、日照时数、蒸发量与NDVI的年、季节变化趋势，然后采用相关系数法研究了气候要素对NDVI的影响。结果表明：石羊河流域及各地年气温呈明显上升趋势，春、夏、秋季气温呈上升趋势，冬季（除民勤外）呈下降趋势；全流域及永昌、古浪、天祝年降水量呈增多趋势，民勤、凉州呈减少趋势，各季节降水量变化趋势不太一致；年日照时数除古浪呈增多趋势外，全流域及其他各地呈减少趋势，各季节日照时数变化趋势很不一致；年蒸发量除凉州呈减少趋势外，全流域及其他各地呈增多趋势，各季节蒸发量变化趋势也不太一致。石羊河流域及各地年NDVI呈显著增长趋势，除凉州春季外，各季节也呈增长趋势。年、季气温和降水量与NDVI基本呈正相关，气温、降水量对NDVI具有正贡献。年、季日照时数和蒸发量与NDVI相关性的正负差异较大，总体来看，日照时数对NDVI具有负贡献，蒸发量对NDVI具有正贡献。研究结果将为石羊河流域提高气候资源的利用率、调整种植结构和改善生态环境提供科学的参考依据。

关键词: 气候变化, 归一化植被指数, 相关性, 石羊河流域

Abstract:

The influence of climate change on vegetation cover is important for ecological environment protection in arid areas. Based on data of monthly temperatures, precipitation, sunshine, evaporation and NASA GIMMS normalized difference vegetation index (NDVI) of Shiyang River Basin from 2000 to 2020, annual and seasonal variations trend of temperature, precipitation, sunshine hours, evaporation and NDVI were analyzed by using linear trend method, then effect of climate elements change on NDVI change were studied by correlation coefficient method. The results showed that annual temperature showed a clear upward trend in Shiyang River Basin and various regions. Temperature in spring, summer and autumn showed an upward trend, and it showed a downward trend in winter (except Minqin). Annual precipitation in total catchment area and Yongchang, Gulang and Tianzhu showed an increasing trend, while Minqin and Liangzhou showed a decreasing trend. Change trend of precipitation in each season was not consistent. Annual sunshine duration showed a decreasing trend in total catchment area and other places except Gulang, and variation trend of sunshine duration in each season was very inconsistent. Annual evaporation showed an increasing trend in total catchment area and other places except Liangzhou, and variation trend of evaporation in each season was not consistent. Annual NDVI in Shiyang River Basin and various regions showed a significant growth trend. Each season NDVI also showed an increasing trend except Liangzhou in spring. Annual and seasonal temperature and precipitation were basically positively correlated with NDVI, and temperature and precipitation had a positive contribution to NDVI. Correlation between sunshine duration, evaporation and NDVI of annual and seasonal was quite different. In general, sunshine duration had a negative contribution to NDVI, and evaporation had a positive contribution to NDVI. Research results will provide scientific reference for improving utilization rate of climate resources, adjusting planting structure and improving ecological environment in Shiyang River Basin.

Key words: climate change, NDVI, correlation, Shiyang River Basin

王鹤龄, 丁文魁, 李兴宇, 杨晓玲, 郭丽梅, 张金秀. 石羊河流域气候变化及其对植被指数的影响[J]. 农学学报, 2024, 14(4): 83-92.

WANG Heling, DING Wenkui, LI Xingyu, YANG Xiaoling, GUO Limei, ZHANG Jinxiu. Climate Change in Shiyang River Basin and Its Influence on Vegetation Index[J]. Journal of Agriculture, 2024, 14(4): 83-92.

图/表 9

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气候因素	季节	全流域	永昌	民勤	凉州	古浪	天祝
气温/℃	春季	7.8	7.4	11.5	11.4	7.7	0.9
	夏季	18.7	18.1	23.3	22.2	18.4	11.3
	秋季	6.4	5.9	9.1	9.4	6.6	1.1
	冬季	-6.7	-7.4	-5.7	-4.5	-6.1	-9.9
降水量/mm	春季	50.0	39.8	23.4	33.0	82.9	70.9
	夏季	144.8	132.4	63.1	93.2	174.5	260.9
	秋季	65.1	52.9	32.9	43.5	93.7	102.8
	冬季	7.8	5.5	3.2	6.1	13.6	10.6
日照时数/h	春季	786.0	809.0	875.4	782.4	733.8	729.6
	夏季	753.6	780.8	891.8	775.6	711.8	608.1
	秋季	670.7	706.2	734.9	668.2	619.5	624.8
	冬季	673.0	701.2	701.3	658.2	609.4	695.1
蒸发量/mm	春季	679.8	693.8	900.6	682.4	590.1	503.1
	夏季	840.4	832.9	1164.4	838.5	779.4	569.6
	秋季	398.8	412.1	511.1	378.6	367.0	307.9
	冬季	178.6	185.7	168.2	146.8	200.0	196.4

气候因素	季节	全流域	永昌	民勤	凉州	古浪	天祝
气温/℃	春季	7.8	7.4	11.5	11.4	7.7	0.9
	夏季	18.7	18.1	23.3	22.2	18.4	11.3
	秋季	6.4	5.9	9.1	9.4	6.6	1.1
	冬季	-6.7	-7.4	-5.7	-4.5	-6.1	-9.9
降水量/mm	春季	50.0	39.8	23.4	33.0	82.9	70.9
	夏季	144.8	132.4	63.1	93.2	174.5	260.9
	秋季	65.1	52.9	32.9	43.5	93.7	102.8
	冬季	7.8	5.5	3.2	6.1	13.6	10.6
日照时数/h	春季	786.0	809.0	875.4	782.4	733.8	729.6
	夏季	753.6	780.8	891.8	775.6	711.8	608.1
	秋季	670.7	706.2	734.9	668.2	619.5	624.8
	冬季	673.0	701.2	701.3	658.2	609.4	695.1
蒸发量/mm	春季	679.8	693.8	900.6	682.4	590.1	503.1
	夏季	840.4	832.9	1164.4	838.5	779.4	569.6
	秋季	398.8	412.1	511.1	378.6	367.0	307.9
	冬季	178.6	185.7	168.2	146.8	200.0	196.4

气候因素	季节	项目	全流域	永昌	民勤	凉州	古浪	天祝
气温	春季	趋势斜率/(℃/10a)	0.697	0.529	0.836	0.658	0.816	0.534
	春季	趋势系数	0.4565*	0.3694**	0.4667*	0.4441*	0.5036*	0.3606***
	夏季	趋势斜率/(℃/10a)	0.471	0.453	0.669	0.456	0.565	0.141
	夏季	趋势系数	0.4626*	0.4222**	0.5830*	0.4693*	0.4681*	0.1562
	秋季	趋势斜率/(℃/10a)	0.456	0.269	0.680	0.391	0.586	0.294
	秋季	趋势系数	0.5097*	0.2395	0.5752*	0.3981**	0.5113*	0.3071***
	冬季	趋势斜率/(℃/10a)	-0.113	-0.239	0.053	-0.161	-0.040	-0.154
	冬季	趋势系数	-0.0556	-0.1192	0.0224	-0.0794	-0.0200	-0.0894
降水量	春季	趋势斜率/(mm/10a)	3.665	7.969	3.082	-0.052	5.049	5.979
	春季	趋势系数	0.1261	0.3114***	0.1473	0.0024	0.0985	0.1921
	夏季	趋势斜率/(mm/10a)	16.515	15.068	-1.700	4.894	13.062	51.455
	夏季	趋势系数	0.3002	0.2322	-0.0424	0.0872	0.1903	0.4955*
	秋季	趋势斜率/(mm/10a)	-12.194	-4.141	-3.665	-6.674	-13.284	-3.623
	秋季	趋势系数	-0.3500***	-0.1367	-0.1655	-0.2100	-0.2339	-0.0906
	冬季	趋势斜率/(mm/10a)	1.603	2.326	-0.155	0.895	2.034	1.270
	冬季	趋势系数	0.2236	0.4509*	-0.0332	0.1476	0.1436	0.1691
日照时数	春季	趋势斜率/(h/10a)	4.172	-12.766	6.074	8.499	16.096	2.956
	春季	趋势系数	0.0600	-0.1245	0.0927	0.1114	0.1908	0.0412
	夏季	趋势斜率/(h/10a)	-44.579	-61.173	-29.231	-56.204	-34.235	-42.052
	夏季	趋势系数	-0.4984*	-0.5318*	-0.3421***	-0.5449*	-0.3758**	0.3662**
	秋季	趋势斜率/(h/10a)	7.114	-1.090	-2.053	9.001	17.460	12.249
	秋季	趋势系数	0.1114	-0.141	-0.0283	0.1261	0.2553	0.1729
	冬季	趋势斜率/(h/10a)	1.649	-8.975	0.631	3.608	5.961	7.022
	冬季	趋势系数	0.0347	-0.1792	0.0141	0.0616	0.1179	0.1346
蒸发量	春季	趋势斜率/(mm/10a)	23.595	6.288	-5.913	12.156	18.478	30.683
	春季	趋势系数	0.2670	0.0600	-0.0574	0.1456	0.1277	0.3561***
	夏季	趋势斜率/(mm/10a)	6.200	10.232	62.140	-34.714	-1.179	-42.991
	夏季	趋势系数	0.0854	0.1049	0.5874*	-0.4567*	-0.0077	-0.4825*
	秋季	趋势斜率/(mm/10a)	38.841	38.712	57.423	10.245	47.647	29.494
	秋季	趋势系数	0.5638*	0.4549*	0.6592*	0.1510	0.4649*	0.4938*
	冬季	趋势斜率/(mm/10a)	4.305	14.162	-7.992	6.610	-14.454	25.014
	冬季	趋势系数	0.1342	0.3635***	-0.2112	0.2138	-0.2538	0.5840*

气候因素	季节	项目	全流域	永昌	民勤	凉州	古浪	天祝
气温	春季	趋势斜率/(℃/10a)	0.697	0.529	0.836	0.658	0.816	0.534
	春季	趋势系数	0.4565*	0.3694**	0.4667*	0.4441*	0.5036*	0.3606***
	夏季	趋势斜率/(℃/10a)	0.471	0.453	0.669	0.456	0.565	0.141
	夏季	趋势系数	0.4626*	0.4222**	0.5830*	0.4693*	0.4681*	0.1562
	秋季	趋势斜率/(℃/10a)	0.456	0.269	0.680	0.391	0.586	0.294
	秋季	趋势系数	0.5097*	0.2395	0.5752*	0.3981**	0.5113*	0.3071***
	冬季	趋势斜率/(℃/10a)	-0.113	-0.239	0.053	-0.161	-0.040	-0.154
	冬季	趋势系数	-0.0556	-0.1192	0.0224	-0.0794	-0.0200	-0.0894
降水量	春季	趋势斜率/(mm/10a)	3.665	7.969	3.082	-0.052	5.049	5.979
	春季	趋势系数	0.1261	0.3114***	0.1473	0.0024	0.0985	0.1921
	夏季	趋势斜率/(mm/10a)	16.515	15.068	-1.700	4.894	13.062	51.455
	夏季	趋势系数	0.3002	0.2322	-0.0424	0.0872	0.1903	0.4955*
	秋季	趋势斜率/(mm/10a)	-12.194	-4.141	-3.665	-6.674	-13.284	-3.623
	秋季	趋势系数	-0.3500***	-0.1367	-0.1655	-0.2100	-0.2339	-0.0906
	冬季	趋势斜率/(mm/10a)	1.603	2.326	-0.155	0.895	2.034	1.270
	冬季	趋势系数	0.2236	0.4509*	-0.0332	0.1476	0.1436	0.1691
日照时数	春季	趋势斜率/(h/10a)	4.172	-12.766	6.074	8.499	16.096	2.956
	春季	趋势系数	0.0600	-0.1245	0.0927	0.1114	0.1908	0.0412
	夏季	趋势斜率/(h/10a)	-44.579	-61.173	-29.231	-56.204	-34.235	-42.052
	夏季	趋势系数	-0.4984*	-0.5318*	-0.3421***	-0.5449*	-0.3758**	0.3662**
	秋季	趋势斜率/(h/10a)	7.114	-1.090	-2.053	9.001	17.460	12.249
	秋季	趋势系数	0.1114	-0.141	-0.0283	0.1261	0.2553	0.1729
	冬季	趋势斜率/(h/10a)	1.649	-8.975	0.631	3.608	5.961	7.022
	冬季	趋势系数	0.0347	-0.1792	0.0141	0.0616	0.1179	0.1346
蒸发量	春季	趋势斜率/(mm/10a)	23.595	6.288	-5.913	12.156	18.478	30.683
	春季	趋势系数	0.2670	0.0600	-0.0574	0.1456	0.1277	0.3561***
	夏季	趋势斜率/(mm/10a)	6.200	10.232	62.140	-34.714	-1.179	-42.991
	夏季	趋势系数	0.0854	0.1049	0.5874*	-0.4567*	-0.0077	-0.4825*
	秋季	趋势斜率/(mm/10a)	38.841	38.712	57.423	10.245	47.647	29.494
	秋季	趋势系数	0.5638*	0.4549*	0.6592*	0.1510	0.4649*	0.4938*
	冬季	趋势斜率/(mm/10a)	4.305	14.162	-7.992	6.610	-14.454	25.014
	冬季	趋势系数	0.1342	0.3635***	-0.2112	0.2138	-0.2538	0.5840*

季节	项目	全流域	永昌	民勤	凉州	古浪	天祝
春季	均值	0.6100	0.1567	0.0864	0.1691	0.1464	0.2465
	趋势斜率/(/a)	0.0013	0.0014	0.0004	0.0001	0.0021	0.0025
	趋势系数	0.7659*	0.6824*	0.7280*	0.0469	0.7918*	0.8732*
夏季	均值	0.3074	0.2943	0.1335	0.3166	0.2627	0.5301
	趋势斜率/(/a)	0.0035	0.0045	0.0011	0.0033	0.0048	0.0039
	趋势系数	0.7426*	0.7573*	0.7515*	0.7057*	0.6470*	0.6884*
秋季	均值	0.2144	0.1961	0.1080	0.2113	0.1991	0.3577
	趋势斜率/(/a)	0.0028	0.0026	0.0008	0.0022	0.0047	0.0035
	趋势系数	0.8117*	0.9177*	0.6768*	0.6968*	0.7648*	0.7517*
冬季	均值	0.1258	0.1207	0.0807	0.1144	0.1188	0.1945
	趋势斜率/(/a)	0.0016	0.0017	0.0007	0.0019	0.0022	0.0017
	趋势系数	0.9287*	0.7645*	0.9220*	0.9262*	0.8589*	0.7837*

石羊河流域气候变化及其对植被指数的影响

Climate Change in Shiyang River Basin and Its Influence on Vegetation Index

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气候因素	时段	全流域	永昌	民勤	凉州	古浪	天祝
气温/℃	年	0..3538***	0.2732	0.4425**	0.3592***	0.2657	0.2030
	春季	0.5251**	0.2863	0.6264*	0.2447	0.4902**	0.5489*
	夏季	0.2057	0.2052	0.2906	0.1790	0.1166	-0.0281
	秋季	0.1581	0.0852	0.2160	0.0871	0.1229	0.1482
	冬季	0.1006	0.0415	0.0975	-0.0010	0.0220	0.2840
降水量/mm	年	0.5462*	0.4930**	0.0677	0.3665***	0.4672**	0.7006*
	春季	0.3046	0.3392***	0.0520	0.3508	0.1953	0.3886***
	夏季	0.5728*	0.4255**	0.1019	0.3815***	0.5676*	0.6209*
	秋季	0.0324	0.1100	-0.2665	-0.1046	0.1333	0.0801
	冬季	0.1381	0.4965**	-0.1774	0.1242	-0.0212	0.2795
日照时数/h	年	-0.3679***	-0.5063**	-0.1632	-0.4010***	-0.1348	0.0091
	春季	-0.0860	-0.2235	0.0445	-0.4795**	0.1329	0.1291
	夏季	-0.4561**	-0.4309**	-0.3697***	-0.4266**	-0.3795***	-0.2530
	秋季	-0.0380	-0.3309	0.0453	0.0557	0.1125	-0.0512
	冬季	0.0660	-0.2098	0.1644	0.1090	0.0906	0.1632
蒸发量/mm	年	0.0961	0.0746	0.3660***	-0.2211	-0.1984	0.0726
	春季	0.3210	-0.0536	0.1171	-0.0087	0.0009	0.4454**
	夏季	-0.3518***	-0.3207	0.2178	-0.5744*	-0.2787	-0.7036*
	秋季	0.4003***	0.3960***	0.5247*	-0.0422	-0.1818	0.2367
	冬季	0.2829	0.3787***	-0.1217	0.3239	0.1421	0.7373*

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