吕振涛^,1,2,3,5, 李生宇^,1,2,3,5, 彭中敏^2,5, 范敬龙^1,2,4,5, 刘国军^1,2,3,5, 王海峰^1,2,3,5, 孟晓于^1,2,3,51.中国科学院新疆生态与地理研究所 国家荒漠–绿洲生态建设工程技术研究中心,乌鲁木齐 830011
2.中国科学院新疆生态与地理研究所 荒漠与绿洲生态国家重点实验室,乌鲁木齐 830011
3.中国科学院新疆生态与地理研究所 莫索湾沙漠研究站,石河子 832000
4.中国科学院新疆生态与地理研究所 塔克拉玛干沙漠研究站,库尔勒 841000
5.中国科学院大学,北京 100049

Sensitivity of vegetation responses to drought in Mongolia

LV Zhentao^,1,2,3,5, LI Shengyu^,1,2,3,5, PENG Zhongmin^2,5, FAN Jinglong^1,2,4,5, LIU Guojun^1,2,3,5, WANG Haifeng^1,2,3,5, MENG Xiaoyu^1,2,3,51. National Engineering Technology Research Center for Desert-Oasis Ecological Construction, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS, Urumqi 830011, China
2. State Key Laboratory of Desert and Oasis Ecology, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS, Urumqi 830011, China
3. Mosuowan Desert Research Station, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS, Shihezi 832000, Xinjiang, China
4. Taklimakan Desert Research Station, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS, Korla 841000, Xinjiang, China
5. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

通讯作者: 李生宇（1975-）,男,河北宣化人,博士,研究员,主要从事荒漠化防治研究。E-mail: oasis@ms.xjb.ac.cn

收稿日期:2021-02-7接受日期:2021-04-19

基金资助:

中国科学院A类战略性科技先导专项子课题(XDA20030202) 国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项(2017YFE0109200) 中国科学院关键技术人才项目

Received:2021-02-7Accepted:2021-04-19
作者简介 About authors
吕振涛（1995-）,男,新疆乌鲁木齐市人,硕士,主要从事水土保持与荒漠化防治研究。E-mail: lvzhentao18@mails.ucas.ac.cn









摘要
本文分析了蒙古国不同区域、不同土地覆被类型区的植被生长状况对干旱响应的敏感性特征,并探讨了成因。研究表明：① 2001—2019年,蒙古国虽然发生了3次较为严重的干旱事件,但整体上干旱程度呈轻微降低趋势,SPEI出现轻微上升,总体增速为0.001%/a;植被生长状况出现了好转,植被指数也呈上升趋势,总体增速为0.15%/a。② 蒙古国大部分区域植被生长受干旱影响较强,各植被指数与干旱指数呈较明显的正相关关系,在NDVI与SPEI-12的相关性分析中,正相关面积占比达76.36%;而在杭爱山脉和肯特山脉以北降水量丰沛的区域和阿尔泰山脉以南荒漠化严重和植被极为稀少区域,植被生长受干旱影响较弱,植被指数与SPEI相关性较小。③ 不同类型植被对干旱响应的敏感性也有差异,其中草地敏感性最强（0.22）,而森林敏感性最弱（-0.04）。④ 干旱持续时间长短,对植被生长影响有较大差异,蒙古国大部分区域的植被对延续3个月至半年的干旱最为敏感,而年内以7月份干旱对植被影响最强。⑤ 植被对干旱响应的敏感性实质是区域水分平衡的植被影响,对同种植被而言多年平均气温越高或降水量越少,植被对干旱响应的敏感性越强,反之则越弱。本文的研究结果对蒙古国因地制宜开展荒漠化防治具有重要参考价值。
关键词： SPEI;干旱事件;植被变化;多时间尺度;蒙古国

Abstract
The lack of precipitation can affect vegetation growth, human’s lives and the economic and social development. In arid areas, drought is one of the natural conditions that affect the eco-environment and socio-economy. Based on the correlation between Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) and the vegetation indexes, the sensitivity of vegetation in different regions and land cover types to drought in Mongolia was studied, and the causes were discussed. The results show that (1) Although there had been three drought events in Mongolia from 2001 to 2019, the overall drought degree showed a slight decreasing trend, and SPEI slightly increased, with an overall growth rate of 0.001%/a. Vegetation growth improved, and vegetation index also showed an upward trend, with an overall growth rate of 0.15%/a. (2) In most parts of Mongolia, the vegetation indexes were significantly positively correlated with SPEI. However, in the regions with abundant precipitation such as the north of the Khangai Mountains and Kent Mountains and the regions with very little precipitation such as the south of the Altay Mountains, the correlation between vegetation indexes and SPEI was small. This means that drought has less impact on vegetation in these areas. (3) The sensitivity of different vegetations to drought is also different. And the sensitivity of grassland was the strongest, while that of forest was the weakest. In terms of season, steppe and desert-steppe transition zone are most sensitive to spring and autumn drought, meadow steppe and mid-latitude forest are most sensitive to summer drought, and high-latitude forest is most sensitive to spring and winter drought. (4) In essence, the sensitivity of vegetation to drought represents the regional water balance. The higher the annual mean temperature or the lower the precipitation, the sensitivity and response of vegetation to drought, and vice versa. Water balance is the key condition that affects the sensitivity of vegetation to drought response. Annual mean temperature has positive effects on on the sensitivity of vegetation to drought response, while precipitation has negative ones. Vegetation types have different sensitivity to drought at different time scales and in different months. The results have an important reference value for desertification control in Mongolia according to local conditions.
Keywords：SPEI;drought;change of vegetation;multi-time scale;Mongolia


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本文引用格式
吕振涛, 李生宇, 彭中敏, 范敬龙, 刘国军, 王海峰, 孟晓于. 蒙古国植被对干旱响应的敏感性研究[J]. 地理研究, 2021, 40(11): 3016-3028 doi:10.11821/dlyj020210105
LV Zhentao, LI Shengyu, PENG Zhongmin, FAN Jinglong, LIU Guojun, WANG Haifeng, MENG Xiaoyu. Sensitivity of vegetation responses to drought in Mongolia[J]. Geographical Research, 2021, 40(11): 3016-3028 doi:10.11821/dlyj020210105

1 引言

干旱即雨水短缺,是一种长时期雨水很少或无降水的气候现象,是影响植被生长的主要气象灾害之一^[1,2,3,4]。在深居大陆内部的国家和地区,干旱更是影响自然生态环境和经济社会的最主要自然条件^[5]。干旱对植被生长极为不利。在干旱、半干旱地区水分缺乏是常态,生态系统对气候条件的长期作用已形成了一种稳定机制,对干旱具有一定的抗性。但当一些长期、严重的干旱事件超出了生态系统的抵抗力,就会对植被造成严重影响,甚至退化。在干旱事件结束后,生态系统自身的恢复往往需很长时间,甚至有些破坏难以恢复。因此,需要根据干旱程度、持续时间以及植被自身的恢复能力,对植被进行科学合理的人为干预。如在干旱程度将超出某些生态系统的抗性前,适时适度进行人工补水,或采取围封、禁牧等措施,以帮助植被度过严重干旱时期。由于社会经济及自然条件的限制,这种人为干预措施不可能大范围、无差别地施行,应依据不同植被对干旱的敏感性差异,制定不同的措施及政策。

蒙古国是中国的北方邻国,占据蒙古高原的主体部分^[6],其自然生态环境对中国有巨大影响^[7],也影响到整个东亚地区^[8]。蒙古国地处干旱半干旱地区,植被生长受水分的严重制约,生态环境脆弱。近年来,受气候变暖和畜牧业过快发展影响,蒙古国生态环境退化严重,荒漠化加剧,沙尘暴频发,受反气旋和冷风过境等因素影响,蒙古国频发的沙尘暴波及中国、韩国、日本等周边数个国家和地区^[9]。

地表植被覆盖能够有效减少风蚀,防止沙尘暴的发生和大范围发展,并减轻危害^[10]。许多****对蒙古国及蒙古高原植被与气候变化进行了相关研究^{[11,12,13,14]},但多集中在单一气候因子与植被覆盖度的相关关系分析上^{[15,16,17,18]},且研究的时间尺度单一,并不能综合反映气候变化。Vicente-Serrano等^[19]提出了标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration, SPEI）,研究了全球范围内植被对干旱的响应^[20],并利用SPEI研究了西班牙植被生长状况对干旱响应的敏感性^[21],发现影响植被对干旱响应差异的主导因素是干旱发生的时间尺度。苗百岭等利用Palmer干旱指数对内蒙古干旱程度进行了评价^[22],结果发现近期气候变化是影响区域植被生产力的重要因素。孔冬冬等根据NDVI研究了中国植被生长状况,并研究了植被对不同时间尺度干旱事件的响应特征^[23],发现多年平均日照时数对植被对干旱响应也有较强影响,且影响程度具有较大的空间差异。张华等对中国西北地区植被对干旱的响应进行了研究^[24],发现不同地区植被和不同土地覆被类型对不同时间尺度干旱的响应强度有一定差异。国内外****对蒙古国及蒙古高原干旱发生情况、成因及影响等也开展了系列研究。Dorjsuren等将基于MODIS蒸散量数据计算得出的干旱指数与气象站点数据进行比较^[25],验证了利用遥感数据表征干旱情况的可行性。金来全等利用SPEI研究了1980—2015年蒙古高原发生的干旱事件序列^[26]。Sternberg等研究了蒙古国南戈壁人类活动与干旱及气候变化的关系^[27];John等利用TRMM降水数据和Palmer干旱指数,研究了不同生物群落对干旱响应的差异^[28]。

在以往干旱的研究中,干旱指数通常由气象站点实测数据计算得到,但站点数据为点类型数据,且分布密度不均,只适于单点研究,而进行空间插值时,则很大程度忽略了无站点覆盖区域的局部差异性。近年来,很多研究利用气象卫星数据或再分析数据代替站点数据,虽然计算量成倍增加,但保证了数据的空间连续性。也有研究将低空间分辨率的气象数据与高空间分辨率的植被遥感监测数据（如归一化植被指数NDVI、叶面积指数LAI、净初级生产力NPP等）结合,提供了一种监测和描述干旱对植被生长影响的新思路。探究植被生长对干旱响应的敏感性,需要长期连续的参数,以反映植被生长变化情况及干旱变化情况。多种植被指数联合使用解决了植被生长变化的量化问题,但干旱很难用单一的变量或度量进行量化,而且植被对干旱响应具有一定的滞后性,而一般的干旱指标和相关性分析则无法体现这种滞后性。

本文选用标准化降水蒸散发指数（SPEI）对干旱进行量化。通过计算降水与潜在蒸散量的差值偏离平均状态的程度,即可度量月水分平衡偏离平均水分平衡的程度,从而量化干旱的严重程度;用多时间尺度的SPEI代表过去几个月的累积水分平衡（如2019年6月份的3个月尺度的SPEI代表了从2019年4月至2019年6月的累积水分平衡状况对6月份降水的影响）,以此来反映植被对干旱响应的滞后性。本文以NDVI、LAI及NPP等量化植被生长状况,将1~24个月时间尺度的SPEI（一些植被长期在干旱、半干旱地区生长,进化出了一些抵御干旱的特殊结构或特性,将SPEI的时间尺度增加到24个月,能够反映出更多种类植被对干旱的响应特征）,与其进行相关性分析,以探讨蒙古国不同区域、不同植被类型对不同干旱响应的敏感性,旨在为蒙古国科学有效开展生态工程建设与管理提供科学参考。

2 研究区概况与研究方法

2.1 研究区概况

蒙古国位于亚洲东北部的蒙古高原（87°44'E~119°56'E;41°32'N~52°15'N）,是世界第二大内陆国家^[14]。蒙古国地处蒙古高气压中心,属温带大陆性气候,夏季炎热,冬季极度寒冷,全年降水稀少且空间分布差异大,年平均降水量约120~250 mm^[9],在北部萨彦岭、肯特山脉以及东部平原地区最多,随着与海洋距离的增加,由北向南和由东向西逐渐减小;植被覆盖由北向南依次跨越森林、森林草原、典型草原、荒漠草原、戈壁荒漠,生态环境脆弱^[17];社会经济产业结构简单,以传统畜牧业为主,对自然生态环境的依赖程度较大,受气候波动影响很大。

2.2 数据来源与处理

本文所用气象数据来源于ERA5数据集的月尺度产品^[29],提取了2001—2019年的气象数据,并进行重采样,使空间分辨率达到500 m。归一化植被指数（NDVI）、叶面积指数（LAI）及净初级生产力（NPP）均来自美国航空航天局（NASA）数据分发中心发布的MODIS系列卫星产品^[30],截取2001年1月至2019年12月的数据,其重访时间为16天,空间分辨率500 m,将其按月合成。土地覆被类型数据来源于哥白尼全球陆地服务(CGLS)数据集,每年可获取一期100 m空间分辨率的长时间序列产品^[31],一级分类精度达到80%。

2.3 研究方法

2.3.1 干旱的量化表达 常用的干旱指数有标准化降水指数^[32]、Palmer干旱指数^[33]、标准化降水蒸散发指数^[34]等。本文选取由Vicente-Serrano等提出的SPEI来表征干旱程度,它将SPI的多尺度特征与Palmer干旱严重指数（PDSI）对温度和降水的敏感性结合起来^{[35, 36]},能够有效反映区域的干旱情况。SPEI通过计算降水与潜在蒸散量的差值偏离平均状态的程度,以表征某地区的干旱状况^[37]。逐月降水与潜在蒸散的差值即水分亏缺量D_i的计算方法如下：

（1）Di=Pi-PETi
式中：D_i为水分亏缺量;P_i为降雨量;PET_i为潜在蒸散发量。

由于D_i数据序列可能存在负值,对降水蒸散差值D_i数据序列进行标准化时,采用3参数的Log-Logistic概率分布函数F(x)对其进行拟合,计算出每个D_i数值对应的SPEI值。

记Log-Logistic拟合分布超过某个D_i值的累积概率P=1-F(x),则参数ω=-2InP。

（2）SPEI=ω-c0+c1ω+c1ω21+d1ω+d2ω2+d3ω3P≤0.5时
（3）SPEI=-ω-c0+c1ω+c1ω21+d1ω+d2ω2+d3ω3P>0.5时
式中：常数c₀=2.515517,c₁=0.802853,c₂=0.010328,d₁=1.432788,d₂=0.198269,d₃=0.001308。

当SPEI数值小于0时,表示发生干旱,且数值越小,表示干旱越严重。

2.3.2 相关性分析 本文采用皮尔逊相关系数法分析植被生长状况与干旱的相关程度。将研究区分成5 km×5 km的格网（为平衡数据量与计算精度,经多次实验最终确定格网大小为5 km×5 km）;收集2001—2019年三种植被指数的月尺度数据,将每种数据按月分离形成12个时间序列的数据集,并赋值给格网,每个序列都按照公式（4）与2001—2019年24种时间尺度（1~24个月,分别标记为SPEI-1至SPEI-24）的SPEI序列进行相关性分析,每个网格可得到864个相关系数。为了消除物候对结果的影响,选取每个网格中的最大相关系数,以表示该点植被对干旱响应的敏感性,并记录各点最大相关系数所对应的时间尺度、月份以及植被指数类型。

（4）R=∑i=1n(xi-x¯)(yi-y¯)∑i=1n(xi-x¯)2∑i=1n(yi-y¯)2
式中：R为x、y两变量的相关系数;x_i为第i年的植被覆盖度;y_i为第i年的年平均SPEI。

3 结果与分析

3.1 蒙古国干旱的时空变化特征

本文用1~24个月时间尺度的SPEI数据来表征2001—2019年蒙古国干旱程度的变化趋势。由图1可看出,蒙古国1~3个月尺度的SPEI指数频繁波动,但整体上来看研究期内变化幅度不大,总体变化趋势仅为0.001%,表明研究区干旱程度整体上呈轻微降低趋势,湿润度略微增加。但从12个月和24个月的SPEI指数波动中可以看出,近19年蒙古国经历了三次较为严重的干旱事件,每次干旱事件的影响持续约8年,其中,2001—2003年处于一次干旱事件的末尾,干旱程度逐步降低;2004—2012年为一个完整的干旱周期;自2014年起经历一次新的干旱事件,并且干旱程度逐渐增强,至2018年干旱出现拐点;现在刚刚度过了最严重的时期,干旱程度逐渐降低。

图1

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图12001—2019年蒙古国不同时间尺度SPEI的变化

Fig. 1Variation of SPEI over the years from 2001 to 2019 in Mongolia



从历年不同时间尺度（3、6、12、24个月）SPEI均值变化趋势（图1）中也可以看出,不同时间尺度的SPEI波动性具有明显差异,时间尺度越短,波动频率越快;时间尺度越长,波动频率越慢且周期越长。尽管不同时间尺度SPEI指数反映的干旱波动周期和波动幅度有所差异,但总体上变化趋势一致。长时间尺度的干旱指数可突出干旱的总体发生和变化特征,弱化单月水平衡之间的差异。因此,不同时间尺度的SPEI指数可以反映不同的干旱类型。

3.2 蒙古国植被的变化特征

利用2001—2019年NDVI数据,计算出19年NDVI均值（在计算时将各期NDVI中的负值全部改为0）,得到多年平均NDVI空间分布图（图2b）。根据植被覆盖度划分标准^[38],高植被覆盖区（NDVI值>0.6）主要分布在蒙古国北部和中部（包括库苏古尔省、布尔干省、色楞格省、达尔汗乌拉省、中央省、肯特省以及后杭爱省）,占蒙古国国土总面积的1.6%;中等植被覆盖区（NDVI值0.3~0.6）主要位于蒙古国中部和东北部,占蒙古国国土总面积的31.7%;低植被覆盖区（NDVI值0.1~0.3）位于蒙古国中南部及西部地区,占蒙古国国土总面积的46.4%;裸土区（NDVI值<0.1）分布于蒙古国西南部,占蒙古国国土总面积的20.3%。可见,蒙古国大部分地区多年来均处于中低植被覆盖状况。

图2

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图22001—2019年蒙古国历年NDVI均值年际变化及多年平均NDVI空间分布

注：该图基于自然资源部地图技术审查中心标准地图（审图号为 GS（2020）4395号）制作,底图无修改。
Fig. 2Interannual variation and spatial distribution of NDVI average over the years from 2001 to 2019 in Mongolia



从蒙古国NDVI年际变化的时间序列来看,多年平均NDVI值为0.160,年均NDVI整体呈缓慢上升趋势（图2a）,NDVI变化趋势与SPEI基本一致,总体增速为0.15%/a (P<0.001),说明蒙古国的植被生长状况总体上呈向好变化趋势;研究期间年均NDVI最大值和最小值分别出现在2019年（0.184）和2002年（0.145）。在19年间,NDVI也经历了2001—2005年、2009—2012年、2014—2017年三次下降,与SPEI-12和SPEI-24所显示的三次干旱事件的发生时间也大致相同,表明植被生长受到干旱的影响。

3.3 蒙古国植被对干旱的响应

3.3.1 蒙古国年植被状况对年尺度干旱的响应 将各年NDVI的均值与表征年尺度干旱状况的SPEI-12数据进行基于像元的相关性分析,结果如图3所示。蒙古国年植被生长状况对年尺度干旱指数SPEI-12的响应程度较高,有76.36%的区域相关系数为正,正相关系数均值为0.30,其中14.2%的区域呈极显著正相关,29.5%的区域呈显著正相关;负相关的区域较小,仅占总面积的23.6%,其中有7.5%的区域呈显著负相关。

图3

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图32001—2019年蒙古国NDVI与SPEI-12相关系数及显著性检验的空间分布

注：该图基于自然资源部地图技术审查中心标准地图（审图号为 GS（2020）4395号）制作,底图无修改。
Fig. 3Annual NDVI and SPEI-12 correlation coefficient and significance test spatial distribution in Mongolia from 2001 to 2019



蒙古国深居内陆高纬地区,植被生长最主要的制约因素就是降水。整体上,蒙古国植被生长状况对干旱的响应程度很高。植被指数与年尺度SPEI相关系数最高的区域主要分布在东北部的东方省、肯特省、苏赫巴托尔省以及西南部的扎布汗省、巴彦洪格尔省、科布多省北部和戈壁阿尔泰省北部地区;而相关系数最低的区域主要分布在达尔汗乌勒省、乌兰巴托、科布多省南部和戈壁阿尔泰省西部地区。从高程图可以看出,上述相关系数高值区和低值区的分界线大致沿蒙古国境内肯特山和杭爱山这两条主要山脉分布。

将四种主要土地覆被类型的年NDVI与SPEI-12进行相关分析,相关系数的均值以草地最高（0.22）,其次为裸土（0.184）、灌木（0.073）,而森林最低,甚至呈轻微的负相关（-0.04）。可见,不同土地覆被类型区的植被对干旱响应的敏感性不同,以草地最为敏感。

降水量及水分收支平衡是影响植被空间分布的重要因素^[39]。蒙古国最北端的森林和草甸草原区域,由于多年平均降水量在300 mm以上,且一般无太大波动,因此干旱对其影响较弱,NDVI与SPEI-12相关性较低;蒙古国南部气候干旱,发育了稀疏灌丛、干草原、荒漠草原等植被类型^{[40, 41]},生物量很低,对干旱的抗性较弱,因而NDVI与SPEI的相关性较高;而肯特山脉东部地区降水量主要集中在150~200 mm,主要发育了温性或寒温性草原,植被生长状况较好且受降水量影响最为强烈,因此NDVI与SPEI相关性最高。

3.3.2 蒙古国月植被状况对多尺度干旱的响应 干旱的时间尺度与最大相关系数有所不同,它反映了植被对干旱响应的敏感性^[42]。植被生长状况与短时间尺度SPEI相关性越大,说明植被对干旱响应越快;而与长时间尺度SPEI的相关性越大,则说明响应越慢,即生态系统对干旱的抗性越强。

由图4a可知,蒙古国大部分区域NDVI与SPEI呈显著正相关,与年尺度NDVI-SPEI 12相关系数的分布大致相同,但与年尺度相比,高值区范围更大,并且有部分发生空间偏移,表明不同植物群落对干旱响应的敏感性存在差异。

图4

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图42001—2019年蒙古国NDVI与SPEI相关系数的空间分布特征

注：该图基于自然资源部地图技术审查中心标准地图（审图号为 GS（2020）4395号）制作,底图无修改。
Fig. 4Spatial patterns of correlation coefficient between SPEI and NDVI from 2001 to 2019



由图4d最大相关系数对应的植被指数可知,在林地区域NPP与SPEI的相关系数最大,草地中NDVI与SPEI的相关系数最大,而在土地覆被类型过渡区,叶面积指数（LAI）与SPEI最大相关系数最大,尤以荒漠-草原过渡区明显。因此,在每个格点上都计算了三种植被指数与SPEI的相关系数,以代表不同类型的植被。

由图4b可知,植被生长对干旱的响应程度与干旱的时间尺度具有显著的相关性,其中3~6个月时间尺度SPEI（反映了季节尺度上的气象和土壤水分变化）所占面积最大。在蒙古国中部、中南部及东北部区域,植被生长状况对这一时间尺度的SPEI响应显著,则表明季节性水分波动对该区域植被生长影响较强。该区域的边界也分别是森林向草原、草原向荒漠的过渡地带。

北部边界沿肯特、杭爱两山脉延伸。北冰洋南下水汽被山脉阻挡,形成森林-草原过渡带景观。肯特山脉海拔相对较低,部分水汽可越过山脊并降落南坡,因而肯特山南麓成为林地与草地的分界线。北边的森林抗旱能力较强,短期的降水减少对其生长影响较弱,而南边的草地抗旱性弱,对干旱敏感。肯特山脉东部及南部地区,受太平洋季风影响,全年降雨集中在夏季（7—9月）,其余时间降水量极少（如图5）,1~3个月时间尺度的降水推迟或雨量减少,就能较大程度影响当年草本植物的生长。与肯特山脉相比,杭爱山脉海拔更高、延绵更长,除西北-东南走向的主山脉外,还有伸向东北的支脉,因而杭爱山对北冰洋南下水汽阻挡作用更强。杭爱山脉以西、以南地区的降水量小于肯特山以南地区,年总降水量长期低于200 mm,部分地区甚至不足100 mm,地表呈荒漠景观。因此,该区植被生长主要受12~24个月尺度的SPEI影响。由于杭爱山支脉众多,各支脉间谷底会得到一定水汽滋润,呈乔灌木及草本植物共生状态,这些区域植被对干旱响应的时间尺度为3~21个月。

图5

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图5肯特山脉南侧降水量变化

Fig. 5Precipitation variation in the eastern Kent Mountains



由图6可知,该区域南部边界南部边界呈草原-荒漠过渡带景观。中国境内的阴山山脉和跨境的阿尔泰山脉与杭爱山脉平行,一定程度上阻挡了太平洋水汽北上,但可沿山间通道传输,形成相对较好的山间植被。该区域植被对SPEI响应时间尺度为3~12个月。

图6

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图6蒙古国高程及土地覆被类型分布

注：该图基于自然资源部地图技术审查中心标准地图（审图号为 GS（2020）4395号）制作,底图无修改。
Fig. 6Maps of elevation and land cover in Mongolia



相对而言,NDVI对各种植被的生长状况都有较好的反映。对不同时间尺度SPEI与NDVI在4—10月份的最大相关系数统计发现（表1）,同一月份中NDVI对不同时间尺度的相关系数差异不大,但基本都对3~6个月尺度相关性最大。同一时间尺度SPEI与不同月份NDVI相关系数差异较大,基本呈先增大后减小趋势。NDVI与各时间尺度SPEI的相关系数均在7月（夏季）达到最大,而且7月的NDVI与SPEI-3的相关系数最高。这表明蒙古国植被生长更易受季节（3个月）尺度干旱的影响,尤其夏季植被生长受干旱影响最显著。由图4c可知,分布在杭爱山脉和肯特山脉以北的草甸草原更易受夏季干旱的影响,南部的稀疏草原、干草原、荒漠草原更易受秋季干旱的影响,而最北部的森林则受春季干旱影响最显著。

Tab. 1
表1
表12001—2019年蒙古国各月份NDVI与6种时间尺度SPEI相关系数均值
Tab. 1The mean values of correlation coefficients between NDVI and SPEI of 6 timescales in Mongolia from 2001 to 2019

	SPEI-1	SPEI-3	SPEI-6	SPEI-9	SPEI-12	SPEI-24
4月	-0.261	-0.239	-0.225	0.130	0.196	0.167
5月	-0.010	-0.020	-0.005	0.135	0.220	0.135
6月	0.299	0.335	0.343	0.287	0.327	0.217
7月	0.399	0.492	0.470	0.384	0.373	0.266
8月	0.361	0.491	0.408	0.304	0.314	0.199
9月	0.208	0.389	0.323	0.246	0.234	0.125
10月	-0.062	0.165	0.181	0.112	0.113	0.084

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4 讨论与结论

4.1 讨论

通过蒙古国植被对干旱响应情况及与各要素的关系分析,发现影响植被对干旱响应敏感性的主要条件有气温、降雨、干旱的时间尺度以及干旱发生的月份,这些条件与植被指数SPEI最大相关系数呈线性相关,均通过95%的显著性检验。

多年平均气温对植被干旱响应敏感性的影响是正向的。在多年平均气温大于0℃的区域,随气温增加,潜在蒸发量增大,植被对干旱响应的敏感性也随之增强（图7a）。

图7

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图7多年平均气温、多年平均降雨及不同时间尺度对不同土地覆被类型植被指数与SPEI相关程度的影响

Fig. 7Influences of annual precipitation, annual average temperature, and time scales on vegetation responses to SPEI with different land cover types



多年平均降水量对植被干旱响应敏感性的影响是负向的。随着多年平均降水量增加,植被对干旱响应的敏感性逐渐减弱;在年降水量达到600 mm时,相关系数最小（图7b）。

由图7c可发现,不论何种土地覆被类型,干旱的时间尺度以及干旱发生的月份均对植被指数SPEI最大相关系数有很强的影响。裸土和灌丛植被对1~3个月尺度以及12个月尺度的干旱响应敏感性最强,森林植被对12~15个月尺度的干旱敏感性最强,而草原植被对1~3个月尺度的干旱响应的敏感性最强,而对大于3个月尺度的干旱响应敏感性很弱,并且所有草原样本的最大相关系数对应的干旱时间尺度都小于12个月。这表明超过1年的干旱可能会导致草地严重退化,造成土地覆被类型的改变。总体上,随着干旱尺度增加,植被对干旱的敏感性逐渐减弱。

由图7d可知,蒙古国植被总体上对夏季的干旱响应最敏感,对冬季干旱的响应敏感性最低;从春季开始,植被对干旱的响应敏感性逐渐增强,到夏季达到最大之后逐渐减弱。

4.2 结论

蒙古国深居亚欧大陆腹地,地处北冰洋和太平洋气流影响末端,降水量稀少,发育了不同类型的植被,干旱则为限制植被生长最主要的条件。研究发现

（1）在2001—2019年期间,蒙古国经历了3次气象干旱事件。

（2）在蒙古国大部分区域,植被指数与SPEI呈显著正相关,相关性显著区域主要在中部地区,而在杭爱山脉-肯特山脉以北降水充沛的区域以及阿尔泰山脉以南极端干旱、荒漠化严重的区域,相关性不显著。

（3）不同植被类型的生长状况与SPEI的相关性差异明显,相关性草地>荒漠>灌丛>林地,尤其在荒漠-草原过渡带以及东北部草原区域,植被指数与SPEI呈显著相关。

（4）发生在夏季和春季的干旱对植被生长的影响最明显,干草原、荒漠-草原过渡带对春秋季干旱的响应最敏感,草甸草原和中纬度森林对夏季干旱的响应最敏感,而高纬度林地对春冬季干旱的响应最敏感。

（5）水分平衡是影响植被干旱响应敏感性的关键,多年平均气温和降水分别对植被干旱响应敏感性为正向影响和负向影响,不同植被类型对不同时间尺度、不同月份干旱的敏感性也不同。

致谢

真诚感谢二位匿名评审专家在论文评审中所付出的时间和精力,评审专家对本文引言、结果分析、结论梳理方面的修改意见,使本文获益匪浅。

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