石羊河流域干湿气候变化特征及对NDVI的影响

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2023)-05-0697

干旱气象 ›› 2023, Vol. 41 ›› Issue (5): 697-704.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639(2023)-05-0697

石羊河流域干湿气候变化特征及对NDVI的影响

张金丹¹^,²(), 刘明春², 李兴宇², 丁文魁², 杨华², 蒋菊芳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实验室，甘肃兰州 730020
2.甘肃省武威市气象局/武威国家气候观象台，甘肃武威 733000

收稿日期:2023-03-28 修回日期:2023-07-06 出版日期:2023-10-31 发布日期:2023-11-03
通讯作者: 蒋菊芳（1979—），女，硕士，高级工程师，主要从事农业与生态气象业务和科研工作。E-mail: wwqxjjf@163.com。
作者简介:张金丹（1995—），女，硕士，助理工程师，主要从事农业与生态气象业务和科研工作。E-mail: zhangjd9522@163.com。
基金资助:
国家自然基金项目(42175192);甘肃省气象局重点项目(Zd2021-02);干旱气象科学研究基金项目(IAM202213);科技特派员专题项目(WW2201RPT050);甘肃省自然科学基金“基于干旱过程的甘肃省干旱危险性及其传递阈值研究”(21JR7RA698)

Characteristics of dry-wet climate change and its influence on NDVI in Shiyang River Basin

ZHANG Jindan¹^,²(), LIU Mingchun², LI Xingyu², DING Wenkui², YANG Hua², JIANG Jufang²()

1. Institute of Arid Meteorology， China Meteorological Administration/ Gansu Province Key Laboratory of Arid Climate Change and Disaster Reduction/Key Open Laboratory of Arid Climate Change and Disaster Reduction， China Meteorological Administration， Lanzhou 730020， China
2. Wuwei Meteorological Bureau of Gansu Province/Research Project of Wuwei National Climatological， Wuwei 733000， Gansu， China

Received:2023-03-28 Revised:2023-07-06 Online:2023-10-31 Published:2023-11-03

摘要/Abstract

摘要：

全球变暖背景下，研究石羊河流域干湿气候变化特征及对植被覆盖度的影响对该流域的生态环境建设具有重要参考价值。基于1971—2020年石羊河流域的降水温度均一化指数（S），从干旱站次比、干旱频率等方面分析该流域干湿气候的时空变化，并结合归一化植被指数（Normalized Differential Vegetation Index，NDVI）遥感数据，分析干湿变化对NDVI的影响。结果表明：近50 a来石羊河流域年际和季的S指标呈波动上升趋势，四季中，夏季湿润化速度最快。流域干旱程度、干旱发生区域均呈减小趋势；中下游地区干旱强度高于上游地区，下游地区干旱频率高于中上游地区；年NDVI随着1—10月干旱减轻、降水量增多和气温降低而增加，其中，植被生长前期和中期降水量、生长中期气温对年NDVI影响较大。2月、5月和7月，NDVI对干旱存在滞后效应。

关键词: 降水温度均一化指数, 干湿气候特征, 归一化植被指数, 石羊河流域

Abstract:

Under the background of global warming, studying the characteristics of dry-wet climate changes in the Shiyang Rive Basin and their influence on vegetation coverage has significant importance for the ecological environment construction of the basin. Based on the precipitation temperature homogenization index (S) in the Shiyang River Basin from 1971 to 2020, the spatial-temporal changes of the dry-wet climate in the basin were analyzed from the aspects of drought station frequency ratio, drought frequency, and more. Combined with the Normalized Differential Vegetation Index (NDVI) remote sensing data, the influence of dry-wet change on NDVI was analyzed. The results showed that the inter-annual and seasonal S indices showed an increasing trend in the Shiyang River Basin over the past 50 years, with the most pronounced increase in summer. The drought degree and drought occurrence area have shown a decreasing trend in the basin. The intensity of drought in the midstream and downstream were more severe compared to the upstream, with higher drought frequencies in the downstream. The annual NDVI increased with the alleviation of drought, the increase of precipitation and decrease of temperature. The precipitation in the early and middle period of growth, as well as the temperature in the middle period had a great influence on the annual NDVI. In February, May and July, the NDVI had a lag effect in response to drought.

Key words: precipitation temperature homogenization index, characteristics of dry-wet climate, NDVI, the Shiyang River Basin

中图分类号:

张金丹, 刘明春, 李兴宇, 丁文魁, 杨华, 蒋菊芳. 石羊河流域干湿气候变化特征及对NDVI的影响[J]. 干旱气象, 2023, 41(5): 697-704.

ZHANG Jindan, LIU Mingchun, LI Xingyu, DING Wenkui, YANG Hua, JIANG Jufang. Characteristics of dry-wet climate change and its influence on NDVI in Shiyang River Basin[J]. Journal of Arid Meteorology, 2023, 41(5): 697-704.

图/表 9

图1 石羊河流域气象站点空间分布

Fig.1 The spatial distribution of meteorological stations in the Shiyang River Basin

表1 月、季和年尺度的S指标干湿等级划分标准

Tab.1 standard for drought-wetness classification of S index in monthly, seasonal and annual scale

尺度	湿润	正常	干旱
月	S≥1.72	-0.26<S<1.72	S≤-0.26
季	S≥1.27	-0.61<S<1.27	S≤-0.61
年	S≥0.76	-0.67<S<0.76	S≤-0.67

图2 1971—2020年石羊河流域S指标年际变化和M-K突变检验

Fig.2 The inter-annual variation and M-K mutation test of S index in the Shiyang River Basin during 1971-2020

图3 1971—2020年石羊河流域干旱站次比年际变化

Fig.3 The inter-annual variation of drought station frequency ratio in the Shiyang River Basin from 1971 to 2020

图4 1971—2020年石羊河流域干旱频次的季节变化

Fig.4 Seasonal variation of drought frequency in Shiyang River Basin during 1971-2020

图5 1971—2020年石羊河流域不同季节S指标年际变化及M-K突变检验（a）春季、（b）夏季、（c）秋季、（d）冬季

Fig.5 The inter-annual variation and M-K mutation test of S index in different seasons in the Shiyang River Basin during 1971-2020 (a) spring, (b) summer, (c) autumn, (d) winter

表2 1971—1996年和1997—2020年石羊河流域不同站点平均S指标及干旱频率

Tab.2 The mean S index and drought frequency of different stations in Shiyang River Basin during 1971-1996 and 1997-2020

站点	S指标		干旱频率/%
站点	1971—1996年	1997—2020年	1971—1996年	1997—2020年
凉州	0.05	-0.05	24	20
民勤	0.08	-0.09	28	20
古浪	0.31	-0.14	16	16
永昌	-0.18	-0.19	24	8
乌鞘岭	-0.07	-0.03	28	16
天祝	—	0.02	—	28

表3 2000—2020年天祝不同时段不同气象要素与年NDVI的相关系数

Tab.3 Correlation coefficient between different meteorological elements and annual NDVI in Tianzhu in different time periods from 2000 to 2020

时段	S指标	降水量	气温
1—10月	0.684**	0.597**	-0.504*
生长前期	0.619**	0.600**	-0.390
生长初期	0.557**	0.478*	-0.377
生长中期	0.717**	0.595**	-0.617**
生长末期	0.270	0.197	-0.123

表4 天祝站典型年份不同指标分析

Tab.4 Analysis of different indicators in typical years of Tianzhu station

	年份	降水量/mm	S指标	NDVI
湿润年	2011	412.4	1.105	0.323
	2012	476.8	1.903	0.348
	2014	414.6	1.346	0.340
	2016	468.7	1.350	0.349
	2018	516.0	1.423	0.362
	2019	483.0	1.488	0.378
干旱年	2004	289.4	-0.682	0.312
	2005	253.8	-1.126	0.312
	2006	273.6	-1.267	0.319
	2008	290.0	-0.927	0.317
	2009	251.8	-1.091	0.311

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