塔里木盆地南缘草原植被覆盖度与昆玉市春季沙尘天气发生情况的相关关系初探

王少杰，彭 建，李刚勇

（新疆维吾尔自治区草原总站，乌鲁木齐 830049）

1 研究背景

昆玉市在2016 年由国务院批复设立，具有重要的政治意义和战略地位。昆玉市地处塔里木盆地西南缘，中心位置为37°12′39.87″N，79°17′28.73″W，市中心东临和田市约70 km。 该地区气候属于暖温带大陆性荒漠气候，干旱少雨，其中春季（即三月至五月）多发生沙尘天气，沙尘天气在很大程度上影响了该地区居民的日常生产生活。

根据现行国家标准《沙尘天气等级》（GB/T 20480-2017，2017 年5 月12 日发布，2017 年12 月1 日实施），沙尘天气按照地面能见度被划分为五个级别，依次为浮尘、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴以及特强沙尘暴，昆玉市春季发生的沙尘天气多属于浮尘、扬沙以及沙尘暴[1]。 近年来，很多研究者发现沙尘天气的发生情况与周边地区的植被覆盖度存在一定的相关性[2,3,4,5]。 塔里木盆地南缘以荒漠和草原为主，草原类型主要是低地草甸类，主要植物为芦苇、花花柴、甘草以及苔草等。 本文旨在通过研究塔里木盆地南缘草原植被与昆玉市春季沙尘天气发生情况的相关关系， 为今后完善昆玉市沙尘天气的预测预报模型提供基础资料，并为塔里木盆地南缘草原生态修复工作提供参考依据。

2 数据与方法

2.1 草原的选取

根据实际情况，选取北纬36°30′00″～39°30′0.0″，东经75°40′00″～89°40′00″范围内的塔里木盆地南缘草原植被作为研究对象，进行植被覆盖度的计算。

2.2 气象数据的处理

昆玉市的历史气象数据来源于www.ip138.com 网站，时间范围为2016 年3 月1 日至2019 年7 月16日，数据类型包含天气及温度。选取2016 年至2019 年每年三月至五月的气象数据作为研究对象，将天气数据划分为非沙尘天气、浮尘、扬沙、沙尘暴（特强沙尘暴、强沙尘暴以及沙尘暴均归为沙尘暴一类）四类；如果某日天气出现非沙尘天气与沙尘天气之间的变化，则将其归为相应的沙尘天气（例如浮尘转多云，归为浮尘）；如果某日天气出现不同级别沙尘天气之间的变化，则将其归为较严重的沙尘天气（例如扬沙转浮尘，归为扬沙）。

2.3 植被覆盖度的计算

计算植被覆盖度（Fractional Vegetation Cover，FVC）的原数据为MODIS 系列产品中的植被指数产品MOD13A3，该产品空间分辨率为1 km，数据的时间范围为2016 年至2019 年每年的3 月至5 月。

利用MRT 软件（MODIS Reprojection Tool）处理上述原数据，处理流程包括拼接以及重投影。 利用Arcmap 及ENVI 等软件对图像进行裁剪和NDVI 值的优化（负值归零）。

采用被广泛使用的像元二分模型计算植被覆盖度[6]，计算公式为：

上述公式中，FVC 为所求像元的植被覆盖度，NDVI 为所求像元的归一化植被指数，NDVIsoil为无植被覆盖或者全裸土像元的NDVI 值，NDVIveg则为被植被完全覆盖像元的NDVI 值。 NDVIsoil和NDVIveg的计算公式为：

上述公式中，FVCmax和FVCmin分别为研究区域内植被覆盖度的最大值和最小值，NDVImax和NDVImin分别为影像像元的最大NDVI 值和最小NDVI 值。 如果研究区域内，可以近似认为FVCmax=100%，FVCmin=0%，那么植被覆盖度的公式可以变换为：

上述公式中，NDVImax和NDVImin一般取一定置信度范围内的最大值与最小值， 置信度的选择根据实际情况确定。

最终算出某一时间影像所有像元植被覆盖度的加权平均值，进行相关性和显著性分析。

2.4 相关性和显著性分析

利用SPSS 软件进行2016 年至2019 年春季塔里木盆地南缘草原植被植被覆盖度与昆玉市沙尘天气天数的相关性和显著性分析。 相关双变量分析时，选取Pearson 作为相关系数，置信区间水平为95%，将分析结果中的Pearson Correlation（相关系数）和Sig（即P 值）分别作为相关性和显著性的评价指标；相关系数的绝对值大小分别代表相关性的大小， 绝对值相关系数的正负分别代表正相关和负相关；Sig 小于0.05 时为有显著性意义，Sig 大于0.05 时为无显著性意义，见表1。

表1 相关双变量分析结果意义列表

3 结 果

通过计算，得到了研究时间范围和空间范围内，植被覆盖度和天气情况的统计表（表2）。

从空间范围来看，塔里木盆地南缘草原植被的覆盖度总体上呈现西高东低的情况；不同年份相同月份的覆盖度均呈现这一特征；同一年份不同月份的覆盖度也呈现出西高东低的情况；昆玉市所处区域的覆盖度较高。 从时间范围来看，塔里木盆地南缘草原植被不同年份的3 月、4 月以及5 月的覆盖度呈现高低高的情况，即3 月的覆盖度高于5 月的覆盖度，5 月的覆盖度高于4 月的覆盖度；这一情况可以通过对比相应月份的覆盖度加权平均值进行量化；3 月的覆盖度在37.9028%至40.3414%的范围内， 从2016 年2019 年呈现逐年上升的趋势；4 月的覆盖度在23.1687%至27.7716%的范围内，从2016 年2019 年呈现先上升后下降的趋势，2018 年达到最大值，2019 年有所下降；5 月的覆盖度在30.3497%至32.3795%的范围内，从2016 年2019 年表现为不规则的变化。

表2 2016 年至2019 年春季塔里木盆地南缘草原植被覆盖度及昆玉市沙尘天气天数统计表

将气象数据按照非沙尘天气、浮尘、扬沙以及沙尘暴进行发生天数的统计，时间为2016 年至2019 年每年三月至五月。 从数据来看，3 月的沙尘暴天气天数均为0，3 月的非沙尘天气天数一般高于4 月及5月（2016 年除外）；3 月的非沙尘天气天数平均为18.75 d，4 月的非沙尘天气天数平均为13.5 d，5 月的非沙尘天气天数平均为14 d，3 月非沙尘天气天数的平均值多于5 月，而5 月多于4 月；通过对不同年份之间春季（3 月至5 月）的数据进行对比可以发现，2016 年的非沙尘天气天数为42 d，2017 年非沙尘天气天数为59 d，2018 年非沙尘天气天数为44 d，2019 年非沙尘天气天数为40 d， 其中2017 年春季非沙尘天气天数明显高于其他年份。

利用SPSS 软件进行相关性和显著性分析，结果表明，沙尘暴天气天数与植被覆盖度存在显著性意义上的相关性，呈负相关，即春季塔里木盆地南缘草原植被覆盖度越高，昆玉市春季沙尘暴天气的发生天数越少；扬沙天气天数与植被覆盖度存在中等负相关，但不显著；浮尘天气天数与植被覆盖度无相关性，无显著性；非沙尘天气天数与植被覆盖度存在正相关，相关性强，具有显著性意义，即春季塔里木盆地南缘草原植被覆盖度越高，昆玉市春季非沙尘暴天气的发生天数越多，见表3。

表3 相关双变量分析结果

4 讨 论

从分析结果来看，沙尘天气的发生情况与植被覆盖度存在一定的联系。 其中沙尘暴天气及非沙尘天气的发生天数与植被覆盖度密切相关； 其中沙尘暴天气天数与植被覆盖度存在显著性意义上的相关性，呈负相关；非沙尘天气天数与植被覆盖度存在显著性意义上的相关性，呈正相关。影响沙尘天气发生的因素有很多，包括地表风沙情况、风力、风向、降水量以及本研究中涉及到的植被覆盖度等多种因素[1]；本研究从植被覆盖度的角度展开研究， 研究结果在一定程度上表明春季塔里木盆地南缘草原植被覆盖度越高，昆玉市春季的天气情况越好，这说明在当地及周边区域开展草原生态修复工作（包括补播改良、围栏禁牧等等措施）是具有良好的生态效益和社会效益的，而且是非常有必要的；草原生态修复工作将有助于加强当地治沙工作，改善当地人居环境，促进当地经济发展和社会稳定。

但沙尘天气的形成是与多因素有关，本研究角度单一，不够全面，后续研究将从草原类型、植被种类以及草原土壤类型和土壤理化性质等角度进行深入探索。