Page 106 - 水利学报2021年第52卷第2期

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不同，例如气象要素和植被盖度对云南植被耗水量的贡献度分别为 85.18%和 14.82% ，气象要素和
［9］
NDVI 对黄土高原耗水量变化的贡献度分别为 21.1%和 76.1% 。此外，关于植被耗水驱动因子的分
析，多采用统计学方法，且受数据类型和数量关系的限制较大。
［10］
近年来，一些学者结合植被指数探讨植被对干旱的响应，如 Vicente-Serrano 通过分析世界范
围内标准化降水蒸散发指数（SPEI）和植被指数、年轮数据及净初级生产力（NPP）的关系，发现持续的
水分亏缺决定了陆地植被群落对干旱响应的敏感性，气象干旱对旱区植被的影响更加显著；Zhang 等 ［11］
研究表明中国大部分地区 NDVI 与 SPEI 呈显著正相关，即植被的分布与水资源可利用量的时空特征
密切相关；张更喜等 ［12］ 基于中国的改进帕尔默干旱指数（scPDSI）与 NDVI 数据分析得出，草地对干旱
的响应最为敏感，其次是林地和耕地。上述研究均发现，部分区域植被对干旱的响应差异较大，表
现为干旱强度变化趋势相似的地区，NDVI 变化趋势不同，甚至相反，不能较好的解释部分地区干旱
对植被的影响。植被耗水量是植被活动强弱和生物量大小的综合体现。能否通过分析干旱与植被耗
水的相关性和滞时来表征干旱对植被的影响，目前尚无定论。
鉴于此，本研究基于 Penman-Monteith（简称 PM）公式，结合 GIS 和遥感技术提出了大空间尺度植
被耗水计算方法，分析西北地区 1981—2015 年不同植被和不同区域植被耗水量的逐月变化特点，采
用 Boosted Rgression Trees（BRT）模型分析耗水量变化的主要驱动因子，采用相关分析法探讨植被耗水
量与 scPDSI 的最大空间相关性及滞时。旨在全面探索西北地区不同区域和不同类型植被耗水的时空
演变规律，揭示植被耗水量对干旱的响应关系及敏感性，为较大时空尺度耗水量的计算提供思路，
也为干旱应对策略的制定提供生态维度的依据。

2 材料方法

2.1 研究区概况和数据来源 西北地区位于亚欧大陆中部，包括新疆、青海、宁夏、甘肃和陕西 5
省区，经纬度范围为 73°25′E—111°15′E ，31°35′N—49°15′N ，总面积约 320 万 km ，约占中国陆地面
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积的 1/3。西南部的昆仑—阿尔金—祁连山山脉与青藏高原阻隔了来自印度洋的水汽，南部阿尔泰山
脉阻隔了大西洋的水汽，天山山脉位于区域中部，形成了高原、内陆盆地、戈壁和沙漠。内陆区受
大陆性气候的影响，降水稀少，约为 130 mm/a，且时空分布不均匀，总体呈现出东多西少的格局。
潜在蒸散发强烈，部分地区平均多年潜在蒸散发超过 3200 mm，是世界上最干旱的区域之一 ［1，13］ 。
利用中国多时期土地利用/土地覆被变化遥感监测数据集（CNLUCC，http：/www.resdc.cn/），提取
/
出 西 北 地 区 1980、 1990、 1995、 2000、 2005、 2010、 2015 年 的 二 级 分 类 数 据 信 息 。 图 1 为 典 型 年
（1990、2005、2015 年）的土地利用类型分布图。为便于描述和量化植被耗水的时空分布，细化不同
区域特点的植被耗水特征，基于郑度等 ［14］ 依据温度、干湿度、植被类型和地理特征制定的生态地理
分区，将研究区划分出 5 个温度带、4 个干湿地区和 17 个自然区（图 2，表 1）。
1981—2015 年逐月的降水、气温、日照时数、气压、相对湿度及风速等气象数据来源于国家科
/
学气象数据中心（http：/data.cma.cn），同时段逐月土壤水分数据来源于美国陆地数据同化系统 GLDAS
（https：/ldas.gsfc.nasa.gov/gldas），土壤水分特征空间数据（凋萎耗水量和田间持水量）来源于美国橡树
/
岭国家实验室分布式生物地球化学动态档案中心 ORNL DAAC（https：/webmap.ornl.gov/ogc/dataset），归
/
一化植被指数（NDVI）数据来源于 GIMMS NDVI3 数据集（https：/ecocast.arc.nasa.gov/data/pub/gimms），
/
scPDSI 数据集来源于东英格利亚大学气候研究中心（http：/www.cru.uea.ac.uk/data）。借助 QGIS 平台，
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利用计算效率较高、对空间位置反映较好的双线性内插法 ［15］ ，将所有数据重采样为 1/12° × 1/12° 的空
间分辨率。
2.2 研究方法

2.2.1 植被耗水量计算 在特定的气象条件下，若研究区为土壤肥力充足、湿度适宜、无病虫害威
胁的标准条件，植被蒸散量为植被系数和潜在蒸散发之积。当土壤含水量低于特定阈值，即处于非
标准条件时，可用土壤水分限制系数来体现水分胁迫下植被的实际蒸散发 ［16］ ：

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