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水 利 学 报

2021 年 11 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 11 期

文章编号：0559-9350（2021）11-1309-15

1982—2015 年永定河山区植被变化及对天然径流的影响

杜 勇 ，李建柱 ，牛凯杰 ，冯 平 ，胡庆芳 ，郑彦辰 1
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3
1，2
（1. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072；2. 永定河流域投资有限公司，北京 100193；
3. 南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210029）
摘要：采用归一化植被指数 NDVI 和气温、降水、径流等监测资料，在分析永定河山区 NDVI 时空变化的基础
上，通过构建地理加权回归模型，研究了流域内 NDVI 和降水、平均气温的回归参数及残差的空间关系特征，定
量估算了永定河山区 NDVI 变化对天然径流量衰减的影响。结果表明： 1982—2015 年永定河山区在土地利用格局
总体变化不大的情况下，年、季尺度的 NDVI 均显著增加，NDVI 和降水、平均气温的空间回归参数及残差的均
值、趋势均具有显著的空间异质性，降水、气温等气候因素和人类活动对 NDVI 均表现为促进作用，但各影响因
素趋势变化的时空分布差异显著。永定河山区天然径流量具有显著的衰减趋势，结合 Budyko 方程发现流域天然
径流量对植被变化具有高度敏感性，以植被变化为突出特征的下垫面变化对永定河天然径流衰减的贡献率达到了
80%，流域植被保护和水土保持对天然径流量衰减的这种影响应给予高度重视。
关键词： NDVI；地理加权回归模型；降水；平均气温；天然径流；永定河山区
中图分类号：P339；K903 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210201

1 研究背景

植被作为陆地生态系统的重要组成部分，具有连接大气、土壤、水文等生态要素的功能，在自然
生态系统和人类生产生活中发挥着不可替代的作用 ［1-3］ 。归一化植被指数（Normalized Difference Vegeta⁃
tion Index，NDVI）是公认的反映大尺度地表植被覆盖和生长状况的有效指标，与光合有效辐射、绿叶
密度、植被生产力以及累积生物量等均具有密切的关系，通常用来表征植被活动的强弱 ［4-6］ 。近年来，
由于气候变化和人类活动的影响，区域乃至全球尺度的植被均呈现显著增加趋势 ［7-10］ ，植被变化不
仅能影响气候，而且可以通过改变植被蒸腾、冠层截流和土壤蒸发等水文过程而改变河川径流，
故能显著影响流域水文循环过程 ［11-14］ 。因此，分析植被的时空演替特征，揭示在不同时空尺度下导
致植被变化的驱动因子的空间异质规律，并解析以植被变化为重要特征的下垫面变化对径流变化的
贡献及影响，可为应对气候变化和人类活动下生态系统的适应能力提供理论依据，同时有助于深刻
理解植被活动对水循环过程的影响，并对完善流域水资源管理措施具有重要理论和实践意义。
作为植物生长发育所必需的外界环境因子，气候要素（水分和温度等）对植被活动起重要作用，
同时人类活动对植被活动也具有不同程度的促进或抑制作用 ［15-18］ 。以黄土高原为例，已有研究表明过
去 30 年气候变化对黄土高原的植被恢复有一定促进，同时植被恢复工程等人类活动也有利于 NDVI
的增加，因此气候变化和人类活动共同驱动黄土高原的植被变化，但两者的驱动作用呈现出显著的
空间异质性 ［2，19-20］ 。同时大量研究证实，植被覆盖作为下垫面的重要性质，其变化将导致水循环过程

收稿日期：2021-03-02；网络首发时间：2021-09-15
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20200915.0922.001.html
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基金项目：北京市科技计划课题（Z191100006919002）；中国工程院重大咨询研究项目（2020-ZD-20）；国家自然科学基金项目
（52079086）；国家自然科学基金青年基金项目（52009081）
作者简介：杜勇（1986-），博士，高级工程师，主要从事水文水资源研究。E-mail：duyong1986@126.com
通讯作者：李建柱（1981-），博士，副教授，主要从事水文水资源研究。E-mail：lijianzhu@tju.du.cn
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