IPCC第四次工作报告指出，近百余年来全球温度升高已经成为不争的事实^[1]。气温升高将会带来全球干旱、粮食、水资源、物种灭绝等一系列严峻的环境和社会问题，在一些敏感区域问题尤为凸显，例如非洲沙哈尔^[2]、中国农牧交错带^[3]、北美^[4]、澳大利亚^[5]等干旱区，沙漠化、粮食安全、陆地生态系统将面临巨大挑战。干旱半干旱区由于自身的脆弱性和不稳定性使得其对气候变化的响应尤为敏感，气候变化引起的沙漠化、水土流失等区域土地退化问题是当前的研究重点^[6]。赵茂盛等^[7]使用NPP和PDSI (Palmer Drought Severity Index) 分析得出干旱强度的增加会直接导致植被生产力的下降。信忠保^[8]等使用GIMMS (Global Inventory Modeling and Mapping Studies) 和SPOT VGT (Système Pour l′Observation de la Terre Vegetation) 两种归一化植被指数论证黄土高原地区气候变暖在加剧土壤干燥化抑制夏季植被生长的同时提高了春、秋季节植被生长活性。这说明了气候变化对植被变化的影响是直接的实时的。

干旱半干旱地区的气候变化是全球气候变化研究的重要组成部分，既具有与全球气候变化的一致性又有它自身的特殊性，即在全球变暖的大背景下，蒙古高原地区变暖速率高于全球水平，也高于中国平均水平^[9]。近年来剧烈的气候变化和人类过度放牧导致了地区干旱、沙漠化情势的加剧。由于气旋和冷风过境等原因影响，每年春季蒙古国沙尘是我国北方内蒙古地区沙尘暴的主要沙源，对我国内陆地区造成巨大的环境破坏和经济损失。地表植被覆盖与沙尘天气发生频率有着较为紧密的联系，植树种草能够有效遏制土地荒漠化发展速度，特别是在气候变化的影响下植被覆盖状况的起伏波动有可能对区域生态环境的诸多方面造成重要影响。当前国内的高原气候变化和植被覆盖的研究主要集中于青藏高原^{[10, 11]}、黄土高原^{[12, 13]}和内蒙古高原的研究^{[14, 15]}，少量研究针对整个蒙古高原区域，缺乏对蒙古地区植被覆盖变化及其对气候变化响应的整体性和异质性研究。本研究是基于蒙古高原地区多年的气象资料和遥感数据，对过去50a蒙古国和内蒙古气温和降水的时空变化趋势进行分析，并探讨1998—2012 年来蒙古高原地区植被覆被变化并分析其成因。

蒙古高原地处亚洲大陆中部，主要包括我国境内的内蒙古和蒙古国。两个区域均处于东亚季风环流控制范围内，属于温带大陆性气候，冬季严寒漫长，夏季炎热短暂，降水稀少^[16]。除高原东部、东南部以及北部等少数地区外，蒙古高原绝大部分地区年降水量均少于400 mm，整个区域平均降水量约200 mm^[16]。植被类型以荒漠植被、草地群落、森林群落为主。蒙古高原的地理特殊性在于整个区域横跨森林-草原-戈壁沙漠带。其中内蒙古是中国的第三大省，具有丰富的草场和矿产资源，目前正面临着多重社会和环境问题。全球环境变化背景下的人口增加、工业发展以及气温升高所导致的土地荒漠化、环境污染和物候变化等严重限制了该地区的生态建设和居民生产生活^[9]。

遥感数据选用SPOT VEGETATION NDVI 10 天合成的产品(http://free.vgt.vito.be/home.php)，时间跨度为1998—2012 年，空间分辨率为1 km。使用IDL批处理对下载的数据进行裁切，并对SPOT VEGETATION NDVI每旬产品数据进行最大化合成(MVC算法,Maximum Value Composite)来消除太阳高度角、云和大气的影响^[17]，然后用IDL语言读取67 个气象站的NDVI最大值。气象数据来源于中国气象科学数据共享服务网(http://cdc.cma.gov.cn/)提供的中国1961—2009 年气温和降水日值数据，从中挑选数据比较完备的站点，包括内蒙古50 个站和蒙古国境内17 个站，部分缺测站点的数据运用线性回归法进行了插补。研究采用Mann-Kendall (MK)非参数检验来检测气温要素的突变趋势。气象数据空间差值采用了ArcGIS空间地统计模块的反距离加权法；由于生物学特性差异，不同群落或物种对气候胁迫的响应不同。这里分别按照Olson的生态区划标准将研究区划分为森林、草原和戈壁3 个生态区，挑出区域内站点周围的NDVI和气象要素进行相关分析，并进一步探讨森林、草原和荒漠植被对气候因子变化的响应。

如图 1所示，蒙古高原地区多年平均气温呈现出明显的南高北低空间分布格局，由南向北递减，多年平均气温为4.12 ℃，年均温最高的站点为内蒙古境内拐子湖站(9.3 ℃)，最低的站点为内蒙古境内图里河站(-4.4 ℃)，两站极差达13.7 ℃。多年平均降水量为269 mm(图 1)，年降水量最大的站点为内蒙古小二沟站(476 mm)，最小的站点为内蒙古额济纳旗站(34 mm)。降水整体上分布格局为东部高于西部，北部高于南部，由东部季风区向西北内陆干旱区过渡过程中，气候的大陆性明显增强。

图 1 气温和降水变化空间分布 Fig. 1 Spatial distribution of yearly averaged temperature (a) and precipitation (b)

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如图 2所示，在过去的49 年间，内蒙古和蒙古国气温呈同步变化趋势，整体上均表现出显著上升趋势(0.36 ℃/10 a，P<0.001)。1985年以前微弱上升(0.075 ℃/10 a)，而后快速上升(0.512 ℃/10 a)。降水量呈现出先增加后减少的变化趋势，由图 2和累积距平曲线(图略)可知，1990为分界点，1990以前微弱增加(17.4 mm/10 a)，此后逐渐减少(76.9 mm/10 a)，49a总体的变化速率为2.45 mm/10 a。内蒙古和蒙古国所有站点年均温变化的MK 趋势检验结果表明内蒙古气温突变的年份发生在1990 年，而蒙古国气温突变的年份发生在1991 年，这说明整个蒙古高原升温幅度突然增大的时间均发生在90年代初。

图 2 年平均气温和年降水量距平时序变化 Fig. 2 Time series of annual temperature and precipitation of their anomaly

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Olson的生态分类标准在在蒙古高原区域的分类结果为西部荒漠、中部草原和东部森林(图 3)。本地区1998到2012 年多年平均NDVI的空间格局如图 4(a)所示，两地植被覆盖总体上呈现东高西低的特征，基本与森林—草原—荒漠植被的分布一致。总体来说，植被覆盖的排序为森林生态区>草原生态区>荒漠生态区。蒙古国的植被覆盖高值区分布在北部和东部，而西南部较为荒凉；内蒙古的植被覆盖高值区主要位于中部锡林郭勒盟和东部呼伦贝尔草原附近，西部阿拉善盟是荒漠区域，植被覆盖较差。

图 3 蒙古国和内蒙古植被Olson分区 Fig. 3 Olson′s vegetation distribution for Mongolia and Inner Mongolia

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图 4 1998—2012 年植被年最大化NDVI (a) 和空间变化 (b) Fig. 4 Spatial distribution of maximum NDVI (a) and its change (b) from 1998 to 2012

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植被覆盖稀疏是干旱和半干旱地区最主要的环境特征，因此长期定量的植被分布和空间变化观测能够在一定程度上分析干旱和半干旱地区的环境变化^[18]。如图 5所示，1998—2003 年整个蒙古国地区植被呈现先减少后增加的趋势，内蒙古的植被覆盖度高于蒙古国区域。两地的NDVI均值在0.32—0.52之间变动，2001和2007 年总体植被覆盖度最低，整体上NDVI表现为以2003 年和2008 年为波峰，2001年和2007、2009年为波谷的波动过程。时间序列上主要分为3个阶段，1998—2001年NDVI整体明显下降，植被退化趋势明显，2002—2007 年植被波动上升，其中2009—2012年连续3a上升。

图 5 1998—2012年植被的时间变化 Fig. 5 Change trend of vegetation from 1998 to 2012

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研究区的植被在1998—2012 年的年际变化趋势上呈现了显著的空间差异，如图 4(b)所示，红色的区域表示植被减少，蓝色的区域表示植被增加，颜色越深相关性越强。大部分森林群落植被覆盖度是 增加的，中部和西部群落草地连片减少；内蒙古地区植被减少的有乌兰察布、锡林郭勒盟、赤峰的中部和通辽北部；植被增加的主要集中于呼伦贝尔、兴安、鄂尔多斯，包头市，阿拉善盟。蒙古国境内植被减少的区域集中于西部区域中戈壁、中央、苏木贝尔、苏赫巴托尔东部、戈壁阿尔泰、乌布苏、巴彦乌列盖、科布多等地；其余地方都增加，主要集中在蒙古国的中部和东部。

影响植被生长的气象因子主要有气温、降水，特别是在干旱半干旱地区。蒙古高原区域近年来的气温呈现明显的上升趋势，降水没有显著变化，整体有暖干化的趋势^[9]。这里针对干旱半干旱区域的特性，在不同植被区域挑选3 个典型站点(由于蒙古国森林区域没有气象站点，这里不予讨论)。本研究综合考虑了降水和气温两个要素采用相关分析法来构建气象要素与植被覆盖之间的关系(表 1)。蒙古国荒漠植被NDVI与降水呈强正相关，与气温呈较弱的负相关关系，蒙古国境内科布多站点的NDVI与降水呈正相关关系；草原植被主要与降水呈正相关。内蒙古区域荒漠植被NDVI与降水呈相关，与气温呈负相关。草原植被与降水呈正相关，与气温关系不明显。森林植被主要与气温呈正相关，与降水关系不明显。穆少杰等^[17]的结果认为内蒙古植被对气候因子变化敏感度降低的原因是政策导向下人类活动强度加剧。蒙古国由于人口数量较少(内蒙古的十分之一)，国家目前尚无官方的生态政策，但从人口数量上人类活动强度弱于内蒙古，部分站点NDVI与气温和降水相关性也强于内蒙古。

本文以蒙古国和内蒙古为研究对象，结合67 个气象站的观测资料数据分析了近49 年来气温和降水的长时间变化趋势，利用SPOT VEGETATION NDVI遥感数据分析了两地的植被覆盖变化。采用Olson的全球生态区划标准，从荒漠植被、草原植被和森林植被等不同生态区的角度分析了植被变化对气象要素变化的响应，结论如下。(1)近49 年间内蒙古和蒙古国地区年平均气温显著上升，降水变化不明显。年均气温在空间上呈现出南高北低的空间分布格局，降水量表现出由西向东递增趋势。(2)蒙古国的植被覆盖低于内蒙古区域，1998—2012 年间植被覆盖状况呈现先退化后改善的趋势；空间变化上，内蒙古地区植被退化的有乌兰察布、锡林郭勒盟、赤峰的中部和通辽北部；蒙古国退化的区域分布在中西部区域，退化面积大于内蒙古；(3)蒙古国荒漠和草原植被NDVI与降水呈正相关，与气温呈负相关。内蒙古地区荒漠和草原植被的NDVI与降水呈正相关，而森林植被与气温呈正相关。现在由于研究所用气象站点资料空间分布不均匀，蒙古国的站点较为稀疏，对于精确刻画该区域的气候变化特征还有缺欠。并且所用的遥感数据较为单一，今后将会用多源遥感数据(MODIS和GIMMS数据)来插补融合进一步弥补时间分辨率和空间分辨率的不足。

1 998 年以来国家大力倡导实施环境的可持续发展，先后实施了京津风沙源治理、退耕还林、退牧还草、围封保育、轮耕休耕等一系列生态恢复工程。我国的内蒙古作为重点实施区域之一，近年来取得了良好的生态效果。使用SPOT-NDVI结果研究发现内蒙古境内西部大部分荒漠区域，通辽附近的科尔沁沙地的植被呈持续好转状态，这与穆少杰的研究结果基本一致^[18]。而对于蒙古国而言，查阅相关文献和政策资料发现国际上的剑桥大学亚洲蒙古国中心(Mongolia and Inner Asia student unit in Cambridge)、蒙古国发展合作瑞士研究中心(Swiss Agency for Development and Cooperation in Mongolia in Swiss)还有中亚山脉研究中心(MSRC，University of Central Asia′s Mountain Societies Research Centre)针对蒙古国的牧民生活和植被保护政策上进行研究和小区域试点。David 项目研究结果表明，20世纪90年代中国的草地由于集体主义带来的公地悲剧以及过度放牧是土地退化的主要原因。蒙古国由于经济制度的革新使得人民的收入迅速降低，经济的压力使得人民生活水平降低^[17]。近年来也发现全球研究蒙古高原问题的文献数量也从1995 年的26 篇增加至2011 年的289 篇，增加了近10 倍(web of science 检索geology or environmental sciences ecology and science technology or social sciences领域，关键词为Mongolian Plateau)，由此可见，20世纪以来蒙古高原的气候变化和土地利用变化以及人类活动正受到广泛的国际关注，对蒙古国和内蒙古的长时间气候和植被变化的机理研究是一项必不可少的基础工作。

近年来蒙古高原气候变化(特别是温度变化)是显著的，气温对植被覆被具有明显的负面作用，在全球变化大背景下，处于干旱半干旱的敏感地区，应该积极应对防患于未然，由于技术和地理条件的原因，内蒙古和蒙古国区域的农业还是依赖于靠天吃饭的基本格局，农户更应该采取措施防止极端暴雪事件和干旱，例如预留牧草、休耕轮耕。另外，要严格控制牲畜头数，防止过度放牧导致的牧草退化。对于国家层面来说，制定严格的草原使用管理以及保护政策是当务之急，两国处于相同的地理位置，共同拥有珍贵的草原文化，促进交流才能共同协商解决现在共存的问题。