Spatiotemporal variation of vegetation and its influencing factors in the Hulunbuir typical steppe based on MODIS data

doi:10.7523/j.ucas.2025.004

Abstract

Abstract:

As a green ecological barrier in northern China， changes in the ecological environment of Hulunbuir steppe have a profound impact on both the regional ecological balance and， to some extent， the broader ecological equilibrium of the entire country. Based on the long-term MOD13Q1 vegetation index dataset and meteorological data， this study developed a dynamically adaptable vegetation cover index， gsNDVI， which is sensitive to the active vegetation season. The vegetation change trend and future development of the Hulunbuir typical steppe from 2000 to 2022 were analyzed using the Theil-Sen regression， the Mann-Kendall method， and the Hurst exponent. Additionally， partial correlation analysis was employed to investigate the impact of climate factors on vegetation change. The results show that the multi-year average gsNDVI value for the study area is 0.39， with a spatial distribution characterized by higher values in the northeast and lower values in the southwest. Overall， the mean gsNDVI value exhibits a slow growth trend， though periodic fluctuations are observed. Vegetation coverage has increased in most areas， though noticeable degradation is evident in urban areas. The partial correlation analysis results indicate that precipitation is the primary factor influencing vegetation cover change in the study area， with grasslands being the most sensitive to changes in precipitation. Furthermore， based on the combined results of trend analysis and the Hurst exponent， the vegetation trend in certain areas of Hulunbuir is expected to reverse in the future， which may pose significant challenges to ecological and environmental protection in the region.

Key words: vegetation change, MODIS, climate factors, future trends, partial correlation analysis, trend analysis, Hurst exponent, Hulunbuir

CLC Number:

TP75

Kexin LI, Hairong TANG, Peng ZHANG. Spatiotemporal variation of vegetation and its influencing factors in the Hulunbuir typical steppe based on MODIS data[J]. Journal of University of Chinese Academy of Sciences, 2026, 43(4): 541-552.

Figures/Tables 13

Fig.1 Hulunbuir study area

Fig.2 Flow chart of the research

Fig.3 Growing season in a certain area of the study area from 2000 to 2022

Fig.4 Correlation between the indices and NPP

Fig.5 Spatial distribution of gsNDVI in the study area from 2000 to 2022

Fig.6 Temporal variation of gsNDVI in the study area from 2000 to 2022

Table 1 Statistical analysis results of gsNDVI trends

Slope	Zs绝对值	趋势变化	面积百分比/%
≥0.000 5	≥2.58	极显著改善	8.20
	1.96~2.58	显著改善	18.50
	1.65~1.96	微显著改善	15.60
	1.65	不显著改善	48.10
-0.000 5~0.000 5	全部范围	稳定	5.10
-0.000 5	1.65	不显著退化	3.25
	1.65~1.96	微显著退化	0.29
	1.96~2.58	显著退化	0.35
	≥2.58	极显著退化	0.44

Fig.7 Spatial variation trend of gsNDVI in the study area as a whole and in some areas from 2000 to 2022

Fig.8 Comparison of vegetation changes in representative areas

Fig.9 Temporal changes in the climate of the Hulunbuir study area from 2000 to 2022

Fig.10 Partial correlation coefficients and spatial distribution of correlations between gsNDVI and climate factors in the Hulunbuir study area from 2000 to 2022

Table 2 Correlation coefficients between gsNDVI and precipitation for each vegetation type in different time ranges

时间范围	类型	与降水的相关系数
2000—2010年	农地	0.203
	森林	0.105
	草地	0.507
	全区域	0.491
2010—2020年	农地	0.396
	森林	0.326
	草地	0.569
	全区域	0.556
2000—2022年	农地	0.394
	森林	0.188
	草地	0.571
	全区域	0.553

Fig.11 Future trend changes in the Hulunbuir study area from 2000 to 2022

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