中国温带草原植被NDVI时空变化及其对气候变化的响应

为探究中国温带草原植被变化及其对气候变化的响应规律,本文利用1982—2015年逐月气象数据和逐旬GIMMS NDVI数据,分析了中国温带草原区不同类型草原植被NDVI变化特征及其对气候变化的响应。结果表明：中国温带草原植被生长季NDVI在1982—2015年总体呈增加趋势,增加速率为0.008 (10 a^-1);在生长季内的不同季节,温带草原植被NDVI均呈增加趋势,但存在一定的空间差异;生长季内,降水是中国温带草原植被生长最重要的影响因子,春季和夏季降水的增多明显促进温带草原3种类型植被的生长;在气温影响方面,春季夜晚最低温的升高对于所有类型温带草原植被生长均有促进作用,而春季和秋季白天最高温的升高能够明显促进温带草甸草原和典型草原植被的生长。本研究发现,夏季夜晚最低温和白天最高温对中国温带草原植被有不对称的影响,夜晚最低温的增加会促进植被的生长,而白天最高温的增加对植被生长起到抑制作用。     

中国北方草原植被对气象因子的时滞响应

利用1982~1997年的气温、降水和1983~1997年生长季的NOAA/AVHRR的归一化植被指数(Normalized differential vegetation index, NDVI)遥感数据,分析了中国北方温带草原植被生长对气象因子的时滞响应。根据4个时间尺度(1~4个月)和4个时滞期(前0~3个月)将降水数据进行16种组合方式,计算了植被的NDVI与同期及前期(前1~6个月)降水之间的相关系数。同时,计算了植被的NDVI与同期和前一个月气温之间的相关系数。结果表明:1)中国北方温带草原植被的NDVI与同期降水和气温的显著相关。2)植被的NDVI对前一个月降水的时滞响应最强烈,植被的NDVI与当月降水和前两个月降水的累积量相关性最强。3)在生长季的起始阶段,去冬、今春的降水总量对草甸草原植被的生长有重要的作用。在生长季的中期和后期,当月和前一、二个月的降水对典型草原和荒漠草原的植被有显著影响。4)在草甸草原、典型草原区,生长季早期的气温均对植被生长的影响较为显著。在荒漠草原区,气温不仅在生长季初期与植被的NDVI呈现正相关,而且在生长季的中后期,气温与植被的NDVI呈现负相关性。     

基于地理探测的黄土高原植被生长对气候的响应

为探讨黄土高原不同植被类型对气候变化的响应机制,以2002—2019年黄土高原归一化植被指数(NDVI)数据为基础,利用趋势分析、Hurst指数、地理探测器等方法分析不同植被类型NDVI变化趋势及其与气象因子的关系。结果表明: 2002—2019年,黄土高原不同植被类型NDVI以增长趋势和同向中持续性为主,仅栽培植被在建成区及周边NDVI呈显著和极显著下降趋势。植被主要生长期(4—10月),除受混合像元影响较大的草丛和草甸外,其余植被类型NDVI空间差异性显著,NDVI均值由大到小依次为针叶林>阔叶林>灌丛>草甸>草丛>栽培作物>草原>荒漠。黄土高原气象因子交互作用表现为相互增强和非线性增强,不存在独立或减弱关系。在生境脆弱的草原和荒漠,气象因子的交互作用更加突出。降水与气温协同作用对不同植被类型均有较大影响。水汽压、相对湿度、日照、气压和风速则通过间接影响水热条件,对NDVI产生不同解释力。     

中国东部南北样带主要植被类型归一化植被指数对气候变化的响应及不同时间尺度的差异性

植被的动态变化及其与环境的关系已成为全球变化研究的热点问题。陆地样带是进行全球变化驱动因素梯度分析的有效途径。该研究依托中国东部南北样带(NSTEC), 对南北样带不同时间尺度的气候因子和植被活动变化特征进行了分析, 并重点阐述了具有代表性的12种植被类型对气候因子的响应方式。研究结果表明: 南北样带植被的归一化植被指数(NDVI)的变化同时受控于气温和降水, 但是在不同的空间和时间尺度上植被NDVI的响应方式各异。在年时间尺度上, 只有温带落叶灌丛(TDS)的NDVI受气温控制; 而温带禾草草原(TGS)和亚热带和热带针叶林(STCF)的NDVI同时受气温和降水调控。其他植被类型的年NDVI与年平均气温和年总降水量没有直接显著的联系, 而受年内气温变化和降水分配状况的影响更大。在月时间尺度上, NDVI与气温的关系在不同类型植被之间存在很大差异。一般而言, 植被NDVI与前4个月内的气温关系最为密切, 并且从1月份到4月份气温的滞后时长在缩短。其中, 温带针叶林(TCF)、温带落叶阔叶林(TDBF)、TDS、STCF和亚热带热带草丛(STG)等植被类型, 5-8月的NDVI与气温普遍呈负相关关系。草原和灌丛植被类型当月NDVI与当月降水量主要以正相关为主, 而森林类型当月NDVI与当月降水量主要以负相关为主。     

藏北高原典型植被样区物候变化及其对气候变化的响应

植被物候作为陆地生态系统对气候变化的响应和反馈的重要指示,已成为区域或全球生态环境领域研究的热点。基于非对称高斯拟合方法重建了2001—2010年MODIS EVI时间序列影像,利用动态阈值法提取藏北高原植被覆盖2001—2010年每年关键物候参数。选取研究区内东部高寒灌丛草甸、中部高寒草甸及西部高寒草原和高寒荒漠4种典型植被类型,并结合附近的4个气象台站气候资料,分析典型植被物候在近10a对关键气候因子的响应特征。研究结果表明:(1)4种不同典型植被的物候特征(EVImax降低、返青期延后和生长季长度缩短)均表现出高寒灌丛草甸→高寒草甸→高寒草原→高寒荒漠草原的过渡;(2)藏北高原近10a的年平均气温及春、夏、冬三个季度的平均气温均呈显著升高的趋势,升温幅度在0.8—3.9℃/10a,降水减少趋势不显著,在这种水热条件下典型植被均表现出返青提前(7.2—15.5d/10a)、生长季延长(8.4—19.2d/10a)的趋势,而枯黄出现时间为年际间自然波动;(3)高寒灌丛草甸EVImax主要受春季降水量和气温影响,且降水的影响程度大于气温;对高寒草甸植被而言,春、夏季的气温和降水均有较大的影响;而高寒草原和高寒荒漠草原主要受夏季平均气温和降水量影响;(4)高寒灌丛草甸的返青时间主要受前一年秋季降水量的影响,相关系数达-0.579;而高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠草原主要受春季平均气温影响,高寒荒漠草原的特征最为明显(r=-0.559)。     

高寒草甸植物群落生长发育特征与气候因子的关系

为合理利用高寒草甸资源，探讨近年来气候变化对高寒草甸的影响，以青海省甘德县高寒草甸为例，基于牧业气象站1976-2006年的气象资料和1994-2006年的牧草观测资料，分析了草地植被地上生物量、高度、盖度和物候期等群落特征以及当地气温、降雨等气象因素的年际变化趋势，采用典型相关分析法和逐步回归分析法对草地植物群落特征变化与气象因子的关系进行了研究，综合分析了影响植被生长状况的关键因子，结果表明：（1）青藏高原高寒草甸总体呈年均气温和平均地温上升、年降水量下降的"暖干化"趋势，牧草盖度高度增大，产量减少，整体观测水平下的牧草物候期推迟。（2）牧草的高度、盖度及产量对不同气候因子的响应程度不同。牧草高度与盖度对温度因子的变化更敏感，牧草产量对水分因子的变化更敏感。平均地温和相对湿度越高，牧草高度越高，产量越多。（3）不同牧草的物候期受不同气象因子的影响，变化趋势也不相同。从整体水平上看，牧草物候期对温度因子更敏感，温度越高，物候期越提前。     

内蒙古不同类型草原光合植被覆盖度对降水变化的响应

植被是影响土壤侵蚀过程的重要因素。论文基于MODIS遥感数据和同期降水数据,用相关和回归分析方法从不同时间尺度揭示了内蒙古草甸草原、典型草原和荒漠草原2002—2016年光合植被覆盖度(Fractional Photosynthetic Vegetation,f_(PV))的变化规律及其对降水变化的响应。结果表明:(1)2002—2016年间多年平均f_(PV)草甸草原为46.5%,典型草原和荒漠草原分别为36.3%和22.4%;草甸草原f_(PV)随时间变化呈不显著增长趋势(线性变化斜率为0.29%/a),典型草原和荒漠草原f_(PV)呈不显著下降趋势(线性变化斜率分别为-0.04%/a和-0.21%/a);相应时期年降水量随时间变化都呈现不显著波动上升趋势。(2)内蒙古草原的月植被覆盖度对月降水量存在明显的1—2个月滞后效应和显著的累积效应,且表现出草原类型越干旱,滞后效应越明显的特征;相比草甸草原和典型草原,荒漠草原植被对降水量变化更加敏感。(3)内蒙古3类草原年平均植被覆盖度对降水量的响应,均表现出年、季、月尺度上分别受当年降水量、生长季降水量以及6、7、8月份降水量的显著影响的特征;3类草原年植被覆盖度与生长季降水线性拟合结果都较好,内蒙古3种草原类型的年植被覆盖度与降水量具有的强相关性,可为区域土壤侵蚀动态评价提供科学依据。     

1982～2003年中国东北地区不同类型植被NDVI与气候因子的关系研究

利用1982～2003年GIMMS NDVI遥感数据集和气象数据,运用GIS技术提取气象站点周围的NDVI值,结合统计分析方法对东北地区不同类型植被NDVI与气候因子的关系进行研究.结果显示:(1)东北地区不同区域植被NDVI与气温和降水均极显著相关(P<0.01),而且与气温的相关性普遍高于降水,说明气温对植被生长影响更明显.(2)不同类型植被受气温(或降水)影响差异不大,同一植被受气温影响强于降水.过去22年,不同植被NDVI受同期气温影响由高到低的顺序为:灌丛>沼泽>森林>草地>农田;降水对同期植被NDVI的影响按:灌丛>森林>草地>农田>沼泽的顺序依次降低.(3)过去22年中,东北地区不同植被夏季NDVI变化趋势不明显,针叶林、草丛和草原NDVI呈上升趋势,沼泽、灌丛、阔叶林、草甸和农田NDVI则表现为下降趋势,其中针叶林NDVI变化幅度最大(R2=0.114 2).(4)夏季气温变化对同期各植被夏季生长状况影响不大,同期降水除灌丛和沼泽外则主要表现为促进作用.研究表明,气候变化和人为保护共同导致东北地区草地NDVI增加;降水是促进针叶林和农作物生长的决定性因素,但却是灌丛和沼泽夏季生长的抑制因子,人类活动是过去22年东北地区沼泽退化的主要原因.     

锡林郭勒草原1983～1999年NDVI逐旬变化量与气象因子的相关分析

 陆地生态系统对气候变化的响应关系一直是全球变化研究的热点。大量研究表明表征植被生长状况的遥感植被指数——NDVI与温度、降水的相关性非常高。但这些研究都忽略了NDVI 数据本身的累积性,而这一点对研究较短时间尺度上植被生长与气候因子间的关系尤为重要。因此,本文提出应以NDVI的变化量序列取代一般研究中使用的NDVI时间序列数据。基于该论点,该文采用1983～1999年NOAA/AVHRR的NDVI逐旬变化量数据序列对锡林郭勒盟草原的草原植被生长与气象因子的相互关系进行了研究。研究结果表明：1）NDVI变化量与气象因子之间的相关性最高的时间段为植被生长过程中NDVI增长阶段部分,这一时期草原植被的生长对气候反映最为敏感,在衰败阶段,其相关性比较弱;2）在典型草原,温度和降水与NDVI变化量的相关性随其主要植被类型的不同而不同,在以羊草（Leymus chinensis ）为主的典型草原,温度比降水的影响作用高;而在以克氏针茅（Stipa krylovii）为主的典型草原,降水的影响高于温度;在大针茅（Stipa grandis）为主的草原,两者与NDVI变化量的相关性相差不大。而在荒漠草原,降水是最主要的影响因子,同期的温度作用并不显著; 3）无论是典型草原还是荒漠草原,该地区草原植被的生长对同期的降水反应最为敏感,而非前期。而在荒漠草原以及以旱生性较强的克氏针茅为主的典型草原,温度对NDVI变化量会有较明显的时滞效应;4）在温度升高、降水基本不变的情况下,典型草原和荒漠草原 N DVI变化量对温度的响应能力都有所提高,降水的响应能力则变化不大。     

乌珠穆沁草原水热分配差异对植被的影响

利用MODIS NDVI 数据和气象站点的气温和降水资料, 运用最大值合成、一元线性分析和相关分析方法, 分别从年际变化、季节变化和月变化角度分析2000-2013 年乌珠穆沁草原植被覆盖变化及其对气温和降水变化的响应特征。结果表明, 从年际变化看, 近15 年来乌珠穆沁草原植被覆盖呈增加趋势, 其变化趋势主要受降水量的控制; 从季节变化来看, 夏季和秋季植被覆盖度呈上升趋势, 而春季呈下降趋势。春季和夏季植被覆盖变化主要受降水的影响,而秋季植被生长与气温的关系较与降水的关系密切; 从植被生长的月变化来看, NDVI 与气温的相关性小, 与降水量的相关性大。在返青期初期(4、5 月)NDVI 值随气温升高而升高, 温度有助于植被的生长, 其他时段气温对NDVI 值产生负向作用, 其中7 月份植被生长受气温的负向作用最明显; 4-6 月受当月降水量的影响明显, 7、8 月份NDVI 值与6月份降水量呈显著相关, 表明植被生长对降水变化具有一定滞后性。     

Effect of climate change over the past half century on the distribution,extent and NPP of ecosystems of Inner Mongolia

The response of natural vegetation to climate change is of global concern. In this research, changes in the spatial pattern of major terrestrial ecosystems from 1956 to 2006 in Inner Mongolia of China were analyzed with the Holdridge Life Zone (HLZ) model in a GIS environment, and net primary production (NPP) of natural vegetation was evaluated with the Synthetic model, to determine the effect of climate change on the ecosystem. The results showed that climate warming and drying strongly influenced ecosystems. Decreased precipitation and the subsequent increase in temperature and potential evapotranspiration caused a severe water deficiency, and hence decreased ecosystem productivity. Climate change also influenced the spatial distribution of HLZs. In particular, new HLZs began to appear, such as Warm temperate desert scrub in 1981 and Warm temperate thorn steppe in 2001. The relative area of desert (Cool temperate desert scrub, Warm temperate thorn steppe, Warm temperate desert scrub, Cool temperate desert and Warm temperate desert) increased by 50.2% over the last half century, whereas the relative area of forest (Boreal moist forest and Cool moist forest) decreased by 36.5%. Furthermore, the area of Cool temperate steppe has continuously decreased at a rate of 5.7% per decade; if the current rate of decrease continues, this HLZ could disappear in 173 years. The HLZs had a large shift range with the mean center of the relative life zones of desert shifting northeast, resulting a decrease in the steppe and forest area and an increase in the desert area. In general, a strong effect of climate change on ecosystems was indicated. Therefore, the important role of climate change must be integrated into rehabilitation strategies of ecosystem degradation of Inner Mongolia.     

降水时间对内蒙古温带草原地上净初级生产力的影响

全球气候变化下降水时间的改变将深刻影响草原生态系统地上净初级生产力(ANPP),而草原生态系统ANPP是区域碳循环的重要过程.利用1998-2007年的SPOT-VEG NDVI数据并结合111个样点的ANPP地面样方调查数据,获得了内蒙古温带草原1998-2007年的ANPP区域数据,依此分析了中国内蒙古温带草原以及区域内的3种植被类型(荒漠草原、典型草原、草甸草原)降水时间对ANPP的影响.研究结果表明,对于整个内蒙古温带草原来说,一个水分年内(从上一年9月份到当年地上生物量达最大值时的8月份)影响ANPP较为重要的降水月份为2-7月份,其中,5-7月份降水尤为重要.具体到每个月降水的影响,研究发现,7月份降水最重要,而仍处于生长季的8月份降水相对于其他生长季降水作用最小;影响不同草地类型最重要的降水时期存在一定差异,对荒漠草原和典型草原地区来说,ANPP达最大值前3个月(5-7月份)的生长季降水最重要,而8月份降水影响较小,而草甸草原地区8月份和非生长季的3、4月份降水最重要,但各个降水时期降水对ANPP的影响都较荒漠草原和典型草原小,大部分地区降水对ANPP的影响不显著.     

近10年来蒙古高原植被覆盖变化对气候的响应

基于东亚干旱半干旱地区内蒙古和蒙古国67个气象站的观测资料和SPOTVEGETATION归一化植被指数(NDVI)数据,借助线性趋势、MK趋势性检验、最大化合成法和相关分析等常用数理统计方法,研究了内蒙古和蒙古国地区的植被覆盖变化和气候变化及其响应关系。结果表明:①近49年内蒙古和蒙古国地区年均气温显著上升,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空间分布上,内蒙的植被覆盖状况好于蒙古国。时间变化上,该地区植被覆盖变化分为2个阶段,1998—2001年NDVI呈整体退化趋势,2002—2012年波动上升,其中2009—2012年连续3a上升。空间变化上,内蒙古境内植被退化的区域主要集中在锡林郭勒盟周边地区,蒙古国境内退化的区域分布在中西部地区。③蒙古国境内荒漠和草原植被NDVI与降水呈正相关关系,与气温呈负相关。而对于内蒙古而言荒漠和草原植被的NDVI也与降水呈正相关关系,森林植被与气温呈正相关。就政策层面:内蒙古区域近年来受国家重大生态政策退耕还林、退牧还草的影响,大部分东部和西部植被恢复较快。在今后如果增强两国的文化和政策交流学习,将会对未来的游牧民族文化的保留和发展提供契机。     

内蒙古荒漠草原防风固沙服务变化及其驱动力

荒漠化是内蒙古荒漠草原面临的最严重的生态环境问题之一,而风蚀则是造成土地退化的主要因素。采用修正风蚀方程（Revised wind erosion equation,RWEQ）定量评估了内蒙古荒漠草原2000和2017年的固沙量,并结合土地利用、降水、风速、植被覆盖度数据分析了该区域防风固沙服务的影响因素。结果表明：内蒙古荒漠草原的防风固沙服务表现出明显的空间异质性,不同土地利用类型提供的防风固沙服务有所差异,其中高覆盖度草地的固沙量相对较高。总体来说,2000年固沙量与降水、风速、植被覆盖度均为正相关,2017年固沙量与降水为负相关,与风速和植被覆盖度为正相关。2000-2017年内蒙古荒漠草原固沙物质总量增幅为53.95%,其中9.65%来源于土地利用变化区域,土地利用方式发生变化的面积占研究区总面积的5.6%。2000-2017年土地利用变化以林地的恢复、建设用地的扩张以及不同覆盖度间草地的转换为主。2000-2017年,风力因子的分布模式对防风固沙服务的空间分布变化的影响较大。总的来说,土地利用变化对内蒙古荒漠草原的防风固沙服务有一定的增强作用,防风固沙服务的空间分布在时间上的变化主要受气候因子的影响。     

Correlation analysis of Normalized Different Vegetation Index (NDVI)difference series and climate variables in the Xilingole steppe,China from 1983 to 1999

There is a crucial need in the study of global change to understand how terrestrial ecosystems respond to the climate system.It has been demonstrated by many researches that Normalized Different Vegetation Index (NDVI)time series from remotely sensed data,which provide effective information of vegetation conditions on a large scale with highly temporal resolution,have a good relation with meteorological factors.However,few of these studies have taken the cumulative property of NDVI time series into account.In this study,NDVI difference series were proposed to replace the original NDVI time series with NDVI difference series to reappraise the relationship between NDVI and meteorological factors.As a proxy of the vegetation growing process,NDVI difference represents net primary productivity of vegetation at a certain time interval under an environment controlled by certain climatic conditions and other factors.This data replacement is helpful to eliminate the cumulative effect that exist in original NDVI time series,and thus is more appropriate to understand how climate system affects vegetation growth in a short time scale.By using the correlation analysis method,we studied the relationship between NOAA/AVHRR ten-day NDVI difference series and corresponding meteorological data from 1983 to 1999 from 11 meteorological stations located in the Xilingole steppe in Inner Mongolia.The results show that:(1)meteorological factors are found to be more significantly correlation with NDVI difference at the biomass-rising phase than that at the falling phase;(2)the relationship between NDVI difference and climate variables varies with vegetation types and vegetation communities.In a typical steppe dominated by Leymus chinensis,temperature has higher correlation with NDVI difference than precipitation does,and in a typical steppe dominated by Stipa krylovii,the correlation between temperature and NDVI difference is lower than that between precipitation and NDVI difference.In a typical steppe dominated by Stipa grandis,there is no significant difference between the two correlations.Precipitation is the key factor influencing vegetation growth in a desert steppe,and temperature has poor correlation with NDVI difference;(3)the response of NDVI difference to precipitation is fast and almost simultaneous both in a typical steppe and desert steppe,however,mean temperature exhibits a time-lag effect especially in the desert steppe and some typical steppe dominated by Stipa krylovii;(4)the relationship between NDVI difference and temperature is becoming stronger with global warming.     

1961-2010年内蒙古草原植被分布和生产力变化——基于MaxEnt模型和综合模型的模拟分析

定量评估气候变化对内蒙古草原植被分布及其净第一性生产力的影响有助于理解干旱区域生态系统结构和功能对气候变化的响应。基于最大熵模型（MaxEnt）评价了气候因子的重要性,进而模拟了1961-2010年内蒙古草原植被的地理分布,同时应用综合模型模拟了净第一性生产力变化。研究表明,湿润指数（MI）、年降水量（P）、最暖月平均温度（T_w）和最冷月平均温度（T_c）是决定草原植被分布的主导气候因子。1961-2010年内蒙古草甸草原、典型草原和荒漠草原分布面积分别减少了5%、1%和62%,草原面积整体减少了11%,预示着草原向着荒漠化的方向发展。降水是决定内蒙古草原净第一性生产力变化的最重要因素。     

温度植被干旱指数在蒙古高原干旱监测中的应用

以蒙古高原为研究区,选择2000—2019年植物生长季的MODIS归一化植被指数(NDVI)和陆地表面温度(LST)构建NDVI-LST特征空间,由该特征空间计算蒙古高原温度植被干旱指数(TVDI);利用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验及Hurst指数方法分析蒙古高原TVDI的时空变化特征和未来的变化趋势,利用偏相关分析法探究气象因子与蒙古高原TVDI之间的关系。结果表明: 2000—2019年,蒙古高原TVDI以0.0001·a^-1呈增大趋势,期间,蒙古高原的干旱情况小幅加重,其中,草甸草原和典型草原干旱情况逐渐减轻,而荒漠草原和高山草地干旱情况加重。蒙古高原TVDI的Hurst指数均值为0.45,小于0.5的地区面积占比为71.5%,说明大部分地区2000—2019年的TVDI变化趋势与过去相反。中部的荒漠草原地区和东部的草甸草原地区未来干旱情况可能加重;典型草原的大部分地区以及内蒙古境内的荒漠草原未来干旱可能减轻;高山草地地区的干旱变化无法确定。蒙古高原有33.6%的地区TVDI与气温呈显著正相关,34.8%的地区TVDI与降水量呈显著负相关,其中,典型草原受气象因子的影响最显著。     

蒙古高原草原火行为的时空格局与影响因子

采用GIS空间分析方法和L3JRC遥感卫星数据,研究了2000-2007年间蒙古高原草原火行为的时空分布规律,比较了中国内蒙古自治区和蒙古人民共和国草原火行为的差异,分析了植被、气候与人文因素等对草原火行为的影响.结果表明：不同植被类型间的过火率存在极显著差异（P<0.001）,为草甸草原>典型草原>荒漠草原,蒙古人民共和国草原过火率显著高于中国内蒙古自治区(P<0.001),过火频次的分布格局与过火迹地相一致.草原火行为存在明显的年际变化特征,草甸草原(r²=-0.54,P<0.05)和典型草原（r²=-0.61,P<0.05）的年过火率与年降雨量呈负相关关系;草原火集中在降水较少、风速较大的春、秋两季.中国内蒙古自治区的人口密度和载畜密度远高于蒙古人民共和国,而过火率则相反,表明人文因素,尤其是过度放牧是导致中国内蒙古自治区和蒙古人民共和国火行为差异的主要原因.