1982-2009年东北多年冻土区植被净初级生产力动态及其对全球变化的响应

东北多年冻土区作为高纬度寒区之一,对全球变化较敏感.本文基于AVHRR和MODIS两种遥感数据源的归一化植被指数,应用CASA模型对1982-2009年东北多年冻土区植被净初级生产力（NPP）进行模拟.结果表明： 1982-2009年,东北多年冻土区年均气温、年太阳辐射总量和年日照时数显著上升,年降水量显著下降,CO₂浓度及其年增长率显著增大;植被年NPP呈显著的先增加后降低趋势,变化分异节点在1998年.研究期间,东北多年冻土区植被年均NPP总量为623 g C·m^-2,植被年NPP空间分布差异明显.降水是该区生长季植被生长的主要影响因子,植被NPP对气候变化响应的空间异质性明显.土地利用变化通过改变土地覆被状况使植被NPP发生变化,影响了植被NPP的时空分布特征.植被NPP与CO₂浓度呈显著正相关.多年冻土退化对植被NPP的影响随着各区域环境的不同而有所差异.多年冻土区植被NPP与年均地温呈显著正相关,与年最大冻土深度呈负相关.     

中国东北多年冻土区植被生长季NDVI时空变化及其对气候变化的响应

多年冻土对气候变化十分敏感,尤其是多年冻土上的植被,易受气候变化影响.东北多年冻土区位于北半球中、高纬度地区,是我国第二大多年冻土区,同时也是欧亚大陆多年冻土带的南缘.本文基于1981—2014年LTDR和MODIS 两种数据集对东北多年冻土区植被生长季归一化植被指数(NDVI)时空变化特征进行分析,同时结合气象数据,分析植被对气候变化的响应.结果表明: 研究期间,东北多年冻土区植被生长季平均NDVI呈显著增加趋势,年增加0.0036.空间逐像元NDVI变化趋势具有明显的空间异质性. 研究区80.6%区域的植被NDVI具有显著增加趋势(P<0.05),7.7%的区域呈显著减少趋势(P<0.05).不同类型多年冻土区的植被NDVI增加强度不同,依次为连续多年冻土区>不连续多年冻土区>稀疏岛状多年冻土区>季节冻土区,NDVI增加趋势最大值(>0.004)所占的面积比例依次为连续多年冻土区>不连续多年冻土区>稀疏岛状多年冻土区>季节冻土区.多年冻土全区尺度下,植被生长季NDVI与平均气温呈显著正相关关系(r=0.79,P<0.01),与降水呈较弱的负相关,表明气温是东北多年冻土区植被生长的主控因子.研究区的多年冻土退化对植被生长起到积极的促进作用,尤其是在连续多年冻土区和不连续多年冻土区,植被NDVI增加强度更为剧烈.尽管增加的地表温度可以加快植被生长、增加植被覆盖,但长期来看,多年冻土退化甚至消失会阻碍植被生长.     

2000—2019年宁夏植被净初级生产力时空变化及其驱动因素

宁夏是我国重要的农牧交错区,开展该地区植被净初级生产力(NPP)时空变化及其驱动因素研究对于认知该地区NPP变化趋势及主导因素、揭示其植被恢复状况及成因具有重要作用。本研究基于MODIS NPP数据,利用Theil-Sen Median趋势分析、相关分析、叠加分析等方法分析宁夏植被NPP的时空变化及驱动因素。结果表明: 2000—2019年,宁夏植被NPP总体呈波动上升趋势,其线性增长速度为5.46 g C·m^-2·a^-1。研究区植被NPP在空间上呈现两高两低的分布特征,以南部山区最高,其次为引黄灌区,中部干旱带丘陵区和贺兰山一带最低。研究区84.2%的植被NPP处于显著恢复中,主要分布在中部及南部山区丘陵地,植被NPP随海拔变化显著,受地形影响明显。宁夏植被NPP重心总体向正南方向移动,南部植被NPP的增量和增速大于北部。宁夏地区年降水量呈增加趋势,年均温微弱降低,植被NPP主要受降水量的显著影响(R²=0.291),年均温与植被NPP相关性不显著。研究区96.9%的区域处于植被恢复状态,受气候变化和人类活动共同促进。     

秦巴山区近15年植被NPP时空演变特征及自然与人为因子解析

植被NPP作为衡量陆地生态系统的关键指标和地表碳循环的重要组成部分,能够合理地评价生态系统变化及其可持续性。基于MOD17A3数据,借助GIS空间分析、相关性分析及地理探测器模型等方法,探讨了2000—2014年秦巴山区NPP时空格局及演变特征,并对影响NPP的自然和人为因子进行量化研究。结果表明:(1)秦巴山区近15年NPP总量整体呈波动增加趋势,增速0.65TgC a~(-1),单位面积NPP均值为493.09gC m~(-2) a~(-1),呈"西高东低"空间特征,地域差异明显;(2)不同植被类型的NPP总量存在差异,阔叶林和栽培植被是对秦巴山区生态系统最具贡献的植被类型;(3)NPP随高程、坡度均呈阶段性变化特征,其中坡度影响NPP变化的幅度弱于高程,NPP与降雨、气温、实际蒸散量均呈显著正相关关系;(4)自然因子对NPP贡献率存在显著差异(P0.01),依次排序为:实际蒸散量降雨气温高程坡度,且研究区NPP受多种自然因子的交互影响;(5)人为因子对NPP的影响表现为土地利用类型变化造成NPP总量的损益,可分为还林还草的积极效应及城市发展和人类破坏等的消极效应。     

西辽河流域植被NPP时空分布特征及其影响因素研究

为研究西辽河流域植被生长特征及受气候变化的影响,该文以2000年—2015年MOD17A3的年均植被净初级生产力(NPP)数据、植被类型数据、土壤类型数据以及气温、降水资料为基础,利用GIS和RS技术,分析了西辽河流域植被净初级生产力时空格局、演变特征及驱动因子。结果表明:(1)西辽河流域近16年来植被NPP总量呈波动增加的趋势,变化范围为156.89～260.90 g C·m^-2·a^-1,平均值为219.76 g C·m^-2·a^-1,空间分布呈“边缘高、中间低”的特征; 植被NPP变化斜率为-16.53～16.65,95.74%的区域NPP呈增加趋势。(2)不同植被类型的NPP总量大小排序为草原>栽培植被>阔叶林>灌丛>草甸>针叶林; 西辽河流域固碳的植被类型主要是草原、栽培植被以及阔叶林,固碳能力较强的为针叶林。(3)生长在棕壤、褐土和潮土的植被年均NPP较高,生长在栗钙土和风沙土的植被年均NPP较低。(4)16年间植被NPP增长主要受降雨影响。气候暖-湿化及生态建设工程的实施,促进了西辽河流域植被的生长。以上研究结果为后期流域生态环境治理提供了科学依据及数据支持。     

广西植被净初级生产力(NPP)时空演变及主要影响因素分析

利用2001-2010年EOS/MODIS17A3卫星遥感资料,对广西植被净初级生产力(NPP)时空特征及其影响因素进行分析.结果表明：(1)NPP 表现出明显的年际变化,2005年植被年均 NPP 最小为625 gC??m-2??a-1,2003年最大,为714 gC??m-2??a-1,十年间广西植被年NPP平均值为662 gC??m-2??a-1;(2)不同植被类型NPP有较大差异,森林、灌木、农作物的NPP 平均值分别为834、614、517 gC??m-2??a-1;(3)十年间广西区年均NPP为显著下降趋势,且年均气温和降水对NPP时间变化作用显著,而日照时数对 NPP 时间变化的作用不显著;(4)广西区NPP空间格局形成主要影响因素为坡度,其次为经度,再次为地貌特征、纬度和降水;(5)非喀斯特区域北热带季雨林、南亚热带季雨林化/季雨化常绿阔叶林年均 NPP 大于喀斯特地区,相反,喀斯特地区中亚热带常绿阔叶林,农作物年均NPP大于非喀斯特地区.整体而言,广西非喀斯特地区植被NPP为683 gC??m-2??a-1,喀斯特地区植被NPP为620 gC??m-2??a-1.     

2001-2010年内蒙古植被净初级生产力的时空格局及其与气候的关系

利用MODIS NDVI数据、气象数据和植被分类数据,基于改进的光能利用率模型CASA模型对2001-2010年内蒙古不同植被类型净初级生产力(NPP)进行估算,并分析其时空分布特征及对气候因子的响应.结果表明:(1)10年间内蒙古植被年NPP的平均值为340.0 gCm-2a-1,且空间分布呈明显的经度地带性,由西向东的变化速率为每10度增加200.5 gCm-2a-1;(2)不同植被类型NPP有较大差异,森林、草地、农田和荒漠植被的NPP平均值分别为521.9、270.3、405.7和85.3 gCm-2a-1;(3)10年间内蒙古植被NPP总量的平均值为322.7 TgCa-1,波动范围为276.8-354.4 TgCa-1.从NPP年际变化的空间分布来看,阿拉善沙漠、毛乌素沙地西部、河套平原以北地区、浑善达克沙地东西缘和呼伦贝尔平原西北部植被的NPP呈极显著上升,而内蒙古中部的草地植被NPP呈极显著下降;(4)不同植被类型NPP对气候因子的敏感性有较大差异.森林植被NPP主要受温度的限制,而农田、草地和荒漠植被NPP主要受降水量控制.     

疏勒河流域土地利用变化对净初级生产力的影响

研究区域土地利用变化对植被净初级生产力(NPP)的影响, 对厘清植被的生长状况及其和土地利用变化的关系, 以及维持区域生态环境可持续发展具有重要意义。以中国西北干旱区疏勒河流域为例, 基于土地利用数据和CASA模型计算的2001—2015年植被NPP数据, 分析了疏勒河流域NPP的时空变化特征, 探讨土地利用变化对植被NPP的影响。结果如下: 2001—2015年, 疏勒河流域NPP年总值整体上呈上升的趋势。NPP增加的区域占总面积的84.29%,上游山区和中下游绿洲区增加的最显著。NPP减少的区域占总面积的15.71%,主要分布于北部的肃北、敦煌的西部和南部及中下游绿洲的南北两侧。15年间土地利用的面积变化对NPP贡献率空间差异显著, 但总体上对NPP总量增加起到促进作用, 且耕地面积的变化对NPP总量的贡献率最大。     

土地利用变化对三峡库区重庆段植被净初级生产力的影响

研究土地利用变化对区域植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)的影响对于明确区域植被固碳能力与土地利用变化的关系,以及维持生态系统结构稳定具有重要意义。以三峡库区重庆段为例,基于2000—2015年MOD17A3数据和土地利用数据,分析研究区NPP时空分布特征并从景观生态学的角度探讨土地利用变化对区域植被NPP的影响。研究表明:(1)NPP年均值16年间波动不大,空间分布上从东到西逐渐减少;(2)研究期内林地面积增加,耕地和草地面积减小,而NPP总量从25.6 TgC增加到了28.5 TgC,其中耕地NPP约占总量的44%,林地次之(40%),草地最少(14%),2000—2005年、2005—2010年、2010—2015年土地利用变化对NPP变化的贡献率分别为26.49%、59.76%、17.27%;(3)区域生态景观指数中的香农多样性指数SHDI、斑块密度PD与NPP呈正相关,而聚合度AI与NPP呈负相关,景观格局类型和景观格局变化均影响区域植被NPP的增长。要提高区域植被NPP,需优化土地利用格局,增加景观异质性和斑块密度,重视培育幼龄林,并控制成熟林的数量。     

基于IBIS模型的东北森林净第一性生产力模拟

集成生物圈模型(the integrated biosphere simulator, IBIS)作为目前最复杂的基于动态植被模型的陆面生物模型之一,已经成为模拟大尺度(全球区域)的植被地理分布、净第一性生产力和碳平衡以及预测气候变化对陆地生态系统潜在影响的有效工具.应用IBIS模型对2004～2005年大小兴安岭的植被净第一性生产力(net primary productivity, NPP)进行了定量估算,模拟与研究了大小兴安岭森林生态系统植被NPP的空间分布格局以及不同植被类型的NPP季节变化特征,结果表明:大小兴安岭森林植被年均NPP值为494.7 gCm-2 · a-1,年吸收0.06Pg的大气碳.研究区年均NPP的空间分布主要受热量条件的影响,大兴安岭地区基本上呈现出由北向南增加的趋势,小兴安岭地区除单位面积年均NPP大于1.1kgCm-2 · a-1在小兴安岭北部孙吴和逊克地区分布外,基本上呈现出均匀分布的趋势.加强基础数据研究的同时如何根据中国的实际合理确定模型参数,使模型在我国典型生态系统中应用是值得进一步研究的.     

阴山北麓农牧交错带植被变化及其对气候变化的响应

利用1982—2003年8kmNASA/GIMMS半月合成的植被指数(NDVI)数据和同期气候数据,分析了阴山北麓地区农牧交错带的NDVI年平均值、年累积值距平的动态变化以及NDVI年平均值与年平均温度和年降水的时间序列相关关系。结果表明:1982—2003年NDVI年平均值呈现逐渐增高趋势,1990年以后的NDVI年平均值明显高于以前;NDVI在空间变化上表现为牧业区<农牧区<农业区,说明农业区NDVI受气候的影响程度较牧业区和农牧区弱;研究区温度对植被指数的影响没有明显的规律性,但降水与植被指数呈正相关,降水的多寡决定了植被的生长状况。     

陕西吴起植被动态及其与气候变化的关系

使用归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)资料,分析了陕西省吴起县1982-2003年NDVI的演变情况及其与气候变化的关系。结果表明,22年来植被覆盖状况尽管有波动起伏,但整体在持续转好,表现在低覆盖率植被面积在减少,高覆盖率植被面积在增加;年平均NDVI与降水量呈正相关,植被覆盖的改善有利于减小风速;从季节平均值来看,春季降水量与夏季NDVI、夏季降水量与秋季NDVI的相关性均极显著(P<0.01),并且夏秋两季的降水量与年NDVI相关性也显著,说明降水量是影响吴起县植被分布状况的关键性因子;春夏季蒸发量与夏季的NDVI均呈极显著的负相关(P<0.01);春夏季相对湿度与夏季的NDVI呈极显著的正相关(P<0.01),冬季相对湿度与冬季的NDVI呈极显著的负相关(P<0.01)。     

秦岭山地植被净初级生产力及对气候变化的响应

基于1999~2009年的NDVI数据和气象数据,利用CASA模型对秦岭山地植被净初级生产力（Net primary productivity,NPP）进行模拟估算,并分析了秦岭NPP的时空变化特征及其对气候变化的响应。结果表明：1999~2009年11年间秦岭山地的平均年NPP为542.24 gC·m^-2·a^-1;研究期内秦岭NPP呈显著增长趋势（P<0.01）,2008年最高（718.77 gC·m^-2·a^-1）,2001年最低（471.78 gC·m^-2·a^-1）;四季对全年NPP的贡献率大小依次为夏季（49.90%）>春季（26.16%）>秋季（18.87%）>冬季（5.07%）;月NPP与温度和降水都显著相关,但与温度的相关性更高,月水平上温度对NPP的影响比降水大;生长季期间NPP与温度和降水的相关性在空间分布上都以正相关为主。     

内蒙古草原区植被净初级生产力及其与气候的关系

利用NOAA/AVHRR GIMMSNDVI数据、土地覆盖分类数据、气象数据等,基于改进的基于光能利用率的净初级生产力(Net Primary productivity,NPP)遥感估算模型对内蒙古草原区1982-2006年的NPP进行估算,并分别以年、季节和月为时间单位,计算基于像元的NPP与降水、温度之间的相关及偏相关系数,分析不同时间单位及尺度上NPP与气候的关系。结果表明,1982-2006年内蒙古草原区NPP总量呈波动增加的趋势,平均增加值为0.861Mt C/a。以年为时间单位,内蒙古草原区年NPP与降水的关系比较明显。以季节为时间单位,年际春季和夏季NPP与降水的关系比较明显,秋季二者关系相对较弱,春季和秋季NPP与温度的相关系数和偏相关系数空间格局比较一致,且相关性明显高于夏季。以月为时间单位的相关水平明显高于年际水平,多年平均年内月NPP与降水、温度的相关程度明显增强,除去降水的影响,月均温对NPP的影响明显下降,且空间格局也有明显的变化,说明以月为时间单位在年内尺度上降水对植被生长的影响比温度要大。而以4、7、10月份为例,在年际尺度上,虽然各月份NPP均受降水的影响较大,但与降水关系最为密切的是4月份和10月份NPP,与之相比,7月份NPP与温度的关系明显高于其他两月。     

基于CASA模型的内蒙古典型草原植被净初级生产力动态模拟

 植被净初级生产力及其对气候变化的响应研究是全球变化的核心内容之一。在利用内蒙古典型草原连续13年的地上生物量资料对基于遥感信息的生态系统碳循环过程CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型验证的基础上, 分析了内蒙古典型草原1982~2002年植被净初级生产力(Net primary productivity, NPP)的时间变异及其影响因子。结果表明: 1) 1982~2002年21年间内蒙古典型草原的平均年NPP为290.23 g C·m^–2·a^–1, 变化范围为 145.80~502.84 g C·m^–2·a^–1; 2)内蒙古典型草原NPP呈增加趋势, 但没有达到显著性水平, 其中1982~1999年的18年间NPP呈现非常显著的增加趋势(p<0.01), NPP增加的直接原因是由于生长旺季生长本身增强所致; 3)内蒙古典型草原NPP与年降水量呈极显著的相关关系, 年降水量显著影响NPP的变异, 而NPP与年均温无显著相关关系。     

Assessing the Response of Seasonal Variation of Net Primary Productivity to Climate Using Remote Sensing Data and Geographic Information System Techniques in Xinjiang

Net pdmary productivity (NPP) is a key component of energy and matter transformation in the terrestrial ecosystem, and the responses of NPP to global change locally and regionally have been one of the most important aspects in climate-vegetation relationship studies. In order to isolate causal climatic factors, it is very important to assess the response of seasonal variation of NPP to climate. In this paper, NPP in Xinjiang was estimated by NOAA/AVHRR Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) data and geographic information system (GIS) techniques. The impact of climatic factors (air temperature, precipitation and sunshine percentage) on seasonal variations of NPP was studied by time lag and serial correlation ageing analysis. The results showed that the NPP for different land cover types have a similar correlation with any one of the three climatic factors, and precipitation is the major climatic factor influencing the seasonal variation of NPP in Xinjiang. It was found that the positive correlation at 0 lag appeared between NPP and precipitation and the serial correlation ageing was 0 d in most areas of Xinjiang, which indicated that the response of NPP to precipitation was immediate. However, NPP of different land cover types showed significant positive correlation at 2 month lag with air temperature, and the impact of which could persist 1 month as a whole. No correlation was found between NPP and sunshine percentage.     

近60年气候变化对天童地区常绿阔叶林净初级生产力的影响

基于天童地区1954-2009年日序列气象数据,采用周广胜NPP模型,研究了天童地区近60年气候变化规律及其对常绿阔叶林NPP的影响,结果表明:1)近60年,天童地区月平均气温、降雨量和月参考蒸散量(ET0)在7、8月份明显增加,年平均气温、降雨量和ET0增加趋势十分显著(P<0.001);2)天童地区常绿阔叶林56年NPP的平均值为12.196t.hm-2.a-1,近60年升高趋势极为显著(P<0.0001);3)未来温度升高2℃,降水量增加20%的情景下,该地区常绿阔叶林的NPP将升高15.9%。未来温度升高2℃,降水量减少20%的情景下,NPP将降低4.9%。未来温度升高2℃,降水量不变的情景下,NPP将增加5.5%;4)年降雨量、ET0年均值和年平均气温是影响NPP变化的主要因子。     

Dynamic Modelling of Northeast China Transect Responses to Global Change-A Regional Vegetation Model Driven by Remote Sensing Information

A remote sensing driven dynamic simulation model was developed for terrestrial ecosystems. The model was encoded in C language under the environment of SPAMOD, a spatial simulation tool developed under MS Windows. The model was applied to Northeast China Transect to simulate the dynamics of green and non-green biomass of 12 vegetation categories as well as soil water of 3 layers. The green biomass was converted to normalized difference vegetation index (NDVI) of AVHRR remote sensing, and compared with the observed NDVI from 1986 to 1990. The model was also compared with ground measurements of biomass and productivity along the transect. Ambient CO2 concentration, monthly mean air temperature and monthly precipitation were regarded as the three basic driving variables for global change study. The model also included the effects of temperature and precipitation on sunshine fracti6n, relative humidity, radiation, soil water and eventually plant growth. For each CO2 and climatic scenario, the model was run for an equilibrium solution. The results indicated that the natural vegetation of the transect was very sensitive to variation of temperature and CO2 concentration. With CO2 remained unchanged and temperature increased by 4 CE, the induced increase in evapotranspiration could reduce the average biomass and net primary productivity (NPP) over the whole transect by 32.1% and 41.9 % respectively. In contrast, a 20 % increase in precipitation alone could lead to an increase of the average biomass and NPP by 8.1% and 13.4% respectively. Under the present climatic conditions, CO2 doubling could increase the average biomass and NPP by 12.2% and 17.1% respectively. Because of compensation between the positive effects of CO2 and precipitation increase and the negative effect of temperature increase, a comprehensive interaction among CO2 doubling, a 20% increase of precipitation and a 4 ℃ increase of temperature altogether can lead to approximately a 2% reduction in the biomass and NPP of the natural vegetation over the whole transect.