水热积指数的估算及其在中国植被与气候关系研究中的应用

试图利用大气年平均气温、年降水量、可能蒸散和土壤水分平衡之间的关系建立一个水热积指数,并应用年平均气温、年土壤水分盈亏值和水热积指数三个气候变量来限定植物群落组合,构成一个圆形的生命-气候图式。根据全国689个标准气象台站的气候资料,计算了中国8个植被地带和26个亚地带的年平均气温、年土壤水分盈亏和水热积指数,绘制了各气候指标在中国的分布图及散点图,较好表现了中国各植被类型与气候指标的关系和格局,包括寒温带针叶林、冷温带针阔叶混交林、暖温带落叶阔叶林、亚热带常绿阔叶林、热带雨林和季雨林、温带草原、温带荒漠、青藏高原高寒植被,并得到了中国各植被地带的气候指标范围及界限。通过分析可以看出,年平均气温的等值线较好地反映了中国大陆的热量梯度,经度和纬度方向的区分均较明显;年土壤水分盈亏曲线的等值线则比较零乱;综合了热量和水分差异的水热积指数等值线与热量梯度和水分梯度均有一定的对应性,与植被类型的对应也较好。这是在宏观尺度上进行的植被与气候关系研究的一种尝试。     

青藏高原植被样带地上部分生物量的分布格局（英文）

 实测了青藏高原植被样带22个地区不同植被类型的地上部分生物量并进行了格局分析。对于未受人为干扰的以常绿阔叶林为基带的亚高山天然植被,随着海拔升高,地上生物量呈递增趋势,在一定海拔高度达最大,海拔继续升高地上生物量则迅速下降。这一垂直分异规律在一定程度上反映了全球地带性森林植被最大生物量分布的纬向分异性。基于Weber定律的回归分析表明,地上生物量与水热因子的相关关系可用Logistic函数拟合,1月平均气温、7月平均气温、年平均气温、年降水量及其组合因子可解释高原植被样带地上生物量变化的28%～53%,其中年降水量及其同年平均气温的组合与地上生物量的相关性最高（R2为0.46～0.53,p<0.001）。但是,年降水量和平均气温的变化不足以解释西藏色齐拉山暗针叶林具有最高的地上生物量。我们认为,自然植被地上部分生物量的分布格局受到更为复杂的气候因子的制约,例如太阳辐射、湿度、风、水分和能量平衡等。     

2001—2010年黄河流域生态系统植被净第一性生产力变化及气候因素驱动分析

基于MODIS-NDVI遥感数据,利用CASA模型分析黄河流域2001—2010年植被净第一性生产力（NPP）的空间分布格局,并结合同期气温和降水量数据,分别从不同空间和时间尺度上分析了黄河流域6种生态系统类型区域植被NPP的变化趋势,并对其与气候因素的相关关系进行分析.结果表明： 植被NPP空间分布呈西北低、东南高的分布特征,平均NPP年总量为108.53 Tg C,植被NPP的分布与生态系统类型呈现较高的相关性;2001—2010年,植被NPP总体呈上升趋势但波动较大,55.4%的面积呈现增加趋势,不同生态系统类型区域呈现不同的变化趋势;在年际水平上,黄河流域植被NPP变化与气候因素没有显著相关性,但在月际水平上呈现了较高的相关性,降水量和气温对植被NPP变化的影响作用相当;不同生态系统类型对气候因素呈现不同的相关性质以及时滞效应,草地对降水量的响应存在一定程度的时滞效应,荒漠对气温存在时滞效应.     

近30年河北大海陀自然保护区山地草甸植被(NDVI)变化及其对气候的响应

河北大海陀自然保护区地处我国暖温带落叶阔叶林区,草甸植被多处于山地顶部,对外界干扰敏感。为了研究该地区的草甸植被变化以及其对气候变化的响应,收集了该地区近30年的TM遥感影像资料,1980—2015年的气候数据,包括年平均气温、7月份平均气温、1月份平均气温、年降水量、6—8月平均降水量等多个气候指标,以及大海陀自然保护区及其周边地区的地形数据等,用滑动平均法、M-K检验法、相关分析法及偏相关分析法等方法分析了大海陀自然保护区草甸植被NDVI及其与气候响应。结果表明:(1)近30年来,大海陀自然保护区草甸植被NDVI呈先上升后下降的趋势,在2004年NDVI达到最高,随后逐渐下降。(2)大海陀自然保护区草甸区域的年降水量变化整体表现为波动循环的趋势,总体略有上升,但没有达到显著水平;年均温变化表现为上升趋势,且达到了极显著水平,该地区的气温上升趋势主要由以1月为主的冬季温度升高而引起。(3)草甸植被NDVI与年均温成显著的负相关关系,与年降水量的关系不明显。     

中国生物多样性的生态地理区划

生态地理区划是生物多样性研究的空间分异基础。以国际上的生态地区划原则为依据,采用多无分析与地理信息系统等手段,利用各种生态地理因子,包括气候指标如与植物耐寒性有关的绝对是低温度、最冷月平均气温、最冷月日平均温度的最在值和最值;与需热性有产的植物生长季积温;年降水量的季节分配,最冷月降水、最热月降水、年降水量、年降水的统计标准差和变异系数（年变率;植被指标如植被类型、植被区划类型、植物被的净第一生产     

黄土高原半干旱区云雾山封禁草原30年植被恢复对气候变化的响应

植被是区域气候与环境的综合反映,研究特定地区草地植被与气候变化的关系,寻找影响植被变化的关键因子,是植被重建和生态环境恢复的前提。利用1957-2008年的气候数据和1982-2008年的植被定位监测资料,分析了黄土高原半干旱区的宁夏云雾山植被动态变化规律及其与温度和降水的关系。结果表明:51a来,该区年平均温度明显升高,而年平均降水量总体呈减少趋势,显示黄土高原地区气候暖干化趋势明显。统计分析表明,研究区年平均温度对植被的重要值年际变化有极显著影响(P0.01),而年降水量与植被的重要值呈极显著正相关(P0.01),表明气候持续干旱化对该区植被的生长有较大影响,该区降水的多寡是直接影响植被生长优劣的决定性因子,改善区域水分状况和封禁是推进植被恢复与重建的主要措施。     

陕北长城沿线风沙区植被指数变化及其与气候的关系

陕北长城沿线风沙区位于毛乌素沙漠东南部边沿,属毛乌素沙地向东南移动的最活跃地段,生态环境十分脆弱。使用1981～2003年23a长时间序列的NOAA/AHRR NDVI数据、气候资料,分析了陕北长城沿线风沙区植被覆盖的历史演变及其与气候因子的关系。结果表明:(1)陕北长城沿线风沙区植被覆盖状况23a来尽管有波动起伏,但是整体在持续转好,年平均NDVI增加了10.62%。低覆盖率植被面积在减少,高覆盖率植被面积在增加。夏季的NDVI值最高、波动起伏最大,其次是秋季;春、夏、秋三季的NDVI具有明显的上升趋势,季平均NDVI年增长率夏季最大,秋季次之;夏、秋季NDVI与年NDVI具有很高的相关性,这两个季节的植被状况基本决定了全年的植被分布状况。NDVI年变化曲线为单峰型,春季NDVI缓慢增加,秋季NDVI降低速度比较快。(2)年平均NDVI与温度的年际变化相关不明显,各季节NDVI与温度相关也不明显。近年来长城沿线风沙区的年降水量没有明显增加,而年平均NDVI线性增加趋势显著,降水量是引起NDVI年际波动的主要因子,非气候因素是年平均NDVI线性增加的主要原因。降水量与NDVI存在着明显的年相关和隔季相关。年降水量与年NDVI的相关,冬季降水量与春季NDVI的相关,春季降水量与夏季NDVI的相关,夏季降水量与秋季NDVI的相关性都非常高。(3)非气候因素中生态保护和环境建设等人为措施,如植树造林、草原围栏封育等是导致植被显著增加的重要原因。     

基于稠密Landsat数据的邛崃山大熊猫栖息地植被变化研究

深入理解大熊猫栖息地植被变化过程及其驱动力, 是开展大熊猫栖息地保护和管理的重要基础。该研究利用1986- 2018年所有可用的Landsat TM/ETM/OLI影像构建长时间序列归一化植被指数(NDVI), 采用BFAST (Breaks For Additive Seasonal and Trend)方法实现大熊猫栖息地植被变化历史检测, 从植被累积突变、累积渐变和总变化3个指标揭示植被变化空间分布特征; 运用地理探测模型定量评价不同因子(年降水量、年平均气温、高程、坡度、坡向、与河流距离、土壤类型、土地覆盖类型、与道路的距离、与工程扰动区距离)对3种植被变化空间分布的影响。结果表明: 1)研究区内植被突变面积比例为9.13%, 主要分布于栖息地东部边界附近, 2011和2013年植被突变面积较大; 2)植被累积突变表现为退化面积占植被累积突变面积的40.17%, 植被累积渐变和总变化表明研究区植被呈现改善趋势, 改善面积比例分别占研究区的94.58%和97.02%; 3) 3种植被变化的空间分布主要受年降水量、年平均气温、高程、土壤类型4种因子的影响, 植被累积突变、累积渐变和总变化空间分布的最强解释因子分别为年降水量、高程和土壤类型, 驱动因子之间的交互作用为相互增强、非线性增强关系。     

天山中段主要植被类型中种群的空间分布格局与环境的关系

 用生物地理统计学的空间相关图及空间相关指数方法研究了天山中段主要植被类型中种群的空间分布格局及其影响种群空间分布格局的主要环境因子。主要考虑了山地荒漠、亚高山草甸和高山草甸3种植被类型,以及30年平均降水量和月平均气温、海拔、土壤pH值和有机质含量等9种环境及气象因子。结果表明：影响天山北坡荒漠植物种群空间分布格局的主要因子是海拔。结果表明：影响天山越高分布越少,而7月平均温度越高分布越广;影响南坡荒漠优势物种空间分布的因子较复杂,但土壤中N含量是其中一个重要因子。影响亚高山草甸优势种群空间分布的因子较多,但比较重要的因子包括土壤CaCO3含量及1月平均温度为负面因子,而降水量是比较重要的正影响因子;影响高山草甸优势种群空间分布的主要因子虽然很多,但是降水量、1月平均温度和7月平均温度等是主要影响因子。     

中国种子植物物种多样性的大尺度分布格局及其气候解释

物种多样性分布格局的研究对于生物多样性的保护具有重要意义.为了解中国种子植物物种多样性的空间分布格局,本研究利用大尺度的物种分布数据,结合GIS和统计分析方法,探讨了中国种子植物物种多样性的大尺度分布格局及其与气候的关系.结果表明,中国种子植物的物种丰富度和物种密度存在较大的空间变异.从南到北,物种密度呈显著递减趋势,而物种丰富度的递减趋势不够明显.面积、年平均温度、年平均降水量和无霜期对物种丰富度、物种密度分布格局均无显著影响.温度年较差、最冷月均温、年平均温度和年平均降水量的空间分异对物种丰富度的分布格局均有显著影响;温度年较差、最冷月均温和单位面积的年平均温度、年平均降水量的空间分异均显著影响物种密度的分布格局.温度年较差在一定程度上决定了物种丰富度与物种密度的总体分布格局,而年平均温度以及单位面积的年平均温度空间分异对上述格局的解释率则相对较低.在大尺度的物种多样性格局及其气候解释的相关研究中,气候因子的空间变异和季节性分异相对表示气候总体水平的年平均温度和年平均降水量而言,可能更值得关注.     

锡林河流域草原群落植物多样性和初级生产力沿水热梯度变化的样带研究

 用样带法研究了草原群落植物多样性和初级生产力沿海拔和水分梯度的变化,结果表明;在样带梯度上,物种丰富度、多样性和群落初级生产力与海拔高度、年降水量和土壤有机C及全N含量呈正相关,而与年平均气温和干燥度呈负相关。随着海拔高度的降低,降水量的减少,热量和干燥度的增加,以及土壤有机C和全N含量的降低,草原群落的物种丰富度、多样性和初级生产力逐渐降低。典型相关分析的结果揭示出,土壤有机C含量和干燥度是对草原群落物种丰富度和初级生产力具有更大的影响。同时,草地的利用方式和强度对群落植物多样性和生产力也具有较强的影响。     

内蒙古草地样带植物群落生物量的梯度研究

 采用样带法对内蒙古草地植物群落生物量沿水热梯度的变化特征进行了研究,并对几种回归方法进行了比较。一元回归结果表明：在本样带的限定范围内,生物量与年均温、≥ 0 ℃年积温、≥10 ℃年积温、年实际日照总时数等热量因子呈负相关（年均温的相关性最高）,而与年降水量、年均相对湿度等水分因子呈正相关（年均相对湿度的相关性最高）,其中年均温和年均相对湿度对生物量的影响最为显著,二者对生物量的空间变异起着互为消长的作用,而海拔高度的影响则不显著。多元回归结果表明,作为半干旱区植物生长的主要限制因子,年降水量在大尺度上对生物量产生影响的途径更为复杂,但其作用不可低估。生物量和地下地上生物量比值会因不同的气候区、不同的植被类型和物种组成,对环境因子的响应程度不同,在经向、纬向和草地类型梯度上的变化特征也不同。水热的配比关系要比单一的水分和温度与植物的生长具有更紧密的关系,地下地上生物量比随着水热配比关系的变化也会呈现出不同的变化规律,其驱动因子并不一定始终都是降水。也许可以认为：半干旱/干旱的划分界限是本研究所涉及的草地样带上生物量和地下地上生物量比值沿草地类型梯度变化的一个转折界限,在此界限前后,气候对生物量的主导因素和生物量对此关键因子的响应程度都有所变化。     

中国旱区样带尺度植物多样性和生产力与环境因子的关系

旱区植物多样性、生产力与环境因子的关系是旱区生态学研究的重要课题,对于揭示该地区植被的环境适应机制有重要的参考价值。基于中国旱区东西样带的系统采样和原位调查,定量分析了各影响因素对旱区植物多样性和生产力变化的解释作用,阐明了旱区群落生产力的调控机制。结果表明：(1)旱区群落性状加权值与地上生物量间的关系(R²=0.46)相较于Shannon-Wiener指数与地上生物量的关系(R²=0.21)更为紧密。(2)旱区群落Shannon-Wiener指数、群落性状加权值、地上生物量与年均降水量、土壤有机碳含量、土壤总氮含量线性正相关,与土壤总磷含量无显著相关性;Shannon-Wiener指数、群落性状加权值与年均气温线性负相关,地上生物量与年均气温无显著相关性。(3)年均降水量对旱区群落性状加权值的解释率为40.9%,两者为正相关关系;年均气温对Shannon-Wiener指数的解释率为28.3%,两者为负相关关系。(4)群落性状加权值对地上生物量的直接路径显著,年均降雨量、年均气温和土壤有机碳通过群落性状加权值间接影响地上生物量。     

中国嵩草属植物丰富度与气候要素的关系

通过收集文献确定了中国嵩草属植物的分布信息,并分析了嵩草属植物丰富度与气候要素的关系.结果表明:嵩草属植物丰富度在中国的云南、四川和西藏交界处及青海东南部和喜马拉雅山区较高,在＜40° N、85°-105° E、海拔2500 m以上范围、或热量要素较低、降水量及干燥湿润度(或日照时数)中等范围的分布密度和丰富度范围较大;丰富度与7月平均、最高和最低气温及夏季气温呈显著负相关关系(P＜0.05),与温暖指数、年生物学温度、极端最高气温、夏季气温以及7月平均、最高和最低气温等值线的对应关系较好.嵩草属植物丰富度与气候要素多元回归模型中,7月最高气温和春季降水量对丰富度影响显著,7月最高气温的影响最大(P＜0.05);逐步回归模型中,7月平均、年均最高和极端最高气温的影响较大(P＜0.05);主分量回归模型中,极端最高、7月和夏季气温、Thornthwaite干燥度指数和4-10月日照时数、夏秋季和年降水量的影响较大.嵩草属植物丰富度主要受生长季气温、降水量和日照时数以及极端最高气温、年降水量和土壤水分的共同影响.     

藏北牧区地表湿润状况对气候变化的响应

利用1961～2006年藏北牧区6个站月平均最高气温、最低气温、降水量、风速、相对湿度、日照时数资料,应用Penman-Monteith模型计算得出潜在蒸散,分析了地表湿润指数的变化趋势、年代际变化特征及季节差异,并讨论了影响地表湿润指数的气象因子.研究表明:近46a藏北牧区年地表湿润指数呈现增大趋势,增幅0.01～0.05/10a;四季地表湿润指数大部分牧区也呈增大趋势,春、秋季增幅明显.近26a(1981～2006年)、季潜在蒸散表现为明显的减少趋势,降水量显现增多趋势,地表湿润指数增大趋势加大,以夏季最为突出.就年平均而言,藏北牧区20世纪60年代初、中期以高湿低温为其主要气候特征;20世纪60年代后期至80年代中期,表现为冷干型的气候特征;90年代初之后,气温持续升高,地表湿润指数显著增加,呈现以暖湿为主的年代际变化特征.湿润指数对降水量、相对湿度和气温日较差的响应最为敏感,而对日照时数和风速的响应也较为明显.     

中国兜兰属宽瓣亚属植物地理分布格局及其主导气候因子

为明确兜兰属宽瓣亚属(Paphiopedilum Subgen. Brachypetalum)植物在中国的自然地理分布格局及其主导气候因子,该研究以7种宽瓣亚属植物为研究对象并利用ArcGIS技术提取其在中国194个地理分布点的气候数据, 采用描述性统计分析宽瓣亚属植物在中国分布区的气候特点, 采用逐步回归拟合各气候因子与其经纬度分布的线性关系, 最后通过冗余分析(RDA)和蒙特卡洛(Monte-Carlo)检验量化各气候因子对宽瓣亚属植物地理分布的贡献率。结果表明: (1)宽瓣亚属植物在中国主要分布于滇东南、黔西南、黔南、黔东北、滇西北、桂北与黔南交界处以及桂西北至桂西南地区。(2)该亚属植物在中国分布区的昼夜温差月均值、年平均气温变化范围、最暖季度平均气温、最冷季度平均气温4项热量因子的平均值分别为8.13、23.70、23.62和9.23 ℃, 降水量变异系数、最湿季度降水量、最干季度降水量、干旱指数4项水分因子平均值分别为75.66%、673.10 mm、73.97 mm和26.12%, 整体上具有湿热的气候特点; 各物种间, 狭域分布的物种与广布种间的气候因子存在显著差异。(3)逐步回归分析表明, 各拟合方程均达到极显著水平, 昼夜温差月均值、最暖季度平均气温、最冷季度平均气温、降水量变异系数、最干季度降水量、干旱指数是影响中国宽瓣亚属植物沿经度分布的主要因子; 最冷季度平均气温、最湿季度降水量、年平均气温变化范围、最干季度降水量、降水量变异系数是影响中国宽瓣亚属植物沿纬度分布的主要因子。(4) RDA结果显示, 气候因子在第1轴的解释率为73.32%, 在第2轴的解释率为21.29%, 累计解释率为94.61%, 各气候因子的解释率大小排序为: 昼夜温差月均值(57.8%) >最暖季度平均气温(41.5%) >年平均气温变化范围(38.3%) >最干季度降水量(23.1%) >最冷季度平均气温(16.9%) >降水量变异系数(13.7%) =最湿季度降水量(13.7%) >干旱指数(3.0%)。因此, 昼夜温差月均值、最暖季度平均气温、年平均气温变化范围3个气候因子是影响中国宽瓣亚属植物分布的主导气候因子。     

中国嵩草属植物地理分布模式和适应的气候特征

为了明确嵩草属(Kobresia)植物分布与气候要素的关系, 收集了嵩草属植物地理分布资料和气象台站气候数据, 应用ArcGIS软件及SPSS软件中的聚类分析方法, 分析了嵩草属植物地理分布模式和适应的气候特征。结果显示: 嵩草属植物分布在青藏高原、西北、华北和东北部分地区, 广泛分布13种, 间断分布10种, 分布海拔为1 400-5 000 m, 经度和纬度范围分别为81-112° E和23-46° N。嵩草属植物适应的气候要素平均值范围: 年生物学温度为4-19 ℃, 年平均气温为0-20 ℃, 年平均最高气温为7-28 ℃, 年平均最低气温为-6-16 ℃, 极端最高气温为25-40 ℃, 极端最低气温为-37.0-0.0 ℃, 1月和7月平均气温分别为-14-13 ℃和11-24 ℃, 1月和7月最高气温分别为-7-23 ℃和18-30 ℃, 1月和7月最低气温分别为-22-7 ℃和5-20 ℃, 春夏秋冬季气温分别为-4-19 ℃、9-23 ℃、6-21 ℃和-11-15 ℃, 温暖指数为23-159 ℃, 寒冷指数为-36-0 ℃, 年降水量为154-1 500 mm, 春夏秋冬降水量分别为19-135 mm、53-662 mm、48-545 mm和5-92 mm, Holdridge潜在蒸散量为261-1 100 mm, Thornthwaite潜在蒸发量为399-895 mm, 干燥度为167-786, 湿润指数为179-816, 4-10月日照时数为990-2 100 h。在热量要素平均值较低和中等、降水量与干燥湿润度平均值中等或辐射时数平均值较高范围下分布种数较多。嵩草属植物适应的气候要素极值, 年平均气温最小最大值范围为-6-21 ℃, 年平均最低气温最小值最高气温最大值范围为-12-28 ℃, 极端最低气温最小值最高气温最大值范围为-48-42 ℃, 最冷最热月气温范围为-32-33 ℃, 冬夏季最低最高气温范围为-20-25 ℃, 降水量最小最大值范围为15-1 800 mm, 干燥度最小最大值范围为7-890, 日照时数最小最大值范围为701-2 300 h。在热量要素极值较低、降水量及干燥度极值中等或日照时数极值较大范围下分布种数较多。说明嵩草属植物主要适应于低温亚湿润型和中温湿润型气候。     

甘肃鸡类物种多样性研究

甘肃鸡类有19种,随纬度变化形成了物种多样性梯度。本文通过气候(年无霜天数、元月均温、年均温、7月均温和年降水量),海拔高差,纬度和植被类型多样性与各县鸡类多样性相关统计分析,揭示了7月均温,年均降水量,海拔高差和纬度是控制甘肃鸡类多样性的主要因素,而甘肃鸡类多样性与植被类型多样性无关。在降水量400—650mm和海拔高差1500—3500m的地带种类最多。一个地区物种的多少不仅取决于其离物种库的远近,还取决于这一地区环境空间异质性程度。     

区域气温和降水对关帝山不同海拔华北落叶松径向生长的耦合效应

为揭示区域气温和降水在不同海拔对山地林区林木径向生长的耦合效应,在关帝山林区孝文林场和庞泉沟国家自然保护区外围4个不同海拔选取立地条件相似的华北落叶松(Larix principis-rupprechtii Mayr.)人工林设置调查样地,采集典型样木样芯,采用建立年表的方法,获取年轮宽度指数,结合区域气温和降水进行相关性分析和单年分析。结果表明:在研究地区4个海拔上华北落叶松的径向生长均与区域气温和降水量有密切关系,但不同海拔响应机制不同;在1600 m海拔处,年轮宽度指数与当年4月气温极显著负相关,与当年9月降水量显著正相关;在1800 m海拔处,年轮宽度指数与上年6月气温显著负相关,降水量显著正相关;在2000 m海拔处,年轮宽度指数与当年9月气温和当年3月降水量显著负相关;在海拔2200 m处,年轮宽度指数与上年8月气温显著正相关,降水量显著负相关;随着海拔的升高,气温逐渐降低,降水量增加,两者对华北落叶松径向生长的耦合效应也发生变化,当海拔到达2000 m时,生长季降水量的增加使耦合效应关系发生转换。