中国东部南北样带主要植被类型物候期的变化

植被物候期的变化是全球变化研究的热点问题, 因为物候过程是反映植被对气候变化响应的最直接和最敏感的生态学过程之一, 大尺度植被物候学过程主要以植被的季节动态体现其对气候变化的长期适应过程。基于NOAA/AVHRR从1982年至2006年的双周归一化植被指数NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)数据, 依托中国东部南北样带, 对主要植被类型的物候过程进行模拟, 并计算了主要物候现象(包括返青起始期、休眠起始期和生长季长度)的发生时间和演变趋势。结果表明: 返青起始期显著提前的植被有温带针叶林(TCF, 0.56 d·a^-1)、温带草丛(TG, 0.66 d·a^-1)、亚热带热带针叶林(STCF, 0.46 d·a^-1)、亚热带落叶阔叶林(SDBF, 0.58 d·a^-1)和亚热带热带草丛(STG, 0.89 d·a^-1); 休眠起始期显著推迟的植被有寒温带温带针叶林(TCTCF, 0.32 d·a^-1)、SDBF (0.80 d·a^-1)和温带落叶阔叶林(TDBF, 0.18 d·a^-1); 此外, 大部分植被类型的生长季长度都有所延长, 但延长的方式不同: TCF (0.77 d·a^-1)是由于返青起始期显著提前造成的; TCTCF (0.38 d·a^-1)和TDBF (0.36 d·a^-1)是由于休眠起始期显著推迟造成的; TG (0.76 d·a^-1)、STCF (0.83 d·a^-1)、SDBF (1.40 d·a^-1)和STG (1.30 d·a^-1)等是由于返青起始期提前和休眠起始期推迟共同造成的。对温度和降水的变化进行分析发现, 温度对南北样带上植被物候的影响较大, 而降水对物候的影响相对较小, 不同植被类型对温度的响应各异。在南北样带上存在的热量梯度, 使得整条样带上植被的物候现象也表现出时间梯度, 从返青起始期发生的时间上比较, 从北向南逐渐推迟, 即寒温带植被>温带植被>亚热带植被; 休眠起始期和生长季长度则正好相反, 亚热带植被>温带植被>寒温带植被。     

城市化背景下植被物候动态变化及驱动因素

快速城市化会对植被物候带来显著影响，但当前影响城市植被物候时空变化的因素仍不清楚。本研究以京津冀城市群为研究区，采用5种拟合方法构建归一化植被指数曲线，通过阈值法获取京津冀城市群2001—2019年的城市植被物候特征，比较城市建成区与山区的春季和秋季物候，在此基础上分析降水、气温以及城市地表温度对植被物候的影响。结果表明：2001—2019年，京津冀城市群城市建成区植被生长季开始日期(SOS)平均比山区早16.88 d,城市建成区植被生长季结束日期(EOS)比山区晚12.22 d。研究期间，京津冀城市建成区植被SOS逐步延迟，而山区SOS逐步提前，并且城市建成区物候的变化率比山区快，因此，二者SOS的差值随时间变化而显著减小(-0.58 d·a^-1);秋季物候方面，城市建成区和山区EOS都表现为延迟趋势，但二者差值随时间变化并不显著(-0.10 d·a^-1)。城市建成区地表温度对SOS的贡献与气温较为接近；而山区地表温度对SOS的贡献仅为气温的1/2,说明城市内部的热岛效应和气温共同影响城市植被物候的变化，并且二者贡献几乎相等。本研究结果有助...     

欧洲典型树种展叶始期的时空变化及其对气候变化的响应

近年来,全球变暖对植物春季物候期产生了显著影响。很多研究报道了中国地区木本植物春季物候期变化的时空格局,但在同处于北半球温带地区的欧洲则相关研究较少。为了增进物候变化及其对气候变化响应规律的区域对比,本研究利用欧洲地区展叶始期(1980—2014年)数据和相应的气象数据,研究欧洲七叶树、垂枝桦、欧洲山毛榉和夏栎4种典型木本植物展叶始期的时空变化格局,并识别影响物候变化的主要气候因子。结果表明: 1980—2014年,研究区4种植物的展叶始期以3.3～7.5 d·10 a^-1的趋势显著提前。展叶始期自南向北以每纬度2.03～3.19 d的速率推迟,自西向东以每经度0.19～0.80 d的速率推迟(除欧洲山毛榉外),海拔自低到高以2.25～3.44 d·100 m^-1的速率推迟。展叶始期的提前主要与春季温度的增高和冬春季降水量的增加有关,而秋冬季温度的升高对展叶始期有一定的推迟效应。     

植被覆盖度和物候变化对典型黑沙蒿灌丛生态系统总初级生产力的影响

气候变化和人类活动是植被生产力年际尺度变化的重要驱动因素, 明晰二者对植被生产力的共同影响对于生态系统可持续管理至关重要。气候变化可能导致植被物候变化, 进而影响植被生产力。目前尚不清楚毛乌素沙地典型植被物候如何响应气候变化, 并因此影响生态系统总初级生产力(GPP)。此外, 植被恢复(覆盖度增加)和物候变化对GPP的共同影响有待明确。该研究选取典型黑沙蒿(Artemisia ordosica)灌丛生态系统, 结合MODIS遥感数据与涡度相关数据, 利用植被光合模型(VPM), 模拟并分析了2005-2018年间植被覆盖度和物候变化对GPP的影响。结果表明: (1) VPM模型能够较好地模拟涡度相关法观测的GPP动态(GPP_Flux), 而MODIS遥感产品(MOD17A2H)则显著低估GPP_Flux; (2)研究期内年均归一化差异植被指数(NDVI)、最大NDVI (NDVI_max)和年总GPP均显著增加, 表明植被恢复促进了植被生产力增加; (3)基于NDVI和GPP日序列估算的生长季开始日期显著提前(2.1 d·a^-1), 生长季结束日期显著推迟(1.5 d·a^-1), 二者共同促使生长季长度延长(3.6 d·a^-1); (4)物候期延长促进了GPP增加, 生长季长度每延长1天, 全年GPP显著增加6.44 g C·m^-2·a^-1; (5)植被覆盖度增加和生长季延长分别可以解释79%和57%的GPP增加; (6)尽管植被覆盖度和物候变化均促进GPP增加, 但前者是其增加的主要驱动因素。鉴于植被覆盖度增加和生长季延长也可能导致生态系统呼吸和蒸散发增加, 未来研究仍需探究生态系统碳汇能力、水分利用效率和水分承载力对气候变化和人类活动的响应。此外, 该研究主要探讨GPP在年际尺度的变化趋势及影响因素, 未来需要研究GPP的年际变异规律及驱动因素, 尤其是对降水年际变异和极端干旱事件的响应。     

中国北方苹果主产地苹果物候期对气候变暖的响应

为揭示我国北方苹果物候期时空变化特征及其对气候变暖的响应时段和强度,选取福山、万荣和阿克苏分别代表我国渤海湾、黄土高原和新疆苹果产区,利用1996—2018年各地红富士苹果芽开放期、展叶始期、始花期、可采成熟期、叶变色末期和落叶末期物候数据,分析不同物候期及生长阶段长度的变化趋势,并利用偏最小二乘回归法,从日尺度层面,分析气温变化对各物候期的影响。结果表明: 近23年来,福山、万荣和阿克苏芽开放期、展叶始期和始花期均呈现提前趋势,平均提前速率分别为0.36、0.33和0.23 d·a^-1,落叶末期则呈推迟趋势(0.68 d·a^-1),可采成熟期和叶变色末期在各产区的变化趋势不一致;果实生长发育期和果树全生育期分别以1.20和0.82 d·a^-1的速率延长。苹果春季物候期与1月初至相应物候期发生前平均气温呈显著负相关关系,期间温度每升高1 ℃,芽开放期、展叶始期和始花期将分别提前3.70、3.47和3.48 d;秋季物候期与各物候期前21～72 d的平均气温呈正相关,但与影响时段平均气温的相关性低于春季物候期;总体上,春季物候期受气温影响的程度大于秋季物候期,且果实生长发育期和果树全生育期的延长主要由春季物候期提前所致。各主产地间苹果物候期对气候变暖的响应存在一定差异,其中气温对阿克苏苹果生长发育的影响最大,其次是万荣,对福山的影响并不明显。该研究结果可为指导各地苹果产业应对气候变化提供理论依据。     

中国东部温带植被生长季节的空间外推估计

利用地面植物物候和遥感归一化差值植被指数（NDVI）数据,以及一种物候-遥感外推方法,实现植被生长季节从少数站点到较多站点的空间外推。结果表明：（1）在1982～1993年期间,中国东部温带地区植被生长季节多年平均起讫日期的空间格局与春季和秋季平均气温的空间格局相关显著;（2）在不同纬度带和整个研究区域,植被生长季节结束日期呈显著推迟的趋势,而开始日期则呈不显著提前的趋势,这与欧洲和北美地区植被生长季节开始日期显著提前而结束日期不显著推迟的变化趋势完全不同;（3）北部纬度带的植被生长季节平均每年延长1．4～3．6d,全区的植被生长季节平均每年延长1．4d,与同期北半球和欧亚大陆植被生长季节延长的趋势数值相近;（4）植被生长季节结束日期的显著推迟与晚春至夏季的区域性降温有关,而植被生长季节开始日期的不显著提前则与晚冬至春季气温趋势的不稳定变化有关;（5）在年际变化方面,植被生长季节开始和结束日期分别与2～4月份平均气温和5～6月份平均气温呈负相关关系。     

基于生态地理分区的大兴安岭植被物候时空变化

植被与气候的关系十分密切,植被物候可作为全球气候变化的指示器.大兴安岭位于我国最北部,对气候变化较为敏感,研究该区植被物候的时空变化对评估全球变化对陆地生态系统的影响具有重要意义.依据中国生态地理区划图,将大兴安岭划分为4个生态研究区域,本文利用GIMMS NDVI 3g遥感数据集分析1982—2012年大兴安岭整体及各生态地理分区植被物候变化.结果表明: 研究期间,所有分区植被生长季开始日期均表现为提前趋势,生长季结束日期均表现为推迟趋势.植被物候对气候因子变化敏感,尤其是对气温的敏感程度高于降水,其中,北段山地落叶针叶林区植被生长季开始日期与春季温度呈显著负相关;除南段草原区外,其他3个分区植被生长季结束日期均与秋季降水呈显著负相关.从整体来看,植被物候随海拔、纬度的变化趋势明显.     

洞庭湖流域植被光合物候的时空变化及其对气候变化的响应

为研究洞庭湖流域植被春季光合物候和秋季光合物候的时空变化,揭示其对气候变化的响应规律,为亚热带植被物候模型的建立和碳收支评估提供有益参考,该研究利用2000–2018年的日光诱导叶绿素荧光(SIF)遥感数据反演洞庭湖流域植被春季光合物候(春季光合作用开始的时间)和秋季光合物候(秋季光合作用停止的时间),分析植被春季、秋季光合物候的时空变化趋势及其对气候变化的响应机制。研究结果:(1) 2000–2018年,洞庭湖流域植被春季光合物候以0.75 d·a–1的速度显著提前,秋季光合物候以0.17d·a–1的速度呈延后趋势,植被生长季长度以0.90d·a–1的速度显著延长;(2)季前最高气温和最低气温是研究区春季光合物候提前的主要影响因素,秋季光合物候与季前降水量、最低气温、辐射强度均呈正相关关系,而与季前最高气温主要呈负相关关系;(3)研究区植被春季光合物候对气候变化的响应更敏感,尤其是季前最低气温的升高导致常绿针叶林、常绿阔叶林、灌丛和草地的春季光合物候显著提前。洞庭湖流域植被春季光合物候提前对生长季延长起主导作用,这表明在气候变暖的背景下,植被春季光合物候对增强研究区碳汇功能扮演着比秋...     

东北地区植被物候对气候变化的响应

使用1982—2003年GIMMS-NDVI数据和气候数据,借助GIS空间分析和统计分析方法,分析了东北地区不同植被物候期与气候变化的关系。结果表明:22年东北地区年均温度以升高趋势为主,年降水量以减少趋势为主;针叶林、针阔叶混交林、阔叶林、草甸和沼泽植被生长季开始日期提前受春季温度升高影响显著(P<0.05)。春季降水对植被生长季开始日期变化影响较小,仅对针叶林生长季开始日期的推迟有显著的影响(P<0.05)。植被生长季结束日期受温度变化影响较小,仅草原植被生长季结束日期提前受秋季温度降低影响显著(P<0.05)。降水对东北地区植被生长季结束日期的变化影响高于温度。随着秋季降水量的减少,针阔叶混交林、草原和农田植被生长季结束日提前(P<0.05)。草丛生长季结束日期提前受夏季降水减少的影响显著(P<0.05);农田生长季结束日期提前亦受夏季和9月降水量减少的显著影响(P<0.05)。阔叶林和沼泽植被生长季延长受春季温度升高影响显著(P<0.05);灌丛植被生长季缩短受春季降水量减少影响显著(P<0.05);草丛和农田植被生长季延长受夏季降水量增加影响显著(P<0.05)。     

青藏高原草地植被覆盖变化及其与气候因子的关系

为揭示气候变化对青藏高原草地生态系统的影响及其生态适应机制,利用1982~1999年间的NOAA/AVHRR NDVI数据和对应的气候资料,研究了近20年来青藏高原草地植被覆盖变化及其与气候因子的关系。结果表明,18年来研究区生长季NDVI显著增加(p=0.015),其增加率和增加量分别为0.41% a^-1和0.001 0 a^-1。生长季提前和生长季生长加速是青藏高原草地植被生长季NDVI增加的主要原因。春季为NDVI增加率和增加量最大的季节,其增加率和增加量分别为0.92% a^-1和0.001 4 a^-1;夏季NDVI的增加对生长季NDVI增加的贡献相对较小,其增加率和增加量分别为0.37% a^-1和0.001 0 a^-1。3种草地(高寒草甸、高寒草原、温性草原)春季NDVI均显著增加(p<0.01;p=0.001; p=0.002); 高寒草甸夏季NDVI显著增加(p=0.027),而高寒草原和温性草原夏季NDVI呈增加趋势,但都不显著(p=0.106; p=0.087);3种草地秋季NDVI则没有明显的变化趋势(p=0.585; p=0.461; p=0.143)。3种草地春季NDVI的增加是由春季温度上升所致。高寒草地(高寒草甸和高寒草原)夏季NDVI的增加是夏季温度和春季降水共同作用的结果。温性草原夏季NDVI变化与气候因子并没有表现出显著的相关关系。高寒草地植被生长对气候变化的响应存在滞后效应。     

增温、光照时间和氮添加对蒙古栎主要物候期的影响

利用大型人工气候室模拟研究增温(对照、增温1.5 ℃、增温2.0 ℃)、光照时间(10、14、18 h)和氮添加(0、5、10、20 g N·m^-2·a^-1)对东北地区蒙古栎主要物候期的影响。结果表明: 增温1.5和2.0 ℃使芽膨大期显著提前,完全变色期显著推迟,生长期延长,且延长天数随增温幅度的增大而增加。光照时间显著影响秋季物候(叶黄始期、叶黄普期、完全变色期),与光照14 h相比,短光照(10 h)使叶黄始期显著推迟7.0 d,生长盛期相对延长。氮添加使芽膨大期、芽开放期、展叶始期、展叶盛期均显著提前,完全变色期仅在高氮水平(20 g N·m^-2·a^-1)下显著推迟9.5 d,表明高氮添加使蒙古栎生长期延长。增温和高氮添加(20 g N·m^-2·a^-1)协同作用显著推迟完全变色期,导致叶黄期延长。增温和短光照协同作用、氮添加和短光照协同作用以及增温、氮添加和短光照协同作用均使叶黄始期显著推迟,生长盛期相对延长。     

中国东部地区无机氮湿沉降: 南-北不同类型监测点的比较

中国被认为是全球氮沉降热点地区之一,东部地区作为经济发达和人口密集区域,更是人为活性氮大气排放和沉降的高发区,但针对我国整个东部不同生态系统的氮沉降及其南北区域特征差异的报导较少.2011—2013年,选择在我国东部的12个监测点(南北各6个,均包括城市、农村和背景点3种类型)利用传统雨量器(型号SDM6A)进行连续3年的氮素湿沉降观测.结果表明: 监测点降水中铵态氮、硝态氮和总无机氮沉降浓度波动范围分别为0.62～2.76、0.54～2.50和1.25～4.92 mg N·L^-1,平均浓度分别为1.4、1.5和2.9 mg N·L^-1,北方监测点的雨水中各活性氮浓度均高于南方监测点.12个监测点降水中铵态氮、硝态氮和总无机氮的湿沉降量的波动范围分别为7.0～18.3、6.9～18.9和14.9～32.6 kg N·hm^-2·a^-1,平均值分别为11.5、12.2和23.7 kg N·hm^-2·a^-1.北方不同类型监测点间存在显著差异,表现为:城市监测点(26.3±6.4 kg N·hm^-2·a^-1)>农村监测点(21.8±3.5 kg N·hm^-2·a^-1)>背景点(15.5±1.3 kg N·hm^-2·a^-1);与之相反,南方各监测点氮素湿沉降无显著差异,城市、农村和背景点的湿沉降量分别为(26.8±2.7)、(25.5±2.9)和(20.5±2.4) kg N·hm^-2·a^-1.除城市监测点外,南方的农村和背景点的氮素湿沉降量均高于北方相应类型的监测点.表明我国东部的南北各区域(包括背景地区)均面临较高水平的大气氮沉降,其引发的生态环境风险问题应加以重视.     

Simulating the onset of spring vegetation growth across the Northern Hemisphere

Changes in the spring onset of vegetation growth in response to climate change can profoundly impact climate–biosphere interactions. Thus, robust simulation of spring onset is essential to accurately predict ecosystem responses and feedback to ongoing climate change. To date, the ability of vegetation phenology models to reproduce spatiotemporal patterns of spring onset at larger scales has not been thoroughly investigated. In this study, we took advantage of phenology observations via remote sensing to calibrate and evaluated six models, including both one‐phase (considering only forcing temperatures) and two‐phase (involving forcing, chilling, and photoperiod) models across the Northern Hemisphere between 1982 and 2012. Overall, we found that the model that integrated the photoperiod effect performed best at capturing spatiotemporal patterns of spring phenology in boreal and temperate forests. By contrast, all of the models performed poorly in simulating the onset of growth in grasslands. These results suggest that the photoperiod plays a role in controlling the onset of growth in most Northern Hemisphere forests, whereas other environmental factors (e.g., precipitation) should be considered when simulating the onset of growth in grasslands. We also found that the one‐phase model performed as well as the two‐phase models in boreal forests, which implies that the chilling requirement is probably fulfilled across most of the boreal zone. Conversely, two‐phase models performed better in temperate forests than the one‐phase model, suggesting that photoperiod and chilling play important roles in these temperate forests. Our results highlight the significance of including chilling and photoperiod effects in models of the spring onset of forest growth at large scales, and indicate that the consideration of additional drivers may be required for grasslands.     

基于3S的京津风沙源治理工程区植被覆盖和气候要素变化分析

为分析评估京津风沙源治理工程区植被覆盖和气候要素变化,收集工程实施前、后各时期工程区域土地利用类型数据、MODIS产品植被覆盖(NDVI)数据和气象站点月值数据,利用最小二乘法拟合分析工程区NDVI和蒸散时空变化规律;利用MK非参数检验分析区域气候要素时空变化格局.结果表明(1)近25年来工程区土地利用类型变化不大,植...     

Variations in satellite-derived phenology in China's temperate vegetation

The relationship between vegetation phenology and climate is a crucial topic in global change research because it indicates dynamic responses of terrestrial ecosystems to climate changes. In this study, we investigate the possible impact of recent climate changes on growing season duration in the temperate vegetation of China, using the advanced very high resolution radiometer (AVHRR)/normalized difference vegetation index (NDVI) biweekly time-series data collected from January 1982 to December 1999 and concurrent mean temperature and precipitation data. The results show that over the study period, the growing season duration has lengthened by 1.16 days yr⁻¹ in temperate region of China. The green-up of vegetation has advanced in spring by 0.79 days yr⁻¹ and the dormancy delayed in autumn by 0.37 days yr⁻¹. The dates of onset for phenological events are most significantly related with the mean temperature during the preceding 2–3 months. A warming in the early spring (March to early May) by 1°C could cause an earlier onset of green-up of 7.5 days, whereas the same increase of mean temperature during autumn (mid-August through early October) could lead to a delay of 3.8 days in vegetation dormancy. Variations in precipitation also influenced the duration of growing season, but such influence differed among vegetation types and phenological phases.     

北半球中高纬度地区近30年植被春季物候温度敏感性

北半球气候变暖导致植被春季物候开始日期显著提前, 温度对春季物候的促进作用是一个过程事件而非瞬时事件, 且存在空间差异。该研究在以前研究的基础上, 进一步分析温度对植被物候的作用方式, 并探讨春季物候温度敏感性的空间特征及影响因素。利用GIMMS3g卫星植被指数产品, 采用5种方法提取1982-2009年植被春季物候, 并结合格网气象数据计算植被春季物候的温度敏感性, 着重分析自然植被春季物候温度敏感性与环境因素的关系。结果表明, 温度是北半球植被春季物候的主要制约因素, 54%的像元显示温度最大效应发生在物候开始当月和之前一个月。温度主导的春季物候的像元中, 91.3%的像元指示早春温度对物候开始的促进作用。植被春季物候的温度敏感性存在空间异质性, 随着区域环境因素的不同, 年际温度标准差、累积降水量和辐射对植被春季物候温度敏感性都具有各自或协同的调控作用。     

1999—2015年若尔盖草原湿地净初级生产力时空变化

植被净初级生产力(NPP)是草原湿地生态系统碳收支平衡和气候变化的核心内容之一。本研究基于植被指数、气象数据(降水和气温)、植被类型数据,利用CASA模型对若尔盖草原湿地1999—2015年NPP进行估算,分析了若尔盖草原湿地NPP时空格局特征及其与气候因子的关系。结果表明: NPP实测值与模拟值之间显著相关,R²为0.78,均方根误差为120.3 g C·m^-2·a^-1;研究区年均和生长季(4—9月)NPP分别为329.0、229.4 g C·m^-2·a^-1,年际间波动明显,以2.3、1.6 g C·m^-2·a^-1的微弱趋势下降,不同植被类型的年均及生长季NPP的年际波动与整个研究区的波动趋势基本一致;年均和生长季NPP的变化斜率分别为-21.3～18.7、-31.5～23.1 g C·m^-2·a^-1,显著增加的面积分别占研究区总面积的0.3%和0.7%,主要分布于森林覆盖区和湿地生态补偿区;显著下降的面积分别占研究区总面积的1.4%和6.4%,主要分布于人类活动集中的地区;研究区不同植被的固碳能力存在差异,其中,森林最强,草地次之,湿地最弱;降水是影响草原湿地植被NPP的主导气候因子。     

2000—2020年青藏高原植被净初级生产力时空变化及其气候驱动作用

青藏高原是我国乃至全世界的“气候变化实验室”,在气候变化驱动下,青藏高原植被净初级生产力(NPP)发生了显著变化。本研究利用归一化植被指数、数字高程、年降水量和年气温等数据,探究2000—2020年青藏高原植被NPP的时空变化特征及其与气候因子的关系。结果表明: 2000—2020年,青藏高原植被NPP呈显著增加趋势,NPP增加速率为1.67 g C·m^-2·a^-1。青藏高原植被NPP空间分布表现为从东南向西北逐渐递减,该分布格局与气温、降水量的空间分布格局基本吻合。植被NPP与气温和降水量变化显著正相关。暖湿化气候变化趋势是促进植被NPP显著增加的重要动力,如果气候持续更暖更湿,青藏高原植被NPP将会持续增加。