1986—2019年黄土高原干旱变化特征及趋势

干旱作为极端气候事件之一,其频率和强度的变化影响到区域水资源,而干旱半干旱区植物生长的主要限制因素是水分,因此,研究黄土高原干旱时空特征及未来变化趋势对当地的生态环境具有重要意义。本研究基于1986—2019年降水和温度逐月格点数据,计算标准化降水蒸散发指数(SPEI)和干旱发生频率,并运用Mann-Kendall检验和Sen斜率估计方法,探讨了黄土高原的年、季尺度干旱时空分布及变化特征,最后利用NAR神经网络结合Hurst指数对黄土高原未来干旱趋势进行预测。结果表明: 研究期间,黄土高原总体呈现干旱化趋势,且年际和季节尺度的干旱发生频率在空间上差异较大。其中,年际、春季和冬季以黄土高原东南部和西部干旱发生频率最高,夏季和秋季以西北部干旱发生频率最高。夏季以中度干旱发生频率最高,年际及其他季节以轻度干旱发生频率最高。黄土高原春、夏季呈现干旱化趋势,秋、冬季研究区大部分区域干旱趋势减轻。黄土高原年际、春季、夏季的SPEI值在未来一段时间内仍处于下降趋势,即干旱化趋势加重,且夏季的Hurst指数最大,持续性变化最强,未来持续干旱的可能性高于其他季节。     

基于标准化降水蒸散指数的呼伦贝尔草原干旱变化特征及趋势分析

呼伦贝尔草原是我国北方地区重要的防风固沙和水源涵养生态功能区,在气候变化的背景下,该区的草原畜牧业和旱作农业深受干旱的影响。研究该区干旱发生的特征及趋势,对当地采取适应气候变化对策具有重要意义。基于1960—2017年呼伦贝尔草原4个气象站逐月降水和气温资料,计算标准化降水蒸散指数(SPEI),并采用Mann-Kendall突变检验、Morlet小波分析和R/S分析法分析了近58年呼伦贝尔草原年、季尺度的气候变化及干旱特征与趋势,并结合该区实际发生的灾害事件对SPEI指数进行了验证。结果表明:1)近58年来呼伦贝尔草原在气温显著上升,降水量减少的背景下干旱化趋势显著。2)该区域年尺度和季节尺度下干旱化特征具有差异性,其中,年尺度下,该区域SPEI指数以-0.218×10 a~(-1)倾向率呈显著下降趋势,1998年是干旱加剧的突变年,未来在11年尺度上有持续偏旱的趋势;季节尺度下,冬季SPEI指数显著增加,且未来在17年尺度上有持续偏湿的趋势,春、夏和秋季的SPEI指数均呈下降趋势,并分别在22年、9年和15年尺度上有持续偏旱的趋势。3)2000年以来,干旱发生的总频率尤其重旱和极旱的发生频率均显著高于其他年代;4)夏季和秋季分别是发生重旱和极旱次数最多的季节。5)SPEI指数在呼伦贝尔草原区的干旱监测与分析中具有较好的适用性。     

青藏高原植被绿度变化及其对干湿变化的响应

青藏高原是全球气候变化的敏感区,特殊的自然环境孕育了极端脆弱的植被及其生态系统,已成为研究植被对气候变化响应的一个理想区域。植被易受气候变化的影响且响应可能因季节和植被类型而异。该研究将标准化降水蒸散指数(SPEI)和MODIS归一化植被指数(NDVI)分别作为干湿度和植被绿度指标,采用Sen’s斜率估计、BFAST模型和相关分析,分析了2000–2018年青藏高原植被绿度变化的时空格局特征,并探讨了植被绿度对干湿变化的响应。结果表明:2000–2018年青藏高原植被绿度呈上升趋势,但变化速率空间差异显著。大部分高原地区植被绿度于2012–2015年间存在突变,突变后普遍呈上升趋势,以藏北地区最为突出。青藏高原植被生长季NDVI与不同时间尺度SPEI整体呈正相关关系,且在生长季的中后期相关性逐渐增强。青藏高原植被对SPEI的响应表现出一定的年内周期性,草本植被(草甸和草原)区尤为显著。相对于森林和灌丛植被,草本植被对SPEI响应更为敏感,且在生长季的不同阶段对不同时间尺度的SPEI的响应存在明显差异。     

中国森林遥感Rao′s Q指数时空演变

明确宏观森林植物多样性时空分布格局,对于评估森林生态工程效果以及有效开展区域生物多样性保护工作具有重要意义。遥感生物多样性研究能够弥补原位观测在时空连续性方面的不足,研究旨在为区域尺度生物多样性研究引入一种新方法——遥感Rao′s Q指数。结果表明：基于归一化植被指数(NDVI)计算的Rao′s Q指数与收集的物种丰富度在空间分布上基本一致,且两者的数值拟合通过极显著检验(R²=0.66,P<0.001),Rao′s Q指数随物种丰富度增加而增加,适用于表征宏观尺度跨气候带地区的森林植物多样性。2000—2017年间,中国森林的Rao′s Q指数时空分布基本一致,整体呈南高北低的态势;不同时段中均以降低为主,降低面积占总面积的44.23%—54.08%,武夷山-南岭一带增高特征凸显,而2010—2017年也表现出降低特征,该区域森林植物多样性本底丰富,应加强管控力度,阻止降低热点区扩散。引入遥感Rao′s Q指数有效表征区域森林植物多样性分布特征,可为区域生态质量评估提供一种新的监测指标,进而为森林植物多样性保护及区域生态质量改善相关政策制定提供支撑。     

近60年秦岭山地旱涝变化规律

随着极端气候变化,山地灾害频发。基于秦岭山地32个气象站点的实测数据,以标准化降水蒸散指数(SPEI)为旱涝量化指标,研究了过去60年秦岭山地旱涝时空变化特征、频率、周期等变化规律,结果表明：(1)1960—2019年,秦岭山地年SPEI指数以0.124/10a的速度下降,其中,90.23%的面积呈显著下降趋势,1.96%的面积呈显著上升趋势,并在1990年发生干旱突变;秦岭北坡的干旱化趋势大于南坡,且高海拔地区干旱化更为明显。(2)突变前秦岭山地湿润比例平均值为36.94%,突变后下降为18.19%;干旱比例由突变前的17.64%急剧上升到突变后的38.19%;突变前30年秦岭山地极端干旱事件、严重干旱事件极少发生,发生频率几乎为0;突变后30年严重干旱和极端干旱事件发生频率增加,秦岭南北坡极端湿润和严重湿润事件近乎销声匿迹。(3)整体上,太阳黑子与秦岭山地旱涝变化以显著负相关关系为主;ENSO事件对秦岭山地的旱涝变化影响较大,在La Nina年易发生洪涝事件,在El Ni1o年易发生干旱事件;在不同时域范围内,海表温度距平(SSTA)对秦岭山地旱涝变化的影响不同：1990年以前,S...     

1960—2014年松嫩草地极端气候事件的时空变化

基于1960—2014年松嫩草地13个气象站点的日值记录数据,计算与区域水旱寒热灾害、植被生长发育密切相关的14个极端气候指数;利用线性趋势法、间断趋势分析法、Mann-Kendall检验、Sen斜率估计和滑动t检验等方法,分析松嫩草地极端气候事件的发生趋势与时空格局.结果表明: 表征极端高温指数的夏日日数、暖昼日数、暖夜日数、暖持续指数均呈显著上升趋势,表征低温指数的霜日日数、冷昼日数、冷夜日数、冷持续指数均呈明显下降趋势,区域变暖趋势显著;区域极端低温的增幅大于极端高温的增幅,夜间增温幅度大于白昼;1970—2009年区域气候变暖趋势较为明显,各指数突变也集中发生在这一时期;表征极端降水的各指数变化趋势不显著,普通日降水强度和持续干燥指数呈下降趋势,5日最大降水量、强降水量、年湿期降水总量和持续湿润指数呈微弱上升趋势,表明区域气候呈微弱的暖湿化特征;松嫩草地南部和北部地区是对气候变暖响应最显著的区域;对极端降水指数而言,各指数南北分异特征明显,区域北部以变湿为主要特征,而南部则以变干为主要特征,尤其是区域西南部的干旱风险较高.     

2000—2020年黄河流域植被生态质量变化及其对极端气候的响应

黄河流域处于我国生态保护和建设的重要战略地位,但流域生态环境脆弱,特别是在人类活动和气候变化等因素影响下,流域生态特征逐步发生变化,生态安全面临重大挑战。为了掌握极端气候变化对黄河流域植被生态特征影响,以植被生态质量指数(EQI)为评价指标,利用2000—2020年黄河流域气象数据和遥感数据,采用线性趋势分析、Hurst指数和相关分析等统计方法,分析了黄河流域植被生态质量的时空变化特征,探讨了气候变化背景下极端气温指标和极端降水指标与植被EQI变化关系。结果表明：(1)2000—2020年,黄河流域季尺度和年尺度植被生态质量指数均呈波动增加趋势(P<0.05),其中夏季增加趋势最大,平均每10年生态质量指数增加6.7;(2)2000年以来黄河流域有97.7%的地区植被生态质量指数呈上升趋势,其中趋势率>5/10a的面积占比为37.4%,且流域Hurst指数达到0.8,表明流域植被生态质量指数具有强持续性,未来大部分流域植被将持续改善。(3)流域植被生态质量指数与极端气温类指数以负相关为主,相关系数多介于-0.3—0.3之间,其中霜冻日数(FD0)和夏日日数(SU25)与植被...     

近50年安徽池州市降水序列的统计诊断与分析

根据安徽省池州市气象站1960~2009年的逐月降水观测资料,利用小波分析、改进R/S法、Mann—Kendall法和滑动t-检验等方法对研究区降水特征及变化规律进行分析研究.结果表明:1.池州市近50a降水呈微弱减少趋势,气候倾向率为-3.8819mm/10a.春秋两季降水呈减少趋势,趋势均不显著;夏冬两季呈增加趋势,其中冬季趋势显著.小波分析表明池州市逐季降水序列存在4~5a的振荡周期,年内降水量夏季最多,冬季最少.2.Hurst指数分析表明各月尺度降水序列均存在一定等级的正持续性/反持续性强度.年季尺度方面,只有夏季具有反持续性,分形维数较大,复杂性程度高.3.突变性检验表明研究区存在两次突变情况:秋季降水序列在1986年左右发生了突变,冬季降水序列在1999年左右发生突变.     

1961-2012年西藏色林错流域极端气温事件变化趋势

利用西藏色林错流域2个气象站1961—2012年逐日最高气温、最低气温和平均气温资料,分析了流域极端气温事件的变化规律。结果表明:近52年色林错流域TXx、TNn呈上升趋势,尤其是TNn升幅更大,达1.10℃/10a。极端气温暖指标(TNx、TX90p、TN90p)和生长季长度(GSL)呈明显的增加趋势,而极端气温冷指标(FD、ID、TX10p、TN10p)和DTR为显著的下降趋势。流域绝大部分极端气温指数的变化幅度均比全球、全国和青藏高原偏大,特别是TN90p的变幅最大。在10年际变化尺度上,TNn、TX90p、TN90p和DTR呈逐年代增加趋势,极端气温冷指数和GSL为下降趋势。从时间转折上看,各项极端气温指数均有突变发生,突变点主要出现在20世纪80年代中期以后。最低气温及与之相关的极端气温冷指数的显著上升与色林错湖泊面积的增加密切相关。     

河北省森林—草原交错带天然植被景观格局时空尺度效应

为探讨天然植被景观格局时空尺度效应, 利用随机森林分类方法对塞罕坝地区3期(1989、2000和2016年)遥感影像进行图像解译, 并在分层随机抽样调查的基础上通过不断增加缓冲区的方法, 计算基于斑块类型和景观水平的景观指数; 采取尺度图谱分析在时空尺度下不同植被类型景观尺度效应, 并基于信息熵模型明确景观格局分析的最佳空间幅度。结果表明: 1989—2016年期间, 人工林的快速增长致使草地和天然次生林景观面积呈现先降低后增加趋势且破碎化现象严重; 草地和天然次生林在空间尺度上具有相同的变化特征, 而在时间尺度上则呈现不同的变化; 斑块密度、形状指数以及聚集度指数在时空尺度上均具有较强预测性, 且300 m为最佳尺度阈值。不同天然植被类型在时空尺度下其尺度效应也是不同的, 这不仅与植被类型自身对生态环境响应的差异性有关, 也和研究区特殊的人文地理环境密不可分。     

基于熵权模糊物元模型的我国省域森林生态安全研究

近年来随着经济社会的快速发展,森林资源锐减和生态环境恶化等问题日益威胁到人们的生产生活,在建设生态文明的背景下研究我国省域森林生态安全状况,是关系国计民生和可持续发展的重要议题。在整理现有生态安全研究体系的基础上,独创性地提出森林生态安全压力-承压模型,应用SPSS、EXCEL等软件,通过主成分分析、熵权法和物元分析等手段对2014年我国31个省级行政单位的森林生态安全水平进行实证研究。结果表明:在压力方面,19个省级行政单位承受了较大森林生态安全压力;在承压方面,12个省级行政单位的承压能力较强;在综合评价方面,14个省级行政单位的森林生态安全水平较高。在深入探讨分析评价结果的同时,为提高我国森林生态安全水平提出对策和建议。     

Indicators for demonstrating sustainable forest management in British Columbia,Canada: An international review

Many organizations and individuals are developing sustainable forestry criteria and indicator (C&I) research and monitoring initiatives at various scales. In support of Canada's international commitments, the Canadian Council of Forest Ministers (CCFM) recently (2003) revised a set of national C&I, broadly based on the Montreal Process. Meanwhile, the Province of British Columbia, Canada, has implemented new, results-based, legislation, the Forest and Range Practices Act 2003, which sets objectives for 11 public ‘Values’ that require appropriate C&I for effectiveness evaluation. At the local-level, British Columbia's forest industry requires indicators to achieve third-party certification. Each of these parties seeks to assess and report on performance. There is, therefore, a recognized desire to define a collaborative approach to C&I research and monitoring frameworks in British Columbia. This paper discusses the results of a rigorous review of indicators related to sustainable forest management (SFM) in British Columbia. Based on the 6 CCFM indicators, 47 SFM questions were developed to guide the selection of potential indicators for British Columbia. A hierarchical framework of proposed SFM indicators was then proposed to provide trend information on resource condition at both the macro (landscape) and local (management unit) levels of forest management. However, a number of key challenges remain for British Columbia as it continues towards a scientifically sound, useful, and effective indicator framework that will demonstrate progress towards SFM at the provincial level. These include stakeholder consultation, practicality, data interpretation and long-term commitment.     

基于有害干扰的森林生态系统健康评价指标体系的构建

在分析国内外提出的众多森林生态系统健康评价指标的不足后,对评价指标进行研究和筛选。最终在森林生态系统健康评价指标体系的构建上提出了一个新的思路,即从森林火灾、林业有害生物、大气污染、人为有害干扰以及森林生态系统内部的增益干扰5个方面选取20个指标构建森林生态系统健康评价指标体系。其中森林火灾干扰包括平均降水量、平均气温、郁闭度、海拔、坡度、坡向、易燃树种的比例和林道距离8个指标,林业有害生物包括有害生物等级、危害程度和寄主树的比例3个指标,大气污染干扰通过叶片、土壤和污染物的分析测定,人为有害干扰包括森林经营措施、采伐措施和林下植被管理3个方面,而森林生态系统内部的增益干扰由物种多样性、群落结构和近自然度3个指标构成。同时对关键评价指标的意义进行了具体分析。此指标体系摒弃传统的评价观念,结合了近年来影响全国森林健康的几个重要原因,更能准确的反应目前森林生态系统的健康状况。研究思路和方法的提出在一定程度上可以丰富森林生态系统健康评价研究理论与方法体系。     

我国省域森林生态安全评价及差异化——基于生态文明建设背景

生态文明是我国"五位一体"总体布局的重要内容,将直接引领我国生态环境保护与建设的大略方针,而森林作为生态文明建设中最本质和最重要的物质基础,其生态安全状况显得尤为重要。基于生态文明建设背景,从省域层面分析森林生态安全状况,沿用PSR模型构建森林生态安全评价指标体系,对2007年、2011年和2014年各省级行政区森林生态安全状况进行评价和对比。结果表明:森林资源状况是各省(市、自治区)森林生态安全状况存在差异的最主要原因;森林生态状态对森林生态安全评价影响最主要,森林生态压力影响次之;生态文明建设前期,我国各省级行政区的森林生态安全状况均呈上升趋势,生态文明建设后期,大部分省(市、自治区)森林生态安全状况出现下降趋势。同时,针对各地区森林资源的不同状况,提出了提高森林生态系统安全性的建议。     

Reviewing the strength of evidence of biodiversity indicators for forest ecosystems in Europe

With a growing number of forest biodiversity indicators being applied in forest policy documents and even more being suggested by the scientific community, there is a need to evaluate, review and critically assess the strength of evidence for individual indicators, their interrelationships and potential overlaps and gaps. Biodiversity indicators proposed for forest ecosystems in Europe were reviewed with the overarching aim of providing advice on strategic selection and combination of indictors. The objectives were to (1) establish interrelationships between indicators and their indicandum (i.e. the indicated aspect of biodiversity); (2) assess the strength of scientific evidence for individual indicators; and (3) identify a set of indicators with confirmed validity for further scientific testing and inclusion in long-term reporting and decision-making regarding forest biodiversity. Ten indicator groups and 83 individual indicators were identified with application from stand scale up to landscape scale in 142 eligible scientific papers. In 62 of the 142 studies no statistical correlations between indicator(s) and indicandum were performed and 42 (out of the 62) did not even present a clear indicandum. In the remaining 80 studies, 412 correlations between indicator and indicandum were identified. However, only six correlations were assessed as being supported by strong evidence, i.e. three or more studies found statistical correlation between the indicator and indicandum, and no studies reported contradictory results. For the species richness relationships, there was strong evidence for positive correlations between deadwood volume and wood-living fungal species richness; deadwood volume and saproxylic beetle species richness; deadwood diversity and saproxylic beetle species richness; age of canopy trees and epiphytic lichen species richness. There was strong evidence for a negative correlation between tree canopy cover and spider species richness. Concerning species composition-related correlation, there was strong evidence that the species composition of epiphytic lichens changed with the age of canopy trees. These results imply that the validity of most indicators on which monitoring and conservation planning are based are weakly scientifically supported and that further validation of current biodiversity indicators for forest ecosystems is needed.     

省域森林生态安全评价——基于5省的经验数据

生态安全是国家安全体系的重要组成部分。面对严峻的生态环境形势,以及大气污染、水污染、土壤污染等严重的生态环境问题,改善生态环境的需求和呼声越来越迫切。作为陆地生态系统的主体和重要资源,森林是人类生存发展的重要生态保障,森林关系国家生态安全。基于森林生态系统与自然、人类社会系统的交互关系,从森林资源状况、地理气候条件、地区社会经济压力、人类管护响应状况四个方面构建省域森林生态安全评价指标体系,并建立森林生态安全指数模型。选取我国五个具有代表性的省份:贵州、湖北、浙江、吉林、青海作为试点省份,对其2004—2014年的森林生态安全状况进行评价和对比。结果表明:影响森林生态安全状况的最主要因素是森林资源类因子,在研究期内,5省森林生态安全状况大体上处于改善状态,但省与省之间森林生态安全状况差异显著,吉林省在研究期内森林生态安全整体状况最好,青海省森林生态安全状况较脆弱。在发展经济的同时,应该加强造林,重视对森林资源的管护,尤其要注意对天然林的保护,维护森林生态安全。     

退化森林生态系统评价指标体系研究进展

森林是陆地生态系统的主要组成部分,而森林退化是全球面临的主要环境问题之一,准确评价退化森林生态系统是进行森林生态系统恢复与重建的重要前提,建立合理的评价指标体系目前已成为生态学研究的热点问题。在研究国内外提出的关于退化森林生态系统评价理论的基础上,综述了森林退化的定义、特征和一般过程,梳理了退化森林生态系统评价指标筛选的一般原则和指标体系构建的主要方法,分析比较了不同学者所提出的主要评价指标。并在此基础上,重新筛选、构建了一套退化森林生态系统评价指标体系,即从生态系统的组成结构、功能和生境这3个方面选取了32个能够较全面反映退化生态系统主要特征的评价指标,以期为构建我国区域尺度上的退化森林生态系统评价指标体系提供参考,为退化森林生态系统的恢复和重建提供科学依据。总结分析了退化森林生态系统评价指标体系在构建过程中产生的一些问题和不足,提出了今后开展研究和探索应该深入的方向,以提高评价指标体系的科学性、准确性和合理性。     

The use of ground beetles (Coleoptera: Carabidae) and spiders (Araneae) as bioindicators of sustainable forest management: A review

International and Canadian national and provincial level policy have proposed the use of criteria and indicators to examine the sustainability of renewable resource management. Species suitable as ecological indicators are those whose biology are sensitive to disturbance and therefore demonstrate a negative effect of management on the processes or functioning of the ecosystem. Ground dwelling invertebrates such as carabid beetles and spiders have strong potential as ecological indicators as they are readily surveyed in sufficient numbers for meaningful conclusions to be drawn, have a stable taxonomy and, at least in the case of ground beetles, are readily identified. They are good local scale indicators of ecosystem disturbance in forested landscapes at both the short and long time scales, responding to both clearcut logging and fire differently. Ground beetles and spiders in boreal Canada may not be good indicators of disturbance at landscape scales, as little response to the creation of forest edges and habitat fragmentation has so far been observed. We propose that these bioindicators be used as part of local-level validation monitoring to test hypotheses about disturbance impacts. In this way, bioindicators are used in a research setting to evaluate silvicultural practices, providing a rating of their sustainability for a given broad forest type grouping.     

四川省及重庆地区森林植被碳储量动态

四川省及重庆市地区森林植被是我国第二大林区-西南林区的主体,位于"世界第三极"--青藏高原东缘.在建立森林乔木层生物量与蓄积量回归模型的基础上,按林分类型测定含碳量,结合四川4次森林资源清查数据,估算了不同时段的碳储量.各林分类型含碳量在46.75%～54.89%之间,平均含碳量为51.09%,针叶林平均含碳量(52.82%)大于阔叶林(49.37%);四川森林植被碳储量从1988年的383.04TgC增加到2003年的523.57TgC,增加了140.53TgC,年均增长率2.11%,比全国年均增长率高出0.22%,表明四川森林植被是CO2的一个汇.4次调查的森林植被平均碳密度分别为38.93、38.68、39.17、41.66MgC/hm2,呈现增加趋势,表明森林植被的碳汇功能不断加强;成熟林碳储量占同期的64.15%、63.89%、65.33%、60.82%,但所占比重呈下降的趋势,幼中林碳储量的比重不断上升,表明森林植被的碳吸存潜力大;森林植被碳储量主要分布在天然林中,占同期碳储量的90%以上,但人工林的碳储能力正在逐步提高,人工林碳年均增长率(7.17%)明显大于天然林(1.83%),表明人工林将在研究区域森林植被碳汇功能中扮演重要的角色.研究区森林植被碳储量占同期全国碳储量的比例呈增加趋势,可见,研究区森林植被在全国森林碳汇中具有重要的作用和地位.     

Stand height and cover type complement forest age structure as a biodiversity indicator in boreal and northern temperate forest management

Forest age structure is one of the main indicators of biodiversity in temperate and boreal forests worldwide. This indicator was mainly chosen for the conservation of a subset of rare or sensitive species related to the oldest age classes, not to capture variability across the entire biodiversity spectrum, but is often considered as such. In this study, we analysed alpha and beta diversity in temporary plots of western Quebec, Canada, to consider biodiversity indicators complementary to existing forest age structure targets. Our analysis revealed that considered individually, stand characteristics such as cover type and height are better predictors of changes in site-level contribution to tree beta diversity than age. We also show that plots belonging to different age classes can be similar in terms of tree alpha diversity. Height class was found to have a more significant impact on tree alpha diversity than expected: height was more important than age in coniferous forests, and in deciduous and mixedwood stands it frequently complemented age in explaining the observed diversity patterns. Our results suggest that forest age structure target levels should not be used as the sole indicator of ecosystem sustainability, and that some mature secondary stands can provide significant contributions to biodiversity. We propose that more efficient trade-offs between forest exploitation, ecosystem functioning and environmental conservation can be attained if: (i) forest age structure targets are complemented by cover type and stand height; or (ii) complementary biodiversity indicators of ecosystem sustainability are implemented.