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)。     

1982-2015年黄土高原NDVI时空演变及其对气候变化的季节响应

基于GIMMS NDVI、温度和降水数据,利用集合经验模态分解(EEMD)、线性回归分析、偏相关分析等方法分析了1982-2015年黄土高原植被覆盖时空变化及其对气候变化的季节响应。结果表明:年际变化趋势上,1982-2015年黄土高原生长季、春、夏、秋季NDVI均呈显著增长趋势,且各个季节NDVI增加速率逐年升高,尤其以夏季增加速率的变化最为明显;空间上,生长季、春、夏、秋季NDVI均呈由西北向东南递增的趋势,且在大部分地区呈显著上升趋势;线性回归表明,生长季、春、夏、秋季温度均呈显著上升趋势;生长季、秋季降水呈增加趋势,春、夏季降水呈减少趋势。EEMD分析进一步表明,生长季、春、夏、秋季温度均先升高后降低,降水均呈先减少后增加的趋势;空间变化趋势上,温度在生长季、春、夏、秋季大部分地区呈显著上升趋势,降水仅秋季有部分区域呈显著上升趋势;NDVI与温度在黄土高原东北部及西南部地区呈显著正相关,与降水在黄土高原北部及西北部地区呈显著正相关。     

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。     

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。     

近14年来柴达木盆地NDVI时空变化及其影响因素

利用MODIS/NDVI数据分析了柴达木盆地2000—2013年植被NDVI季节时空变化及其驱动力因子,结果表明:近14年来,研究区年均、季节NDVI均呈增加趋势,其中以春季增加范围最大,其次为夏季和年均,秋季最小。不同高程NDVI、NDVI变化趋势(θslope)差异较大,分别在海拔3750和3550 m时达到最大,当低于这个高度时,二者均随海拔升高而增大,反之则减小。相关分析表明,春、夏、秋季NDVI分别与气温、降水、潜在蒸散量呈正相关,正相关面积分别占总植被区的81.96%、96.94%和76.54%;年均NDVI对降水最为敏感,与其呈正相关的面积为91.03%。此外,春、夏两季NDVI对气温和降水的滞后效应突出,并以冬季降水、最低气温对来年春季植被生长影响最显著,春季降水则对夏季植被生长贡献最大。除自然因素外,农作物播种面积、出栏率等人类活动也是柴达木盆地植被NDVI变化的重要因子。     

青藏高原两种高寒草地植被变化及其水温驱动因素分析

高寒草甸和高寒草原作为青藏高原两种重要植被类型,研究其植被变化与气候变化相关性,有助于为青藏高原两种高寒草地生态系统应对全球气候变化管理提供参考。以位于同纬度的三江源高寒草甸和阿里高寒草原为研究对象,基于植被净初级生产力(Net Primary Productivity, NPP)变化表征植被变化,利用NPP数据和气象数据,分别分析两地2000—2017年植被NPP、降水和气温时空变化差异;利用Sen+Mann-Kendall趋势检验,研究两种高寒草地气候与植被净初级生产力变化趋势;以县域统计年鉴牛羊肉产量表征放牧强度,研究放牧活动对高寒草地植被变化的影响;通过Pearson相关和偏相关分析方法,分别研究降水和气温对两种高寒草地植被NPP变化影响差异。研究结果表明:(1)2000—2017年三江源高寒草甸和阿里高寒草原区年平均气温以0.085℃/a和0.084℃/a的趋势上升,降水以平均每年3.87 mm和2.23 mm的趋势增加,高寒草甸区变暖变湿速率较高寒草原区快。(2)三江源高寒草甸和阿里高寒草原植被NPP均呈现由东南向西北逐渐降低空间格局;2000—2017年高寒草甸区57.7...     

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)。     

中国东北地区植被NDVI对气候变化的响应

结合1982—2003年GIMMS-NDVI数据集和GIS技术,应用基于像元的相关分析方法,分析了东北地区植被NDVI对气候变化的响应。结果表明：1）1982—2003年,东北地区年平均气温呈上升趋势,而年降水量呈下降趋势;东北地区植被NDVI与年平均气温呈显著正相关的像元占12.84%,主要分布在松嫩平原南部、三江平原中部和西辽河平原,植被类型为农田、阔叶林、草原。植被NDVI与年平均气温几乎不存在显著负相关性;植被NDVI与年降水呈显著和极显著正相关的像元比例为4.55%,主要植被类型为草原和农田;植被NDVI与年降水量呈显著负相关的像元比例为7.52%,主要植被类型为针叶林和阔叶林。2）东北地区植被与生长季气温显著正相关和显著负相关的比例分别为3.96%和4.35%;植被与生长季降水显著正相关和显著负相关的比例分别为8.81%和8.54%。3）东北地区58.21%的植被像元与春季气温显著或极显著正相关,主要分布在大兴安岭中部、小兴安岭、长白山及完达山-张广才岭等地区,主要植被类型为阔叶林、农田、针叶林和草甸;植被NDVI与春季气温几乎不存在显著负相关性。植被NDVI与春季降水呈显著正相关和显著负相关的比例分别为4.81%和1.67%。4）东北地区植被NDVI与夏季气温和降水呈显著相关的比例明显少于春季,与夏季气温正相关的比例为7.61%,与夏季降水显著负相关的比例为6.29%。秋季气温和降水对东北地区植被NDVI影响较小,其中植被NDVI与秋季气温显著正相关的像元占植被像元总数的6.05%,几乎不存在与秋季气温显著负相关的植被像元;植被NDVI与秋季降水显著负相关的比例为5.43%,几乎不存在与秋季降水显著正相关的植被像元。     

2000—2019年武夷山亚高山草甸对气候因子的响应及其时滞效应

亚高山草甸对气候变化十分敏感,但目前缺少气候因子对亚热带地区亚高山草甸影响的相关研究,且光学遥感数据对该地区草地信息的提取仍存在一定的挑战。本研究基于MOD13Q1植被指数产品中的归一化植被指数(NDVI)数据集,并结合气象数据,分析2000—2019年间武夷山国家公园黄岗山顶的亚高山草甸的生长变化及其对气候因子的响应和时滞效应。结果表明: 2000—2019年,夏季NDVI呈不显著增加趋势,整个生长季、春季和秋季NDVI均呈极显著增加趋势。NDVI的增加主要受温度增加(0.026 ℃·a^-1)的影响,其中春、秋季温度的增加对草地生长的影响显著高于夏季和整个生长季。生长季NDVI对降水的变化十分敏感,说明即使在降水充沛的亚热带地区,亚高山草甸的生长仍然受到降水的较大影响。不同生长时段温度和降水对草甸NDVI的滞后影响程度不同,温度对亚高山草甸生长的滞后影响为0～1个月,降水对草甸生长的滞后性影响为2～3个月。     

典型草地的土壤保持价值流量过程比较

内蒙古温带草原和海北高寒草甸的土壤侵蚀以风力侵蚀为主。利用改良的风力侵蚀模型,比较分析了这两类草地生态系统土壤保持价值日流量过程和累积过程。结果表明,风力侵蚀条件下,草地生态系统的土壤保持服务是离散的,不连续的,与风速和植被盖度直接相关。土壤保持价值构成以保持土壤养分为主。内蒙古温带草原的年潜在侵蚀量和年现实侵蚀量都高于海北高寒草甸。但是,内蒙古温带草原的土壤保持年价值高于海北高寒草甸,是海北高寒草甸年价值的7倍。春季和秋季是内蒙古温带草原潜在侵蚀量、现实侵蚀量和土壤保持量最高的两大季节。海北高寒草甸的潜在侵蚀量和现实侵蚀量主要分布在12月份到翌年4月份,土壤保持量主要分布在春季和夏季。     

Spatio-temporal characteristics of evapotranspiration and water use efficiency in grasslands of Xinjiang北大核心CSCD

Aims: Xinjiang is located in the hinterland of the Eurasian arid areas, with grasslands widely distributed. Grasslands in Xinjiang provide significant economic and ecological benefits. However, research on evapotranspiration (ET) and water use efficiency (WUE) of the grasslands is still relatively weak. This study aimed to explore the spatio-temporal characteristics on ET and WUE in the grasslands of Xinjiang in the context of climate change. Methods: The Biome-BGC model was used to determine the spatio-temporal characteristics of ET and WUE of the grasslands over the period 1979-2012 across different seasons, areas and grassland types in Xinjiang. Important findings: The average annual ET in the grasslands of Xinjiang was estimated at 245.7 mm, with interannual variations generally consistent with that of precipitation. Overall, the value of ET was lower than that of precipitation. The higher values of ET mainly distributed in the Tianshan Mountains, Altai Mountains, Altun Mountains and the low mountain areas on the northern slope of Kunlun Mountains. The lower values of ET mainly distributed in the highland areas of Kunlun Mountains and the desert plains. Over the period 1979-2012, average annual ET was 183.2 mm in the grasslands of southern Xinjiang, 357.9 mm in the grasslands of the Tianshan Mountains, and 221.3 mm in grasslands of northern Xinjiang. In winter, ET in grasslands of northern Xinjiang was slightly higher than that of Tianshan Mountains. Average annual ET ranked among grassland types as: mid-mountain meadow < swamp meadow < typical grassland < desert grassland < alpine meadow < saline meadow. The highest ET value occurred in summer, and the lowest ET value occurred in winter, with ET in spring being slightly higher than that in autumn. The higher WUE values mainly distributed in the areas of Tianshan Mountains and Altai Mountains. The lower WUE values mainly distributed in the highland areas of Kunlun Mountains and part of the desert plains. The average annual WUE in the grasslands of Xinjiang was 0.56 g kg-1, with the seasonal values of 0.43 g kg-1 in spring, 0.60 g kg-1 in summer, and 0.48 g kg-1 in autumn, respectively. Over the period 1979-2012, the values of WUE displayed significant regional differences: the average values were 0.73 g kg-1 in northern Xinjiang, 0.26 g kg-1 in southern Xinjiang, and 0.69 g kg-1 in Tianshan Mountains. There were also significant differences in WUE among grassland types. The values of WUE ranked in the order of mid-mountain meadow < typical grassland < swamp meadow < saline meadow < alpine meadow < desert grassland.     

近30年新疆植被生长异常值时空变化及驱动因子

作为陆地生态系统的主体,植被的时空变化深刻地影响着景观格局和生态功能,深入理解植被动态及其对气候变化的响应,对于提高对生态过程的认识、加强生态管理具有重要意义。在一致性检验的基础上,利用中分辨率成像光谱仪(moderateresolution imaging Spectroradiometer,MODIS)的归一化植被指数(normalized Difference Vegetation Index,NDVI)数据集将新疆地区全球检测与模型研究组(Global Inventory Modeling and Mapping Studies,GIMMS)开发的NDVI数据集的时间序列拓展到2012年,探讨了生长季和各季节植被绿度、气候异常值的动态变化,分析了植被对气候变化的响应。研究结果显示,区域尺度和像元尺度GIMMS与MODIS NDVI之间的一致性较强。1982—2012年,研究区域生长季和各季节植被绿度呈显著增加趋势,但生长季存在明显阶段性:1998年前后分别呈显著增加和显著减少,夏季与秋季与生长季类似,而春季则不存在变化趋势的逆转。NDVI呈正异常值的面积比例与区域尺度NDVI的变化趋势一致;极端异常值、较大异常值多呈明显减少趋势,而一般异常值多呈增加趋势,NDVI的变化倾向于逐渐平稳。区域变暖趋势显著,降水量略有增加,潜在蒸散发显著提高,而湿润指数变化不明显。气温、潜在蒸散发主要在春季、秋季促进植被生长,而夏季降水量、湿润指数对植被生长的调节作用更为突出。     

玛曲县植被覆被变化及其对环境要素的响应

植被覆被变化是气象要素和人类活动综合作用的结果,能够反映区域内生态系统的演替趋势。玛曲高寒生态区作为黄河上游重要的水源涵养和补给区,具有维持区域生物多样性和生态安全,保障经济社会健康发展的重要作用,因此厘清该区域植被变化与气候及人类活动等环境要素的相互关系有助于为玛曲县生态治理与恢复提供科学参考。鉴于此,以2000-2015年MODIS/NDVI数据为基础,结合同期气象与人类活动数据,应用趋势分析法、相关分析以及通径分析等方法,分析了玛曲县植被NDVI的时空变化规律,并详细探讨了气象要素和人类活动对植被覆被变化的影响。结果表明：（1）2000-2015年玛曲县NDVI呈波动上升趋势,上升速率为0.01015/10a;各土地利用/覆被类型中,增加幅度由大到小依次为高山稀疏植被、湿地、沙化草甸、山地疏林地、高寒草甸、亚高山硬叶灌丛、亚高山阔叶灌丛和高寒草原;增加面积占相应地类总面积比例由大到小分别是高山稀疏植被（75.57%）、山地疏林地（71.45%）、沙化草甸（71.18%）、湿地（70.66%）、高寒草甸（68.15%）、亚高山硬叶灌丛（66.96%）、亚高山阔叶灌丛（66.24%）和高寒草原（66.05%）;（2）气象要素中,气温与NDVI间具有显著正相关（P < 0.05）,是影响植被覆被的决定性因子,利于植被的生长与发育;降水与NDVI间相关不显著（P > 0.05）,对植被覆被的影响较小;（3）人类活动要素中,与放牧强度密切相关的大牲畜存栏数和羊存栏数是植被生长的主控因子,其中大牲畜存栏数呈显著的抑制作用（P < 0.05）,羊存栏数具有较强的促进作用（P < 0.05）;（4）通径分析发现,气温、大牲畜存栏数和羊存栏数的决定系数依次为0.3005,-0.0563和0.0128,说明气温对NDVI的综合作用强度最高、大牲畜存栏数次之,羊存栏数最低;此外,剩余通径系数为0.53。该数值较大,表明仍有部分对NDVI增加存在影响的环境要素未考虑到,需在今后的研究中给予关注。     

东北地区植被物候时序变化

植被与气候的关系非常密切,植被物候可作为气候变化的指示器。东北地区位于我国最北部,是气候变化的敏感区域,研究该区植被物候对气候变化的响应对阐明陆地生态体统碳循环具有重要意义。利用GIMMS AVHRR遥感数据集得到了东北地区阔叶林、针叶林、草原和草甸4种植被25a(1982—2006年)的物候时序变化,得出4种植被春季物候都表现出先提前后推迟的现象,秋季物候的变化则比较复杂,阔叶林和针叶林整体上呈现出秋季物候推迟的趋势,草原和草甸则表现为提前-推迟-提前的趋势。应用偏最小二乘(Partial Least Squares)回归分析了该区域植被物候与气候因子之间的关系,结果表明:春季温度与阔叶林、针叶林和草甸春季物候负相关,前一年冬季温度与草原春季物候正相关,降水与植被春季物候的关系有点复杂;4种植被秋季物候与夏季温度均呈正相关,除草原外,其余3种植被秋季物候均与夏季降水负相关。植被春季物候可能主要受温度影响,而秋季物候很可能主要受降水控制。     

Spatio-temporal characteristics of evapotranspiration and water use efficiency in grasslands of Xinjiang

Aims Xinjiang is located in the hinterland of the Eurasian arid areas, with grasslands widely distributed. Grasslands in Xinjiang provide significant economic and ecological benefits. However, research on evapotranspiration (ET) and water use efficiency (WUE) of the grasslands is still relatively weak. This study aimed to explore the spatio-temporal characteristics on ET and WUE in the grasslands of Xinjiang in the context of climate change.Methods The Biome-BGC model was used to determine the spatio-temporal characteristics of ET and WUE of the grasslands over the period 1979-2012 across different seasons, areas and grassland types in Xinjiang.Important findings The average annual ET in the grasslands of Xinjiang was estimated at 245.7 mm, with interannual variations generally consistent with that of precipitation. Overall, the value of ET was lower than that of precipitation. The higher values of ET mainly distributed in the Tianshan Mountains, Altai Mountains, Altun Mountains and the low mountain areas on the northern slope of Kunlun Mountains. The lower values of ET mainly distributed in the highland areas of Kunlun Mountains and the desert plains. Over the period 1979-2012, average annual ET was 183.2 mm in the grasslands of southern Xinjiang, 357.9 mm in the grasslands of the Tianshan Mountains, and 221.3 mm in grasslands of northern Xinjiang. In winter, ET in grasslands of northern Xinjiang was slightly higher than that of Tianshan Mountains. Average annual ET ranked among grassland types as: mid-mountain meadow > swamp meadow > typical grassland > desert grassland > alpine meadow > saline meadow. The highest ET value occurred in summer, and the lowest ET value occurred in winter, with ET in spring being slightly higher than that in autumn. The higher WUE values mainly distributed in the areas of Tianshan Mountains and Altai Mountains. The lower WUE values mainly distributed in the highland areas of Kunlun Mountains and part of the desert plains. The average annual WUE in the grasslands of Xinjiang was 0.56 g·kg^-1, with the seasonal values of 0.43 g·kg^-1 in spring, 0.60 g·kg^-1 in summer, and 0.48 g·kg^-1 in autumn, respectively. Over the period 1979-2012, the values of WUE displayed significant regional differences: the average values were 0.73 g·kg^-1 in northern Xinjiang, 0.26 g·kg^-1 in southern Xinjiang, and 0.69 g·kg^-1 in Tianshan Mountains. There were also significant differences in WUE among grassland types. The values of WUE ranked in the order of mid-mountain meadow > typical grassland > swamp meadow > saline meadow > alpine meadow > desert grassland.