中国气候-植被关系初探

气候—植被分类必须强调气候因子的综合影响及其指标的区域性。一般的气候观测缺乏在生物学上具有重要与综合的作用或代表性,而区域潜在蒸散包括从所有表面的蒸发与植物蒸腾,并涉及到决定植被分布的两大要素：温度和降水。因此,区域潜在蒸散具有作为植被—气候相关分析与分类的综合气候指标的功能。本文首次根据区域潜在蒸散对气候—植被关系的热量与水分指标进行了初步探讨,提出了进行气候—植被关系的热量指标(TI)和区域湿润指标(RMI),并据此对中国气候—植被关系进行了初步的定量研究。该研究对于了解气候—植被之间的相互关系,正确地评估和预测全球变化对人类及生物所赖以生存的生态环境的影响具有重要的理论和现实意义。     

全球变化的中国气候-植被分类研究

区域潜在蒸散具有作为植被－气候相关分析与分类的综合气候指标的功能。根据区域潜在蒸散对气候－植被分类的热量与水分指标进行了初步探讨,并对中国气候－植被分类进行了初步的定量研究。根据该模式对中国陆地生态系统对全球变化的反应进行了探讨,结果表明我国自然植被在气温增加２℃或４ ℃、降水增加２０％ 时, 森林和草原的面积都有所减少,且随着温度的升高而减少,沙漠化趋势增强。特别是青藏高原地区对全球气候变化非常敏感,因而可以作为全球变化的先兆区或预警区,具有重要的监测和研究意义     

全球变化的中国气体—植被分类研究

区域潜在蒸散具有作为植被－气候相关分析与分类的综合气候指标的功能。根据区域潜在蒸散对气候－植被分类的热量与水分指标进行了初步探讨,并对中国气候－植被分类进行了初步的定量研究。根据该模型对中国陆地生态系统对全球变化的反应进行了探讨,结果表明我国自然植被在气温增加２℃或４℃、降水增加２０％时,森林和草原的面积都有所减少,且随着温度的升高而减少,沙漠化趋势增强。特别是青藏高原地区对全球气候变化非常敏感,     

中国木荷及木荷林的地理分布与气候的关系

在广泛收集木荷（ＳｃｈｉｍａｓｕｐｅｒｂａＧａｒｄｎ．ｅｔＣｈａｍｐ．）及木荷林地理分布资料的基础上,利用目前国际上比较流行的研究植被－气候相互关系的指标和方法,包括Ｋｉｒａ的水热指标,Ｐｅｎｍａｎ的公式,Ｔｈｏｒｎｔｈｗａｉｔｅ的指标和气候分类,Ｈｏｌｄｒｉｄｇｅ的生命地带分类系统指标,以及单一气象因子年平均气温、年降水量等,分析研究了木荷及木荷林在中国的分布与气候的关系,讨论了木荷分布上限、下限以及北界的Ｋｉｒａ热量指标状况,并利用Ｈｏｌｄｒｉｄｇｅ生命地带分类系统指标预测了未来气候变化条件下中国木荷及木荷林分布区的可能变化     

2001-2020年新疆阿勒泰地区归一化植被指数时空变化特征及其对气候变化的响应

气候变化是干旱区植被变化的重要驱动因素,探究干旱区气候与植被关系的时空变化,有助于理解生态系统演化特征。基于MODIS-NDVI与CRU数据集中气候数据（降水、平均气温、最高气温、最低气温、水汽压及潜在蒸散）,采用Sen+Mann-kendall、Hurst指数及相关分析法,在不同时间尺度评价了阿勒泰地区NDVI的时空变化特征及其对气候变化的响应。结果表明：（1）在年尺度上,植被NDVI整体呈上升趋势,但存在弱反持续特征。区域内植被退化现象严重（12.11%）,植被改善区域与退化区域呈破碎化分布。（2）月尺度与季尺度上,NDVI与降水、气温、极端气温、水汽压和潜在蒸散呈正相关,其中降水因素在季尺度上的相关性高于月尺度。（3）不同土地利用方式下NDVI与气候因子的滞后效应表现为短期正效应与长期负效应。     

浙江省植被覆盖时空动态及其与生态气候指标的关系

对1982-2006年间浙江省归一化植被指数（NDVI）的时空变化及其与关键生态气候指标（生物热量指数和生物干湿度指数）的相关性进行了研究.结果表明：研究期间,浙江省植被覆盖总体呈缓慢下降趋势,NDVI显著减少的地区约占全省面积的30.71%;生态气候指标与滞后一年的NDVI显著相关,其中生物热量指数与NDVI呈显著负相关,生物干湿度指数与NDVI呈显著正相关,说明研究区湿度的增加可促进植被长势,而过高的热量对植被生长则具有明显的抑制作用.     

黄土高原地区主要植被类型的气候梯度分布

应用Thronthwaite的方法,对黄土高原286个气象站(台)的某些气候指标进行了计算,其中包括校正的潜在蒸散(APE)、水分指数(IM)、热量系数(TE)、干旱指数(IA)和湿润指数(IH)。同时,得到了每项气候指标的地理回归模型,并利用各项地理回归模型分别做出了各项气候指标的地区分布图。APE和IM与黄土高原地区植被的主要类型及其分布格局有密切的关系。本区大多数的植被类型的IM均为负值,照例划入干旱亚湿润-半干旱-干旱(dry subhumid-semiarid-arid)地区内,而大部分植被的TE在57.1—85.5之间,应属中温范畴。植被与气候指标的相关性表明:黄土高原南端的地带性植被,实际上为干旱森林、疏林和灌丛,它们在性质上与分布于山地上的辽东栋(Quercus liaotungensis Koiz.)林有所区别。     

中国东北主要植被类型的分布与气候的关系

本文根据吉良的热量指标和作者提出的湿度指数,研究了我国东北主要植被类型的分布与气候之间的关系：1．确定了东北地区10个水平地带性植被类型的热量分布范围和水热指标的平均值。2．研究了东北山地垂直地带性植被类型的水热指标分布特点,并用定量指标讨论了东北东部山地岳桦林带的分布、大兴安岭存在山地冻原和东北植被区域的分界线问题。     

植被对于气候的反馈作用

根据地球表面两个平衡方程：热量平衡方程和水量平衡方程初步探讨了植被对于气候的反馈作用。研究结果指出,植被对于全球气候变化有减缓作用,植被的存在将使一地的径流量减少,增加了保水能力,对于一地降水量无显著影响,而对于气候变化的作用是增温还是降温须视具体地点的情况而定。对于中纬度地区,当某一区域的径流量的变化与下垫面反射率的变化满足关系：Δｆ ＝ ５Δα×１０－ ４ｇ／（ｃｍ ２·ｍ ｉｎ）时,地表温度并不因为下垫面反射率或径流量的变化而变化。这一研究结果还表明在制定全球变化对陆地生态系统影响对策时必须因地制宜,以保证地球成为一个适于人类生存与持续发展的生命支持系统     

基于NDVI_Ts特征空间的中国土地覆盖分类研究

 归一化植被指数（NDVI）与地表温度（Ts）是描述地表覆盖特征的两个重要参数, 其构成的NDVI_Ts特征空间具有丰富的地学和生态学内涵。该文在NOAA/AVHRR连续时间序列数据反演Ts的基础上,通过主成分分析、非监督分类和基于DEM的分类后处理等方法,以Ts/NDVI为指标对中国土地覆盖进行分类。结果表明,Ts/NDVI对中国较大尺度上不同土地覆盖类型的差异具有较强的敏感性,其对中国土地覆盖分类结果的野外抽样检验精度比传统的单独利用NDVI时间序列进行非监督分类提高了3.3%,Kappa系数提高了0.020 2;在综合其它反映植被特征及其环境的指标（如气候、地形等）的基础上,利用Ts/NDVI将有可能较为准确 地提取中国植被或土地覆盖的信息,有利于对其进行分类和变化监测,具有深远的研究潜力 和应用价值。     

Study on Climate Vegetation Classification for Global Change in China

The study on climate-vegetation relationship is the basis for determining the re sponse of terrestrial ecosystem to global change. By means of quantitative analysis on climate-vegetation interaction, vegetation types and their distribution pattern could be corresponded with certain climatic types in a series of mathematical forms. Thus, the climate could be used to predict vegetation types and their distribution, the same is in reverse. Potential evapotranspiration rate is a comprehensive climatological index which combines temperature with precipitation, and could be used to evaluate the effect of climate on vegetation. In this respect, Holdridge life zone system has been drawing much attention and widely applied internationally owing to its simplicity. It is especially used in the assessment of sensibility of terrestrial ecosystems and their distribution in accordance with climate change and in prediction of the changing pattern of vegetation under doubled CO2 condition. However, Prentice (1990) pointed out that the accurancy of Holdridge life zone system is less than 40 % when it is used at global scale. The reason may be that the potential evapotranspiration calculated by Thornthwaite method, which is used in Holdridge life zone system, reflects the potential evapotranspiration from small evaporated area, while climate-vegetation classification is based on the regional scale. The authors try to establish a new climate-vegetation classification system based on the regional potential evapotranspiration. According to the following formula: where E designates regional actual evapotranspiration: Ep local potential evapotran-spiration: Epo, regional potential evapotranspiration. Ed can be calculated from Penman model or other models. E can be calculated from the following model: E=r · Rn (r2+Rn2+r · Rn) / (2) (r+Rn) · (r2+Rn2)where r designates precipitation (mm); Rn, net radiation (mm). Thus, Ep0 can be easily obtained. It is used as the regional thermal index (RTI) of climate-vegetation classification,and can be expressed as: RTl = Epo (3) Moisture index is another index of climate-veggetation classification. Usually, it can be expressed as the ratio between potential evapotranspiration and precipitation. However, this ratio can not reflect soil moisture, which is important for plant. The ratio between regional actual evapotranspiration and regional potential evapotranspiration is associated not only with climatic condition but also with soil moisture. So it can be used as the moisture index of climate-vegetation classification, and is defined as regional moisture index (RMI): RMI = E/Epo (5) Based on the average climatological data of 30 years from 647 meteorological observation stations in China. It was found that RTl could well reflect a regional thermal level. The values of RTI were less than 360 mm in cold temperate zone, 360～650 mm in temperate zone, 650～380 mm in warm temperate zone, 780～1100 mm in subtropical zone. And more than 1100 mm in tropical zone. RMI also reflects a regional moisture level very well. The values of RMI was less than 0.4 in desert area, 0.4～0.7 in grassland area and more than 0.7 in forest area. Thus, the climate-vegetation classification in China is established on the basis of the two indices: RTI and RMI. According to this model, the changing patterns of vegetation zones in China are given under the conditions of mean annual temperature in creasing by 2℃ and 4℃ and mean annual precipitation increasing by 20%. The results showed that the areas of forest and grassland would decrease, the vegetation zones would move northward and upward, and the area of desert would increase. The results also indicate that the Tibetan Plateau is an area highly sensitive to global change. It could be considered as an indicative or forewarning area for global change , and therefore, an area of great siginificance for monitoring and research. The possible beneficial effect of global change on China terrestrial ecosystems is that the plantation boundary will move northwards and upwards; and the disadvantageous effect is the expansion of desertification and the increase of instability in climatic conditions.     

近30年中国陆地生态系统NDVI时空变化特征

气候变化已明显影响到陆地植被的活动,但在不同生态系统间存在差异,研究不同陆地生态系统归一化植被指数(NDVI)的时空变化特征,不仅可揭示各生态系统植被活动对气候变化的响应规律,而且可为我国不同生态区制定应对气候变化的策略和生态文明建设提供科学依据。基于1982—2012年GIMMS NDVI3g和中国陆地生态系统类型数据,利用一元线性回归、集合经验模态分解和相关分析等方法,研究了近30年中国各陆地生态系统NDVI的时空变化特征,分析了其与气候事件的关系。结果表明,近30年中国植被活动显著上升,年平均归一化植被指数(ANDVI)的上升幅度为0.0029/10a(P0.05),年最大归一化植被指数(MNDVI)的上升幅度为0.0076/10a(P0.01);植被活动显著增强的区域主要是分布在东部季风区的农田和森林生态系统,显著下降的区域主要是分布于西北的荒漠生态系统和东北的森林生态系统;尽管ANDVI和MNDVI线性趋势的显著性有所差异,但农田、森林、草地和水体与湿地生态系统的NDVI总体呈非稳定的上升趋势,上升过程中伴随着较大波动,荒漠生态系统的NDVI呈下降趋势,植被退化显著;与线性趋势不同,各生态系统植被活动的残差趋势包含"上升—下降"两个阶段,并相继于20世纪90年代到21世纪初发生转折;上述5类生态系统的植被活动存在不同尺度的周期特征,年际周期波动特征(1.9—7.6a)比较显著,而年代际周期(10.7a和22.2a)的显著性相对较差;各生态系统的空间异质性在趋强过程中存在2.1—7.1a的年际周期节律;海洋与大气环流的短周期脉动与各生态系统植被活动的周期性节律有着明显关联,ENSO事件和太阳活动是推动植被活动周期性振荡的重要因素。     

自然植被净第一性生产力模型初探

本文根据植物的生理生态学特点及联系能量平衡方程和水量平衡方程的区域蒸散模式建立了联系植物生理生态学特点和水热平衡关系的植物的净第一性生产力模型：该模型的建立为宏观地确定地带性景观的生产潜力、植物净第一性生产力的区域分布和全球分布,以及全球变化的影响提供了理论基础,对于合理地利用气候资源,扬长避短,充分发挥气候生产潜力,最大限度地提高植物的产量具有重要的意义。     

植被变化对气候的反馈机制及调节效应

植被通过光合作用固定大气中的CO₂来减缓温室效应，同时植被也通过改变地表能量收支影响温室效应。在过去的气候-植被研究中，大多关注气候变化对植被的影响，而植被对气候反馈的研究相对较少。植被通过调节地表能量收支、水通量等重要地气过程影响局地、区域乃至全球气候，在气候变化中的作用十分重要。因此，需要厘清植被对气候的反馈效应机制及其结果，并识别其地域差异。从生物地球物理和生物地球化学过程两方面分析植被与气候之间的作用机制，对全球及关键区域内植被变化对局地、区域乃至全球的气候反馈效应进行了系统总结：（1）生物地球物理反馈的区域特征明显，生物地球化学反馈则表现在全球尺度上，二者相互作用但难以统一；（2）植被破坏带来的气候影响在气温效应方面与生态系统的类型及地理分布相关：热带森林破坏带来增温效应，北方森林破坏带来降温效应，温带森林破坏则会通过增加森林反照率抵消丢失的固碳降温效应，气温效应表现不明显；（3）当前研究对关键过程机制考虑不够完善，不同研究方法的结果差异较大，且缺乏高质量观测数据的验证；同时考虑生物地球物理和生物地球化学的净气候反馈研究尚无法支撑植树造林对气候变化单一减缓作用的常规理解。本文可为科学评估植树造林对气候变化作用的方向与强度提供理论依据。     

中国东部南北样带主要植被类型归一化植被指数对气候变化的响应及不同时间尺度的差异性

植被的动态变化及其与环境的关系已成为全球变化研究的热点问题。陆地样带是进行全球变化驱动因素梯度分析的有效途径。该研究依托中国东部南北样带(NSTEC), 对南北样带不同时间尺度的气候因子和植被活动变化特征进行了分析, 并重点阐述了具有代表性的12种植被类型对气候因子的响应方式。研究结果表明: 南北样带植被的归一化植被指数(NDVI)的变化同时受控于气温和降水, 但是在不同的空间和时间尺度上植被NDVI的响应方式各异。在年时间尺度上, 只有温带落叶灌丛(TDS)的NDVI受气温控制; 而温带禾草草原(TGS)和亚热带和热带针叶林(STCF)的NDVI同时受气温和降水调控。其他植被类型的年NDVI与年平均气温和年总降水量没有直接显著的联系, 而受年内气温变化和降水分配状况的影响更大。在月时间尺度上, NDVI与气温的关系在不同类型植被之间存在很大差异。一般而言, 植被NDVI与前4个月内的气温关系最为密切, 并且从1月份到4月份气温的滞后时长在缩短。其中, 温带针叶林(TCF)、温带落叶阔叶林(TDBF)、TDS、STCF和亚热带热带草丛(STG)等植被类型, 5-8月的NDVI与气温普遍呈负相关关系。草原和灌丛植被类型当月NDVI与当月降水量主要以正相关为主, 而森林类型当月NDVI与当月降水量主要以负相关为主。     

植被的PE(可能蒸散)指标与植被-气候分类(三)几种主要方法与PEP程序介绍

Holdridge的生命地带分类系统由于其指标的计算十分简便与对植被的对应性强而受到国际植被生态学界与环境科学研究者的重视。特别是近年来在环境的评价、生态区划与预测全球变化对生态系统的影响等方面得到较多采用。该系统对中国各植被地带的气候台站资料进行计算分析的结果表明有较好的适应性。但由于该系统发展于中美洲的热带地区,因而在中国的亚热带地区须进行局部的调整。但采用该系统将有利于与世界各地的气候一植被分类系统的统一与对比研究。通过回归计算表明,该系统的可能蒸散率(PER)指标与CHIKUGO模型的辐射干燥度(RDI)显著相关。因而可以采用便于取得资料与易于计算的PER来进行潜在第一性生产力(NPP)的估算。对中国各植被地带的计算结果令人满意,可进一步用于在全球变化条件下,中国各植被地带或生态系统主要类型及其NPP变化的预测。     

Future changes and driving factors of global peak vegetation growth based on CMIP6 simulations

Accurate detection and attribution of changes in global peak vegetation growth at the annual scale are prerequisites for characterising the productivity of terrestrial ecosystems and developing strategies for the sustainable management of ecosystems. This study examined the long-term global normalised difference vegetation index during the baseline period (1982–2015) and found widespread greening in 70% of global vegetated areas in response to climate warming. However, climate change is not the only cause of global greening. The spatial variability in the response of global vegetation to environmental factors has not been well established. The Cubist model was used to investigate the relationship between peak vegetation growth and environmental variables. The results showed that 64% of the spatial variation in greening/browning can be explained by climate (including precipitation and temperature), followed by atmospheric components of nitrogen deposition and carbon dioxide concentration (17%), terrain properties (12%), and soil properties (7%). By incorporating future climate and atmospheric component projections from the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 into the model, enhanced vegetation greening was predicted globally, particularly in evergreen needle-leaf forests and grasslands, from 2081 to 2100. Many browning changes were predicted in evergreen and deciduous broadleaf forests, mixed forests, and around areas influenced by human land use. Overall, these findings reveal that environmental factors have relevant integrated impacts on vegetation dynamics under climate change and should be considered during the design of local mitigation and adaptation management strategies.     

植被的PE（可能蒸散）指标与植被气候分类（三）

Holdridge的生命地带分类系统由于其指标的计算十分简便与对植被的对应性强而受到国际植被生态学界与环境科学研究者的重视。特别是近年来在环境的评价、生态区划与预测全球变化对生态系统的影响等方面得到较多采用。该系统对中国各植被地带的气候台站资料进行计算分析的结果表明有较好的适应性。但由于该系统发展于中美洲的热带地区,因而在中国的亚热带地区须进行局部的调整。但采用该系统将有利于与世界各地的气候—植被分类系统的统一与对比研究。通过回归计算表明,该系统的可能蒸散率(PER)指标与CHIKUGO模型的辐射干燥度(RDI)显著相关。因而可以采用便于取得资料与易于计算的PER来进行潜在第一性生产力(NPP)的估算。对中国各植被地带的计算结果令人满意,可进一步用于在全球变化条件下,中国各植被地带或生态系统主要类型及其NPP变化的预测。