陕西省植被覆盖时空变化及其对极端气候的响应

基于2001—2018年MODIS NDVI数据,从生态分区视角分析陕西省归一化植被指数(NDVI)的时空变化特征,并结合该地区31个气象站点日值数据,探讨NDVI对极端气温和极端降水指数的响应特征。结果表明：(1)陕西省及其各生态区的NDVI变化均显著上升,整体呈南高北低的分布特点,其中秦巴山地落叶与阔叶林生态区(IV)NDVI值最高为0.86,陕北北部典型草原生态区(I)NDVI值最低为0.38。(2)年际尺度上,陕西省NDVI与极端气温暖极值(暖夜日数)和极端降水指数总体呈显著正相关(P<0.05),在陕西省北部NDVI变化主要受极端降水的影响,南部则对极端气温的敏感度更高。(3)多年月尺度上,各生态区NDVI对极端气温冷极值(最低气温、日最低气温的极低值和日最高气温的极低值)和极端气温暖极值(最高气温、日最低气温的极高值和日最高气温的极高值)存在明显的滞后性,滞后时间多为3个月;与极端降水指数(单日最大降水量和连续5日最大降水量)的滞后时间为2个月,说明陕西省内NDVI对极端气候的响应具有显著的滞后效应。     

极端降雨下黄土高原草被沟坡浅层滑坡特征及其对产流产沙的影响

植被恢复作为黄土高原防治水土流失的重要措施,但极端降雨诱发的浅层滑坡在植被恢复的沟坡上频繁发生,影响流域的产流产沙过程。基于野外原位模拟降雨试验,在60 mm/h降雨强度下,研究草被沟坡浅层滑坡发生特征及其发生前后的产流产沙差异。结果表明：（1）极端降雨所诱发的草被沟坡上的浅层滑坡深度为14-36 cm,与自然强降雨所导致的浅层滑坡深度相贴合,均是低于50 cm。（2）植被根系与土壤容重、孔隙度等土壤性质显著相关（P<0.05）,致使滑坡面上、下层土壤物理性质差异显著（P<0.05）。由于土壤性质的差异,在极端降雨下滑坡面上层土壤水分更快达到饱和（饱和度>90%）,导致浅层滑坡的发生。（3）草被坡面浅层滑坡后的径流与产沙均显著增大（P<0.05）。三个小区的平均径流率在滑坡后增大了4.0-13.1倍,其平均含沙量和产沙率在滑坡后分别增大了9.9-54.9倍和70-841倍。研究结果有助于加深了解植被沟坡的侵蚀产沙机理,并为浅层滑坡防治提供科学依据。     

极端温度对海刺猬(Glyptocidaris crenularis)存活、摄食、生长和性腺的影响

在实验室条件下研究了极端温度对海刺猬的存活率、摄食率、生长以及组织器官等方面的影响。实验设置两个处理组温度为30°C和-2℃,对照组为自然水温(19~23℃),每组设置3个重复,每个重复60枚海刺猬,实验周期为56 d。结果表明:高温组海刺猬实验温度升到30℃后2 d内全部死亡,其平均摄食量(5.19±1.31 g·ind-1)极显著小于对照组(15.15±1.58 g·ind-1)(P0.01);低温组和对照组之间海刺猬存活率差异不显著(P0.05);但低温组海刺猬平均摄食量(0.18±0.04 g·ind-1)极显著小于对照组(10.90±0.33 g·ind-1)(P0.01);56 d内低温组海刺猬个体湿重极显著小于对照组(P0.01);低温组海刺猬口器湿重、壳湿重、性腺湿重、壳干重、口器指数、壳指数极显著小于对照组(P0.01),性腺干重、口器干重显著小于对照组(P0.05);但性腺指数与对照组无显著差别(P0.05);低温组海刺猬最大承受压力极显著小于对照组(P0.01);在实验室条件下,海刺猬(2~3 g·ind-1)无法长时间在高温环境(30℃)下存活,而能在低温环境(-2℃)下存活但其摄食、生长和性腺性状影响极显著。     

高山林线交错带高山杜鹃的凋落物分解

凋落物分解是维持生态系统生产力、养分循环、土壤有机质形成的关键生态过程。高山林线交错带是陆地生态系统中对气候变化响应的敏感区域。季节变化和海拔梯度上的植被类型差异可能会影响该区域凋落物的分解,进而对高山生态系统的碳氮循环产生重要影响。采用凋落物分解袋的方法,研究了川西高山林线交错带优势种高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)凋落叶在雪被期和生长季的分解特征。结果显示:(1)季节变化和植被类型对高山杜鹃凋落物的分解均具有显著影响(P0.05),凋落叶的质量损失主要发生在生长季且在高山林线最大,暗针叶林中雪被期的质量损失略高于生长季,但差异不显著;(2)林线交错带上高山杜鹃凋落叶分解缓慢,一年干物质失重率为9.62%,拟合分解系数k为0.145;(3)高山杜鹃凋落叶的质量变化主要体现在纤维素降解显著且集中在雪被期,木质素无明显降解,在高山林线上C/N、C/P、木质素/N变化幅度较小且C、N、P的释放表现得稳定而持续。结果表明,季节性雪被对林线交错带内高山杜鹃分解的影响不仅局限在雪被期内,雪被融化期间频繁的冻融作用和雪融水淋洗作用可能会促进高山杜鹃凋落物在生长季初期的分解。总的来看,在气候变暖的情景下,雪被的缩减、生长季的延长和高山杜鹃群落的扩张可能加速高山林线交错带高山杜鹃凋落物的分解。     

中国西北地区降水量及极端干旱气候变化特征

采用1960—2011年西北地区111个观测站逐日气象资料,利用FAO Penman-Monteith模型,计算出各气象站的潜在蒸散量,由此计算出各站的湿润指数,并对其进行标准化,统计极端干旱发生频率。对西北全区和不同自然区的降水量及极端干旱发生频率的时空变化特征进行了探讨分析。结果表明:近52年来西北全区年降水量变化倾向率表现出微弱的上升趋势,平均每年上升0.17 mm。由该区年降水量变化的空间差异,可将研究区划分为3个部分:明显增加区、轻度增加区、减少区。西北全区极端干旱发生频率的平均值为3.8月/a,气候变化倾向率总体上表现出明显的下降趋势,平均每年下降0.011月。根据西北地区极端干旱发生频率变化的空间差异,也可将研究区划分为3个部分:明显减少区、轻度减少区、增加区。极端干旱发生频率与降水量和平均气温表现为显著的负相关性,与无雨总日数呈现出显著的正相关性。     

盐池县2000-2012年植被变化及其驱动力

荒漠草原区的植被对防治荒漠化、维护生态屏障具有决定性作用,宁夏盐池县作为其典型代表,近13年的植被变化深受气候变化和人类活动的综合影响。基于MODIS NDVI等数据,运用趋势分析、经验模态分解和空间叠置分析等方法,对盐池县2000—2012年的植被动态变化进行研究,结果表明:(1)2000—2012年盐池县NDVI在0.2—0.4之间呈波动上升趋势,上升幅度为0.078/10 a,上升趋势显著;总体来说,植被稳定性低,年际间波动或转换频繁、幅度大;(2)NDVI的波动分量与残余分量方差贡献率各占50%,且NDVI波动呈减弱趋势。促使NDVI波动的主控因子是年降水量,但其影响在减弱;(3)推动NDVI趋势性上升的主要因素是土地利用方式改善和类型变化,但土地利用方式改善对NDVI的贡献远远大于土地利用类型变化对NDVI的贡献。因此,荒漠草原区的生态改善应以保护为主,辅之以必要的生态重建,走以适度开发带动整体保护的道路。     

我国草地螟轻发年份时空特征及其气候背景

揭示我国草地螟在长时间序列上的年度间变化规律,探明轻发年份特点和研究意义,阐释气候变化背景对草地螟发生的影响方式。分析了1949—2012年我国草地螟发生面积的时间序列和轻重年份差异,利用2006—2012年北方主发区每年各代次各虫态发生期出现时间、有效持续时间和发生县点数等数据分析了轻发年份的时空分布特征。在1951—2012年可追溯的时间序列上,研究了北方草地螟主发区(169个具有连续气象资料的发生站点)年平均气温、1月月平均气温、6—8月累计降雨量等气候背景变化趋势与草地螟年度发生动态的相关性。结果表明:(1)在62年的长时间序列上,我国草地螟轻发年份频次多于重发年份;(2)轻发年份的总体特征是发生期迟、发生盛期短、发生区域少;(3)大尺度气象条件变化是引起草地螟年度发生动态波动的重要因素,与1951—2012年年度发生面积进行相关分析发现,年平均气温和1月份月平均气温与草地螟发生面积呈显著正相关关系,6—8月累计降雨量与发生面积呈显著负相关关系。分析指出,轻发年份是草地螟种群长期消长动态中不可忽视的环节,对轻发年份的研究是揭示其年度发生变化规律的重要途径;在长时间序列的分析方法上,可采用年度发生(幼虫)面积作为判断轻重年份发生程度的主要量化指标;利用草地螟发生区多点大尺度气象数据,与年度发生面积进行相关性分析,可作为阐释气候背景影响草地螟长期发生趋势的方法之一。     

湖北神农架巴山冷杉径向生长对气候的响应

利用湖北神农架巴山冷杉树轮宽度标准年表,研究其径向生长对气候要素(月平均气温和月降水量)和生长期其他参数(活动积温、持续天数、初日和终日)的响应.结果表明:神农架地区巴山冷杉径向生长与当年2、4和9月平均气温呈显著正相关,与上年和当年9月降水量呈显著负相关,与上年12月降水量呈显著负相关.巴山冷杉径向生长与生长期活动积温和持续天数呈正相关,且与以9.0℃为阈值定义的活动积温和持续天数的相关最高.其生长期从5月下旬开始,到9月中旬结束,大约120 d.树轮宽度标准年表与以9.0和9.3℃定义的生长期初日和终日序列相关最高,相关系数分别为-0.25(接近0.05显著性水平)和0.33(P<0.05),所以9.0℃是其进行光合作用的敏感温度.生长期开始得早或结束得晚,即生长期延长,均有利于巴山冷杉的生长.与我国气候突变年(1978年)前相比,1978年以后神农架地区气温开始上升,生长期活动积温和持续天数开始增加,生长期初日提前,终日延迟,使得生长期延长,进而促进了巴山冷杉的径向生长.     

东北地区高温对玉米生产的影响及对策

极端高温是制约东北农作区玉米生产的主要气象灾害之一.本文通过研究气候变暖背景下玉米不同生育时期内日最高温度大于30℃的积温(AT)和日最高温度大于30℃的天数(AD)的时空变化特征,分析了极端高温对东北农作区不同地区玉米生产的影响,并探讨了应对高温的对策.结果表明:1961—2010年,东北农作区玉米生育期内温度显著升高,开花期(花前花后20 d)最高温度明显大于其他生育时期,玉米全生育期、营养生长期(播种到开花前11 d)、花期和生育后期(开花后11 d到收获)4个时期日最高温度的气候趋向率分别为0.16、0.14、0.06和0.23℃·10 a-1.近50年东北农作区玉米全生育期AT明显增加,西南部地区的AT明显高于其他区域,营养生长期AT的增加趋势明显大于其他两个时期.玉米全生育期AD明显增加,高值区也主要集中在西南部地区,生育后期的AD的增加趋势大于其他两个生育时期.东北农作区玉米生育期内极端高温显著影响玉米生产,其中营养生长期的极端高温对玉米产量的不利影响十分显著,松辽平原地区玉米生产的高温风险明显大于其他地区.优化作物布局,培育耐高温品种,调整玉米生产管理措施,构建防灾减灾玉米生产体系是东北农作区玉米生产应对高温风险的有效措施.     

近40a甘肃省气候生产潜力时空变化特征

根据甘肃省69个气象站1971-2007年温度和降水资料,采用Miami模型、Thornthwaite Memorial模型计算了全省温度生产潜力、降水生产潜力和气候生产潜力,分析了影响气候生产潜力的气候驱动力,用经验正交函数(EOF)分析其时空变化特征。结果表明:温度生产潜力显著增加,降水生产潜力略有减少,平均气候生产潜力为733.86 kg · hm^-2 · a^-1,呈逐渐减少趋势。区域差异性明显,呈东南-西北递减,陇南山区＞陇东高原＞陇中高原＞甘南草原＞河西走廊,气候生产潜力以1997年为转型年。增湿和增温均有利于气候生产潜力的增加,但增湿增益更为显著,另气候的暖干化趋势是研究区气候生产潜力减少的重要原因。