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侯指标的功能。本文首次根据区域潜在蒸散对气侯－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）,并据此对中国气侯－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。     

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。     

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。     

4个常用的气候-植被分类模型对中国植被分布模拟的比较研究

 应用KAPPA一致性检验方法,比较研究了4个常用的气候植被分类模型：Penman模型、Holdridge生命地带系统、Kira模型和Thornthwaite模型对中国植被分布模拟的一致性和适用性。结果表明：这4个常用的气候 植被分类模型对中国植被区划一级分类的植被地理分布模拟效果较好。其中,Holdridge生命地带系统的KAPPA值达到0.57,模拟效果优于其它三者。但对特定地区,如青藏高原的植被地理分布,所有模型均需改进或引入新的影响因子才能较好地模拟二级植被区划的植被地理分布。1)Penman模型对温带草原和青藏高原的植被地理分布模拟的KAPPA值超过0.50,是4个模型中对青藏高原植被地理分布模拟效果最好的。2)Thornthwaite模型对热带雨林、季雨林植被地理分布模拟的KAPPA值达到0.40,可以弥补Holdridge生命地带系统对热带植被地理分布模拟精度的不足。3) Holdridge生命地带系统对中国植被地理分布模拟的效果最佳,但对西部季雨林、雨林区域(52)、西部草原亚区域(63)、青藏高原温性荒漠地带(86)和温性草原地带(84)的模拟程度不理想。4)Kira模型对亚热带常绿阔叶林植被地理分布的模拟效果可与Holdridge生命地带系统相媲美;对低海拔和湿润、湿润地区植被地理分布的模拟效果尚可,但在温带荒漠区与青藏高原区植被地理分布的模拟效果与实际相差较远。     

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。     

植被—气候分类指标及其应用

１引言植被是陆地生态系统的主体,是陆地景观中最显著的和最具特色的组成部分,也是生态系统、气候与土壤亚系统相互联系的枢纽。一般而言,在较大范围或洲际尺度上,气候是决定陆地植被类型及其分布的最主要因素,植被则是地球气候最鲜明的反映和标志［１］,植被与气候...     

中国亚热带常绿阔叶林优势种常见种分布与气候的相关分析

 广泛收集植物的分布资料,包括杨梅科、胡桃科、壳斗科、木兰科、樟科、山茶科、金缕梅科、交让木科、杜英科、五加科、安息香科、冬青科、杜鹃花科、山矾科的优势种和常见种112个,利用目前在国际上被认为是较好的几种研究植被—气候相互关系的指标和方法,包括：Kira方法;Penman公式;Thornthwaite方法与分类;Holdridge生命地带分类系统指标与方法,分析中国亚热带常绿阔叶林优势种及常见种分布与气候的生态关系,找出它们的地理分布特征和气候指标特征,建立现代植被与气候的关系。(1)利用Kira的温暖指数(WI)和寒冷指数(CI)及徐文铎的湿润指数(HI),计算了中国亚热带常绿阔叶林112个优势种及常见种的水热指标值,分析了树种分布与气候的关系,并将优势种及常见种划分为5个Kira水热指标分布类群。(2)计算了112个优势种及常见种的Penman可能蒸散(PET)和干燥度(A)值,划分了5个优势种及常见种的Penman水热指标分布类群。(3)计算了树种的Thornthwaite潜在可能蒸散(APE)及湿润指数(IH)、干旱指数(IA)和水分指数(IM),划分了优势种及常见种的Thornthwaite水热指标分布类群。(4)计算了树种的Holdridge生物温度(BT)、可能蒸散(PE)、降水量(P)及可能蒸散率(PER),划分了优势种及常见种的Holdridge水热指标分布类群。     

中国亚热带常绿阔叶林优势种及常见种分布与Thornthwaite指标的关系

根据中国亚热带常绿阔叶林区域的气象资料和植物分布资料,计算了组成中国亚热带常绿阔叶林的１１２个优势种及常见种的Ｔｈｏｒｎｔｈｗａｉｔｅ潜在可能蒸散指标和湿度指标,利用其湿度气候分类和湿度气候分类对优势种和常见种进行了气候类型划分,分为５种类型并划分了优势种及常见种的Ｔｈｏｒｎｔｈｗａｉｔｅ水热指标分布类群,分别为：Ｇ１低温半湿润型,Ｇ２中温中湿型,Ｇ３中温湿润型,Ｇ４高温半湿润型,Ｇ５高温中湿型。     

Beyond Precipitation: Physiographic Gradients Dictate the Relative Importance of Environmental Drivers on Savanna Vegetation

Background

Understanding the drivers of large-scale vegetation change is critical to managing landscapes and key to predicting how projected climate and land use changes will affect regional vegetation patterns. This study aimed to improve our understanding of the role, magnitude and spatial distribution of the key environmental factors driving vegetation change in southern African savanna, and how they vary across physiographic gradients.

Methodology/Principal Findings

We applied Dynamic Factor Analysis (DFA), a multivariate times series dimension reduction technique to ten years of monthly remote sensing data (MODIS-derived normalized difference vegetation index, NDVI) and a suite of environmental covariates: precipitation, mean and maximum temperature, soil moisture, relative humidity, fire and potential evapotranspiration. Monthly NDVI was described by cyclic seasonal variation with distinct spatiotemporal patterns in different physiographic regions. Results support existing work emphasizing the importance of precipitation, soil moisture and fire on NDVI, but also reveal overlooked effects of temperature and evapotranspiration, particularly in regions with higher mean annual precipitation. Critically, spatial distributions of the weights of environmental covariates point to a transition in the importance of precipitation and soil moisture (strongest in grass-dominated regions with precipitation<750 mm) to fire, potential evapotranspiration, and temperature (strongest in tree-dominated regions with precipitation>950 mm).

Conclusions/Significance

We quantified the combined spatiotemporal effects of an available suite of environmental drivers on NDVI across a large and diverse savanna region. The analysis supports known drivers of savanna vegetation but also uncovers important roles of temperature and evapotranspiration. Results highlight the utility of applying the DFA approach to remote sensing products for regional analyses of landscape change in the context of global environmental change. With the dramatic increase in global change research, this methodology augurs well for further development and application of spatially explicit time series modeling to studies at the intersection of ecology and remote sensing.     

基于地形因素的新疆荒漠植被-气候模型应用研究

本研究在新疆荒漠植被型分类的基础上,用植被与气候Holdridge生命带模型进行荒漠植被型的模拟,并用Kappa检验系数进行结果检验,模拟结果很差(0.19),将地形作为模拟模型具体考虑的一个因素,对重新分类的气候区进行二次植被模拟。二次模拟结果Kappa检验系数平均值为0.45,二次模拟整体荒漠植被型模拟结果的Kappa检验系数为0.64,极大地提高了模型模拟的准确度。模型模拟准确度的提高在于将影响新疆水分分配的地形因素作为改进Holdridge生命带模型的参数,该参数的引入为提高Holdridge生命带模型的准确度提供了新的思路,也为较准确地模拟新疆地区的植被提供了新途径。     

荒漠草原人工灌丛化对蒸散发及其组分的影响——以盐池县为例

我国西北防沙治沙工程中大量的种植中间锦鸡儿(Caragana intermedia)会导致荒漠草原发生灌丛化现象,研究人工灌丛化对荒漠草原蒸散发的影响,不仅能够揭示半干旱区人为活动对生态系统水循环的影响机理,还可以指导区域生态治理实践。以宁夏盐池县荒漠草原为例,基于植被的生理生态参数和荒漠草原水热条件,采用生物地球化学模型(Biome Bio-Geochemical Cycles,Biome-BGC)和地球呼吸系统模拟模型(Breathing Earth System Simulator,BESS)结合的方法,模拟荒漠草原生态系统人工灌丛引入前后蒸散发及其组分的变化,定量研究荒漠草原人工灌丛化对区域生态水文循环中蒸散发的影响。结果表明,人工灌丛的引入使植被结构及特征发生了变化,叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)年最大值由0.20增加为0.67,改变了植被年内与年际变化特征。荒漠草原人工灌丛化后,生态系统年均蒸散发由251.74 mm增加到了281.42 mm;人工灌丛化对生长季的蒸散发增强明显,8月蒸散发峰值时,日均蒸散发由1.27 mm/d增加到1.56 mm/d。灌丛化过程使生态系统蒸腾量平均增加了1.35倍,蒸发量增加了1.06倍,改变了生态系统蒸散发的组分结构,导致蒸发比例降低、蒸腾比例增高。由此可知,荒漠草原在防沙治沙和生态治理中大量种植灌木的现象,加大了区域生态系统的蒸散发,并改变了水分耗散结构,从而对生态系统地气水汽交换有较大影响,研究结论对荒漠草原生态治理及未来的植被重建有一定的借鉴意义。     

中国特有种川榛的地理分布格局与气候环境因子的关系分析

采用查询资料和实地调查相结合的方法,收集中国特有种川榛(Corylus kweichowensis Hu)的地理分布资料以及各分布区的气象数据;利用Kira温暖指数、Kira寒冷指数、徐文铎湿度指数、Holdrige生物温度、Holdrige可能蒸散率和Holdrige可能蒸散量对川榛地理分布格局与气候水热指标的关系进行研究;并采用主成分分析法对影响川榛分布的气候水热指标进行了分析.结果表明:川榛分布于中国的15个省(自治区、直辖市),水平分布范围为东经102°06′~121°59′、北纬25°11′~37°38′,分布的最北端和最东端均位于山东省牟平县,最南端和最西端分别位于贵州省安龙县和四川省泸定县;垂直分布海拔为300~2500 m,集中分布海拔为500~1000 m,主要分布于秦岭、伏牛山、大别山和大巴山等山系.川榛分布区的年均温、Kira温暖指数、年降水量和Holdrige生物温度的最适范围分别为1124℃~1772℃、9153℃·月-1~14924℃·月-1、59638~160175 mm和1166℃~1754℃,Kira寒冷指数、徐文铎湿度指数、年空气相对湿度、Holdrige可能蒸散量和Holdrige可能蒸散率的均值分别为-673℃·月-1、911、7481%、86025 mm和089,其分布南界和北界的Kira温暖指数、Kira寒冷指数和年降水量的范围分别为6290℃·月-1~16910℃·月-1、-3990℃·月-1~-110℃·月-1和42550~205820 mm;按照Holdrige分类系统,川榛属于暖温带和亚热带湿润森林生命地带类型中的树种,生态适应性较广.主成分分析结果表明:限制川榛地理分布的气候水热条件由高到低依次为低温条件、高温条件、湿度条件,因此,园艺化栽培川榛时可首先考虑1月均温、Kira寒冷指数、极端低温、无霜期和年均温等因素.     

四川大头茶地理分布与环境水热状况的关系

在广泛收集四川大头茶地理分布资料的基础上,利用目前国际上被认为较好的几种研究植被－气候相互关系的指标和方法,包括Ｋｉｒａ的温暖指数和寒冷指数。徐文铎的湿润指数,Ｐｅｎｍａｎ的干燥度指标,Ｔｈｏｒｎｔｈｗａｉｔｅ的潜在可能蒸散和水分指数。     

峰丛洼地植被生态需水定额及其影响因素

以广西田东县峰丛洼地区域为研究对象,基于野外实地观测,构建了适宜的植被生态需水计算模型,估算了区域典型植物群落不同季节的植被生态需水及生态缺水定额,并分析了其主要影响因素。研究结果表明,4种优势植物群落的生态需水定额均是8月最大、1月最小;五节芒群落的生态需水定额最大,月均最大、适宜和最小需水定额分别为36. 85、25. 80 mm和23.95 mm,灰毛浆果楝最小,分别为23.99、16.80 mm和15.60 mm;生态缺水定额呈现出与生态需水一致的特征。植被生态需水定额与植被覆盖度、叶面积指数、空气温度和土壤容重呈极显著正相关(P0.01),而与田间持水量呈显著负相关(P0.05);植被覆盖度、土壤容重、土壤含水率和潜在蒸散4个指标是影响植被生态需水定额的主要因素。     

元江干热河谷林地内外潜在蒸散发量的变化及其驱动因素

蒸散发对把握气候变化、理解区域生态保护具有重要意义.本文利用主成分分析及皮尔逊双侧相关检验的方法研究元江干热河谷林地内外潜在蒸散发量(PET)的变化及其驱动因素,并根据分析结果对林地内外蒸散发的发生过程进行解读.通过对2015-2018年日PET的研究发现:林内PET比林外低0.86 mm.d-1;林地内外PET呈周期...     

Study of changes in life zone distribution in north-east China by climate–vegetation classification

Life zones and their changes in distribution in north-east China were studied based on climate–vegetation relationships. The warmth index (WI) and aridity index (the ratio of evaporation [evaporation rate, ER] to precipitation) were used to represent the site condition. The typical site condition of each vegetation type was determined as the classification criterion. The boundaries of the four potential vegetation zones were estimated based on the combinations of WI and ER in relation to vegetation (i.e. cold-temperate conifer forest zone, temperate broad-leaved conifer mixed forest zone, warm-temperate deciduous forest zone, and temperate steppe zone). The distribution changes in vegetation zone caused by human activities were estimated by comparing the potential vegetation with the actual one. The percentage cover of forest has shrunk from about 70% to the present 27%. About 23% of the study area was replaced by agricultural vegetation and industrial use. Nearly half of the region could have been covered by broad-leaved conifer mixed forest which was shrunk to a small area, less than 5% of the region. The broad-leaved deciduous forest zone in the southern part could have occupied about 7% of the area, and had almost no virgin stand.     

基于MODIS与Landsat 8的艾比湖湿地旱情时空变化及其影响因素分析

对干旱区艾比湖湿地旱情进行多源遥感监测,分析干旱对艾比湖湿地的生态安全与农业生产的影响,为水资源合理配置与干旱预警提供依据。选用2013年5月到2016年5月的MODIS温度和植被指数产品数据反演TVDI指数,并构建二维特征空间,分析土壤水分的时空分布特征,结果表明:TVDI可以有效地反演土壤水分,且精度较高;通过分析,艾比湖湿地土壤水分格局呈现由"极湿润-湿润-正常"面积减少,"干旱-极干旱"面积增加的趋势;在此基础上分析了影响艾比湖干旱变化的影响因素,近年来随着温度升高,风速与蒸发量增加,降水量减少,使艾比湖湿地旱情急剧恶化。利用多源遥感能很好的实现大面积、长时间、高精度的旱情监测,在四年间艾比湖湿地的旱情有所加剧,湖水面积与冰川萎缩变化较为严重,可见艾比湖湿地旱情情况较为不乐观,需加强水资源管理,开展艾比湖旱情监测对于干旱区湖泊生态有重要的理论与实际意义。     

基于Penman-Monteith-Leuning遥感模型的西南喀斯特区域蒸散发估算

西南喀斯特地区地形起伏大、土壤保水持水性差、生态环境脆弱.准确估算区域尺度蒸散发对研究喀斯特地区植被恢复、水资源管理等具有重要意义.本文以桂西北喀斯特植被恢复区为例,基于野外实测气象和蒸散发数据,采用最小二乘法对Penman-Monteith-Leuning(PML)模型中气孔导度土壤湿度指数进行参数优化,并结合MOD15A2叶面积指数进行空间外推,实现了区域尺度上长时序蒸散发的估算.结果表明: 研究区蒸散发模拟值与实测值有较好的一致性,模型确定系数、纳什系数和均方根误差分别为0.85、0.75和1.56 mm·d^-1.蒸散发表现出季节变化特征,并与植被生长季物候特征一致,夏季蒸散量达到峰值.研究区年蒸散量在534～1035 mm,陆面蒸散发的空间分布呈现差异性,受降水的空间分布影响较大.年蒸散发可能不仅受到降水因素的影响,还与人类活动和土地利用类型有关.     

内蒙古温带荒漠草原能量平衡特征及其驱动因子

基于内蒙古苏尼特左旗温带荒漠草原生态系统观测站2008年全年的涡度相关观测与相应的生物、环境观测资料,对生态系统能量平衡特征及其驱动因子分析表明:能量平衡各分量(净辐射,Rn;感热通量,H;潜热通量,LE;土壤热通量,G)呈单峰型日动态,白天大部分时间H/RnG/RnLE/Rn;夜间G/Rn占主导;全天LE/Rn相对较小,即使在植物生长盛期。较低的LE/Rn可能与荒漠草原气候干旱及植被分布稀少有关。日Rn受天气变化的影响,特别是在雨季,Rn日间差异较大,呈现锯齿状波动。能量平衡各分量季节变化明显,Rn、H、LE和G最大月分别为7、5、6月份和6月份。全年H是Rn的主要能量支出项(58%);LE其次(26%),年蒸散量(190.3mm)大于年降水量(136.3mm),与多年平均降水量接近(183.9mm),其中最大日蒸散率3.8mm/d;G所占比例较小(1%),全年基本保持平衡。然而G白天吸收能量,夜间释放能量;夏季储存能量,冬季释放能量的特点,在能量平衡中存在类似"能量缓存"的作用,不能被忽略。降水过程显著影响内蒙古温带荒漠草原水热交换。降水后较降水前LE峰值明显增大,而H峰值降低。日蒸散率峰值多数与降水事件有关。而且,生长季日蒸散率波动与降水引起的SWC变化趋势一致。生长季潜热分配(LE/Rn)主要受到土壤含水量(SWC)、饱和水汽压差(VPD)及叶面积指数(LAI)共同影响。LE/Rn随SWC增大呈增加趋势,LE/Rn随VPD增大而降低,LE/Rn随LAI增大呈二次曲线变化。其中LAI为0.2m2/m2是一个阈值,当LAI0.2m2/m2,SWC是LE/Rn主要驱动因子;当LAI0.2m2/m2,SWC和LAI共同驱动LE/Rn。应用退耦因子(Ω)评价了荒漠草原与大气之间水汽交换的耦合状况。与其他草原类型相比,本研究区退耦因子(Ω)相对较低(生长季平均0.15)。生长盛期Ω相对较高,Rn是LE的主导因子;而生长前期和后期Ω相对较低,VPD是LE的主要控制因子。     

用于全球变化研究的中国植物功能型划分

 植物功能型(Plant functional types, PFTs)作为沟通植物的结构和功能与生态系统属性的桥梁,随着全球变化与植被的关系研究的深入而受到广泛重视。植物功能型的划分依赖于研究的背景、尺度和要解决的问题。为了区域尺度全球变化研究的需要,该文提出了一个基于植物关键特征的植物功能型划分方法。该方法首先选择了6项植物特征,包括3项冠层特征：木本-草本、常绿-落叶和针叶-阔叶,以及3项生理特征：光合途径(C3 / C4)、植物的水分需求和热量需求,作为划分植物功能型的关键特征;然后,先根据植物冠层特征划分得到5个基本类型,再根据水分和热量条件进行详细划分,得到29种备选类型;需要时,再根据研究目的从这29种备选类型中选择所需类型。根据这个方法,在充分考虑了我国季风气候条件下特有的水热配置和高海拔环境对植物的形态和功能特征影响的基础上,从备选类型中选择了一套适合中国气候和植被特征的植物功能型体系。这套体系包括18类植物功能型,其中含7类‘树’功能型、6类‘灌木’功能型和5类‘草’功能型,另根据需要设置2类‘裸地’功能型。并且根据植物的生理生态特征和中国植被的地理分布确定了用于限制植物功能型分布的气候因子,这些气候因子包括绝对最低温度、最暖月平均温度、有效积温、年最热月平均温和最冷月平均温之差、湿润指数、年均降水量。应用表明,这套植物功能型可用于模拟我国植被在当前气候条件下的分布。该研究为发展适于我国的植被模型和区域气候模型、评估全球变化对我国植被的影响及植被变化对气候的反馈作用提供依据与参数。