气候变化和人类活动对祁连山国家公园植被净初级生产力的定量影响

祁连山国家公园作为西北地区重要的生态安全屏障和水源涵养地,研究其植被变化对西北地区的生态安全具有重要意义。基于2000—2019年祁连山国家公园的MOD17A3遥感数据,利用一元线性回归、偏相关分析、多元线性回归和残差分析等方法,分析了祁连山国家公园植被净初级生产力(NPP)的时空态势及其与降水、气温和人类活动的相关性,在此基础上量化气候变化和人类活动对植被NPP的影响。结果表明：(1)2000—2019年祁连山国家公园植被NPP整体呈波动上升趋势,且空间上呈东高西低的分布格局,其多年平均值为113.14 g C m^-2 a^-1,年均增长量达1.41 g C m^-2 a^-1;(2)植被NPP与降水、气温均呈正相关,其中降水对植被NPP影响更为显著;(3)人类活动区植被NPP总体呈增加趋势,与2016年相比,2019年人类活动区植被NPP增加的面积占87%,植被NPP降低的面积占13%;(4)在植被恢复区,气候变化和人类活动对植被恢复分别解释了92%和8%;在植被退化区,气候变化和人类活动对植被退化分...     

锡林郭勒盟净初级生产力时空变化及其气候影响

净初级生产力(NPP)是表征生态系统质量与功能的核心指标,监测生态工程区NPP的时空变化是生态建设成效评估的重要内容。本文利用2000—2015年时序遥感数据与光能利用效率模型(CASA),分析了锡林郭勒盟NPP的时空变化以及气温与降水的影响。结果表明:2000—2015年锡林郭勒盟的NPP为108.66~359.74 g C·m^-2·a^-1,多年平均值为254.18 g C·m^-2·a^-1,年均增加13.47 g C·m^-2;锡林郭勒盟的NPP由东向西递减趋势明显,40.13%的区域NPP高于280 g C·m^-2·a^-1,且集中在太仆寺旗、多伦县、西乌珠穆沁旗和东乌珠穆沁旗等地区;相比2000年,2015年锡林郭勒盟有94.56%的区域NPP升高,其中33.95%的区域NPP增幅高于120 g C·m^-2;锡林郭勒盟的NPP与降雨量呈显著正相关,31.18%的区域NPP与气温呈正相关,NPP与年均气温及降水量的复相关系数为0.59。综合来看,锡林郭勒盟约55%的区域NPP明显受气候因素驱动,其生态修复治理应充分利用气候变化的积极影响,而其他区域则需注重施加生态工程措施。     

中国旱区水循环变化特征及其对植被净初级生产力的影响

了解全球气候变化背景下旱区植被净初级生产力(NPP)的变化特征及对水循环变化的响应机制,对于旱区水资源优化配置和生态系统管理具有重要意义。本研究基于2003—2017年的水文、气候数据和CASA模型模拟的NPP数据,分析了中国旱区水循环变化特征及其对NPP的影响,并采用气候枢轴点方法量化了不同干旱梯度下NPP对水循环变化的响应系数和阈值。结果表明：中国旱区整体呈暖湿化趋势,降水、蒸散和土壤水年均增加2.94 mm·a^-1、1.79 mm·a^-1和0.0005 m~3·m^-3·a^-1,水循环过程加速;中国旱区平均NPP为146.82 g C·m^-2·a^-1,年均增加0.93 g C·m^-2·a^-1;NPP增加区域主要分布在陕北、山西、内蒙东南部和新疆塔里木盆地边缘;降水、蒸散、土壤水与NPP显著正相关(相关系数分别为0.593、0.781和0.702,P<0.05),其中NPP对蒸散的响应最敏感;当降水、蒸散...     

天然草原净初级生产力变化监测与驱动力分析——以锡林郭勒草原为例

草地是陆地生态系统重要的组分,利用遥感技术在宏观尺度分析天然草原长势变化与其驱动力是了解草地生态状况的重要手段。本研究基于气候模型和光能利用率模型分别模拟2000—2018年锡林郭勒草原植被潜在植被净初级生产力(NPP)和实际NPP,以它们的差值作为由人类活动导致的NPP残损值,并利用最小二乘法在像元尺度分析锡林郭勒草原NPP时空变化规律以及气候和人类活动对NPP的驱动作用。结果表明: 2000—2018年间,锡林郭勒草地NPP在空间上呈由西向东递增分布规律,年均NPP为271.54 g C·m^-2·a^-1,NPP上升(草地恢复)面积为3.65万km²,NPP下降(草地退化)面积为5.99万km²;潜在NPP在温度和降水的驱动下趋于上升趋势,年均上升6.5 g C·m^-2·a^-1,表明研究期间区域气候(降水和温度)对锡林郭勒草原NPP的提升具有积极作用,草地退化的驱动力主要来自人类活动;人类活动导致的研究区NPP残损值呈由东向西、由南向北递减分布,其中,乌珠穆沁草甸草原及南部典型草原残损值最高;采矿、开垦等人类活动对草地NPP的影响最明显。     

1999—2015年若尔盖草原湿地净初级生产力时空变化

植被净初级生产力(NPP)是草原湿地生态系统碳收支平衡和气候变化的核心内容之一。本研究基于植被指数、气象数据(降水和气温)、植被类型数据,利用CASA模型对若尔盖草原湿地1999—2015年NPP进行估算,分析了若尔盖草原湿地NPP时空格局特征及其与气候因子的关系。结果表明: NPP实测值与模拟值之间显著相关,R²为0.78,均方根误差为120.3 g C·m^-2·a^-1;研究区年均和生长季(4—9月)NPP分别为329.0、229.4 g C·m^-2·a^-1,年际间波动明显,以2.3、1.6 g C·m^-2·a^-1的微弱趋势下降,不同植被类型的年均及生长季NPP的年际波动与整个研究区的波动趋势基本一致;年均和生长季NPP的变化斜率分别为-21.3～18.7、-31.5～23.1 g C·m^-2·a^-1,显著增加的面积分别占研究区总面积的0.3%和0.7%,主要分布于森林覆盖区和湿地生态补偿区;显著下降的面积分别占研究区总面积的1.4%和6.4%,主要分布于人类活动集中的地区;研究区不同植被的固碳能力存在差异,其中,森林最强,草地次之,湿地最弱;降水是影响草原湿地植被NPP的主导气候因子。     

近20年内蒙古鄂托克旗草地降水利用效率时空演变的驱动力量化

降水利用效率(PUE)是评价干旱半干旱地区草地生产力与降水关系的有效指标。为进一步探究气候变化和人类活动对草地PUE的驱动机理,本研究采用改进的CASA模型估算了2001—2020年鄂托克旗草地净初级生产力(NPP),结合同期降水量的空间插值数据获取了研究区草地PUE,利用简单线性回归和分段线性回归分析了PUE的时空演变特征及其空间格局对6类气候因子的响应,并引入基于偏导数的量化分析方法定量评估了气候变化和人类活动对PUE动态的相对贡献。结果表明: 鄂托克旗草地PUE多年均值为0.748 g C·m^-2·mm^-1,年际波动呈显著下降趋势,下降速率为0.014 g C·m^-2·mm^-1·a^-1;PUE在空间上西低东高,沿气温、降水、相对湿度、日照时数和ET₀的增长梯度呈显著的单峰分段线性模式,而沿风速梯度表现为先快后慢的持续显著增长模式;研究区94.3%的草地表现为PUE衰减态势,且有43.6%为严重衰减,这一突出问题是气候变化和人类活动共同作用导致的,二者的贡献分别为-1.162×10^-2和-0.240×10^-2 g C·m^-2·mm^-1·a^-1,而气候变化是首要驱动力,其中降水是关键气候驱动因子。     

2008—2018年伊犁河流域植被净初级生产力时空分异特征

基于MODIS数据和改进的光能利用率模型(CASA模型)对2008—2018年伊犁河流域植被净初级生产力(NPP)进行估算,通过一元线性回归趋势分析、变异系数、Hurst指数等方法对其时空分异特征进行分析。结论如下：(1)时间特征上,伊犁河流域植被NPP呈现波动上升趋势,年内植被NPP呈现出“单峰型”特点,该流域四季植被NPP大小关系为：夏季>春季>秋季>冬季;(2)空间特征上,伊犁河流域植被NPP呈现东北低西南高,沿天山山脉呈环状分布,各植被类型NPP的大小为：林地(624.13 g C m^-2 a^-1)>耕地(575.04 g C m^-2 a^-1)>草地(270.57 g C m^-2 a^-1)>裸地(114.26 g C m^-2 a^-1)。该流域植被NPP在海拔、经纬度方面均呈现不同的变化特征。(3)空间稳定性上,伊犁河流域植被NPP存在明显的空间差异性,各变异程度...     

21世纪上半叶内蒙古草地植被净初级生产力变化趋势

基于中国气象局国家气候中心新发布的中短期适应气候变化的新情景(RCP4.5)和极端情景(RCP8.5)下的气候预估数据,采用空间化后的CENTURY模型模拟探讨2011－2050年内蒙古草地植被净初级生产力(NPP)的时空变化特征.结果表明: 区域尺度上,未来气候变化情景下内蒙古草地NPP年下降速率分别为0.57 g C·m^-2·a^-1(RCP4.5)、0.89 g C·m^-2·a^-1(RCP8.5);相对于基准时段,RCP4.5情景下内蒙古草地NPP在2020s、2030s、2040s分别下降11.6%、12.0%、18.0%,而RCP8.5情景下降幅分别为23.8%、21.2%、30.1%.不同气候情景下内蒙古草地NPP时空变化特征差异较大,但即使在RCP4.5下未来40年绝大部分草地NPP也将呈现下降趋势,15.6%的草地减产超过20%.这表明未来气候变化情景下内蒙古草地降水略增的态势不足以补偿因温度升高对草地植被初级生产力所产生的负面作用,草地资源的可持续发展将面临更大挑战.     

2001—2020年厦漳泉地区植被净初级生产力时空演变特征及其影响因素

植被净初级生产力(net primary productivity, NPP)是评价生态系统碳循环的重要指标,研究植被NPP的时空演变规律及影响因子对于制定科学合理的可持续发展战略具有实际参考意义。本研究基于土地覆被数据、气候数据(气温和降水)和MODIS平台的NPP产品,采用相关性分析、贡献度分析和土地覆被转移矩阵等结合空间分析方法,研究2001—2020年厦漳泉地区植被NPP的演变特征,定量阐述土地覆被变化和气候变化对植被NPP的影响,并对植被NPP变化驱动因子进行分析。结果表明：厦漳泉地区植被NPP年均值在938.1～1100.9 g C·m^-2·a^-1范围内波动,整体减少趋势不明显;林地的植被NPP总值(11117.40 Gg C)和增速(103.75 Gg C·a^-1)在所有土地覆被类型中最高;厦漳泉地区植被NPP与气温呈正相关,与降水呈负相关,与气温的偏相关显著性要强于降水量,且厦漳泉地区大部分地区植被NPP受非气候因素影响;不同时期不同土地覆被类型植被NPP变化的主导因素在气候变化和土地覆被变化之间转化。     

中国陆地生态系统净初级生产力时空变化特征及影响因素

为揭示气候变化背景下我国各陆地生态系统净初级生产力(NPP)的时空分布特征与驱动机制,引入重心模型分析2000—2017年我国NPP的空间分布格局变化,并利用相关分析方法结合Thornthwaite Memorial模型定量区分气候变化与人类活动影响NPP的相对作用。结果表明：(1)2000—2017年全国NPP均值为325.86 g C/m²,整体呈现出南方高北方低,东南向西北逐渐递减的特点。(2)近18年全国与各陆地生态系统NPP均呈现增长趋势,全国NPP增长速率为4.4597 g C m^-2 a^-1,总净增加约0.391 Pg C。空间上全国与森林、草地、荒漠生态系统的NPP重心向东北方向移动,农田与城市生态系统的NPP重心向西北方向移动,表明NPP在该方向上的增速和增量最大。(3)全国NPP在华北、西北地区与四川盆地主要受降水的影响,在青藏高原与云贵高原的东部主要受气温的影响,各陆地生态系统之间城市生态系统NPP对降水响应的敏感度相对最高,荒漠生态系统NPP对温度响应的敏感度相对最高。(4)气候变化和人类活动对全...     

基于变异系数的植被NPP人为影响定量研究——以石羊河流域为例

人类活动是NPP变化的重要影响因子,定量计算NPP人为影响值具有较重要的意义。提出基于变异系数法的NPP人为影响模型,对其基本概念、理论基础、计算流程等进行了阐述,并以石羊河流域为研究区,分析该流域NPP人为影响分布规律。研究结果表明:(1)该模型基于一种间接计算的思想回避了人为作用的复杂过程,模型理论科学,以变异系数为参数,所需参数少,技术可行,计算结果为NPP值,易于定量评价。(2)2000—2010年期间,石羊河流域人类活动对植被NPP的影响广泛而严重,年均影响值大于40g C m~(-2)a~(-1)的面积占96.21%,影响程度严重以上占26.94%。NPP人为正负影响均较大,正影响年均为1.63×106g C m~(-2)a~(-1),负影响年均为1.21×106g C m~(-2)a~(-1),年均净增加4.20×105g C m~(-2)a~(-1);正向平均影响强度为136.84 g C m~(-2)a~(-1),负向平均影响强度为100.32 g C m~(-2)a~(-1),全流域表现为正影响。(3)凉州区是人为影响最为剧烈的地区,表现为强烈正影响;其次是天祝县,为强烈负影响;接下来是民勤县,表现为正影响;其它县区依次是永昌、古浪、肃南和金昌。(4)2000—2010期间,NPP人为影响值变化较大,人为活动减弱面积占53.90%,增加占46.10%;影响值正向减弱8.12×105g C m~(-2)a~(-1),负向减弱8.07×105g C m~(-2)a~(-1),正向增强8.02×105g C m~(-2)a~(-1),负向增强3.94×105g C m~(-2)a~(-1),人为活动影响净减少4.25×105g C m~(-2)a~(-1),人为作用总体呈减弱趋势。     

山东省植被NPP时空分布特征及驱动因素分析

为了解区域生态系统植被生产力的分布规律及其变化对区域生态调控的作用,该研究基于MOD17A3的年NPP数据,采用一元线性回归分析法和Pearson相关系数法等,分析了2000—2014年山东省植被NPP的时空格局变化特征及其气候、人为等因素对其的影响。结果表明:(1) 2000—2014年,山东省植被NPP总体呈上升趋势,年均值为442 gC·m^-2·a^-1,年总量平均值为63.16 TgC。山东省植被NPP空间分布具有明显的分异特征,其中年均NPP 300～400 gC·m^-2·a^-1的面积最大,占总面积的52.28%,分布于山东省西部的绝大部分区域。(2)山东省植被NPP年增加速率平均值为3.29 gC·m-2·a^-1,增加区域占山东省植被总面积的92.63%。其中,极显著增加区域占山东省总面积的16.56%,主要分布在烟台市、青岛市、日照市、临沂市、潍坊市、东营市和滨州市;显著减少和极显著减少的区域占山东省总面积的1.33%,零星分布在山东省东南部和北部黄河三角洲地区。(3)植被NPP受气候变化和人类活动等因素的共同影响,气候因素中降雨的影响最大,城市化随着人类活动的频繁逐渐成为植被NPP变化的重要驱动力。     

2000—2015年拉萨河流域NPP时空变化及驱动因子

拉萨河流域是西藏政治、经济和文化核心区,具有青藏高原典型的高寒湿地及西藏主要的耕作区,受人类活动及气候变化的影响,流域生态安全及生态健康面临威胁和破坏。植被净初级生产力（NPP）作为衡量生态系统健康的重要指标,能够反映生态系统的可持续发展。利用2000-2015年MODIS-NDVI数据,基于光能利用率模型估算了拉萨河流域的NPP,分析了NPP的时空格局、动态变化特征及NPP与气候因子的相关性,探讨了影响NPP变化的驱动因子并明确了驱动分区。结果表明：近16年拉萨河流域NPP年均值为165.614 gC m^-2 a^-1,总体分布具有明显的空间异质性,与该地区植被类型的分布规律相似,不同植被类型的NPP存在差异。NPP变化在总体上呈下降趋势,平均年变化趋势斜率为-1.804 gC m^-2 a^-1。NPP与气温和降水的相关性具有明显的地域性差异,草本湿地与气温呈显著负相关,灌丛与降水呈显著正相关。NPP变化受气候因子驱动的区域占比20.81%,非气候因子占比79.19%。     

气候变化和人类活动对中国陆地生态系统总初级生产力的影响厘定研究

总初级生产力（GPP）是生态系统植被光合作用生成有机物的能力表征,是生态系统服务功能的基础,关系到区域社会经济可持续发展及区域生态安全。基于生态系统过程模型CEVSA2,应用中分辨率成像光谱仪（MODIS）卫星遥感的叶面积指数数据产品（MCD15A2H）,以强迫法构建了遥感数据驱动的模型新版本——CEVSA-RS;基于CEVSA-RS模拟分析了气候变化和人类活动对中国陆地生态系统GPP时空变化的相对影响,从气候潜在总初级生产力（GPP_CL）和现实总初级生产力（GPP_RS）的大小和趋势两方面厘定了人类活动影响。2000至2017年全国平均潜在GPP （1016.36 gC m^-2a^-1）略高于对应现实GPP （962.85 gC m^-2a^-1）,但存在明显的空间分异：长江以南大部、秦岭、太行山脉以东以及大兴安岭以东和长白山地区等森林植被覆盖区,现实GPP高于潜在GPP;而西部草地及灌丛等地区现实GPP低于潜在GPP。全国GPP呈显著增加趋势（P<0.05）,其中现实GPP的增速（46.04 gC m^-210a^-1）高于潜在GPP的增速（41.46 gC m^-210a^-1）,人类活动影响促进GPP增长,主要体现在华南地区和华北平原等地;内蒙古东部、东北平原北部、青藏高原西部等地人类活动呈负面影响。人类活动影响大于气候影响的区域可达全国陆地面积的53%,其中西部生态相对脆弱的草地区人类活动仍为负面影响,这些地区以草定畜,发展草牧业和保护生态,仍然任重道远。     

A modified framework for the regional assessment of climate and human impacts on net primary productivity

Improving models that depict the components of net primary production (NPP) in ecosystems will help us to better understand how climate change and human activities affect the biosphere. In this study, NPP_gap was introduced into the present human appropriation of net primary production (HANPP) framework. We introduced NPP_gap in this study as potential NPP (NPP_pot) minus the sum of ecosystem NPP (NPP_eco) and HANPP, which relates to the ability of models to depict NPP components. Using the Lhasa River region of the Tibetan Plateau, we examined temporal and spatial variations in the components of NPP over a 10-year period. Results showed that NPP_pot, HANPP and NPP_eco increased from 2000 to 2010, but at different rates and with different spatial patterns. NPP_gap each year ranged from −9.2% to 13.1% for each site and on average composed 1.2% of the total NPP_pot. NPP_gap was significantly correlated with precipitation, plant biodiversity, plant height and soil properties. NPP_gap increased if either of the previous 2 years had been wet years with relative high precipitation. An increase in the richness of palatable species would lead to a larger NPP_gap through more compensatory growth. The large fluctuation level of NPP_gap reflected the higher stability of vegetation productivity, which is caused by higher plant heights and soil maximum water capacity. This study showed the potential of the HANPP framework in regional assessment of climate and human impacts on net primary productivity. The use of the NPP_gap measure reflects the gap in our knowledge and our ability to accurately estimate the components of NPP.     

河西走廊植被净初级生产力时空变化及其影响因子研究

干旱半干旱区植被NPP变化对全球碳循环有重要影响,该区域NPP对气候变化的响应表现出较大的时空异质性,其驱动机制并不十分清楚。选择中国河西走廊,利用随机森林算法估算了2002-2018年的NPP,基于偏导数法计算了气候与人类活动对NPP的影响。结果表明：（1）随机森林算法能较好的适用于干旱半干旱区NPP估算。（2）2002-2018年间河西走廊年NPP的平均值为153.32 gC m^-2 a^-1,总量为37.468 Tg C/a,呈东南向西北递减的分布特征,研究期间NPP呈2.37 gC m^-2 a^-1（P=0.09）增长趋势。（3）河西走廊NPP变化52.51%由气候因子贡献,47.49%由人类活动贡献。（4）在气候变化对NPP的影响中,降水主导了该区72.21%的区域,温度对NPP变化量的贡献占73.71%,前者影响着NPP变化格局,后者主导NPP变化数量。升温和增湿均有利于该区NPP增加,随着西北地区气候暖湿化,河西走廊植被会持续改善,该研究有助于理解干旱半干旱区NPP对气候变化的响应机制,为适应气候变化政策制定提供理论依据。     

南方丘陵山地带植被净第一性生产力时空动态特征

基于MODIS数据并结合气象资料和植被参数,利用修正过最大光能利用率的CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型,对国家生态安全屏障区的"两屏三带"之一南方丘陵山地带2000—2010年的植被净第一性生产力(NPP)进行模拟,并对其时空分布格局进行了分析。研究结果表明:(1)研究区2000—2010年期间年NPP的变化范围为406.0—485.6 g C m-2a-1,年平均NPP为445.7 g C m-2a-1,高于全国平均水平;NPP年际上升趋势不显著(P=0.39),平均增加值为2.28 g C m-2a-1;(2)NPP空间分布特征与植被类型具有较好的一致性,单位面积NPP以混交林覆盖区最高(501.0 g C m-2a-1),草地覆盖区NPP最低(390.7 g C m-2a-1);(3)植被NPP的时空变化与气温、降雨和太阳辐射等自然因素的变化有直接关系,而社会、经济、政策等人为因素通过改变土地利用方式来间接影响。