内蒙古草原区植被净初级生产力及其与气候的关系

利用NOAA/AVHRR GIMMSNDVI数据、土地覆盖分类数据、气象数据等,基于改进的基于光能利用率的净初级生产力(Net Primary productivity,NPP)遥感估算模型对内蒙古草原区1982-2006年的NPP进行估算,并分别以年、季节和月为时间单位,计算基于像元的NPP与降水、温度之间的相关及偏相关系数,分析不同时间单位及尺度上NPP与气候的关系。结果表明,1982-2006年内蒙古草原区NPP总量呈波动增加的趋势,平均增加值为0.861Mt C/a。以年为时间单位,内蒙古草原区年NPP与降水的关系比较明显。以季节为时间单位,年际春季和夏季NPP与降水的关系比较明显,秋季二者关系相对较弱,春季和秋季NPP与温度的相关系数和偏相关系数空间格局比较一致,且相关性明显高于夏季。以月为时间单位的相关水平明显高于年际水平,多年平均年内月NPP与降水、温度的相关程度明显增强,除去降水的影响,月均温对NPP的影响明显下降,且空间格局也有明显的变化,说明以月为时间单位在年内尺度上降水对植被生长的影响比温度要大。而以4、7、10月份为例,在年际尺度上,虽然各月份NPP均受降水的影响较大,但与降水关系最为密切的是4月份和10月份NPP,与之相比,7月份NPP与温度的关系明显高于其他两月。     

新疆植被生产力与叶面积指数的变化及其对气候的响应

利用美国探路者卫星遥感资料AVHRR LAI和全球生态模式CASA给出的植被净初级生产力资料(NPP)对新疆地区1982~2000年的植被时空变化进行了定量分析,结果表明新疆地区的LAI和NPP的空间分布严格受水分的制约,与气温呈负相关,表现出干旱内陆地区植被受降水控制的地带特征。相对于20世纪80年代,90年代整个新疆出现了变暖的趋势,降水基本也呈现增加的趋势,在42°N以北地区暖湿转型尤其明显,与这种气候型相对应,植被出现了明显的增加趋势,NPP最大增幅可达45gCm-2a-1。但植被对气温和降水的年际变化响应不一样,降水主要是影响植被峰值的起落,而植被在总体演变趋势上却主要受气温控制,3个分区1984~2000年的气温明显上升,而降水变化趋势不明显,植被受气温控制出现了显著的上升趋势(P<0.01)。     

内蒙古温带草原区植被盖度变化及其与气象因子的关系

利用1982-1999年内蒙古地区NOAA/AVHRR的NDVI数字遥感影像,对内蒙古温带草原区植被盖度进行了反演,探讨了近20a来温带草原植被盖度的变化情况,并对植被盖度与不同组合方式的降水及气温数据进行了相关分析,探讨了植被盖度与气象因子的关系。结果表明:①近20a来温带草原植被盖度呈上升趋势,占总面积72%的草原植被盖度发生了增长,3种不同草原类型中典型草原盖度上升趋势最为明显;②温带草原生长季平均盖度、逐月盖度与降水成正相关关系,与气温呈负相关关系,其中降水对盖度的影响存在着时滞及累积效应;③3种草原类型植被盖度对气象因子的敏感性不同,荒漠草原植被盖度与气温和降水相关性最强,其次为典型草原与草甸草原。     

鄱阳湖流域植被总初级生产力时空变化特征及其气候驱动因子分析

植被总初级生产力(GPP)在陆地生态系统和全球气候变化研究中占有重要地位。基于MODIS GPP遥感数据产品、土地覆盖数据和气象观测数据,对2000–2013年鄱阳湖流域GPP的时空变化及其与气候因素的关系进行了分析。结果表明,鄱阳湖流域GPP的年总量变化介于88–2 493 g C·m~(–2)·a~(–1)之间,平均值为1 361 g C·m~(–2)·a~(–1);GPP年总量最小值出现在2002年,最大值出现在2004年。GPP年际变化呈现明显的上下波动现象,并呈缓慢增长趋势。近14年植被GPP年均值在空间分布上表现出由湖区中心向四周散射递增的特点,GPP显著增加的区域占全区总面积的40%,主要分布在研究区东北部。相关性分析显示,气温对GPP年际变化的影响程度强于降水。此外,火灾对GPP的年际变化也具有一定的影响。该研究可为了解研究区的植被生长状况和生态环境质量提供参考。     

长江流域陆地植被总初级生产力时空变化特征及其气候驱动因子

长江流域是我国重要的工农业生产区和生态安全屏障。深入开展长江流域陆地植被总初级生产力（GPP）时空变化特征和驱动因子研究,对了解变化环境下区域植被生长状况和生物固碳能力、掌握生态环境质量具有重要意义。基于MODIS GPP遥感数据产品、土地利用和气象观测数据,采用趋势分析和偏相关分析法,系统研究了2000-2015年间长江流域陆地植被GPP时空变化特征,探讨了不同二级水资源区内气候因子对GPP变化影响的空间差异,揭示了不同土地利用类型GPP变化特征以及气候因子作用。结果表明：1）长江流域陆地植被覆盖区GPP在0.3-2765 gC m^-2 a^-1之间,均值约990.46 gC m^-2 a^-1,多年平均GPP总量为1.735 P gC;2）近年来,长江流域GPP呈不显著上升趋势,趋势率为2.39 gC m^-2 a^-1。空间上,GPP上升区和下降区分别占总流域面积的68%和32%。各二级水资源区内,除了洞庭湖流域和太湖流域GPP呈下降趋势外,其他区GPP均呈上升趋势;3）不同土地利用类型GPP均值在198.50-1276.90 gC m^-2 a^-1之间。各土地利用类型中除水田GPP呈微弱下降外,其他均呈上升趋势,尤其是高、中、低覆盖度草地GPP上升趋势较为显著;4）不同气候因子对植被GPP变化的影响程度在不同二级水资源区、不同土地利用类型间均存在一定差异,但就长江流域整体而言,GPP年际变化受温度影响显著,其次是蒸发,而降水等其他气候因子的影响不大。     

北疆表土花粉组合及其与植被和气候的关系

通过对比分析北疆荒漠草原区和典型草原区表土和牛粪样品中的孢粉组合,发现这两类样品的孢粉组合大体相近,其乔木花粉百分比大都低于10%,灌木花粉平均为5.6%,草本花粉大都高于70%,并以藜科(Chenopodiaceae)、蒿属(Artemisia)为最主要的花粉类型。牛粪中孢粉种类低于表土,且乔木花粉含量(2.04%)亦低于表土(3.78%)。表土形成的时间存在一定的不确定性,而牛粪为现代样品,牛粪的孢粉组成可能会更好地指示现代植被组成,因而牛粪样品可以在北疆荒漠草原、典型草原地区作为一种新的现代孢粉研究材料。从荒漠草原到典型草原,表土中乔木花粉百分比增多,灌木和草本下降;而牛粪中则相反,乔木花粉百分比下降,灌木和草本的比例上升,这可能与牛以草本植物为主要食物有关。表土和牛粪样品中主要种属(蔷薇科、禾本科、伞形科、豆科等)与环境因子的主成分分析显示,孢粉组合与多年平均6—8月降水量和年均降水量的相关性最显著,其次为最冷月平均温度和最热月平均温度,而与年均温相关性较低。该研究结果指示,降水可能是影响北疆现代植被空间分布的最主要因素。     

植被气候关系与我国的植被分区

气候制约着植被的地理分布,植被是区域气候特征的反映和指示,两者之间存在密不可分的联系.揭示植被与气候之间的关系是正确认识植被分布的前提,是进行植被区划的理论基础.植被区划是植被研究的归纳和总结,是其他自然地理区划和农林业区划的基础.本文在简要回顾中国植被气候关系及植被分区的研究历史的基础上,对我国以往的主要植被分区原则、依据和方案进行了评述,对有争议的主要植被界线进行了讨论.我们认为,在当今我国大部分地区的原生植被已遭到破坏的现实情况下,根据原生植被及其衍生植被类型的分布,确定其分布与限制性气候因子的关系,以此来进行植被带(区)的划分,不仅反映植被气候间密不可分的关系,在实践上也便于操作.尽管在一些植被带的命名、具体界线的划定上有分歧,但最近的中国植被分区方案大都认为我国基本的植被区有8至9个,即针叶林、针阔叶混交林、落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、常绿阔叶林以及雨林季雨林、草原、荒漠以及高寒植被.通过分析主要植被带附近的植被、气候等特征,本文认为,1)秦岭淮河线是一条重要的水分气候带,而不是温度带,不是亚热带植被的北界;2)我国亚热带植被的北界基本上沿长江北岸,从杭州湾经太湖、安徽宣城、铜陵经大别山南坡到武汉往西,与WI值130-140 ℃·月一致;3)我国热带区域的面积极小,仅分布在海南岛的东南部和台湾南端及其以南地区; 4) 我国东部地区暖温带的水热条件南北差异甚大,建议以秦岭淮河为界,将暖温带划分为两个植被带,即落叶阔叶疏林带和落叶常绿阔叶混交林带;华北地区的地带性植被为落叶阔叶疏林.最后,本文还强调了对应于气候变化进行动态植被分区的重要性.     

三峡库区森林植被气候生产力模拟

收集三峡库区森林资源二类调查资料及气候数据,在建立森林植被地理信息系统基础上,开展了三峡库区森林气候生产力的模拟,分析库区森林植被可能生产力,并对不同气候变化情景下的森林生产力可能变化进行了预测。结果表明:(1)各种森林类型的气候生产力与年均实际蒸散量均表现出了较强相关性,建立的4种森林植被的气候生产力模式,模型相关系数都达到极显著水平;(2)假设了5种气候变化情景分析库区森林气候生产力的可能响应,常绿阔叶林、落叶阔叶林及针阔混交林对温度或降水变化表现出正向变化,在温度增加2℃、降水增加20%的情况下,其生产力增幅分别达到24.34%、22.50%和15.98%;常绿针叶林生产力对气候变化的响应方向与此相反,在温度与降水同时增加情景下其生产力减幅达5.55%。     

亚热带人工针叶林叶绿素荧光参数日变化及其与植被生产力的关系

叶绿素荧光技术能够快速、灵敏、无损地测定植物光合功能对环境变化的响应,已成为当前植物光合能力测定的重要技术手段之一,但是探讨亚热带森林叶绿素荧光参数在不同季节日变化特征受环境因子影响的研究较少,更缺乏与植被生产力关系的研究。以亚热带人工针叶林为研究对象,利用2016年叶绿素荧光测量和涡度相关通量观测数据,分析了不同季节湿地松和马尾松叶片荧光参数实际光化学效率(Photochemical efficiency of PSⅡ,Φ_(PSⅡ))和非光化学淬灭(Non-photochemical quenching,NPQ)的日变化特征,并结合增强回归树等统计方法,定量化环境因子对其影响,最后探讨了荧光参数与总初级生产力(Gross primary productivity,GPP)和光能利用率(Light use efficiency,LUE)的关系。结果表明,Φ_(PSⅡ)日变化总体上呈现"U型",早晚高午间低,而NPQ先升后降,午间达到峰值,与Φ_(PSⅡ)的日变化显著负相关。研究发现,光照是影响亚热带人工针叶林Φ_(PSⅡ)日变化最主要的环境因子,Φ_(PSⅡ)随着光合有效辐射(Photosynthetically active radiation,PAR)的升高而降低,PAR对湿地松和马尾松叶片Φ_(PSⅡ)的相对贡献率分别为83.0%和51.1%。PAR对湿地松叶片NPQ日变化的相对贡献率也最高(77.2%),但马尾松的NPQ主要受叶片温度(Leaf temperature,T_(leaf))的影响(59.6%)。此外,GPP与Φ_(PSⅡ)显著负相关,而与NPQ有显著的正相关关系。LUE随着Φ_(PSⅡ)增长,但存在Φ_(PSⅡ)高而LUE低的情况,LUE与NPQ显著负相关,热耗散的比例越高,光能利用效率也相应降低。     

黄土高原与安塞县植被变化及其气候响应特征

利用1982～2003年黄土高原和安塞县归一化植被指数(NDVI)及安塞县气候资料,分析了黄土高原不同尺度范围植被的时间变异特征及其对安塞县气候变化的可能影响.结果表明:(1)22年间黄土高原植被NDVI以年均7.0×10-4增加,且春秋植被NDVI增加显著,表明黄土高原植被覆盖状况明显改善.(2)安塞县植被NDVI并未呈现显著增加趋势,且植被NDVI比黄土高原整体水平低22.93%,使得安塞县气候对黄土高原植被变化有显著的响应变化.(3)当黄土高原年际和春季植被NDVI每增加0.01,安塞县最高和最低气温分别增加0.42℃和0.26℃;生长季植被决定了黄土高原整体植被的分布,当其植被NDVI每增加0.01时,安塞县年均相对湿度增加1.14%,蒸发量和风速分别下降49.70 mm和0.06 m*s-1.可见黄土高原植被恢复对其所含县域尺度区域的气候有明显影响.     

内蒙古草原生态系统净初级生产力及其与气候的关系

该文在利用朱文泉等(2007)构建的基于光能利用率的净初级生产力(NPP)遥感估算模型对内蒙古草原生态系统1982-2006年的NPP进行估算的基础上, 选取包括降水量、温度、有效降水、有效温度和3种地表干湿度指数在内的气候指标, 充分考虑地表覆盖状况和气候因子的时滞和累积效应, 探讨了内蒙古草原生态系统NPP与气候因子之间的相互作用关系。结果表明, 以年为时间单位, 在年际水平上, 温度相关的各指标与年NPP的关系并不明显, 当年的气候条件对草原区植被的生长影响最大。以月为时间单位, 年内月气温和降水是影响NPP的重要因素。且所有植被类型区在年内月际水平上气候各指标对NPP的影响时效最大为1个月, NPP和各气候参量的关系时效也为1个月; 在年际水平上5-9月的NPP与降水、地表干湿度指数的互相关系数明显高于同温度各指标的互相关系数, 表明降水是影响内蒙古草原NPP的主要气候因子, 且降水的累积效应影响显著。不同植被类型区年际月NPP与降水指标之间的关系也各不相同。     

呼伦贝尔草原生物量变化及其与环境因子的关系

根据呼伦贝尔草原大范围草地生物量的调查和实验数据,分析了该地区草地生物量的动态变化规律及其与环境因子的关系。结果表明,沿着环境梯度,不同区域草地生物量差异显著,其变化与水分、温度变化关系不显著,与0～20cm土层的土壤有机碳含量呈正相关,而与土壤容重呈负相关。逐步多元回归表明,土壤有机碳是制约生物量变化的主要因素,可能是当地草地利用方式使土壤养分成为制约草地植物生长的限制因子,从而影响草地生物量。     

气候变化情景下中国自然植被净初级生产力分布

基于国际上较通用的Lund-Potsdam-Jena(LPJ)模型,根据中国自然环境特点对其运行机制进行调整,并重新进行了参数化,以B2情景气候数据作为主要的输入数据,以1961-1990年为基准时段,模拟了中国1991-2080自然植被净初级生产力(NPP)对气候变化的响应.结果表明:1961-1990年,中国自然植被的NPP总量为3.06 Pg C·a-1;1961-2080年,NPP总量呈波动下降趋势,且下降速度逐渐加快.在降水相对变化不大的条件下,平均温度的增加对我国植被生产力可能会产生一定的负面影响.NPP的空间分布从东南沿海向西北内陆呈逐渐递减趋势,在气候变化过程中,该格局基本没有太大变化.在东部NPP值相对较高地区,NPP值以减少为主,东北地区、华北东部和黄土高原地区的减少趋势尤为明显;在西部NPP值相对较低地区,NPP以增加趋势为主,青藏高原地区和塔里木盆地的表现尤为突出.随着气候变化的深入,东西部地区这种变化趋势的对比将越发明显.     

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.     

气候和放牧对锡林郭勒地区植被覆盖变化的影响

基于锡林郭勒盟15个气象站点1981-2007年的逐月气温、降水量数据及各旗县的牲畜头数,在ArcGIS软件的支持下,分析气候干燥度和牲畜密度的空间分布,结合1981-2007年的逐旬归一化植被指数(NDVI)数据,对研究区植被覆盖变化的驱动因素进行分析.结果表明:研究期间,锡林郭勒盟气候干燥度与植被覆盖状况之间存在良好的线性回归关系;NDVI与牲畜密度之间存在良好的二项式回归关系,随着NDVI值的升高,牲畜密度先增加后降低;植被覆盖状况与干燥度和牲畜密度呈复线性相关关系,其中,NDVI与干燥度呈正相关,与牲畜密度呈负相关,且干燥度对NDVI的影响远大于牲畜密度对NDVI的影响.     

我国陆地植被净初级生产力变化规律及其对气候的响应

在GIS系统的支持下,利用卫星遥感资料和地面气象观测资料,构建了基于光能利用率的植被净初级生产力(NPP)遥感模型,估算了我国陆地1982—2000年1—12月植被NPP,分析了1982—2000年我国不同植被类型NPP的季节性和年际性变化规律,基于像元空间尺度讨论了植被NPP对气候的响应关系.结果表明,我国植被NPP年内季节性变化规律明显;我国主要植被类型年NPP在1982—2000年基本呈上升趋势,增长幅度最大的是落叶针叶林,增长幅度最小的是草地;1982—2000年,NPP年际间波动最大的植被类型是常绿阔叶林,年际间波动最小的植被类型是草地.通过NPP对气候因子(降水、温度)变化的响应分析表明,我国降水对植被NPP季节性变化的驱动作用高于温度,气候因子(降水、温度)对北方植被NPP季节性变化的驱动作用高于南方;我国气候因子(降水、温度)对NPP年际变化的驱动作用(强度、方向)随季节 及纬度的不同而不同.     

内蒙古草原植被覆盖度遥感估算

以内蒙古锡林浩特市南部中国科学院草原生态系统定位研究站周围的草场为研究对象, 分析比较了统计模型和亚像元分解模型进行草地植被覆盖度(vegetation coverage, VC)遥感估算的适用性。结果表明, 根据Landsat-5 TM影像数据计算的比值植被指数(simple ratio vegetation index, SR)与观测的VC的相关性最高(R² = 0.761); 统计模型和亚像元分解模型生成的VC空间分布特征相似, 但亚像元分解模型得到的VC平均值比统计模型的结果高0.091; 在VC的低值和高值区, 两种方法得到的VC结果相似; 但在VC的中值区, 亚像元模型得到的结果较统计模型的结果偏高。