中国不同植被类型归一化植被指数对气候变化和人类活动的响应

不同植被类型对外界干扰和环境变化的敏感性不同。为厘清中国不同类型植被的动态变化特征及其对外界环境变化的响应,综合利用趋势分析、残差分析和情景模拟方法,在明确2000-2015年间我国不同植被类型归一化植被指数(NDVI)时空变化基础上,对气候变化和人类活动两大驱动要素在不同植被类型NDVI变化中的相对贡献进行了定量评估和归因。研究结果表明:(1)2000-2015年,我国植被NDVI整体呈增加趋势,且其空间占比高达84.1%。其中,森林植被的改善状况最佳,显著增加的面积占到了森林总面积的82.4%;而荒漠植被的改善状况相对较差,仅有22.3%的区域呈显著增加趋势。(2)人类活动在我国植被变化中占主导地位。植被改善区和植被退化区人类活动的相对贡献分别为76.4%和60.0%,且人类活动对植被的影响更多与管理方式而非土地利用类型转变有关。(3)不同类型植被对气候变化和人类活动的响应差异显著。对于植被改善区,除沼泽外,人类活动对各类型植被NDVI变化的贡献率均在70%以上,尤其是对农作物的贡献率最高,达到80.7%;对于植被退化区,人类活动影响较大的植被类型为沼泽和农作物,表明2000-2015年间我国沼泽受到了更强烈人类活动的负面影响。研究有助于增强对不同植被类型对全球变化响应机制的理解,并为促进生态建设和植被恢复工作的有效实施提供科学参考。     

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...     

基于NDVI的三江源地区植被生长对气候变化和人类活动的响应研究

采用Spot VEGETATION 逐旬NDVI数据、1 ∶ 100万植被类型图和气象站资料,在掌握近10a三江源地区植被变化趋势基础上,分不同植被类型探讨植被生长对气候变化的响应机制,并通过分离气候要素与人类活动对NDVI的贡献,定量评估生态保护与建设工程的实施效果。结果表明,区域尺度上,三江源地区2001-2010年植被生长呈好转趋势,植被增长从东南向西北递减;在10a时间尺度上,气候变化是影响植被生长的决定性因素,但人类活动可在短期内加快植被变化速率,气候要素和人类活动对植被生长的贡献分别为79.32%和20.68%;降水和气温对植被生长的影响程度相当,其中受春季和秋季的降水和气温影响最大,尤其是植被生长季前后一个月(4月份和10月份)的气候条件;与林地和灌丛相比,高寒草地受气候条件的抑制作用更为明显,其中高寒草甸受气候变化的影响最大,NDVI与降水和气温均具有较高相关性,高寒草原受气温的影响比较大,而高山植被受降水的抑制作用更为明显;在气候条件利于植被生长的趋势下,2001-2010年三江源地区的人类活动对生态环境表现出正影响,实测NDVI_max与模拟NDVI_max之间的残差为0.0863,表明生态保护与建设行动取得初步成效,其中黄河源区东部和长江源区通天河两侧的生态恢复效益最为明显,而在唐古拉山、昆仑山、布青山、阿尼玛卿山等山脉的周边地区,人类活动对生态环境仍表现为负影响;时间尺度上人类活动对植被的正影响呈现出下降趋势,2001-2010年NDVI_max残差的回归斜率为-0.0039,表明生态项目实施的短期行为严重,生态建设的效果缺乏长效性。     

1982—2012年新疆植被NDVI的动态变化及其对气候变化和人类活动的响应

植被在调节陆地碳平衡、气候系统中发挥了重要作用,并在生态系统服务功能提供方面占据主导地位,因此,监测植被生长变化意义重大.基于AVHRR GIMMS NDVI和MODIS NDVI数据集,在区域、像元两个空间尺度,研究了中国典型干旱区新疆1982—2012年间植被生长的动态变化,探讨了气候变化和人类活动对植被生长的影响.结果表明: 区域尺度,1982—2012年生长季植被NDVI呈极显著增加趋势(4.09×10^-4·a^-1);NDVI变化趋势存在明显阶段性,1998年前后分别呈极显著增加(10×10^-4·a^-1)和显著减少(-3×10^-4·a^-1);生长季NDVI变化趋势的逆转主要发生在夏季,其次是秋季,而春季不存在逆转.像元尺度上,农业区NDVI增加趋势显著;NDVI变化呈两极分化现象,剧烈变化区域多随时段长度延长而增加,尤其是显著减少区域范围快速扩张,导致区域尺度NDVI增加的停滞或放缓.研究区域植被生长受水热条件、人类活动共同控制.春、秋季的气温发挥主导作用,而夏季主要受到降水量的影响.大量施肥、灌溉面积增加等生产活动提高了农田植被覆盖,种植结构、灌溉方式等的改变降低了春季农田NDVI值,载畜量的增加则降低了部分草地的NDVI.     

土地管理对植被变绿的潜在贡献——以中国东北农业区为例

植被变绿现象一般指绿度指标统计上呈现年际增加趋势。大尺度植被变绿现象及其归因与影响研究广泛开展中。其中,量化各种驱动因素的贡献仍然十分困难,特别是土地管理影响的研究尚显不足。选择了中国农业分布最广泛的东北农业区,尝试从植被变绿的年际变化和季节特征对土地管理因素的潜在贡献进行了推断分析,并选择增强植被指数EVI作为指标。在2000—2019年期间,EVI在农田和自然植被(林地和草地)的变化趋势分别为2.19×10^-3/a(P<0.05)和1.86×10^-3/a(P<0.05)(1.83×10^-3/a(P<0.05)和1.94×10^-3/a(P<0.05)),即处于相同量级。但是,农田EVI的增长主要集中在6—9月,增长率为4.99×10^-3/a(P<0.05),而同期自然植被的增长速率仅为2.30×10^-3/a(P<0.05)(林地和草地分别为1.79×10^-3/a(P<0.05)和3.71×1...     

气候变化背景下定量解析生态工程对植被动态的影响研究方法概述

植被动态变化受气候和人类活动双重作用力的驱动。在气候变化的背景下,如何定量剖析人类活动在植被动态变化中的作用力,对增加植被生态系统碳储量和缓解气候变化具有重要意义。随着生态文明建设和环境保护意识的加强,就植被生态系统而言,生态工程作为一项巨大的人类活动,对植被影响的广度和深度日益加强。系统分析气候变化背景下生态工程对植被的生态效应影响,对后期生态恢复措施的制定和实施具有十分重要的理论指导意义。虽已有一些生态工程对植被影响的定量化研究方法,但不同方法之间的结果难以进行比较研究。比较探讨各定量研究方法的优缺点有利于推动植被驱动机制的研究,有助于恢复生态学和人类生态学的应用和发展。系统梳理了定量研究生态工程对植被动态的影响主要研究方法:回归分析、残差趋势分析、基于生物物理过程模型方法和阈值分割方法。对比发现,基于生物物理过程模型方法具有较高的应用潜力,趋势分析方法和阈值分割方法仍需进一步完善。目前,定量剖析生态工程对植被变化的影响研究主要侧重于模型模拟,野外实证研究和模型验证较为缺乏,是恢复生态学未来研究的重点和难点之一。     

上海市气候变化和人类活动对植被物候的影响

植被物候是气候和自然环境变化的综合指示器,同时也是研究植物生长发育与气候变化的重要参数。随着经济社会的发展夜间灯光兼具指示人类活动信息和光照强度的特点,成为研究城市生态系统和生态建设的热点。基于此,利用地理探测器分析方法和变量投影重要性指标,从时间和空间尺度上探究温度、降水、辐射和夜间灯光对2001—2020年上海市植被物候进行时空变化分析和归因分析,并结合城区和郊区的差异进一步分析夜间灯光和环境因子对物候的影响贡献。结果表明：2001—2020年上海市城区温度高于郊区约0.63℃,春季物候(start growth of season, SOS)提前郊区10d左右,秋季物候(end growth of season, EOS)推迟郊区7d左右,夜间灯光高于郊区2.9倍并且其重心向沿海方向显著偏移。空间尺度上夜间灯光对SOS的影响权重最大(q=0.15),并且辐射∩夜间灯光的组合驱动对城区和郊区的植被物候影响权重均最大(q_max=0.29)。时间尺度上SOS与温度的关系最密切,且随温度的增加而提前(平均R_温度=-0.24),EOS与夜间灯光的...     

黄土塬区气候变化和人类活动对径流的影响

以黄土高塬沟壑区的黑河流域(泾河支流)为研究区域,基于Mann-Kendall和双累积曲线等方法分离了1972-2000年气候变化和人类活动对径流的影响。结果表明,黑河流域气候趋向暖干而径流减少;以径流突变年份为界将研究时段分为两段(1972-1992年和1993-2000年),后段较前段降水减少75.4 mm、温度升高0.5℃,而径流减少29 mm。气候变化和人类活动均导致黑河径流减少,但贡献率不同,分别为24%和76%。人类活动是导致黑河径流减少的主要驱动力,但气候变化的影响也不容忽视,在进行生态建设和水资源管理时应予以充分考虑。     

疏勒河流域气候变化和人类活动对植被NPP的相对影响评价

气候变化和人类活动是对陆地生态系统碳循环产生重要影响的两个因素,定量评估气候变化与人类活动对植被净初级生产力(NPP)的相对影响,对深入理解其驱动机制和控制荒漠化发展具有重要意义。以疏勒河流域为研究区,利用遥感和气象数据计算潜在NPP(PNPP)及其与实际NPP(ANPP)之间的差值,分别衡量了气候变化和人类活动对流域NPP的相对影响。研究结果表明:(1)2001—2015年疏勒河流域年ANPP整体呈缓慢增加趋势,与全国和西北地区相比,普遍较低,流域植被整体生产力水平不高。流域年ANPP空间分布呈现上游祁连山区和中下游绿洲区ANPP较高,而中下游荒漠戈壁区ANPP较低的分布格局。(2)2001—2015年流域年PNPP的变化趋势表明,降水量的变化是导致疏勒河流域植被退化加剧或缓解的主要气候驱动因素,但气温的变化对植被的影响较为复杂。(3)2001—2015年流域大部分地区植被退化系人类活动造成的,但人类活动的负向影响力在减弱。(4)气候变化和人类活动对植被NPP的相对影响均表现出明显的空间异质性,其中人类活动是疏勒河流域植被变化的主要驱动因素。     

植被活动对气候变化的响应过程研究进展

植被作为陆地生态系统的主体,在以增暖为主要特征的气候变化影响下,植被活动产生了动态的、非线性的响应规律,并体现出水热要素与植被活动多过程的交互作用和复杂影响机制,形成明显的区域分异特征。总结了温度升高和降水变动对植被活动影响研究进展,一定幅度的增温与增雨有利于植被活动增强,但许多研究认为升温超过3℃,或者降水变化50%,将会对植被活动造成不利影响,而其中的关键响应阈值与脆弱性机制仍不明晰;整合分析了气候多要素对植被活动的耦合效应,水、热、光等气候要素相互叠加共同影响植被活动过程,尤其是暖湿的气候组合对植被活动更为有利。综述了植被活动响应气候变化的区域差异性,及其对植被带分布产生的影响,如我国东北地区的植被活动对温度较为敏感,森林界线发生北移,而内蒙古西部地区则受到水分影响,草原有所退化。提出了今后应遵循"过程和格局耦合"思路,集成应用实验、统计和模型等多种方法,增强植被活动响应气候变化的空间分异规律研究。     

Responses of streamflow to climate variability and human activities in the Yanhe watershed,China

The effects of climate change and human activities on streamflow are of great importance for the water resource management, and these studies have attracted a lot of attention in recent years. In this study, we made an assessment of the annual streamflow record in the Yanhe watershed from 1960 to 2009 and analyzed the response of streamflow to changes in climate and human activities. The results indicated that the annual streamflow exhibited a decreasing trend (it decreased 41.90 mm). The main factor that influenced the annual streamflow was climate change, which can be seen to inform the result of a decrease of 25.27 mm (60.31%). Likewise, human activities caused the streamflow to decrease by 17.04 mm (40.67%). Finally, the mean effect of vegetation on the annual streamflow was approximately 104.84 mm. Moreover, the presence of vegetation had stronger effects on the streamflow in wetter years.     

我国三北地区植被变化的动因分析

地表植被变化是气候变化、人类活动等多种因素共同作的结果。然而,以往的研究要么集中在与气候变化有关的气象因素,要么集中在与人类活动有关的人为因素,鲜有基于长期数据监测下对自然与社会因素之间相互作用的定量评估。因此,气候变化和人为因素对地表植被变化的相互作用并不明确,各个因素对植被变化影响的量化贡献仍然不确定。为了评价生态修复项目对荒漠化防治的效果、以及在土地荒漠化防治中自然与社会因素对我国植被变化的影响、及其复杂的相互作用机理,该研究应用卫星遥感影像资料,通过面板数据混合回归模型大数据分析方法,计算了1983年至2012年气候变化和人类活动对我国北方地区植被变化的贡献率。结果表明,气候变化和人类活动对NDVI变化均有重要作用,其中人类活动对植被覆盖度变化的影响占58.2%—90.4%、气候变化占9.6%—41.8%;不同地区表现出不同的地理分异特征,并存在时滞效应。由此可见,荒漠化防治必须充分考虑不同因素的综合作用和地域特征,才能取得事半功倍的效果。研究结果较好地体现了卫星遥感影像资料在大尺度(省域尺度)下与社会经济统计指标的融合,为进一步中尺度(县域尺度)研究提供了方法借鉴。     

Climate-driven vegetation greening further reduces water availability in drylands

Climate change alters surface water availability (WA; precipitation minus evapotranspiration, P − ET) and consequently impacts agricultural production and societal water needs, leading to increasing concerns on the sustainability of water use. Although the direct effects of climate change on WA have long been recognized and assessed, indirect climate effects occurring through adjustments in terrestrial vegetation are more subtle and not yet fully quantified. To address this knowledge gap, here we investigate the interplay between climate-induced changes in leaf area index (LAI) and ET and quantify its ultimate effect on WA during the period 1982–2016 at the global scale, using an ensemble of data-driven products and land surface models. We show that ~44% of the global vegetated land has experienced a significant increase in growing season-averaged LAI and climate change explains 33.5% of this greening signal. Such climate-induced greening has enhanced ET of 0.051 ± 0.067 mm year⁻² (mean ± SD), further amplifying the ongoing increase in ET directly driven by variations in climatic factors over 36.8% of the globe, and thus exacerbating the decline in WA prominently in drylands. These findings highlight the indirect impact of positive feedbacks in the land–climate system on the decline of WA, and call for an in-depth evaluation of these phenomena in the design of local mitigation and adaptation plans.     

海南岛生态环境质量时空变化及其对气候变化与人类活动的响应

海南岛是气候变化敏感区以及生态环境脆弱区。近几十年气候变化和人类活动深刻地影响着海南岛的生态环境质量。然而,针对海南生态环境质量时空演变及其对气候变化与人类活动响应的规律还不清晰,理解这些规律对实现海南岛可持续发展目标具有重要意义。基于多源遥感数据,利用改进的遥感生态环境指数(MRSEI)探究了海南岛1992—2015年生态环境质量时空变化特征以及其对气候变化以及人类活动的响应,并利用像元尺度的多元回归法对比了气候变化与人类活动对生态环境质量变化的贡献。结果表明：(1)MRSEI指数适用于大区域,可用于本研究中的海南岛生态环境质量评价;(2)近24年,海南岛生态环境质量呈现波动上升的趋势,且在所有土地利用类型中,林地的MRSEI最高,多年平均值达到0.812;(3)MRSEI与气温、降雨呈现出显著正相关关系,与以夜间灯光表征的人类活动在沿海以及各市县的主城区呈现显著负相关关系;(4)气候变化在MRSEI演变中的贡献整体要高于人类活动影响。为海南中国特色自由贸易港建设中生态环境与经济社会协同发展研判提供科学的定量支撑,并为制定相应的政策提供依据。