呼伦贝尔草原生长季叶绿素荧光的特征及其对气象条件变化的响应

在2022年生长季内,基于轨道植被观测仪(型号NZD-G1)对呼伦贝尔草原开展了日光诱导叶绿素荧光(Solar-Induce chlorophyll Fluorescence, SIF)的原位观测。相较于归一化植被指数,SIF的低频变化分量同样可以表征植物在生长季内的长势变化,而高频变化可以更清楚地监测植物内光合作用的生理过程,且其高频变化与气象条件密切相关。土壤水含量和SIF的关系是非线性的,当降水持续偏多导致土壤偏涝时,牧草的生理代谢减弱,光合作用减缓(SIF值偏低);当前期降水适量导致土壤湿润,且太阳辐射较强时,SIF值可以持续稳定在较高水平,植物光合作用旺盛,长势良好。而在生长季后期,偏凉的秋雨会显著降低植物的光合作用,且后期难以恢复。

沱沱河地区近62a气候变化特征分析

利用沱沱河气象站1961~2022年气温及降水资料,采用气候倾向率及Mann-Kendall突变检验进行分析。结果表明:近62 a来沱沱河地区年、季节和月平均气温均呈上升趋势,且秋季上升速率远高于其他季节;62 a平均气温未发生突变。降水量呈上升趋势,且发生了6次突变;季节降水量变化趋势不明显;6月上升最为明显,10月有轻微下降趋势;6月降水量贡献最大,5月次之。

1961~2020年三江源区气温时空分布特征

为深入研究三江源区气温变化特征及升温机制,利用三江源区14个气象站1961~2020年近60a气温资料,通过滑动平均、插值法、滑动t检验等方法对气温变化的特征和突变进行分析和检验。结果表明:三个源区年、季气温出现多次冷暖波动过程,整体均呈显著增温趋势;长江、黄河和澜沧江源区增温幅度分别为0.37℃/10a、0.30℃/10a和0.38℃/10a,澜沧江源区升温幅度最大;冬季升温幅度最大,秋季次之,春季最小;长江源区以久治县,黄河源区以玛多县,澜沧江源区以囊谦县为增温中心,自西向东,由北向南呈逐渐增加的趋势;气温上升趋势中三个源区均存在突变性,长江源区发生在2004年,黄河和澜沧江源区均发生在1997年;海拔高度和下垫面的差异是导致增温幅度不同的主要原因。

祁连山南麓草原干旱和牧草产量特征及影响

了解土壤湿度的时空变化特征与规律,对充分利用土壤水分资源及应对气候变化有重要意义。基于祁连山南麓高寒草原天峻生态气象观测站2004—2022年解冻期草原土壤水分监测资料,分析了高寒草原土壤相对湿度的年际、季节变化趋势,以及天然草场土壤干旱季节变化特征,并结合围栏内外牧草产量,对比分析了草原整体土壤相对湿度与牧草产量的相关性。结果表明:祁连山南麓高寒草原整体土壤相对湿度年内逐月变化和季节变化特征明显,2004—2022年,年、季节和各月整体土壤相对湿度均呈逐年上升趋势,土壤干旱化程度减轻。祁连山南麓高寒草原虽然各季节干旱出现频次和程度不尽相同,但春、夏、秋三季连旱的概率也较高。各季节各等级干旱发生频次大小均为轻旱>中旱>重旱>特旱,春季中旱和重旱的频率高达34.8%,春末夏初是一年中最为干旱的时段。2004—2022年围栏内和围栏外牧草产量均表现为显著的增加(P<0.05)趋势,围栏内牧草产量增加的变化速率是围栏外牧草产量的1.6倍。通过气象因子分别与整体土壤相对湿度和牧草产量间的相关关系分析,分别构建的整体土壤相对湿度和牧草产量模型具有较好的使用价值,可在实际业务工作中推广应用。

青藏高原草甸下垫面湍流强度相似性关系分析

利用“全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验 (GAME/Tibet)” 1998年加强期 (IOP)的观测资料 ,分析研究了青藏高原草甸下垫面上的无量纲风速、温度及湿度方差相似性 ,并与HEIFE戈壁沙漠和绿洲及海洋下垫面作了比较 ,得到了一些有关青藏高原草甸下垫面上动力及热力学参数的有益的结论。

科尔沁沙地15种禾本科植物种子萌发特性比较

在实验室条件下,观测了科尔沁沙地乌兰敖都地区禾本科植物当年新采种子的萌发特点。15种植物中,披碱草、糙隐子草、冠芒草、大油芒、芦苇、虎尾草、野古草、狼尾草的发芽率超过80％,水稗草、牛鞭草、虱子草、狗尾草的发芽率不足10％。1～3d开始发芽的植物有大油芒、画眉、芦苇、虎尾草、披碱草、冠芒草、毛马唐、糙隐子草、超过10d基本不发芽的植物包括狗尾草、虱子草、牛鞭草.发芽持续期小于10d的植物包括毛马唐、水稗草、芦苇、画眉草、大油芒;发芽持续期21～30d的植物有披碱草、冠芒草。发芽种子超过总发芽种子的50％需要天数为虎尾草2d,芦苇3d,大油芒4d,披碱草5d,糙隐子草5d,野古草7d,冠芒草7d,狼尾草10d。与英国Sheffield地区相比,乌兰敖都地区一年生禾草发芽率低的所占比重更大,发芽更为缓慢;乌兰敖都地区多年生禾草的发芽率差别很小,但发芽更为缓慢。杂草植物萌发的风险分摊能力相对明显,因此抗干扰能力相对较强。

草地对全球气候变化的响应及其碳汇潜势研究

本研究用综合顺序分类法(CSCS)分析了1950-2000年和2001-2050年期间的草原类型演替及碳汇动态。证明中国草地的碳汇主体依次是冻原和高山草地、温带湿润草地、斯泰普草地和半荒漠草地大类,占中国潜在草地总面积的85.52%,年碳汇潜力占中国潜在草地年碳汇潜力的93.29%。全球草地的碳汇主体是萨王纳、冻原和高山草地大类,两者的面积和占全球潜在草地总面积的48.50%,年碳汇潜力占全球潜在草地年碳汇潜力的72.22%。在全球气候暖干化的强(A2a)、弱(B2a)情景下,与当前(1950-2000年)情景相比,中国将呈现草地面积减少,林地面积增加的态势;与中国的趋势相反,全球将呈现草地面积增加,林地面积减少的态势。在全球暖干化的A2a和B2a模式下,草地年碳汇潜力,中国将分别提升14.6%和18.5%,全球将分别提升17.3%和16.8%。但两者的增长方式不同,全球是以温带湿润草地大类年碳汇潜力大幅增加为特征,而中国是以负增长为特征。我国的暖干化趋势在草地年碳汇潜力上的反映较之全球更强烈。尽管造成全球气候暖干化的自然因素远非人力所能控制,但系统问题只能靠系统综合的办法治理。这是草地工作者当前的使命。

气候变化对内蒙古草原典型植物物候的影响

自然物候期是气候变化最直观的植物信号记录,自然物候变化是气候与自然环境变化的综合指标。基于1983—2009年内蒙古草甸草原、典型草原和荒漠草原区典型植物马兰草、霸王、贝加尔针茅和羊草生长期物候观测资料和同时段的气象观测资料,利用数理统计等方法,分析了不同草原区典型植物物候期与气候要素间的相互关系,结果表明:(1)1983—2009年内蒙古草原区植物物候期总体呈提前趋势,但地域差异明显,典型草原区植物萌芽返青、开花及黄枯期等物候提早趋势最为明显,说明不同草原区植物物候对气候变暖的区域响应不同。(2)内蒙古草原区植物物候期与气候变化密切相关。春季3—5月累积气温与植物萌芽返青期和开花期呈显著负相关,与日照时数为正相关,降水量对其影响不同草原区差异较大。荒漠草原和典型草原区植物黄枯期早晚与黄枯前1—2个月平均气温呈显著负相关,草甸草原区植物黄枯期与前1—2个月的降水量和日照时数有关,与气温关系不显著。(3)随着气候变暖,马兰草生长期缩短,霸王、贝加尔针茅和羊草生长期延长,其中典型草原区主要植物针茅生长季延长趋势最为明显,荒漠草原次之,草甸草原延长最少。

气象要素空间插值方法的比较分析

气象要素是草原综合顺序分类中重要的指标,对生态系统中物种的组成、生长、演替更新及干物质的积累有很大的影响。年均温度、年降水量、年积温空间分布的一般规律是随海拔高度和纬度的增加而减少,但不同插值方法所计算出的空间插值之间,却有明显的不同。用ArcMap 8.3地理信息系统软件,对全国及周边地区2 114个气象台(站),1961-1990年30年的年均温度、年积温和年降水量,分别采用样条函数法(Spline)、反距离加权平方法(IDS)和普通克里金法(OK)进行空间插值分析。交叉验证结果表明:当选择合适的站点数目时,3种方法的精度都很高。在克里金法中,除高斯模型精度较低外,球状模型、环状模型、指数模型对同一气象因素插值,其相对平均误差也不大。3种插值方法的比较是,年均温度插值时,OK法优于Spline法,Spline法优于IDS法,相对平均误差分别为7.65%、7.9%和7.95%;年降水量插值时,OK法优于Spline法和IDS法,相对平均误差分别为8.31%、8.76%和8.76%;年积温插值时,OK法优于IDS法,IDS法优于Spline法,相对平均误差分别为5.82%、6.11%和6.13%。

黄河源区玛多县草地退化成因分析

对黄河源区玛多县草地退化的自然和人为因素作了深入分析 .结果表明 ,过度放牧是导致玛多县草地退化的主要原因 .自 2 0世纪 80年代末期以来 ,玛多县温度和降水较历史平均水平均有较大幅度的提高 .其中温度增加表现为明显的暖冬现象 ,降水增加集中在春夏两季 .水热条件的变化是向着有利于草地恢复的方向发展的 .由于玛多县是一个纯牧业县 ,扩大畜群数量是经济增长的必然选择 ,加上人口增长压力和当地藏族居民的传统价值观 ,驱使牲畜数量不断扩大 ,并在 70年代末达到最大值 .此后长期维持过牧状态 ,造成草地持续退化 .过牧在导致草地退化的同时 ,也为鼠类的侵入创造了条件 。

黄土高原半干旱草地地表能量通量及闭合率

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(简称SACOL站)2008年的湍流、辐射、土壤温度和通量梯度观测资料,分析了地表能量通量的日变化、季节变化及能量分配特征,讨论了典型黄土高原沟壑区土壤热量储存对地表能量闭合率的影响。结果表明:黄土高原半干旱草地全年获得的净辐射约为2.269×103 MJ/m2,感热、潜热和土壤热通量年总量分别为1.210×103 MJ/m2、1.117×103 MJ/m2和0.069×103 MJ/m2;能量平衡各分量季节变化明显,日变化呈单峰型。从各能量分量占净辐射的比例来看,黄土高原半干旱草地净辐射主要以感热形式加热大气。草原生长期的能量闭合率为86.8%,非生长期的能量闭合率为76.5%。与未考虑0—5cm深度的土壤热量储存相比,草原生长期能量闭合率提高了11.3%,非生长期能量闭合率提高了12.0%。

气候变化对内蒙古荒漠草原牧草气候生产力的影响

根据内蒙古荒漠草原1961-2007年11个气象站点的年平均气温、年降水量资料,采用Thornthwaite Me-morial模型计算牧草气候生产力,运用气候诊断分析、相关分析等方法分析荒漠草原年平均气温、年降水量、牧草气候生产力的时空变化特征及趋势,并探讨了不同气候变化情景对内蒙古荒漠草原牧草气候生产力的影响。结果表明：（1）近47年来内蒙古荒漠草原年平均气温呈极显著的上升趋势,荒漠草原东北部和西部增温幅度相对较大;年降水量总体变化趋势不明显,但东北部地区年降水量明显减少。（2）牧草气候生产力总体为不显著的线性增加趋势,其中荒漠草原中部牧草气候生产力增加显著。（3）未来＂暖湿型＂气候可使牧草气候生产力提高,＂暖干型＂气候使牧草气候生产力降低,＂冷湿型＂气候也有利于牧草气候生产力的增长。（4）年降水量与牧草气候生产力有极其显著的相关性,降水是影响内蒙古荒漠草原牧草气候生产力的关键因子。

草地畜牧业雪灾脆弱性评价——以内蒙古牧区为例

从综合减灾和区域可持续发展的角度 ,建立了雪灾脆弱性评价指标体系及评价模型 ,并从雪灾区域孕灾环境敏感性以及区域畜牧业承灾体对雪灾的适应性两方面 ,对内蒙古雪灾脆弱性进行了评价。研究结果表明 :内蒙古牧区雪灾脆弱性存在着明显的地域差异 ,中西部牧区比东部牧区脆弱性大 ,北部牧区比南部牧区脆弱性大 ,并且近 1 0年来脆弱性提高的旗县明显增多 ,草地季节性干旱、北方干旱化以及草场超载过牧。

新疆阿勒泰牧区雪灾遥感监测体系构建与灾害评价系统研究

以新疆阿勒泰牧区为例,利用NOAA卫星数据与地面观测资料,结合草地类型图和季节放牧利用图,确立了以冬春草场为主的雪灾遥感监测区域.在综合分析雪灾对牧区经济影响因子及草地资源分布特征的基础上,构建了基于3S技术与常规监测手段综合集成的牧区雪灾监测与灾害评价信息处理模式及雪灾遥感监测评价体系和灾情等级分级体系.选择自然和社会经济两大系统20项指标,以受灾面积、牧草被积雪掩埋高度比、持续低温天数和牲畜死亡率4个主成分因子作为灾情等级分级指标,建立了灾情判别模型和灾害损失估测模型,定量描述牧区雪灾状况.结果表明,该体系能较准确地反映雪灾的危害程度和灾情状况,初步实现了牧区雪灾大面积的动态遥感监测与灾害的科学评价.

锡林郭勒草原1983～1999年NDVI逐旬变化量与气象因子的相关分析

陆地生态系统对气候变化的响应关系一直是全球变化研究的热点。大量研究表明表征植被生长状况的遥感植被指数———NDVI与温度、降水的相关性非常高。但这些研究都忽略了NDVI数据本身的累积性,而这一点对研究较短时间尺度上植被生长与气候因子间的关系尤为重要。因此,本文提出应以NDVI的变化量序列取代一般研究中使用的NDVI时间序列数据。基于该论点,该文采用1983～1999年NOAA/AVHRR的NDVI逐旬变化量数据序列对锡林郭勒盟草原的草原植被生长与气象因子的相互关系进行了研究。研究结果表明:1)NDVI变化量与气象因子之间的相关性最高的时间段为植被生长过程中NDVI增长阶段部分,这一时期草原植被的生长对气候反映最为敏感,在衰败阶段,其相关性比较弱;2)在典型草原,温度和降水与NDVI变化量的相关性随其主要植被类型的不同而不同,在以羊草(Leymuschinensis)为主的典型草原,温度比降水的影响作用高;而在以克氏针茅(Stipakrylovii)为主的典型草原,降水的影响高于温度;在大针茅(Stipagrandis)为主的草原,两者与NDVI变化量的相关性相差不大。而在荒漠草原,降水是最主要的影响因子,同期的温度作用并不显著;3)无论是典型草原还是荒漠草原,该地区草原植被的生长对同期的降水反应最为敏感,而非前期。而在荒漠草原以及以旱生性较强的克氏针茅为主的典型草原,温度对NDVI变化量会有较明显的时滞效应;4)在温度升高、降水基本不变的情况下,典型草原和荒漠草原NDVI变化量对温度的响应能力都有所提高,降水的响应能力则变化不大。

青海省三江源地区退化草地蒸散特征

了解三江源地区退化草地的蒸散状况有助于认识该地区退化生态系统水循环,对该地区的生态安全有着重要的意义。本研究利用涡度相关法观测青海省玛沁县小嵩草退化草地(34.35°N;100.50°E,海拔3 963m)的水热通量,对该地区2006-2008年全年的蒸散情况进行了特征分析。研究表明,2006-2008年三江源退化草地的蒸散值分别为452.24,474.24,459.57mm,降水量分别为460.7,496.1,480.1mm,其中有75%以上的降水分布在生长季,全年水平上蒸散量与降水量之比(ET/PPT)为95%以上,蒸散量与降水量基本持平。生长季日蒸散量1.8～1.9mm/d,而非生长季日蒸散量<0.6mm/d。蒸散日变化和年变化均为单峰型,每年6-7月蒸散量最大,为2.0～2.2mm/d;日蒸散峰值出现在正午左右,其最大值生长季为0.21mm/h,非生长季为0.10mm/h。退化草地蒸散的主要环境因子是净辐射,其次为饱和水汽压亏和空气温度。随着生长季的推进,潜热对这些因素的敏感性逐渐增大。与未退化的矮嵩草草甸相比,退化草地生长季蒸散量较小,而非生长季蒸散量较大,这一结果表明,高寒草地的植被盖度驱动草地生态系统的蒸散。

气候变暖对高寒草甸气候生产潜力的影响

利用多年定位测定的草地生产力资料及同步气象因素观测数据 ,建立现实状况下光、温、水影响草地气候生产潜力模型 : Y=F1( Q)· F2 ( T)· F3( P) =KΣnt=1[( - b·exp( a+ bΣt/Σtmax) ) /( 1 + exp( a+ bΣt/Σtmax) ) 2 ] · [W0 /Σtmax]·△Σt·0 T<0℃T/2 0· 0 .6658 0℃≤ T<2 0℃1 T≥ 2 0℃在分析现实高寒草旬气候生产力分布与环境条件关系的同时 ,根据该模型模拟计算未来气温升高 2℃和 4℃ ,降水增加 1 0 %和 2 0 %状况下的气候生产力情景。在上述两种气候情景下 ,未来草地生产力分别出现降低 ( 1 0 %)和升高 ( 1 %)的两种可能。气候变暖在一定程度上减少和缓和低温对高寒草甸牧草生长的不利影响 ,但地表及植被的蒸散量的加大远比降水增加的快 。

黑河中上游草地NDVI时空变化规律及其对气候因子的响应分析

植被动态监测以及与气候变化的耦合关系是陆地生态系统研究的热点,而草地NDVI时空动态以及影响其变化的关键气候因子分析,对于草地覆盖变化的动态机理研究具有重要意义。基于遥感和GIS技术,利用黑河流域1999-2007年SPOT-NDVI数据和气象站点数据,分析了黑河中上游草地植被NDVI的时空变化特征以及与气候因子的相关性。结果表明,黑河中上游草地植被NDVI在1999-2007年间呈明显增加趋势;草地植被NDVI增加和减少的面积分别占草地总面积的71.53%和19.43%;增加的区域主要分布在托来山、走廊南山、冷龙岭和河西走廊中段的典型草原和高寒草甸草地,减少的区域主要分布在托勒南山、走廊南山和冷龙岭的荒漠草地向非草地过渡区域;黑河中上游不同草地植被NDVI的年内变化均呈单峰型,7月份达最大值;草地NDVI与气温呈极显著正相关(r=0.942,P<0.01),与降水量呈显著正相关(r=0.922,P<0.05),NDVI与相对湿度呈不显著正相关,与日照时数呈负相关性,并且不同草地类型牧草生长的限制因子不同。近年来伴随西北地区气候向暖湿转型,黑河中上游草地植被覆盖明显增加,气温是影响研究区牧草生长的关键气候因子。

气候变暖对草地生态系统碳循环的影响

人类活动导致的温室效应以及由此造成的气候变暖对草地生态系统的影响已引起人们普遍关注。草地生态系统碳循环作为陆地生态系统碳循环的重要组成,是未来陆地生物圈碳源/碳汇的关键环节之一,揭示这一作用对精确理解碳循环的过程和相关政策的制定具有重要的指导意义。本研究围绕气候变暖对草地生态系统初级生产力、土壤呼吸、凋落物输入与分解、土壤碳库的影响,探讨了草地生态系统碳循环对气候变暖响应的机制及其过程,简述了相关研究进展,提出了草地生态系统碳循环研究存在的问题和未来重点发展的方向,对草地生态系统碳循环的研究工作进行展望。

青藏高原高寒草地植被指数变化与地表温度的相互关系

为了解脆弱的高原生态环境对升温过程的响应,利用1982-2006年国家标准地面气象站地表温度和GIMMS-NDVI数据集,探讨了青藏高原高寒草地植被指数和地表温度的变化特征及其相互关系.结果表明:1982-2006年,高寒草地NDVI、地表温度整体均呈现增加趋势,年均NDVI、生长季NDVI、年最大NDVI(NDVImax)与年均地表温度、生长季地表温度的上升趋势分别为0.007(10a)-1、0.011(10a)-1、0.007(10a)-1与0.60℃·(10a)-1、0.43℃·(10a)-1;NDVImax与地表温度显著相关的地区达70.49%.但是高原地形、气候、水文环境的空间差异性导致高寒草地NDVI与地表温度的相关关系十分复杂.NDVImax与年均地表温度的相关性最为显著;在返青期和枯萎期,NDVI与地表温度均为显著正相关.不同的植被覆盖条件下,NDVI对地表温度的响应不同:植被覆盖差以及退化严重的地区,NDVImax与地表温度呈负相关性;反之,NDVImax与地表温度主要表现为正相关.