武汉都市圈植被NDVI变化特征及其对气候变化的响应

本文以SPOT/VEGETATION NDVI卫星遥感数据为基础,结合气温数据、降水数据对武汉都市圈归一化植被指数(NDVI)的时空分布特征和变化趋势进行分析,采用相关分析方法对1998-2015年武汉都市圈植被NDVI与气候因子的相关性进行分析。结果表明:在空间分布上,年平均植被NDVI整体呈现出四周高中间低的空间分布格局,武汉都市圈植被生长状况较好;在时间尺度上,NDVI以0.006/a的速率显著增加;年平均气温表现为波动下降趋势,下降速率为0.02℃/10a,年平均降水量以68.6 mm/10a的速率呈下降趋势,但两者的变化趋势都没通过显著性检验;年际植被NDVI与气温、降水量显著相关的面积比为12.9%和13.2%,其中与气温显著正相关的面积大于负相关面积,而与降水显著负相关的面积大于正相关面积。因此,武汉都市圈植被整体呈稳定恢复趋势,气候变化促进了植被NDVI增加。

全球灌溉和雨养农业生产力异常对干旱胁迫的响应

农业生产力异常对干旱胁迫的响应、陆地生态系统的碳循环和粮食安全具有重要影响.然而,目前全球范围内对灌溉和雨养农业生产力异常在干旱胁迫下的响应机制尚显不足.本研究旨在深入剖析干旱引起的农业生产力异常,通过综合运用遥感数据、多尺度标准化降水蒸散指数(SPEI)、多元ENSO指数(MEI)和Madden-Julian振荡(MJO),对生长季结束前一个月、两个月、三个月和四个月期间水文气候变量与农业生产力异常的关系进行系统研究.研究发现:(1)在2001~2020年间,生长季结束前一个月、两个月、三个月和四个月的多尺度SPEI显示,全球显著(p<0.1)干旱趋势的百分比分别为8.30%~13.42%、6.50%~14.63%、6.52%~14.23%和6.47%~14.95%,表明全球大部分地区趋于干旱.(2)在2001~2020年间,灌溉和雨养农业范围内,农业生产力异常和干旱胁迫之间存在显著的关联性.农业生产力异常与不同时间尺度的干旱指数(SPEI-1、SPEI-3、SPEI-6、SPEI-12)以及气候指数(MEI和MJO)之间均呈现出显著的相关性,全球平均相关系数分别为0.24~0.25、0.27~0.28、0.25~0.26、0.21~0.22、−0.02~0.01和0.06~0.11.所有水文气候变量中,SPEI-3和SPEI-6与农业生产力异常的相关系数最高,进一步揭示了作物对干旱的响应存在一定的时间滞后性,表明生态系统长时间受到非生物胁迫干旱的干扰.(3)农业生产力异常与干旱指数(SPEI-1、SPEI-3、SPEI-6和SPEI-12)以及气候指数(MEI和MJO)之间呈现显著相关性(p<0.1)的区域百分比分别为14.77%~20.27%、21.51%~32.55%、22.60~35.68%、21.89%~35.16%、7.93%~11.20%和9.44%~17.94%.本研究通过定量分析水文气候变量对农业生产力异常的影响,为制定适应性措施以缓解气候胁迫对作物生产的负面影响提供了科学依据.

长江、黄河流域生态系统服务变化及权衡协同关系研究

长江、黄河流域是中国重要的生态屏障,近几十年来强烈的人类活动改变了长江、黄河流域的自然景观,使生态系统功能遭到破坏,了解流域内生态系统服务的变化、相互作用和驱动因素是流域生态系统管理和调控的重要基础。本文利用土地利用、土壤类型和气象等数据,对2000—2016年长江、黄河流域的NPP、土壤保持和产水服务进行时空变化分析;采用相关分析法和约束线研究生态系统服务之间的权衡协同关系和约束效应。结果表明:①2000—2016年,长江、黄河流域的NPP分别以3.21 gC/m^(2)和3.92 gC/m^(2)的速率递增,产水量和土壤保持量在长江流域分别以1.25 mm/a的速率递增和55 t/hm^(2)的速率递减,而在黄河流域,产水量和土壤保持量分别以0.04 mm/a的速率递减和3.31 t/hm^(2)的速率递增。②长江、黄河流域的NPP、土壤保持和产水服务之间互为协同关系。长江流域的NPP和产水服务与土壤保持服务之间为驼峰型约束,NPP与产水量之间为凸波型约束。③黄河流域的NPP与土壤保持间的约束线形态为凸波型,NPP与产水量之间为驼峰型约束,而产水量与土壤保持之间为指数型。定量化研究不同流域的生态系统服务并探究其影响因素,对于了解和优化不同地区的生态系统服务有重要意义。

三峡库区气候变化特征及其植被响应

为了解三峡库区气候与植被变化现状,利用克里金插值、滑动平均、线性回归分析、MK检验及地学统计方法分析气象数据和MODIS卫星数据.结果表明:库区1961—2014年年均气温显著上升趋势,为0.015?C/a,春、秋、冬3季也呈显著上升,降水量变化不显著. 2001—2014年,库区植被指数(NDVI、EVI)年均值均呈上升趋势,EVI显著上升,四季中NDVI仅秋季为显著上升,EVI春、秋、冬3季均显著上升.年均NDVI、EVI分别有29.74%和45.19%的区域显著增加,重庆主城区植被指数显著降低.春季NDVI、EVI与同季及年均气温为显著正相关,秋季EVI与同季气温为显著负相关,其余相关性不显著.(可见)气温对植被指数的影响大于降水,气候变暖对小区域生态环境具有一定程度的影响,库区实行的相关政策已取得一定成效.

CMIP5模式对长江和黄河流域极端气温指标的模拟与预估

为研究长江和黄河流域极端气温的变化特征,对耦合模式比较计划第5阶段22个大气环流模式数据进行精度评估、Delta降尺度并计算16个极端气温指标,采用可靠性集合平均方法对两流域历史和未来的极端气温进行预估.结果表明:除四川盆地外,两流域的观测值与REA(ensemble reliability average)值在空间上具有较好一致性;未来三个时期(2020s、2050s、2080s),典型浓度路径(Representative Concentration Pathways,RCP)4.5情景下指标变化趋势依次递减,RCP8.5情景下变化趋势逐渐递增;RCP4.5和RCP8.5情景下指标年际变化在21世纪40年代之前是相似的,但之后变化趋势差异增加;两流域的大多数指标呈现上升趋势,冬季趋势相较于其他季节更显著;两流域之间冷极端指标的差异大于暖极端指标.总的来说,两流域的暖极端事件将更加严重.

2000—2017年中国区域地表反照率变化及其影响因子

在全球气候变暖的背景下,地表反照率已成为地表辐射平衡和气候研究的重要参数之一。利用中国陆地生态系统研究网络(Chinese Ecosystem Research Network,CERN)提供的34个站点辐射数据、GLASS地表反照率产品、ERA-Interim再分析资料、MODIS EVI(MOD13A3)和中国气象数据共享网提供的气象数据,基于Sen’s Slope趋势分析方法,分析不同生态系统地表反照率的变化特征;利用全子集回归和分层分解方法计算地表反照率与各要素之间的相关性和相对重要性;探讨各气候因子对地表反照率的影响。结果表明,2000—2017年裸土地和裸岩砾石地变化率最大,冬季斜率达-0.083%yr-1。生长季地表反照率与降水、增强型植被指数(Enhanced Vegetation Index,EVI)、土壤水分和气温显著相关的像元分别占总像元的73%、79%、56%和86%。EVI是干旱和半干旱地区地表反照率变化的主导因素,其对地表反照率变化的独立贡献率分别为41%和56.18%。7月东北地区降水量和气温对地表反照率的影响大约滞后2个月;内蒙古沙漠地区和长江中下游平原土壤水分对地表反照率的影响大约滞后1~2个月。