2000-2020年呼伦贝尔地区归一化植被指数时空变化及其对气候的响应

利用2000—2020年MOD13Q1和气象观测数据,结合Sen趋势分析、M-K显著性检验、变异系数、Hurst指数、相关系数等对呼伦贝尔地区归一化植被指数(NDVI)时空变化及气候响应进行分析。结果表明:呼伦贝尔地区多年生长季平均NDVI为0.63,平均年变化倾向率为0.028/10 a,大部分地区呈增加趋势,其中大兴安岭森林大部及岭西耕地增加显著。呼伦贝尔地区生长季NDVI的平均变异系数为0.08,其中呼伦贝尔草原西部的波动较大。Hurst指数表明,呼伦贝尔地区生长季NDVI整体变化呈反持续性趋势,结合现有NDVI变化趋势,未来将呈下降趋势,对生态环境的保护工作较为不利。大兴安岭森林生长季NDVI与气温呈正相关,耕地与草原区呈负相关,而呼伦贝尔大部分地区的生长季NDVI与降水普遍呈正相关,其中呼伦贝尔草原和大兴安岭两麓耕地的生长季NDVI与降水相关显著,说明气温是制约北部大兴安岭森林生长的主要因素,而降水是制约呼伦贝尔草原生态平衡和农牧业发展的主要因素。

ERA5-Land、MERRA2再分析资料在呼伦贝尔地区的适用性研究

利用1981—2019年呼伦贝尔地区16个气象站观测数据,结合相关系数、均方根误差、散点斜率等方法,对ERA5-Land和MERRA2再分析月气温、降水数据的区域适用性进行评估。研究表明:ERA5-Land、MERRA2两套再分析气温、降水数据与观测数据对比,整体相关性较高、误差较低、本地适用性较高,但均存在低观测值时再分析数据的高估和高观测值时再分析数据的低估现象。ERA5-Land的月气温数据略优于MERRA2,月降水数据差于MERRA2。ERA5-Land的年降水量在2005年之后出现明显的低估,降水量被低估的月份主要为6—8月,在再分析数据使用前应对其进行系统偏差订正,以提高数据的适用性。

基于Terra和NPP卫星的NDVI产品在呼伦贝尔地区植被监测中的对比

为了探索基于多源卫星产品组建长时间序列NDVI并开展生态监测与灾害评估的可能性,利用相关系数、均方根误差、标准差和平均偏差等方法,结合泰勒图,对呼伦贝尔地区2012—2021年Terra和NPP卫星逐16 d的NDVI产品进行比较。结果表明:基于NPP的NDVI(简称“NDVI_(NPP)”)的多年平均值略高于基于Terra的NDVI(简称“NDVI_(Terra)”),两者在草原植被类型下的一致性最优,其次为耕地,森林植被的一致性较差。在呼伦贝尔非植被生长季,NDVI_(Terra)、NDVI_(NPP)的偏差主要集中在森林,且以NDVI_(Terra)偏高为主。在植被生长季初期2种NDVI产品的偏差呈现零散、随机分布,中期的偏差相对较小,生长季后期则以NDVI_(Terra)小于NDVI_(NPP)的负偏差为主。虽然2种卫星产品的总体偏差不大,但在开展NDVI的距平分析或计算VCI等指数时,较小的偏差会被放大。呼伦贝尔草地在考虑2种NDVI产品偏差纠正的前提下基本可替代使用,而耕地、森林植被的协同应用仍需谨慎。

呼伦贝尔农垦生态净初级生产力变化及气候响应分析

研究旨在对2001—2021年呼伦贝尔农垦集团各农牧场的生态净初级生产力(Net ecosystem productivity,NEP)进行评估,为开展农田生态系统的碳源/汇分析提供技术参考。研究基于遥感、气象等数据计算呼伦贝尔农垦集团各农牧场的NEP,并结合Sen趋势线分析法、Hurst指数、变异系数法、偏相关分析法对NEP的变化趋势和气候响应情况进行分析。研究表明:呼伦贝尔农垦集团的年平均NEP为221.1 g C/(m·a),从大兴安岭向两麓递减分布;研究期内NEP主要呈现显著或极显著的增加趋势,但Hurst指数分析表明,大部分农牧场未来NEP的变化与之前呈负相关,即减少趋势;呼伦贝尔农垦集团的NEP与降水呈极显著正相关,而与气温的相关程度不大。建议呼伦贝尔农垦集团加强固碳能力高的耕作方式的推广力度,防止农田生态系统的固碳能力下降,同时加强农业灌溉及人工影响天气能力建设,降低农田干旱灾害的发生风险及影响。