1982—2015年中国温带不同草地植被枯黄期对极端气候事件的响应

随着极端气候事件频率和强度的增加,植被物候正在发生深刻的变化。然而,植被枯黄期(EGS)对极端气候的响应机制目前尚未厘清,特别是对于干旱半干旱地区的草地而言。因此,聚焦我国温带草地,基于1982—2015年全球监测与模型研究工作组归一化植被指数(GIMMS NDVI3g)长时间序列数据提取草地物候参数,并分析其时空变化规律;运用随机森林模型等方法探究温带草地EGS对极端气候变化的响应特征。结果表明:(1)全区多年平均EGS主要发生于270—290儒略日(DOY),59.8%的区域呈延迟趋势,其中显著延迟(P<0.05)的区域分布在新疆天山、阿尔泰山一带和准噶尔盆地西部、黄土高原北部、呼伦贝尔高原的西部和东北小兴安岭。(2)EGS与极端气温暖极值(日最低气温的最大值、日最高气温的最大值、暖夜日数、暖昼日数)之间均以广泛的正相关关系为主;相比之下,极端降水事件与EGS之间的关系相对比较复杂,这与各草地类型自身的生理策略和所处环境密切相关。(3)整体而言,持续干旱日数、气温日较差和暖夜日数对全域草地EGS动态变化具有极大的重要性。就不同草地类型而言,温带草甸草原主要受到气温日较差的影响,温带山地草甸和温带沼泽化草甸EGS变化主要受日最高气温的最大值的影响,日最低气温的最大值和暖夜日数分别对温带草丛和温带荒漠草原的影响最大;持续湿润日数和持续干旱日数则分别对生长在水分限制地区的温带盐生草甸和温带典型草原的EGS产生强烈作用。

基于植被-气候最大响应模型的草地退化评价

草地植被生长现状及变化趋势的宏观监测,对草地资源的管理及生态建设有着重要的理论指导和实践监督意义。然而,多数的草地退化程度评价都没有考虑草地植被对气候条件年际变化的敏感性,评价"基准"不一,致使对草地退化程度评价的结果也无从比较,给草地生态建设恢复工作的实施与监督带来不便。基于植被-气候最大响应模型的草地退化评价方法,认为非气候因子(如病虫害、野火、放牧和人类活动等等)如果对草地植被的生长影响过度,就会造成草地植被生产力下降等后果。因此,利用长期的遥感数据和气象观测资料的空间插值结果,查找特定气候条件下同种类型草地植被所能达到的最大生产力,即可建立一定时间空间范围内草地植被生产力与气候条件的最大响应模型,以此作为草地退化的评价"基准",可对草地植被的生长状态及其变化过程进行监测与评价。对锡林郭勒盟草地植被退化状态及其变化趋势的评价结果表明:非气候因子导致的锡林郭勒盟草地退化非常严重,但从多年变化趋势来看,全盟的草地退化面积和平均退化程度均有减小的趋势。

基于土壤分类的中国气候-植被模型

在地理信息系统的支持下,将土壤作为限制因子、海拔高度作为影响因子引入到中国气候-植被的建模之中,不仅在总体上使模型精度由前人的40％左右提高到74％,而且也改善了单项植被类型的模拟精度,从而建立了可用于全球变化影响研究的中国气候-植被模型。

1982-1999年我国陆地植被活动对气候变化响应的季节差异

利用NOAA-AVHRR数据,以归一化植被指数(NDVI)作为植被活动的指标,研究中国1982～1999年四季植被活动的变化,探讨植被活动对全球变化的主要响应方式.结果表明,18年来,中国植被四季平均NDVI均呈上升趋势.春季是中国植被平均NDVI上升趋势最为显著(P＜0.001)、增加速率最快的季节,每年平均增加1.3%;而秋季是NDVI上升趋势最不显著的季节(P=0.075).不同植被类型的季节平均NDVI的年变化分析表明,生长季的提前是中国植被对全球变化响应的最主要方式,但这种季节响应方式存在明显的区域性差异.夏季平均NDVI增加速率达到最大的地区主要分布在西北干旱区域和青藏高寒区域,而东部李风区域的植被主要表现为春季NDVI增加速率最大.

基于布迪科指标的中国植被-气候关系研究

根据中国418个气象站资料,计算了布迪科(Budyko)分类系统的净辐射和辐射干燥度指数,绘制了各气候指标在中国的分布图。结合中国植被区划图,绘制了中国8个植被地带的净辐射和辐射干燥度指数的散点图,较好地表现了中国各植被类型与气候指标的关系和格局,包括寒温带针叶林,温带针阔叶混交林,暖温带落叶阔叶林,亚热带常绿阔叶林,热带季雨林、雨林区域,温带草原,温带荒漠,青藏高原高寒植被,并得到了中国各植被地带的气候指标范围及界限。通过分析可以看出,净辐射的等值线较好地反映了中国大陆的热量梯度,而辐射干燥指数则较好地反映了中国大陆的干湿梯度。综合水热指数与中国植被主要类型的对应也较好,通过KAPPA检验,结果表明净辐射和辐射干燥度指数与中国植被主要类型及其分布格局密切相关,两者结合可以进行宏观尺度上植被类型的划分。

基于MaxEnt模型西南地区高山植被对气候变化的响应评估

采用1∶100万的中国植被类型图以及19个气候环境变量数据,基于最大熵(MaxEnt)算法和ArcGIS空间分析模块构建西南地区高山植被地理分布的气候适宜性预测模型,模拟其在基准期(1960—2000年)和不同气候情景下(A2、A1B和B1)的气候适宜性分布格局,并评价其对气候变化的适应性。结果表明:MaxEnt模型分析研究区高山植被地理分布气候适宜性的适用性非常高(AUC=0.93);最暖月均温、最湿季均温、最冷月均温等温度变量是限制其地理分布的主要气候因子;研究区高山植被地理分布的气候适宜区主要集中在西藏自治区、青海省、四川省西部及云南省西北部的部分地区;完全适宜、中度适宜、轻度适宜、不适宜的面积所占总面积比例约为1∶1∶2∶5;1960—2050年研究区高山植被潜在地理分布的气候适宜性面积有不同定程度的减少;未来3种气候变化情景下高山植被地理分布对气候变化的适应性分布格局基本一致,均为不适应区所占总面积比例较大;伴随气候变化,研究区高山植被的适应性减弱,体现在其潜在地理分布对气候变化的适应区分布范围减少;海拔5000—5500m适应性较强,适应区所占面积比例最大(53%左右);3500—4500m适应性最弱,适应区所占面积比例最小(5%左右)。

地理信息系统支持下全球气候变化对中国植被分布的可能影响研究

在地理信息系统的支持下，利用作者研制的＂中国气候－植被响应宏观静态模型＂，研究了２×ＣＯ２情景下中国主要植被类型面积、水平和垂直分布的变化。

应用动态植被模型LPJ模拟中国植被变化研究

依据中国植被与气候的关系对动态植被模型LPJ中的生物气候参数进行了调整.将改进后LPJ模拟的潜在植被类型与中国植被区划图比较发现有很大改进.应用CRU05资料和改进后的LPJ模型模拟了中国20世纪的4个气候阶段的潜在植被类型的分布变化.结果发现,由于气候变暖,20世纪我国森林植被大部分呈现出北移趋势,而热带季雨林、雨林植被分布在20世纪呈西移趋势,其面积减少最大;温带常绿阔叶林植被分布呈南移特征,其面积呈增加趋势.温带草本植被面积呈扩大趋势,而无植被区面积呈缩减趋势.

基于因子分析方法的中国植被NDVI与气候关系研究

利用1982～2000年NDVI数据和气象台站资料，对我国几种植被型组和气候的相关关系进行了研究。首先利用NDVI结合植被类型图将我国植被划分为9种植被型组；然后利用因子分析方法进行了气候指标的选择并采用相对湿度、平均最高温度和平均风速作为本研究的气候因子；最后对7种植被型组NDVI值同相应季节及其前三个季节的气候指标进行了相关分析。结果表明，利用因子分析方法选择的气候指标可以较好地进行植被气候关系分析；在我国温度条件比水分条件更明显地影响植被的生长，水分条件较其他气候因素对植被生长表现了更明显的滞后效应；而平均风速则对我国荒漠植被生长有较大的影响。

地-气间碳通量气候响应的模拟研究II.未来气候变化

利用 GCM模式模拟的未来气候状况 ,结合一个简单计算碳通量的模型 ,对未来地 -气间碳交换通量与温度和降水的关系做初步模拟分析。结果显示 ,在未来气候变暖情况下 ,要保持陆地生态系统不成为大气碳源 ,降水量需要有很大的增加幅度 (至少要比 GCM模式模拟的结果要高 )。在不考虑二氧化碳及氮素的“施肥效应”前提下 ,得出要使陆地生态系统的碳通量为零 ,全球平均温度每增加 1℃ ,降水量需要增加 7% (约 5 4 mm)。

陆地植被净第一性生产力对全球气候变化响应研究的进展

陆地植被的年净第一性生产力是植物每年通过光合作用所固定的碳总量。在全球CO2浓度持续变化的过程中 ,作为一个对外界综合环境因素敏感的指标 ,陆地植被净第一生产力的变化及与环境因子之间相互作用的机制是关注的焦点。简要介绍了植被净第一生产力研究方法的状况 ,着重对当前 2种主要生产力模型 (GLO PEM模型和NASA CASM模型 )的测定原理、方法、测定结果及优缺点进行了评述 ,同时对国内相关领域的研究状况也进行了介绍。表 2参 1

中国南部区域植被与气候关系初探

以全球变暖为背景,以中国南部区域18.00°—27.50°N、108.50°—112.50°E样带为研究对象,以纬度为梯度,应用CRU(Climate Research Unit)全球观测数据集和CO2浓度倍增后的2050年模拟气候状况作为平衡态陆地生物圈模型BIOME4的气候驱动,对中国南部样带历史100 a和未来50 a间的潜在植被变化进行模拟和统计分析。结果表明,随时间推移与全球变暖加剧,植被类型变化呈加剧趋势;温度作为植被变化的主要因素导致热带与温带植被的交错带成为气候变化的敏感地带。历史气候条件下,北回归线以北边缘地带的24.5°N的植被变化率最大,其次为以南边缘地带的22.5°N。在CO2浓度倍增导致温度、降雨量、最低温都显著增加后,研究区域植被变化率最大地带由北回归线边缘带北移到25.5°N。

软枣猕猴桃在中国的适生区分析及对未来气候变化的响应

对软枣猕猴桃在中国的适生区进行分析,旨在为软枣猕猴桃资源调查、保护、开发利用和引种栽培提供参考依据。采用生态位建模软件Max Ent(maximum entropy model),结合Arc GIS(geographic information system)软件,研究影响软枣猕猴桃分布的关键环境因子及取值范围,预测当前气候状态及未来不同气候变化背景下软枣猕猴桃在中国的适生区。研究结果表明:影响软枣猕猴桃分布的关键环境因子有6个,其重要程度依次为:7月降水量>4月均温>温度季节性变化标准差>3月均温>最暖季降水量>海拔。当前情景下,软枣猕猴桃在中国的高适生区总面积为9.287×10^5 km^2,主要集中于东北东南部、华北东南部、华东北部和东南部、华中西部及西南东部;中适生区总面积为1.786×10^6 km^2,主要分布在东北中部和南部、华北南部、华东北部和南部、华东北部、西南西部及华南北部。在只考虑气候因子和海拔高度的情况下,RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下,预测2070s软枣猕猴桃在中国的高适生区面积分别增加3.758×10^5 km^2、1.725×10^5 km^2和6.300×10^3 km^2,而中适生区面积在RCP2.6减少1.902×10^5 km^2,在RCP4.5、RCP8.5分别增加2.617×10^5 km^2和9.760×10^4 km^2。RCP2.6和RCP4.5情景下,高适生区和总适生区的质心到2070s将向东北移动;RCP8.5情景下,高适生区质心向东北移动,总适生区中心将向东南移动。研究分别对当前及未来3种不同情景下软枣猕猴桃在中国的适生区进行了10次预测,预测结果的AUC(Area Under Curve)平均值均高于0.98,表明此模型预测结果具有较高的可靠性。

1998—2019年青岛市植被覆盖度规律及对气候变化的响应

为研究青岛市近年来的植被覆盖度变化规律并探讨其对温度、降水等气候因子的响应过程,本文基于1998—2019年Landsat卫星影像,利用归一化植被指数(NDVI)和像元二分模型法,获取了青岛市近21年植被覆盖度的变化规律;同时结合气象站点数据记录,对植被覆盖度、温度和降水等气候因子的相关关系进行分析。结果表明,青岛市夏季植被覆盖度整体以高覆盖为主,除2009年和2016年覆盖度较低外高覆盖比例均超过50%,且植被覆盖度总体呈增加的趋势。研究区植被覆盖度变化与气温的相关性高于降水,与月尺度气候因子的相关性高于年尺度。在年际尺度上,高植被覆盖与年最低温度和月平均气温相关系数略高于与降水量的相关系数。在月尺度上,植被覆盖度与前一月降水和当月降水相关系数分别为0.74和0.38,与前一月气温和当月气温相关系数分别为0.76和0.87,表明植被生长与同期气温的相关性更加显著,降水对植被生长的影响存在一个月的滞后效应,气温是影响研究区植被生长的主要因子。

中国旱区GPP时空演变特征及影响因素研究

为明晰中国旱区生态系统的固碳能力及其变化机制,本研究根据AI指数划分了中国旱区范围,并基于MODIS植被总初级生产力(GPP)数据集,结合气温、降水、饱和水气压差(VPD)、土壤含水量等气象数据和土地利用等人类活动,探究了中国旱区2001—2020年植被固碳能力的时空演变特征及影响因素。结果表明:(1)中国旱区GPP 20 a间呈增长趋势,其中,64.72%的区域GPP呈显著增长趋势;(2)温度对GPP的影响最低,相对贡献率为21.70%,降水和土壤含水量是GPP增长的主导因子,二者贡献率总和超过55%。随干旱程度加剧,水分胁迫作用逐渐增强。不同植被类型下,除混交林和高山植被外,降水是影响其他植被类型GPP变化最重要的气候因子;(3)土壤类型及地貌类型的差异是影响GPP空间分异的主导因子,水分、土地利用类型因素也有重要作用,任意两要素间的交互作用解释力均大于单一要素的解释力,以土壤类型与其他各因子的交互作用最为显著。研究结果对深入理解我国旱区生态系统碳汇演变特征及其对外界环境因子响应机制具有重要理论意义。

东北阔叶红松林全球气候变化响应研究

本文通过≥℃的生长度日（Ｇｒｏｗｉｎｇ ｄｅｇｒｅｅ－ｄａｙｓ）和潜在蒸散率（ＰＥＲ）建立水－温影响函数（ｆ（ＰＥＲ，ＧＤＤ））评价阔叶红松林分布区的气候适宜性，结合ＧＣＭｓ气候变化情景分析阔叶松林分布对气候变化响应。结果表明：随着气候变暖，阔叶红松林分布范围将缩小，南界北撤，分布区适宜性下降。同时，运用林窗模型（ＦｏｒｅｓｔＧａｐＭｏｄｅｌ）模拟不同气候情景下云冷杉阔叶红松林的动态变化。模拟显示：不同的气候变暖幅度在决定阔叶红树林结构组成和生物量上起重要作用。ＧＩＳＳ和ＯＳＵ情景下，云冷杉阔叶红松林将逐渐向枫桦紫椴阔叶红松林演变，而ＧＦＤ和ＵＫＭＯ情景下，云冷杉阔叶松林向蒙古栋、紫椴、裂叶榆等阔叶树种组成的阔叶林演变。

中国东北样带NDVI的季节变化及其与气候因子的关系

NDVI是研究大尺度生态学问题一个非常有用的指数 ,它可以为估价全球植被动态模型提供足够的信息。中国东北样带是全球变化研究中首选样带之一 ,本文分析了分辨率为1km× 1km的NDVI年内季节变化的两个特征值 :年均NDVI(NDVI I)和NDVI年内极差 (NDVI MM)在样带内 5种不同植被类型间的变化及其与年平均气温和降水量之间的相关关系。结果表明 ,NDVI具有明显的季节变化格局 ,NDVI I和NDVI MM由东到西均呈下降趋势 ,NDVI I与降水量具有显著的线性回归关系 ,降水量能够解释NDVI I和NDVI MM空间变异的绝大部分。这一结果说明NDVI反映了植被沿环境梯度的时空变化格局 ,可用于监测样带植被对气候变化的响应。

气候－森林响应过程敏感性的初步研究──以四川西部紫果云杉群落为例

本文以我国西部特有树种之一，紫果云杉（Ｐｉｃｅａｐｕｒｐｕｒｅａ）为例，采用林窗模型（ＦＯＲＥＣ），初步探讨了气候对森林群落的组成结构及生物量的影响。敏感性分析表明：（１）林窗模型对紫果云杉的林分结构以及演替过程的模拟与实际状况基本吻合；（２）森林群落对气候变化的响应是十分敏感的，并主要体现在气候基准和变率两个特征指标上。

流域水文过程与植被相互作用研究现状评述

从流域水文过程与植被相互作用规律、流域生态水文模型、流域生态水文对气候变化的响应三个方面,对国内外相关研究现状进行了总结分析。从中发现,当前流域水文学正在从以单一水循环过程为主要研究对象发展成以研究水分、能量与物质耦合循环以及水文过程与生态过程的相互作用等为主要内容的综合性、交叉性学科。现关于流域水文过程与植被之间的关系研究多集中于单向作用的研究,如水文过程对植被的影响研究和植被变化对水文过程的影响研究,而对水文过程与植被之间的反馈机制以及对流域内土壤-植被-大气复杂系统的整体研究不足,缺乏对流域水文过程与植被相互作用机理的全面认识。有研究表明,气候变化已经影响到流域水文过程和植被生长,气候变化下的流域生态水文响应是水文学研究的前沿课题。水文学需要强化对流域生态水文机理的研究,只有在充分揭示流域生态水文机理的前提下,才能预测未来气候变化下的流域生态水文响应。生态最优性原理能够解释植被对外界环境变化的响应,从而被应用于描述植被与水文过程的相互作用。基于生态最优性原理的流域生态水文模型已逐渐成为生态水文学的研究热点之一。

中国植被覆盖对夏季气候影响的新证据

利用1981～1994年NOAA/AVHRR的归一化植被指数(NDVI)资料和中国160个标准气象台站的气温、降水资料,对我国不同区域植被对气候的影响敞了滞后相关分析.结果表明,在多数地区前期NDVI与后期降水存在正的相关,同时这种滞后相关存在明显的区域差异.上年冬季NDVI与夏季降水以华中和青藏高原地区的相关最明显,而春季NDVI与夏季降水则以东部干旱-半干旱区和青藏高原的相关更明显.在这3个地区植被的变化对气候有更敏感的作用,NDVI与降水的滞后相关也表明植被覆盖在年际尺度上对后期降水有一定的影响.前期NDVI与温度的相关比较复杂,同时温度较之降水对植被的滞后响应更弱一些,可能与温室气体造成的全球变暖部分地掩盖了这种相关有关.