气候变暖引起的植物物候变化影响了陆地生态系统功能和碳循环。目前研究着重关注温带和热带森林物候变化趋势、驱动因素,关于干旱半干旱地区草地物候变化及其对生态系统总初级生产力(gross primary productivity, GPP)影响仍知之甚少。...气候变暖引起的植物物候变化影响了陆地生态系统功能和碳循环。目前研究着重关注温带和热带森林物候变化趋势、驱动因素,关于干旱半干旱地区草地物候变化及其对生态系统总初级生产力(gross primary productivity, GPP)影响仍知之甚少。因此,开展草地植物物候与生产力之间的关系研究对预测草地生态系统响应未来气候变化和区域碳循环至关重要。基于1982—2015年气象资料和GIMMS NDVI3g数据,分析了中国温带草原植被返青期(start of the growing season, SGS)和枯黄期(end of the growing season, EGS)变化及其对气候的响应,并借助一阶差分法量化物候对GPP动态变化的贡献。结果表明:(1)季前1—2个月的夜间温度增温会显著提前SGS,而当月至季前2个月的白天温度对SGS有着微弱的促进作用;季前3个月的累积降水对SGS提前作用最为强烈,累积太阳辐射在各个时期对SGS影响相对较弱。(2)不同季前时间尺度昼夜温度对草地EGS均表现出相反的作用,短期累积降水对EGS起到显著延迟的区域范围最大,太阳辐射随着季前时间的增加对草地枯黄期的延迟作用逐渐转变为提前作用。(3)EGS对草地GPP年际变化趋势的相对贡献率强于返青期。研究结果有助于深化陆地生态系统与气候变化、碳循环之间相互作用的认识,为草地适应未来气候变化和生态建设提供科学依据。展开更多
近几十年来新疆气候变化显著,“暖湿化”转型与“湿干转折”先后出现,势必对地区植被生产力、大气干旱状况以及二者间的响应关系产生影响。以植被总初级生产力(GPP)和大气水分亏缺(VPD)作为评价指标,分析了1982—2018年新疆地区植被GPP...近几十年来新疆气候变化显著,“暖湿化”转型与“湿干转折”先后出现,势必对地区植被生产力、大气干旱状况以及二者间的响应关系产生影响。以植被总初级生产力(GPP)和大气水分亏缺(VPD)作为评价指标,分析了1982—2018年新疆地区植被GPP、VPD的时空分布与演变规律,并揭示了大气水分胁迫对植被GPP的影响。结果表明:(1)新疆植被GPP整体具有北高南低的分布特征,年均值为256.6 g C·m^(-2)·a^(-1),呈显著上升趋势。GPP增加趋势占植被总面积的82.00%,其中增加显著区约占42.81%,多分布于南疆绿洲和北疆山前农业区;GPP下降趋势占比较小且分布零散。(2)新疆地区VPD具有“山区低、平原/盆地高”的鲜明格局,年均值为0.66 kPa,呈不显著波动上升趋势。全疆大部地区表现出VPD显著性上升,下降趋势零星出现在昆仑山脉高海拔山区。(3)新疆植被GPP对VPD的响应“正负共存”,并具有明显空间异质性。GPP与VPD的负相关占植被区总面积的54.52%,主要出现在山前草地地带;正相关则主要分布在塔里木盆地边缘和天山北坡及其东段,以栽培作物和灌木类型为主。VPD对GPP的影响在不同植被类型间差异鲜明,而在同一植被类型内正、负响应共存。分析认为,虽然大气水分胁迫尚未成为地区植被生产力变化的主导驱动力,但在新疆干旱化急剧增加背景下,仍需加强对GPP与VPD响应关系的跟踪。展开更多
内蒙古草原是我国重要的生态保护屏障,部分区域是农牧交错带的重要组成部分。锡林郭勒草原位于内蒙古东中部,属典型温性草原,深入开展退耕还草对其植被总初级生产力(GPP)的影响、探究相关环境因子,对深入了解退耕还草过程中区域植被生...内蒙古草原是我国重要的生态保护屏障,部分区域是农牧交错带的重要组成部分。锡林郭勒草原位于内蒙古东中部,属典型温性草原,深入开展退耕还草对其植被总初级生产力(GPP)的影响、探究相关环境因子,对深入了解退耕还草过程中区域植被生长状况变化和生物固碳潜力时空分布以及制定更加科学精准的退耕政策具有重要意义。基于遥感、气象观测和土地利用数据,采用残差分析和相关性分析方法,系统研究了2010—2015年间锡林郭勒草原退耕还草区域的植被GPP变化特征,并探讨了不同环境因子对GPP变化量的影响,揭示了退耕还草活动造成的GPP变化特征及其受环境因子影响的作用机制。结果发现:(1)锡林郭勒盟退耕还草区域5年内GPP平均变化量为0.47 g C/m^(2),其中GPP增加面积占退耕还草总面积的67.2%,退耕还草初期GPP变化不显著;(2)退耕还草区域内,土壤含水量和土壤有机碳与GPP变化量显著负相关,而气温、降水、高程和坡度均与GPP变化量显著正相关;(3)坡度和土壤含水量与GPP变化量的相关程度最强,对退耕还草后GPP变化的影响程度较高。展开更多
随着全球气候变化加剧,干旱对草原生态系统碳循环的影响更加复杂。作为全球陆地生态系统碳通量的最大组成部分,总初级生产力(GPP)对整个陆地碳循环具有深远影响,因此,探讨干旱对草地GPP的影响,对于理解区域碳循环机制,维护草地生态系统...随着全球气候变化加剧,干旱对草原生态系统碳循环的影响更加复杂。作为全球陆地生态系统碳通量的最大组成部分,总初级生产力(GPP)对整个陆地碳循环具有深远影响,因此,探讨干旱对草地GPP的影响,对于理解区域碳循环机制,维护草地生态系统稳定发展具有重要意义。以中亚为研究区,基于NIRv-GPP和SPEI base v.2.7数据集,利用Theil-Sen Median斜率估计结合Mann-Kendall显著性检验、M-K突变检验和相关分析方法,探究1982—2018年干旱对草地GPP的时滞和累积效应。结果表明:(1)中亚地区草地GPP年平均值随时间变化整体上呈下降趋势,标准化降水蒸散指数(SPEI)年平均值呈降低趋势;(2)干旱对中亚绝大多数草地(95.6%)产生了时滞效应,滞后时间尺度集中在2—3个月;随着干旱状况的加重,滞后时间变长,滞后效应对草地GPP影响减弱;(3)中亚绝大多数草地(95.8%)对干旱存在累积响应,累积时间尺度以4、5、10月为主;随着干旱状况的加重,累积时间变短,累积效应对草地GPP影响增强;(4)通过对比研究时滞效应和累积效应发现:中亚超过四分之三(76.84%)的草地区域,干旱对草地GPP的时滞效应大于累积效应。研究结果可为理解气候变化背景下中亚生态环境动态变化特征及区域碳循环机制提供参考。展开更多
近年来随着全球变暖,干旱事件的增加对植被的光合作用产生更加重要的影响,同时也严重影响了陆地生态系统的平衡。本文基于标准化降水蒸散指数(SPEI base v.2.7)和总初级生产力数据集(GOSIF GPP)研究了干旱对中国北方草原GPP的累积和时...近年来随着全球变暖,干旱事件的增加对植被的光合作用产生更加重要的影响,同时也严重影响了陆地生态系统的平衡。本文基于标准化降水蒸散指数(SPEI base v.2.7)和总初级生产力数据集(GOSIF GPP)研究了干旱对中国北方草原GPP的累积和时滞效应,利用Sen’s斜率、Mann-Kendall(MK)趋势检验、Mann-Kendall突变检验研究了GPP和SPEI在研究期内的时空变化,利用Pearson相关分析方法探究了干旱对北方草原GPP的累积和时滞效应。结果表明:(1)2001—2020年期间北方草原多年平均GPP呈现东北地区高、西南地区低的空间分布格局,多年平均SPEI呈现东北地区低、西南地区高的空间分布格局,且SPEI和GPP的年平均值都随时间变化呈现上升趋势。(2)干旱对北方草原84.99%的区域有累积效应,最长累积时间尺度主要集中在3~4个月,覆盖北方草原的39.82%;干旱对北方草原63.11%的区域有滞后效应,且主要发生在7个月,覆盖北方草原的19.73%。(3)通过对比不同水分条件下二者的变化趋势,发现干旱对草原GPP的累积效应强于时滞效应。展开更多
森林生态系统碳通量的年际变化及其驱动因素分析是了解森林碳收支动态变化以及预测未来气候变化对森林碳收支影响的重要理论基础,对评估森林应对气候变化的贡献具有重要意义。结合MODIS叶面积指数(LAI)和归一化植被指数(NDVI)产品、MERR...森林生态系统碳通量的年际变化及其驱动因素分析是了解森林碳收支动态变化以及预测未来气候变化对森林碳收支影响的重要理论基础,对评估森林应对气候变化的贡献具有重要意义。结合MODIS叶面积指数(LAI)和归一化植被指数(NDVI)产品、MERRA气象数据和通量塔观测数据,采用光能利用率模型模拟2004—2011年安吉县毛竹林生态系统总初级生产力(GPP)空间分布,并分析GPP年际变化及其驱动因素。结果表明:(1)小年毛竹林GPP稍高于大年GPP;(2)2004—2011年安吉县毛竹林年日均GPP呈下降趋势,东部、西部和整个安吉县毛竹林年日均GPP变化速率分别为-0.064、-0.033和-0.045g C m-2W-1,年均温度持续下降是主要驱动因素;(3)LAI年际变化是GPP年际变化的主要驱动因素,主要原因是毛竹林大小年交替规律引起了有效LAI年际间差异;(4)西部GPP年际变化幅度大于东部,环境和生物因素对GPP年际变化的作用方向决定了毛竹林GPP年际变化的幅度。展开更多
植被总初级生产力（Gross Primary Productivity,GPP）决定进入陆地生态系统的初始物质和能量,是陆地碳循环与大气碳库的重要联系纽带.利用陆面过程模式CLM4-CN（Community Land Model version 4 with Carbon- Nitrogen interactions）...植被总初级生产力（Gross Primary Productivity,GPP）决定进入陆地生态系统的初始物质和能量,是陆地碳循环与大气碳库的重要联系纽带.利用陆面过程模式CLM4-CN（Community Land Model version 4 with Carbon- Nitrogen interactions）模拟和分析中国区域1982～2004年GPP（CLM4_GPP）时空变化特征,并通过与基于观测数据升尺度所得到的MTE_GPP（Model Tree Ensemble,MTE）进行比较,评估CLM4在中国区域GPP的模拟能力,同时探讨了不同土地覆盖资料对GPP的影响.结果表明：（1）CLM4-CN能够较好地刻画中国区域GPP空间分布格局,表现为由东南向西北递减,但在量值上大部分区域尤其是30°N以南地区存在高估,CLM4-CN模拟的GPP多年平均值为13.7 PgC a^-1,而MTE_GPP仅为6.9 PgC a^-1;（2）CLM4-CN可以合理模拟GPP的季节变化（与MTE_GPP相关系数大于0.9）,在量值上对温带阔叶落叶林、寒带阔叶落叶林、寒带阔叶落叶灌木、C3极地草地、C3非极地草地和农作物模拟较好（均方根偏差RMSD 〈 100 gC m^-2 month^-1）;（3）不同植物功能型CLM4_GPP表现出的年际变率均大于MTE_GPP,仅热带针叶常绿林、寒带阔叶落叶林和C3极地草地的CLM4_GPP与MTE_GPP变化趋势一致;（4）降水是研究时段内控制整个中国区域GPP的主要气候因子,但不同地区存在较大差异;（5）两种不同土地覆盖资料GPP模拟结果的显著差异表明,精确的土地覆盖是准确模拟GPP的重要基础.展开更多
太阳辐射的散射组分能够增强植被冠层LUE(light use efficiency,光能利用率),因此需要在生产力模型中显式地加入散射辐射的影响,从而更准确地模拟植被冠层光合作用.以青藏高原高寒草地为研究对象,改进光能利用率模型,增加散射辐射模块,...太阳辐射的散射组分能够增强植被冠层LUE(light use efficiency,光能利用率),因此需要在生产力模型中显式地加入散射辐射的影响,从而更准确地模拟植被冠层光合作用.以青藏高原高寒草地为研究对象,改进光能利用率模型,增加散射辐射模块,利用站点通量观测数据估计模型关键参数;结合区域尺度气象数据和遥感数据,模拟了2003—2008年青藏高原高寒草地区域尺度GPP(gross primary production,总初级生产力),并量化了GPP模拟的不确定性,进而通过分析模型改进前后GPP空间分布及其不确定性的差异量化了散射辐射的作用.结果表明:考虑散射辐射对LUE的影响后,模型参数优化效果明显提升,青藏高原高寒草地GPP的模拟效果得到提升;2003—2008年青藏高原高寒草地GPP模拟值呈现东南部较大,西北部较小的空间格局,与不考虑散射辐射的结果一致,但GPP平均值由312.3 g/(m^2·a)增至341.7 g/(m^2·a),增幅约9.4%,说明不考虑散射辐射会低估青藏高原高寒草地GPP;GPP模拟值不确定性的空间分布与不考虑散射辐射的结果一致,但是平均不确定性大小有所降低,从9.15%降至8.66%.研究显示,若在青藏高原高寒草地的GPP模拟中不考虑散射辐射,虽不会影响其空间格局,但会低估GPP模拟值的大小,同时增加其不确定性.展开更多
文摘气候变暖引起的植物物候变化影响了陆地生态系统功能和碳循环。目前研究着重关注温带和热带森林物候变化趋势、驱动因素,关于干旱半干旱地区草地物候变化及其对生态系统总初级生产力(gross primary productivity, GPP)影响仍知之甚少。因此,开展草地植物物候与生产力之间的关系研究对预测草地生态系统响应未来气候变化和区域碳循环至关重要。基于1982—2015年气象资料和GIMMS NDVI3g数据,分析了中国温带草原植被返青期(start of the growing season, SGS)和枯黄期(end of the growing season, EGS)变化及其对气候的响应,并借助一阶差分法量化物候对GPP动态变化的贡献。结果表明:(1)季前1—2个月的夜间温度增温会显著提前SGS,而当月至季前2个月的白天温度对SGS有着微弱的促进作用;季前3个月的累积降水对SGS提前作用最为强烈,累积太阳辐射在各个时期对SGS影响相对较弱。(2)不同季前时间尺度昼夜温度对草地EGS均表现出相反的作用,短期累积降水对EGS起到显著延迟的区域范围最大,太阳辐射随着季前时间的增加对草地枯黄期的延迟作用逐渐转变为提前作用。(3)EGS对草地GPP年际变化趋势的相对贡献率强于返青期。研究结果有助于深化陆地生态系统与气候变化、碳循环之间相互作用的认识,为草地适应未来气候变化和生态建设提供科学依据。
文摘近几十年来新疆气候变化显著,“暖湿化”转型与“湿干转折”先后出现,势必对地区植被生产力、大气干旱状况以及二者间的响应关系产生影响。以植被总初级生产力(GPP)和大气水分亏缺(VPD)作为评价指标,分析了1982—2018年新疆地区植被GPP、VPD的时空分布与演变规律,并揭示了大气水分胁迫对植被GPP的影响。结果表明:(1)新疆植被GPP整体具有北高南低的分布特征,年均值为256.6 g C·m^(-2)·a^(-1),呈显著上升趋势。GPP增加趋势占植被总面积的82.00%,其中增加显著区约占42.81%,多分布于南疆绿洲和北疆山前农业区;GPP下降趋势占比较小且分布零散。(2)新疆地区VPD具有“山区低、平原/盆地高”的鲜明格局,年均值为0.66 kPa,呈不显著波动上升趋势。全疆大部地区表现出VPD显著性上升,下降趋势零星出现在昆仑山脉高海拔山区。(3)新疆植被GPP对VPD的响应“正负共存”,并具有明显空间异质性。GPP与VPD的负相关占植被区总面积的54.52%,主要出现在山前草地地带;正相关则主要分布在塔里木盆地边缘和天山北坡及其东段,以栽培作物和灌木类型为主。VPD对GPP的影响在不同植被类型间差异鲜明,而在同一植被类型内正、负响应共存。分析认为,虽然大气水分胁迫尚未成为地区植被生产力变化的主导驱动力,但在新疆干旱化急剧增加背景下,仍需加强对GPP与VPD响应关系的跟踪。
文摘内蒙古草原是我国重要的生态保护屏障,部分区域是农牧交错带的重要组成部分。锡林郭勒草原位于内蒙古东中部,属典型温性草原,深入开展退耕还草对其植被总初级生产力(GPP)的影响、探究相关环境因子,对深入了解退耕还草过程中区域植被生长状况变化和生物固碳潜力时空分布以及制定更加科学精准的退耕政策具有重要意义。基于遥感、气象观测和土地利用数据,采用残差分析和相关性分析方法,系统研究了2010—2015年间锡林郭勒草原退耕还草区域的植被GPP变化特征,并探讨了不同环境因子对GPP变化量的影响,揭示了退耕还草活动造成的GPP变化特征及其受环境因子影响的作用机制。结果发现:(1)锡林郭勒盟退耕还草区域5年内GPP平均变化量为0.47 g C/m^(2),其中GPP增加面积占退耕还草总面积的67.2%,退耕还草初期GPP变化不显著;(2)退耕还草区域内,土壤含水量和土壤有机碳与GPP变化量显著负相关,而气温、降水、高程和坡度均与GPP变化量显著正相关;(3)坡度和土壤含水量与GPP变化量的相关程度最强,对退耕还草后GPP变化的影响程度较高。
文摘随着全球气候变化加剧,干旱对草原生态系统碳循环的影响更加复杂。作为全球陆地生态系统碳通量的最大组成部分,总初级生产力(GPP)对整个陆地碳循环具有深远影响,因此,探讨干旱对草地GPP的影响,对于理解区域碳循环机制,维护草地生态系统稳定发展具有重要意义。以中亚为研究区,基于NIRv-GPP和SPEI base v.2.7数据集,利用Theil-Sen Median斜率估计结合Mann-Kendall显著性检验、M-K突变检验和相关分析方法,探究1982—2018年干旱对草地GPP的时滞和累积效应。结果表明:(1)中亚地区草地GPP年平均值随时间变化整体上呈下降趋势,标准化降水蒸散指数(SPEI)年平均值呈降低趋势;(2)干旱对中亚绝大多数草地(95.6%)产生了时滞效应,滞后时间尺度集中在2—3个月;随着干旱状况的加重,滞后时间变长,滞后效应对草地GPP影响减弱;(3)中亚绝大多数草地(95.8%)对干旱存在累积响应,累积时间尺度以4、5、10月为主;随着干旱状况的加重,累积时间变短,累积效应对草地GPP影响增强;(4)通过对比研究时滞效应和累积效应发现:中亚超过四分之三(76.84%)的草地区域,干旱对草地GPP的时滞效应大于累积效应。研究结果可为理解气候变化背景下中亚生态环境动态变化特征及区域碳循环机制提供参考。
文摘近年来随着全球变暖,干旱事件的增加对植被的光合作用产生更加重要的影响,同时也严重影响了陆地生态系统的平衡。本文基于标准化降水蒸散指数(SPEI base v.2.7)和总初级生产力数据集(GOSIF GPP)研究了干旱对中国北方草原GPP的累积和时滞效应,利用Sen’s斜率、Mann-Kendall(MK)趋势检验、Mann-Kendall突变检验研究了GPP和SPEI在研究期内的时空变化,利用Pearson相关分析方法探究了干旱对北方草原GPP的累积和时滞效应。结果表明:(1)2001—2020年期间北方草原多年平均GPP呈现东北地区高、西南地区低的空间分布格局,多年平均SPEI呈现东北地区低、西南地区高的空间分布格局,且SPEI和GPP的年平均值都随时间变化呈现上升趋势。(2)干旱对北方草原84.99%的区域有累积效应,最长累积时间尺度主要集中在3~4个月,覆盖北方草原的39.82%;干旱对北方草原63.11%的区域有滞后效应,且主要发生在7个月,覆盖北方草原的19.73%。(3)通过对比不同水分条件下二者的变化趋势,发现干旱对草原GPP的累积效应强于时滞效应。
文摘森林生态系统碳通量的年际变化及其驱动因素分析是了解森林碳收支动态变化以及预测未来气候变化对森林碳收支影响的重要理论基础,对评估森林应对气候变化的贡献具有重要意义。结合MODIS叶面积指数(LAI)和归一化植被指数(NDVI)产品、MERRA气象数据和通量塔观测数据,采用光能利用率模型模拟2004—2011年安吉县毛竹林生态系统总初级生产力(GPP)空间分布,并分析GPP年际变化及其驱动因素。结果表明:(1)小年毛竹林GPP稍高于大年GPP;(2)2004—2011年安吉县毛竹林年日均GPP呈下降趋势,东部、西部和整个安吉县毛竹林年日均GPP变化速率分别为-0.064、-0.033和-0.045g C m-2W-1,年均温度持续下降是主要驱动因素;(3)LAI年际变化是GPP年际变化的主要驱动因素,主要原因是毛竹林大小年交替规律引起了有效LAI年际间差异;(4)西部GPP年际变化幅度大于东部,环境和生物因素对GPP年际变化的作用方向决定了毛竹林GPP年际变化的幅度。
文摘植被总初级生产力（Gross Primary Productivity,GPP）决定进入陆地生态系统的初始物质和能量,是陆地碳循环与大气碳库的重要联系纽带.利用陆面过程模式CLM4-CN（Community Land Model version 4 with Carbon- Nitrogen interactions）模拟和分析中国区域1982～2004年GPP（CLM4_GPP）时空变化特征,并通过与基于观测数据升尺度所得到的MTE_GPP（Model Tree Ensemble,MTE）进行比较,评估CLM4在中国区域GPP的模拟能力,同时探讨了不同土地覆盖资料对GPP的影响.结果表明：（1）CLM4-CN能够较好地刻画中国区域GPP空间分布格局,表现为由东南向西北递减,但在量值上大部分区域尤其是30°N以南地区存在高估,CLM4-CN模拟的GPP多年平均值为13.7 PgC a^-1,而MTE_GPP仅为6.9 PgC a^-1;（2）CLM4-CN可以合理模拟GPP的季节变化（与MTE_GPP相关系数大于0.9）,在量值上对温带阔叶落叶林、寒带阔叶落叶林、寒带阔叶落叶灌木、C3极地草地、C3非极地草地和农作物模拟较好（均方根偏差RMSD 〈 100 gC m^-2 month^-1）;（3）不同植物功能型CLM4_GPP表现出的年际变率均大于MTE_GPP,仅热带针叶常绿林、寒带阔叶落叶林和C3极地草地的CLM4_GPP与MTE_GPP变化趋势一致;（4）降水是研究时段内控制整个中国区域GPP的主要气候因子,但不同地区存在较大差异;（5）两种不同土地覆盖资料GPP模拟结果的显著差异表明,精确的土地覆盖是准确模拟GPP的重要基础.
