横断山区植被绿度的时空变化特征及其成因

科学认识植被绿度变化的时空格局及驱动因子是生态系统管理的基础.横断山是我国西南地区的重要生态屏障,对我国中西部地区的气候及生态环境有着深远影响.本文基于MODIS NDVI数据,采用趋势分析法、偏相关分析及复相关分析等方法,系统分析了2001—2016年横断山区植被NDVI的变化特征及其驱动因子.研究结果显示:2001—2016年横断山区NDVI年均值呈增加趋势,年均增长率为4.4×10-4 a-1.除夏季NDVI均值表现为降低趋势外,其它季节NDVI均值均为增长趋势,增速冬季>春季>秋季.海拔4000 m以下植被NDVI年均值介于0.45~0.55,其增速的海拔梯度差异较小(±0.001 a-1);海拔4000 m以上随海拔梯度的增加,NDVI年均值降低而其增速升高.横断山区植被NDVI变化受气候因子影响的面积仅为16%,大部分地区NDVI变化受CO2浓度增加及土地利用变化等人类活动的影响.研究结果为横断山区生态保护和可持续发展提供参考依据.

近15年北方6省(区)草地覆盖度时空变化及其与气温、降水的关系

基于2001—2015年的中分辨率成像光谱仪(MODIS)植物均一化指数(NDVI)数据,反演中国北方6省(区)草地覆盖度的空间格局和变化趋势,结合同期北方6省(区)气象站点气温和降水数据,分别从不同时空尺度和不同草地类型分析草地覆盖度的年际动态及其对气候变化的响应。结果表明:(1)我国北方6省(区)草地覆盖度总体上呈东南高西北低的特征,15年间平均草地覆盖度为46.14%,其中草甸覆盖度最高,平均为63.13%,荒漠草地覆盖度最低,平均为19.15%。(2)2001—2015年间我国北方6省(区)草地覆盖度呈上升趋势,平均为0.39%/年。其中坡面草地覆盖度增加趋势最明显,平均为1.01%/年;平原草地和草甸增加趋势次之,平均值分别为0.46%/年和0.45%/年;荒漠草地为0.35%/年,高山亚高山草甸最小,平均为0.28%/年。整个草地覆盖度增加趋势面积比例为80.48%,其中坡面草地覆盖度呈极显著增加趋势的面积最大(75.95%),草甸草地次之(53.93%),高山亚高山草甸、荒漠草地和平原草地分别为53.12%、50.57%、45.59%。(3)2001—2015年间,我国北方6省(区)温度变化较小,温度平均降低速率为-0.01℃/年,降水量平均增加速率为3.38 mm/年。(4)我国北方6省(区)草地覆盖度与降水的相关性大于温度,与温度呈正相关的面积占草地总面积的40.61%,而与降水量呈正相关的面积占草地总面积的86.86%。

1982—2003年东北林区森林植被NDVI与水热条件的相关分析

以气象站点为研究单元,将1982—2003年东北林区森林植被月平均、季平均和年平均NDVI数据与其对应的水热条件(温度和降水)进行相关、偏相关和复相关分析。结果表明:温度是影响东北林区森林植被NDVI的最主要气候因子。春季、秋季不同森林植被平均NDVI与温度和降水呈极显著相关(P<0.01),其与温度的相关性高于其与降水的相关性。寒温带针叶林NDVI在生长季与温度和降水呈极显著相关(P<0.01),其与降水的相关性略高于其与温度的相关性,而全年温度对寒温带针叶林生长的影响高于降水。寒温带针叶林NDVI在4月份与降水的时滞偏相关性高于其他月份,相关系数达-0.385。温带针阔叶混交林NDVI在4—7月与温度的时滞偏相关性较高,相关系数分别为0.581,0.490,-0.266和-0.297。暖温带落叶阔叶林NDVI在4月份与温度的时滞偏相关性高于其他月份,相关系数为0.571;在7月份与降水时滞偏相关性高于其他月份,相关系数为-0.367。森林植被生长增长阶段NDVI受综合水热条件(温度和降水)的滞后影响显著。

中国北方草地生物量动态及其与气候因子的关系

草地生态系统在全球碳循环中扮演重要角色.中国草地约占中国陆地面积的1/3,但对其碳库大小、动态及其与气候变化的关系缺乏系统研究.基于341个样地调查的地上、地下生物量资料和1982-2006年的卫星遥感数据,利用地上生物量与遥感数据之间及地上生物量与地下生物量之间的关系,估算了中国北方草地生物量碳库及其空间分布,分析了过去25年生物量碳密度和碳库的时间动态及其与气候变化的关系.结果显示：（1）中国北方草地生物量碳库为557.5TgC,地上、地下生物量密度分别为39.5和244.6gC/m^2,地下部分占总生物量碳库的86%;（2）1982-2006年间中国草地生物量碳库呈微弱增加趋势,平均年增量为0.2TgC,但自20世纪80年代末,草地生物量并未呈现显著的变化趋势;（3）草地生物量的年际波动主要受1-7月降水的影响,而与温度关系较弱.不同草地类型之间生物量-气候关系存在一定差异,较为干旱的荒漠草原和典型草原的生物量波动与降水关系密切;高寒草甸的生物量则与1-7月均温显著正相关,而与降水的关系较弱.结果表明,不同草地生态系统对未来气候变化的响应可能存在差异.

草地地上生物量高精度曲面建模

草地生物量的大区域精确估算对全球变化研究和草地资源的合理利用具有重要作用。为提高草地生物量的空间模拟精度,发展了草地地上生物量的高精度曲面建模方法 HASM-GB(High Accuracy Surface Modeling for Grassland Biomass),基于内蒙古草地地上生物量野外调查资料和同时期的遥感影像数据,采用HASM-GB方法对内蒙古自治区草原地上生物量空间分布进行了模拟。通过野外实测数据采用修正的Jackknifing方法对HASM-GB方法模拟结果进行了验证,结果表明模拟结果与实测数据之间具有较低的均方根误差(28.03 g/m2)和较好的相关性,相关系数为0.62。将HASM-GB方法与遥感生物量回归模型、普通克里金和回归克里金3种方法进行了精度对比,结果表明与其他3种方法相比,HASM-GB方法的模拟结果具有相对较低的平均误差、平均绝对误差、均方根误差和与测定值较高的相关系数。通过对地上生物量空间分布格局模拟结果的分析可知,由于植被指数—生物量回归模型属于非空间方法,其模拟精度很大程度上取决于主、辅变量间的相关性水平,易受植被指数数据误差的影响。普通克里金不能考虑辅助变量的作用。HASM-GB方法能够充分考虑生物量采样点和辅助变量的空间变异信息和邻域样本的空间结构特征从而提高模拟精度,其对草地地上生物量的曲面模拟能力高于回归克里金。结果表明HASM-GB可以作为模拟草地地上生物量空间分布相对有效的方法。