高寒气候区生长季NDVI与昼夜不对称增温的Copula分析

利用1982—2016年的青海地区归一化植被指数和气象数据,基于马尔科夫链蒙特卡罗的Copula函数方法,深入探索昼夜增温不对称性与植被活动之间的复杂关系,揭示了昼夜增温和NDVI之间的联合概率分布及其季节性差异。研究结果表明,昼夜增温与NDVI之间的关系在不同季节呈现显著差异。尤其在秋季,昼夜增温对NDVI的影响最为显著,其次是夏季和春季。通过Copula函数模型,发现昼夜增温与NDVI在特定温度区间内呈现正相关,表明适宜的温度条件下昼夜增温对植被生长具有促进作用。然而,当昼夜增温超过某一阈值时,其对NDVI的促进作用转变为抑制作用,从而限制了植被的生长。同时,还揭示了重现期与昼夜增温及NDVI之间的关系。在较低的重现期下,昼夜增温与NDVI的联合概率较高,表明在这些条件下,植被生长良好的情况出现的频率较高。反之,较高的重现期对应于昼夜增温与NDVI较低的联合概率,表明植被生长受到抑制。本研究通过Copula函数提供了一个全新的视角来理解昼夜增温与植被动态之间的相互作用,强调了气温变化对植被生长影响的复杂性。

水热昼夜不对称下贵州高原植被动态响应

贵州高原为喀斯特高原,其生态环境十分脆弱,研究昼夜水热条件的不对称性及其对植被变化的影响,可为该地区生态保护和防灾减灾提供理论支撑。本研究基于31个气象站昼夜气温和昼夜降水量数据,结合SPOT NDVI数据,利用趋势分析和相关分析等方法,分析了1961-2017年贵州高原昼夜气温和昼夜降水的变化特征及其对植被活动的影响。结果表明,年、月夜降水量大于昼降水量。年昼夜降水量均呈减少趋势,夜降水量的减少率较大。年均昼、夜气温均呈上升趋势,夜气温增幅大于昼气温;各月昼夜气温均呈上升趋势。气温与NDVI的相关程度高于降水,夜气温升高对植被生长有促进作用,而夜降水增多抑制植被生长。当月气温对植被生长影响较大;初春的夜气温和初夏的昼气温对植被生长影响大。初夏和初秋的昼夜降水、初秋的夜气温与植被NDVI变化有2个月时滞。

昼夜增温速率的不对称性对新疆地区植被动态的影响

结合1982~2013年归一化植被指数(NDVI)、植被类型和气象数据,分别利用一元线性回归和二阶偏相关分析方法,分析了新疆地区生长季白天最高气温(T_(max))和生长季夜间最低气温(T_(min))的变化趋势以及昼夜增温的不对称性对各类型植被活动的影响.结果表明:近32年来新疆地区T_(max)及T_(min)都存在极为显著的上升趋势,生长季T_(min)的增长速率约为T_(max)增长速率的1.5倍,昼夜增温速率呈现出不对称性;昼夜增温对植被活动的影响呈现出明显的分异特征:相比于白天增温,夜间温度的变化对新疆植被的影响区域更为广泛,而且对植被的影响程度更大;各植被类型NDVI对昼夜增温速率的不对称性也产生了不同的响应:白天增温对针叶林产生显著的积极影响,而夜间增温对针叶林、农业植被、草原及草甸植被表现出显著的积极影响.

昼夜不对称增温对冬小麦花后冠层反射光谱特性的影响

全球变暖具有明显的昼夜不对称性,温度升高影响冬小麦的生长发育,也改变了其冠层的光谱反射特性。为了研究昼夜不对称增温对冬小麦冠层反射光谱特性的影响,在南京采用开放式田间增温系统,开展昼夜不对称增温的人工控制试验,利用FieldSpec Pro FR光谱仪测定了2个冬小麦品种扬麦15和徐麦31的冠层反射光谱,分析了冬小麦开花后冠层光谱反射率和一阶导数光谱,比较了2种增温方式对冠层反射光谱特性的影响。结果表明,与CK相比,昼夜不对称增温处理(白天增温1℃,夜间增温3℃,T2)的冬小麦冠层反射率,在近红外波段的下降最为显著,且以开花期的冬小麦冠层近红外波段反射率降低幅度最大。昼夜对称增温处理(白天增温2℃,夜间增温2℃,T1)下的冬小麦冠层反射率变化与T2处理后的变化相似,但其反射率降低幅度小于T2处理。在开花期,扬麦15在CK、T1、T2处理下近红外波段反射率分别为0.70、0.61、0.55,而徐麦31在CK、T1、T2处理下近红外波段反射率分别为0.65、0.60、0.52。由一阶导数光谱可以发现,T1、T2处理下,扬麦15红边位置由738 nm变为花后20 d的731和730 nm,俆麦31表现相同的规律。T1和T2处理也使得红边峰值下降,在开花期红边峰值下降幅度最大,且T2处理下降幅度较T1处理更大。与光谱反射率变化相对应,T1和T2均使2品种的叶绿素质量分数和叶面积指数(leaf area index,LAI)显著降低,以T2处理降低幅度最大。因此,昼夜不对称增温影响了冬小麦LAI、叶绿素质量分数、细胞结构和衰老程度,进而表现出冬小麦冠层反射光谱反射率的下降。

黑沙蒿灌丛生态系统碳平衡对昼夜非对称增温的响应

探究黑沙蒿(Artemisia ordosica)灌丛净生态系统生产力(NEP)和碳利用效率(CUE)对昼夜非对称增温的响应,揭示碳平衡各组分对日间或夜间增温的相对敏感性,对于预测此类生态系统在气候变化条件下的碳源/汇属性及固碳能力是十分必要的。该研究基于涡度协方差观测数据进行模型参数化和验证,采用BIOME-BGC模型模拟不同增温情景,检验非对称增温如何影响NEP、CUE及其组分,包括:总初级生产力(GPP)、生态系统呼吸(Re)、自养呼吸(AR)、异养呼吸(HR)、维持呼吸(MR)、生长呼吸(GR)、净初级生产力(NPP)等。非对称增温方式包括:(1)延续历史升温趋势(1954-2020年)的昼夜非对称增温(日间增温1.2℃,夜间增温1.8℃);(2)日间或夜间单独增温(2、4、6℃)。主要结果:(1)与观测值拟合关系较好的指标包括GPP的逐日值和逐年值、Re的逐日值以及NEP的逐年值(决定系数:0.72-0.88;效率系数:0.72-0.79),拟合关系相对较弱的指标包括Re的逐年值和NEP的逐日值(决定系数:0.57、0.26;效率系数:0.46、0.12)。(2)所有增温情景对GPP、Re及其组分、NPP均呈促进作用。其中,GPP、Re、AR、MR对日间增温比对夜间增温更为敏感;NPP、HR、GR则对夜间增温更敏感。(3)在所有增温情景下,Re(约13%)和AR(约16%)的增幅均比GPP(约10%)更大,因此NEP和CUE呈下降趋势。并且NEP和CUE均对日间增温更敏感。(4)NEP和CUE在昼夜非对称增温情景分别下降了约68%和5%,对日间增温下降的幅度比夜间分别高约8%和1%。尽管有区域或全球尺度的研究认为增温会提高生态系统碳汇能力,但该研究结果表示增温抑制半干旱地区碳汇能力,这表明当前为减缓全球变暖所付出的努力是必要的。