基于GIMMS NDVI的青藏高原植被指数时空变化及其气温降水响应

青藏高原植被生态系统脆弱, 是研究全球气候变化陆地植被生态系统响应的理想场所。以GIMMS NDVI、 气温和降水及植被类型数据为基础, 利用一元线性回归模型、 相关系数、 偏相关系数及t检验方法, 分析了青藏高原1982 - 2015年NDVI时空变化及其气温降水响应特征, 结果表明： 1982 - 2015年青藏高原NDVI时间变化过程总体表现为不显著的增加过程, 空间变化以显著增加为主, 占总面积的63.26%, 分布在高原北部、 西部和南部; 显著减少集中分布在高原中东部和东南部, 仅占总面积的3.45%。青藏高原主要植被类型NDVI平均值表现为： 阔叶林>针叶林>灌丛>草甸>高山植被>草原>荒漠, 其中草原、 高山植被和荒漠植被NDVI呈显著线性增加过程, 灌丛、 针叶林和阔叶林植被的NDVI呈不显著的减少过程。青藏高原NDVI与气温相关系数空间上呈南北向分布, 具有纬度地带性特征, 显著正相关分布在高原中北部, 显著负相关分布在高原中南部; NDVI与降水的相关系数呈东西向分布, 具有干湿度地带性特征, 显著正相关分布在高原中部, 显著负相关分布在高原东西两侧。研究认为1982 - 2015年青藏高原北部水热条件缺乏区域NDVI出现显著增加趋势, 而高原东南部水热条件充足地区NDVI呈现出显著减少趋势。深入开展植被类型NDVI气候响应的差异性研究, 有助于深入理解全球气候变化影响的区域差异及科学制定植被生态保护政策。     

气候变化对乌鲁木齐河流域水资源的影响

分析了乌鲁木齐河流域近40 a来的气候变化及其气候要素与冰川融水、降水径流的关系.结果表明:高山冰川区融水径流的变化主要受气温变化影响,冰川区夏季6~8月累积气温每增加0.5℃,流域37.95 km2冰川产生的融水量将增加3.3514×106m3;近期气温再升高0.5℃,冰川融水年平均径流量将达到35×106m3.降水对中高山径流的影响较大,每增加20 mm降水量,降雨径流量增加8.9×106m3,40 a来其变化呈略增加趋势,年平均增加量为0.4095×106m3,与冰川融水增加量相当;降水与冰川融水径流量增加百分率相比,增加幅度较小.最后提出了减少污染,增加植被覆盖面积等应对气候变化对水资源影响的措施.     

气候变化对博尔塔拉河上游径流量的影响分析

应用博尔塔拉河上游温泉水文站和温泉气象站1961-2012年的观测资料,分析博尔塔拉河上游气温和降水的变化特征以及径流对气候变化的响应。结果表明：近50a来,博尔塔拉河上游区出现了气温升高、降水量增加的暖湿化气候变化趋势。其中,在夏、秋、冬季升温明显,夏、冬季增湿明显;对气温与降水序列进行统计检验,得出该地区气温、降水增加的趋势显著,气温的增加趋势大于降水;通过研究发现,气温是影响博尔塔拉河出山径流量的主要因子,尤其是夏季平均气温与年径流量的相关系数最大,为0.71;夏季降水量与年径流量相关系数为0.52。利用夏季平均气温、夏季降水量建立多元线性回归模型,相关系数为R=0.78。说明温泉气象站的夏季温度上升、降水量增加,博尔塔拉河的径流量就会增加;由于气候暖湿变化效应,大气降水和来水量的增加,使这一地区的荒漠植被得到了一定的恢复,在一定程度上减少了风沙天气,湖区的生态环境已有明显改善。     

青藏高原多年冻土区典型高寒草地生物量对气候变化的响应

多年冻土区冻土生态系统对气候变化极其敏感,利用在长江黄河源区实测的高寒草甸和高寒草原植被生物量数据以及青藏高原降水、气温以及地温等的空间分布规律,建立了长江黄河源区高寒草甸与高寒草原等主要高寒生态系统地上与地下现存生物量对气候要素变化的多元回归模型.预测分析表明:如果未来10 a气温增加0.44℃·(10a)^-1,在降水量不变的情况下,高寒草甸和高寒草原地上生物量分别递减2.7%和2.4%,如果同时降水量小幅度增加8 mm·(10a)^-1,则地上生物量可基本保持现状水平略有减少;在气温增加2.2℃·(10a)^-1,在降水量不变的情况下,高寒草甸和高寒草原地上生物量年分别平均减少达6.8%和4.6%,如果同期降水量增加12 mm·(10a)^-1,高寒草甸地上生物量可基本维持现状水平略有增加,而高寒草原地上生物量则递增5.2%.高寒草原植被地上生物量对气候增暖的响应幅度显著小于高寒草甸,而对降水增加的响应程度大于高寒草甸.明确高寒草地植被生物量随气候变化的演变趋势,对于青藏高原生态环境保护和研究气候变化对青藏高原生态系统碳循环和河源区水循环的影响具有重要意义.     

2001—2020年三江源冻土区植被物候变化特征分析

作为长江、黄河、澜沧江的发源地,三江源区是我国重要的水源涵养区和生态屏障。在气候变化背景下,三江源区广泛分布的冻土显著退化,对植被变化与生态环境产生深远影响,但近20年植被变化特征及其对气候与冻土变化的响应尚不明晰。基于2001—2020年间三江源区植被、气象与土壤冻融数据集,分析了过去20年间三江源区植被物候变化特征及其对气候因子与土壤冻融要素变化的响应。结果表明：三江源区归一化植被指数(NDVI)整体呈东南高、西北低的空间格局,2001—2020年间三江源区植被整体呈变绿趋势,生长季NDVI以每10年0.017的速率显著增加;植被物候显著变化,生长季延长[6.3 d·(10a)^-1],主要由生长季开始日期(SOS)提前[4.9 d·(10a)^-1]贡献。基于统计分析结果,气温和降水是生长季NDVI最重要的主导因素,植被对降水的敏感性在气温相对较高、降水相对较少的暖干区域更强;生长季开始前的降水是SOS最重要的主导因素。土壤冻融变化对植被生长的影响具有空间异质性,在暖干区域,土壤融化时段延长对植被生长起到抑制作用。总体来看,三江源季节冻土区...     

祁连山西段党河山区流域气候变化及其对出山径流的影响与预估

依据祁连山西段党河山区气象台站的气温、降水和出山口水文站的径流等观测数据,分析1960-2010年51a来党河出山径流量的变化特征、趋势及其对气候变化的响应.结果表明：近51a来,党河山区气候转暖湿明显,气温上升,降水量增加、冰川消融增加.受山区气候变化影响,出山径流量总体亦呈增长趋势.从径流的补给来源与季节水量变化上...     

青藏高原多年冻土区典型高寒草地生物量对气候变化的响应 青藏高原多年冻土区典型高寒草地生物量对气候变化的响应

多年冻土区冻土生态系统对气候变化极其敏感,利用在长江黄河源区实测的高寒草甸和高寒草原植被生物量数据以及青藏高原降水、气温以及地温等的空间分布规律,建立了长江黄河源区高寒草甸与高寒草原等主要高寒生态系统地上与地下现存生物量对气候要素变化的多元回归模型.预测分析表明：如果未来10 a气温增加0.44℃.（10a）^-1,在降水量不变的情况下,高寒草甸和高寒草原地上生物量分别递减2.7%和2.4%,如果同时降水量小幅度增加8 mm.（10a）^-1,则地上生物量可基本保持现状水平略有减少;在气温增加2.2℃.（10a）^-1,在降水量不变的情况下,高寒草甸和高寒草原地上生物量年分别平均减少达6.8%和4.6%,如果同期降水量增加12 mm.（10a）^-1,高寒草甸地上生物量可基本维持现状水平略有增加,而高寒草原地上生物量则递增5.2%.高寒草原植被地上生物量对气候增暖的响应幅度显著小于高寒草甸,而对降水增加的响应程度大于高寒草甸.明确高寒草地植被生物量随气候变化的演变趋势,对于青藏高原生态环境保护和研究气候变化对青藏高原生态系统碳循环和河源区水循环的影响具有重要意义.     

2000-2014年西藏雅鲁藏布江流域积雪时空变化分析及对气候的响应研究

利用2000-2014年MODIS逐日无云积雪产品对雅鲁藏布江流域积雪特征的空间分布及变化、积雪随高程变化的规律进行了分析,并采用被动微波数据SMMR （1979-1987年）和SSM/I （1988-2008年）以及中国地面降水和气温0.5°×0.5°日值格点数据集,研究了雅鲁藏布江流域关键积雪参数对气候要素的响应等。结果表明：流域下游积雪日较大且变化剧烈;流域整体上呈显著减少的趋势;积雪日随高程的上升而增加;流域内降水呈不显著的增加趋势,而气温呈显著的增加趋势,最高气温对积雪变化影响最大;气温对积雪终日的影响明显高于积雪初日;在积雪消融期降水的增多促进了积雪的消融。     

气候变化对地表水资源的影响

总结了气候变化对水文水资源影响方面的研究方法, 分析了气候变化条件下水文水资源变化的研究现状和存在问题.并以山西省和黄河源区为研究对象, 以分布式水文模型为工具、GCMs输出的气候情景为输入条件, 针对不同的下垫面特征建立不同的分布式水文模型, 分别采用气候情景趋势分析结果和直接利用GCMs输出结果两类方法确定气候变化的数据源, 对研究区域未来的地表径流过程和地表水资源可能的变化趋势进行了研究.从气候情景的预测结果来看, 未来50年山西省的气温和降水都呈增加趋势, 但由于各自对水资源带来的影响不同, 将使山西省水资源呈现先增加后减少的趋势; 且由于冬季气温和降水的增幅比夏季大, 使得未来山西省的水资源年内分布有略微平缓的趋势.对黄河源区而言, 虽然未来100年内的降水和气温都呈增加趋势, 但由于降水增长引起的地表水资源的增加不足以抵消气温升高带来的影响, 因此将导致径流量不断降低的总体趋势, 并使径流年内分布略趋平缓, 而年际分布将越来越不均匀, 旱涝威胁日趋严峻.      

1982～2015年渭河流域植被变化特征及气候因素影响

基于GIMMS NDVI3g（the third generation of Global Inventory Modeling and Mapping Studies Normalized Difference Vegetation Index）数据,结合趋势分析、Mann-Kendall检验和Pearson相关分析等方法,识别了渭河流域19822015年不同时间尺度（年、月及季节）植被NDVI的动态变化特征及气候因素影响。结果表明,近34年渭河流域NDVI呈现增长趋势,且20002015年NDVI较19821999年显著增长,趋势线斜率分别为0.003和0.001,退耕还林后植被覆盖状况明显改善;年均NDVI与气温呈显著正相关,与降水的正相关性较弱;月均NDVI与气温和降水都表现为显著正相关,相关系数分别为0.926,0.743;春秋季NDVI与气温呈现显著正相关,夏季NDVI与气温、降水的相关性不明显,冬季NDVI与前期气温存在滞后相关。     

新疆气候水文变化趋势及面临问题思考

新疆是亚洲中部干旱区的重要组成部分, 对全球变化响应异常敏感, 水资源问题突出, 研究变暖背景下新疆的气候水文变化及面临的问题, 对应对和适应未来气候变化及水资源安全具有重要意义。基于最新的气候水文观测资料和相关成果, 研究了新疆水文气候要素变化趋势与演变特征, 探讨了目前面临的主要问题及对策建议。结果表明： 1961—2018年新疆升温幅度高于全球平均水平, 冬季升温贡献最大; 降水量和降水日数均明显增加, 夏季降水增加最显著; 21世纪以来气温和降水均在高位波动, 但增加幅度减缓, 气候有从暖湿化向暖干化转折的迹象, 干旱化趋势加剧。21世纪以来, 极端最高气温、 极端最低气温和高温日数显著增加, 高温初日提前, 高温终日推迟, 极端降水事件、 暴雨雪强度和频次明显增加。受气候变化和人类活动共同影响, 塔里木河流域源流区径流量明显增加, 干流径流量微弱减少; 博斯腾湖水位阶段性变化明显, 2013年以来逐渐扩张; 艾比湖总体萎缩, 而山区湖泊赛里木湖面积稳定扩张。新疆气候水文变化面临主要问题包括： 对新疆气候变化趋势和物理过程认识不明、 水文气象灾害风险加剧难以把控、 气候变化影响不确定性加剧, 水安全问题迫在眉睫。建议趋利避害, 抓住气候机遇, 加快生态环境建设; 开展气候水文综合科学考察, 加强机理研究, 构建综合观测协同网络, 提高水文气象灾害风险调控能力; 将有效应对、 有序适应气候变化提升到战略的高度, 为建设美丽新疆和高质量发展服务。     

辽河流域径流对气候变化的响应特征研究

近百年来,全球气候发生了以气温升高为主要特征的显著变化。东北是中国的重要粮食主产区,气候变化将可能加剧东北地区水资源短缺情势,进一步影响到国家的粮食安全。以辽河流域为对象,分析了近60年来降水径流变化特性,采用水文模拟方法,揭示了河川径流变化成因,基于假定气候情景,研究了河川径流量及土壤含水量对气候变化的响应。结果表明:铁岭站实测径流量自20世纪60年代中期以来,总体呈明显的阶段性减少趋势,人类活动是河川径流减少的主要原因。降水增加比减少对河川径流量的影响明显,土壤含水量对降水减少的响应更加敏感,气候暖干化趋势将非常不利于东北地区的水资源利用和农业生产。     

40a来江河源区的气候变化特征及其生态环境效应

通过江河源区分布的5个气象台站有关气温与降水的多年数据，分析了近40a来江河源区的气候变化特征，结果表明，近40a来江河源区气候变化的总趋势是气温升高，降水量增加，但降水量的增加主要体现在春季降水和近15a来冬季降水的明显增加上，对植被生长起重要作用的夏季降水量却呈明显减少趋势；江河源区20世纪80年代10a平均气温比50年代高0.12～0.9℃，大部分地区高于0.3℃，属于青藏高原高温区或升温幅度最大的地区之一，平均升温0.44℃，明显比全国平均升温0.2℃要高出一倍，在这种背景下，与植被生长关系密切的4、5月和9月气温呈现持续下降态势，江河源区脆弱的生态环境体系对气候的这种变化响应强烈，冰川退缩，多年冻土消融加剧，导致大范围高寒草甸与草原被植退化。     

1926-2009年额尔齐斯河流域中游地区气候变化及其对水资源的影响分析

额尔齐斯河流域中游地区是哈萨克斯坦共和国重要的水资源富矿与战略经济区, 资料表明这一地区过去几十年来气候与水资源均发生了显著变化, 分析研究其气候变化及其对水资源的影响, 对水资源合理利用具有重要的指导意义.利用研究区7个气象站1926-2009年84 a逐月降水和气温资料, 应用高桥浩一郎公式计算研究区月平均蒸发量及可利用降水量, 分析了1926-2009年研究区气候变化及其对水资源的影响.结果表明: 1)与全球气候变暖一致, 过去84 a来研究区平均气温呈较快的升高趋势, 且自20世纪80年代末以来进入快速升温变暖期; 2)84 a来, 研究区降水总体呈增加趋势, 随着温度的升高, 蒸发量同步增加. 因此, 研究区可利用降水量尽管有波动但总体变化不大; 3)降水是影响研究区可利用降水量的最重要的影响因素, 二者呈现显著的正相关关系, 1%的降水变化可导致1.68%的可利用降水量变化.研究区是全球气候变化的敏感区域, 水资源开发利用需切实做好应对气候变化的适应性对策.     

气温、降水量和人类活动对长江流域植被NDVI的影响

为了了解气温、降水量和人类活动对流域植被NDVI(normalized difference vegetation index)的影响,以长江流域为研究区,运用一元线性回归分析法和Theil-Sen Median趋势分析法研究了长江流域气温、降水量和植被NDVI变化特征,同时利用相关分析法和残差分析法探讨气温、降水量和人类活动对植被NDVI变化的影响.结果表明:1960—2015年长江流域年平均温度显著上升,而降水量的变化趋势并不显著;1982—2015年流域NDVI呈显著增加趋势;1982—2015年流域NDVI与气温的相关性较高,然而与降水量的相关性并不显著;人类活动使流域NDVI增加的区域主要分布于流域北部、东南和西南部分地区,而使NDVI下降的区域位于流域中西部区域和长三角地区.气温对长江流域植被NDVI变化的影响大于降水,气候变暖和人类活动对流域生态环境具有一定程度的影响.      

近50年中国西北东部半湿润、半干旱过渡带气候变化及生态影响

以宝鸡、凤翔、千阳、陇县、西峰、环县、平凉、泾源、六盘山、固原市、西吉和海原等台站的气象数据为依据,对近50年来地处西北地区东部的半湿润、半干旱过渡带的气候要素进行了系统分析,发现区内各地气温有普遍升高的趋势。其中,冬季升温趋势更加明显。各地在20世纪90年代前后发生气温突变,以此为界,前后增加速度明显不同,此后的增温趋势明显加快。近50年以来,各地降水略有下降,主要是由夏季降水减少所引起,但是统计趋势不明显。受气温和降水变化综合影响,区域气候向变干和变暖的方向发展。根据Holdridge生命地带理论,初步分析了区域植被与气候之间的关系。计算表明,最近30年以来,西北东部半湿润、半干旱区过渡带的气候变化使区域植被也向干暖化类型变化。位于研究区中部的六盘山、泾源和西吉等地生命地带类型的变化都比较大。崆峒山(35°33′N,106°31′E)的圆柏(Sabina chinensis)树轮气候学分析表明,区域树木生长与前一年秋季降水呈显著正相关关系,与当年春季和夏季气温呈显著负相关趋势,说明生长季的缺水或高干燥度是树木生长的限制性因素。研究时段区域干旱频繁发生,使树木出现大量伪轮,为研究带来一定难度,但是也进一步验证了区域气候变化的干旱特征。干燥指数重建结果表明,研究区在20世纪20年代比较干旱,30年代是相对较为湿润的时期; 1940年和1960年左右较为干旱,但其间的干燥指数较低。60年代之后,区域干燥指数逐渐增加,表明干旱趋势日趋加重,与气象数据分析结果相一致。事实证明,研究区气候的干暖化变化对区域树木生长和生态系统具有非常不利的影响。     

基于MODIS NDVI的贵州省植被退化及归因

为了解森林退化的原因,利用2000-2015年的MODIS NDVI数据,在分析贵州省植被变化趋势的基础上识别了归一化植被指数（NDVI)显著下降的区域,并在NDVI显著下降区选取面积大于10 km2的森林图斑为兴趣区,分析其内气候变化趋势及对森林NDVI值的影响。研究表明:197个兴趣区主要分布在贵州省西北部的赤水—习水、东北部的梵净山和东南部的非喀斯特区域;区内春、夏季NDVI变化趋势与年NDVI值变化趋势一致,下降速率达到-0.01·yr-1,冬季与其他季节变化趋势相反,呈不显著升高趋势;区内春季和夏季气温升高显著,降水和日照时间无明显变化,整体气候变化呈暖干趋势;夏季温度升高是NDVI降低的主要驱动因素。      

哈密地区平原区与山区气候变化差异性分析

利用水文气象站点数据采用线性趋势分析法和Mann-kendall检验法分析了哈密地区与水资源息息相关的山区与平原区气候要素变化的差异性。结果表明：山区与平原区实测站点气候要素多年平均月系列变化规律与趋势基本一致,在量上存在一定的差异;气象站点与水文站点降水要素均呈波动增加的趋势,总体不明显,山区与平原无明显的差别,相对以头道沟站降水增加较明显;气温均呈波动升高的趋势,并且受所处的地理位置影响较大,在相近经度方向上山区气温的升高幅度高于平原区;哈密气象站与头道沟水文站点降水以上世纪70年代增幅最明显,而伊吾气象站和苇子峡水文站以上世纪80-90年代降水增幅最明显;气温除伊吾气象站上世纪90年代升温明显外,其他各站点均以70-80年代升温最明显。     

气候变暖对长江源径流变化的影响分析

在气候变暖背景下, 20世纪60年代以来, 长江源区气温年和四季增温显著, 蒸发量、 径流量总体呈增加趋势; 进入21世纪后, 源区降水量呈增加趋势。沱沱河作为长江源区的主要径流, 以此为代表研究长江源区气候变暖对径流的影响具有重要的现实意义。利用1981 - 2015年沱沱河水文站径流量资料、 沱沱河同期气象站降水量、 气温、 蒸发量的实测资料, 分析了长江源区沱沱河降水、 气温、 蒸发量变化对径流量的影响。结果显示： 在全球变暖背景下, 近35 a来沱沱河流域年及四季平均气温、 平均最高气温、 最低气温均呈显著增加趋势; 年及春、 夏、 秋季降水量增加而冬季降水量减少; 春、 冬季蒸发量呈增加趋势, 年及夏、 秋季蒸发量呈减少趋势。沱沱河流域降水量是影响径流量大小的最主要的气候因子, 夏季降水量的增多与夏季径流量的增多关系密切, 年平均最低气温升高导致的冰川和积雪融水对径流量的影响次之, 蒸发量对径流量的影响明显低于前两者。     

长江源区高寒生态与气候变化对河流径流过程的影响分析

近40 a来长江源区气候变化剧烈,是青藏高原增温最为显著的地区之一,高寒生态系统与冻土环境不断退化.采用多因素逐次甄别方法与半经验理论方法相结合,基于多年冻土的不同植被覆盖降水-径流观测场观测试验结果,分析了长江源区气候-植被-冻土耦合系统中各要素变化对河川径流的不同影响.结果表明:近40 a来长江源区河川径流呈持续递减趋势,年均径流量减少了15.2%,频率>20%的径流量均显著减少,而>550 m³·s^-1的稀遇洪水流量发生频率增加;气候变化与高寒草甸覆盖变化对源区径流变化的影响较大,分别占5.8%和5.5%;气候与植被覆盖变化对径流的显著影响是与冻土耦合作用的结果,但冻土环境与冰川变化对径流的贡献尚不能准确评价.高寒沼泽湿地和高寒草甸生态系统对于源区河川径流的形成与稳定起到关键作用,这两类生态系统的显著退化是驱动河川径流过程中变差增大、降水-径流系数减少以及洪水频率增加的主要原因.保护源区高寒草甸与独特的高寒湿地生态,对于维护源区水涵养功能和流域水安全意义重大.