1981-2010 年气候变化对青藏高原实际蒸散的影响

基于1981-2010 年青藏高原80 个气象台站观测数据, 通过改进的LPJ 动态植被模型, 模拟并分析了青藏高原实际蒸散及其与降水的平衡关系(P-E) 的时空变化。研究结果表明, 在过去三十年来青藏高原气候呈现以变暖为主要特征的背景下, 降水量整体略有增加, 潜在蒸散呈减少趋势, 特别是2000 年以前减少趋势显著;青藏高原大部分地区实际蒸散呈增加趋势, P-E的变化趋势呈西北增加-东南减少的空间格局。大气水分蒸散发能力降低理论上会导致实际蒸散减少, 而青藏高原大部分地区实际蒸散增加, 主要影响因素是降水增加, 实际蒸散呈增加(减少) 趋势的区域中86% (73%) 的降水增加(减少)。     

1982~2013年青藏高原高寒草地覆盖变化及与气候之间的关系

利用GIMMS NDVI数据和地面气象站台观测数据,对青藏高原1982~2013年高寒草地覆盖时空变化及其对气象因素的响应进行研究,结果表明：青藏高原高寒草地生长季NDVI表现为从东南到西北逐渐减少的趋势,近32 a来,整个高原草地生长季NDVI呈上升趋势,增加速率为0.000 3/a (p<0.05);高寒草地生长季NDVI年际变化具有空间异质性,整体为增加趋势,呈增加趋势的面积约占研究区域面积的75.3%,其中显著增加的占26.0% （p<0.05）,类型主要为分布在青藏高原东北部地区的高寒草甸;比例为4.7%,草地类型主要为高寒草原,主要分布在高原西部地区;基于生态地理分区的分析显示,青藏高原草地与降水、温度的相关关系具有明显的空间差异,高寒草地生长季NDVI均值与降水呈显著正相关,对降水的滞后效应显著;高原东北部温度较高,热量条件较好,降水为高寒草地生长季NDVI变化的主导因子;东中部地区降水充沛,温度则为高寒草地生长的制约因子;南部地区降水和温度都较适宜,均与高寒草地生长季NDVI相关性显著(p< 0.05),共同作用于草地的生长;中部和西部地区,气候因子与高寒草地生长季NDVI关系均不显著。     

2001–2018年青藏高原三江源地区高寒草地的波文比（英文）

波文比用以描述从地球表面到空气中以潜热或感热发生的热传递过程,其由于土地利用和覆盖变化的生物物理效应而成为研究热点。波文比对评估生态系统气候调节功能具有一定的作用,但在大多数生态评估中常常被忽略。本文以位于气候敏感区和脆弱区的青藏高原腹地的三江源地区为研究区域,基于MODIS蒸散产品以及2001–2018年MODIS反照率计算出的陆地表面净辐射估算出波文比,并利用通量观测数据对MODIS蒸散产品进行了验证。通过多元线性回归和结构方程模型(SEM)两种方法分别分析了波文比的时空变化和影响因素。结果表明:1)MOD16蒸散数据与海北和当雄两个高寒草甸的涡度通量观测数据显著相关,相关系数分别为0.78和0.70,显著水平P值均小于0.01;2)2001–2018年期间三江源地区草地的多年平均波文比是2.52±0.77,呈从东南向西北逐渐递增的空间格局;研究时段内波文比整体呈下降趋势(Slope=–0.025, R~2=0.21, P=0.056);3)以年总降水量、年平均气温、年平均相对湿度、年平均NDVI及年均反照率为自变量的多元线性回归方程,可解释三江源全区平均波文比年际变化的51%,根据标准化回归系数,气温的影响最大,这表明气候变暖对净辐射分配为感热和潜热的比例有很大的影响;4)此外,植被变化的贡献通过结构方程模型进行定量分析,结果表明NDVI的增加将导致反照率的下降,路径系数为–0.57,反照率对波文比影响为正,路径系数为0.43,这是由于气候变化引起的NDVI变化的负面和间接影响。明显的湿润气候可以增加蒸散,以全球气候变暖为主并叠加降水增加的气候变化,将促进植被生长,地表反照率降低,会使地表净辐射增加;但同时气候变暖主导并直接促进了地表蒸散增加,导致了波文比降低,表明波文比能够综合反映区域气候和植被变化的生物地球物理效应,可在今后生态系统评估中作为气候调节功能指标之一。     

21世纪以来青藏高寒草地的变化特征及其对气候的响应

利用遥感数据和气象观测资料探索气候因子对区域植被变化的驱动作用具有重要意义。以1980-2012年气象数据和2000-2012年MODIS-NDVI数据为数据源,借助线性回归和相关分析分别分析了青海和西藏两个地区21世纪以来气候变化对青藏高寒草地的影响机制。结果表明：（1）1980-2012年,青海和西藏地区均呈暖湿化的发展趋势。但21世纪以来,西藏地区降水呈不显著的减少趋势;整个青藏高原中部和西部地区增温趋势明显（>0.05 ℃·a-1）。（2）在年际尺度（2000- 2012年）上,青海地区NDVI呈显著增加的趋势,增长率为0.003·a-1（P<0.05）;西藏地区NDVI无变化趋势,区域尺度统计中植被退化与改善相互抵消。在空间上,青藏高原东北部地区NDVI呈良性趋势,部分区域增长斜率超过0.01·a-1。青藏高原南部地区NDVI呈变差趋势,变化斜率为0.008·a-1。（3）区域上的相关分析显示,在青海地区,降水量的增加和温度的升高共同促进了该区域植被的良性发展趋势;在西藏地区,降水量的减少和温度的升高可能是南部地区植被变差的重要原因。     

祁连山中部亚高山草地作物系数估算

利用Lysimeter蒸散仪于2011-2014年对祁连山中部黑河上游天涝池流域亚高山草地实际蒸散量进行观测。用FAO Penman-Monteith模型对草地参考蒸散量进行估算,根据草地植被高度结合气象数据,以估算日尺度作物系数,以估算的作物系数与模拟的参考蒸散量计算草地实际蒸散量,并用观测值进行验证。结果表明：FAO改进后的作物系数计算方法适合该区域草地作物系数的计算;以FAO Penman-Monteith模型估算的日蒸散量为0.50~7.26 mm,生长季日均蒸散量有年际变化,2011年 > 2014年 > 2012年 > 2013年。总体来看,土壤蒸发总量年际变化不大,影响蒸散量年际变化的主要部分是植被的蒸腾。     

降水减少加剧气候变暖对西藏半干旱草甸草原物候变化的效应（英文）

植被物候被认为是全球变暖的一个敏感指标,特别是在青藏高原。然而,自2000年以来,对气候变暖是否能够促进草地物候期的提前存在争议。升温以及生长季节早期降水如何与之交互对半干旱草原物候产生影响鲜为人知。本研究中,我们提取藏北当雄草地2000–2014年生长季平均NDVI(GNDVI)和草地物候变化信息,分析了NDVI、物候变化和气候变化的关系。结果表明天然草地GNDVI呈下降趋势。GNDVI的年际变化主要受5月下旬至7月的气温和4月至8月的降水影响。由于生长季起始期不断延迟,生长季结束期基本不变,天然草地生长季长度大大缩短,这大部分是由于春季变暖和降水减少造成。水分有效性是研究区草地生长的主要决定因素,当草地生长的温度限制被打破后,升温将增加对水的需求。近10年来,由于蒸散和水分限制不断增强,降水减少进一步加剧了气候变暖对植被物候变化的效应。全球变暖和降水减少的综合影响可能会延迟半干旱高寒草地的物候响应。     

植被盖度变化背景下的中国北方风蚀区植被防风固沙功能研究(英文)

本文基于气象、遥感数据,运用RWEQ模型,结合风蚀季节的植被盖度变化对近30年的土壤风蚀量和植被的防风固沙服务功能的时空变化趋势进行了定量评估,揭示了植被盖度变化对防风固沙服务功能的影响。研究表明:中国北方多年平均土壤风蚀量为160.1亿t,并处于下降趋势,土壤侵蚀强度大的区域主要集中在各大沙漠区和植被盖度较低的草地,且春季为我国土壤风蚀的多发期,占全年风蚀量的45.93%;中国北方多年平均防风固沙量为203.1亿t;防风固沙服务功能保有率的分布特征表现为由东南到西北逐渐降低的趋势;工程实施后春季植被盖度的提升区主要集中在黄土高原、青藏高原、河北北部、内蒙古东部以及东北地区;大部分区域的春季植被盖度减小(提高)与防风固沙的服务保有率的下降(提升)呈显著正相关(r0.7,p0.01);前后两个十年相比较草地生态系统的防风固沙服务功能提升幅度最大(2.02%),其次为林地(1.15%)、农田(0.99%)和荒漠(0.86%)。     

气候变暖背景下山西区域地表干湿状况变化

利用1961─2017年山西省67个台站观测资料和FAO Penman Monteith模型，运用统计学方法，研究了山西省近57 a地表干燥度的时空变化，分析了干湿区界限的年代际波动和面积变化，探讨了影响本区域干燥度的主要影响因素，结果表明：以年干燥度指数2.0为标准，山西全省可划分为半干旱和半湿润2个分区，其分区与植被覆盖度十分吻合；山西省北部和东南部地区呈变湿趋势，2000年之后尤为明显，而西南部大部为变干趋势；干燥度指数在1960─1990年代呈波动上升趋势，之后呈下降趋势；降水量在1990年代前呈下降趋势，之后呈上升趋势；蒸散量的变化分3个阶段，1960─1970年代为上升趋势，1980─2000年代较为稳定，之后呈增加趋势；干湿区界限经历了1960─1990年代的东南向位移和之后的西北向位移2个阶段，相应的干旱区面积占总面积的比例由52%扩展到73%，之后缩减到23%；降水量和蒸散量均同干燥度有显著相关性，且降水量同干燥度的相关性大于蒸散量，而相对湿度、平均风速和日照时数同干燥度相关不显著，但同蒸散量显著相关，最高和最低气温同干燥度或蒸散量的相关性均不显著；晋西北沙漠化年代际变化趋势与干燥度变化趋势一致，干湿状况是晋西北沙漠化变化趋势的重要影响因子。     

青藏高原高寒草地净初级生产力(NPP)时空分异

基于1982-2009 年间的遥感数据和野外台站生态实测数据,利用遥感生产力模型(CASA模型) 估算青藏高原高寒草地植被净初级生产力(NPP),分别从地带属性(自然地带、海拔高程、经纬度)、流域、行政区域(县级) 等方面对其时空变化过程进行分析,阐述了1982 年以来青藏高原高寒草地植被NPP的时空格局与变化特征。结果表明:① 青藏高原高寒草地NPP多年均值的空间分布表现为由东南向西北逐渐递减;1982-2009 年间,青藏高原高寒草地的年均总NPP为177.2×10¹² gC·yr^-1,单位面积年均植被NPP为120.8 gC·m^-2yr^-1;② 研究时段内,青藏高原高寒草地年均NPP 在112.6~129.9 gC·m^-2yr^-1 间,呈波动上升的趋势,增幅为13.3%;NPP 增加的草地占草地总面积的32.56%、减少的占5.55%;③ 青藏高原多数自然地带内的NPP呈增加趋势,仅阿里山地半荒漠、荒漠地带NPP呈轻微减低趋势,其中高寒灌丛草甸地带和草原地带的NPP增长幅度明显大于高寒荒漠地带;年均NPP增加面积比随着海拔升高呈现"升高—稳定—降低"的特点,而降低面积比则呈现"降低—稳定—升高"的特征;④ 各主要流域草地年均植被NPP均呈现增长趋势,其中黄河流域增长趋势显著且增幅最大。植被NPP和盖度及生长季时空变化显示,青藏高原高寒草地生态系统健康状况总体改善局部恶化。     

2000-2012年中国北方草地NDVI和气候因子时空变化

利用2000-2012年的MODIS NDVI数据,结合中国北方187个气象基准站年均温度和年降水量资料,对2000-2012年中国北方草地NDVI的时空变化特征和同期年均温度、降水量动态变化进行了分析。结果表明:(1)草地NDVI无明显变化的区域占北方草地总面积的64.35%,以荒漠草地为主;草地退化区域的面积(占北方草地总面积的23.97%)大于改善区域的面积(占北方草地11.68%)。(2)NDVI变异系数分析结果表明,2000-2012年以来中国北方草地68.37%区域呈稳定状态。其中,荒漠草地植被变异性较小,处于相对稳定状态的草地占其总面积的79.73%;而灌丛草地和典型草地的变异性较大,变化显著的草地分别占其草地面积的41.55%和45.92%。(3)北方草地区中,54.04%的区域年均温度呈升高趋势,大于温度呈降低趋势的区域,温度升高幅度最大为0.159 ℃·a^-1;年降水量呈增加趋势的面积达71.01%,远大于呈减少趋势的面积,降水量增加的最大幅度为23.29 mm·a^-1。     

气候变化主导高寒脆弱生态系统净初级生产力年际变化趋势（英文）

三江源,即长江、黄河和澜沧江源头区,其高寒生态系统的脆弱性和敏感性使其成为我国生态安全的重要屏障,在我国生态环境保护和建设方面处于重要地位。了解气候变化的影响对于全球气候变化背景下生态环境保护和恢复措施的实施至关重要。由于生态系统过程的复杂性、研究数据的可靠性以及模型本身的不确定性等,使得对高原植被生产力变化的驱动因素存在多种归因解释。本研究利用遥感-过程耦合模型(GLOPEM-CEVSA)估算三江源区2000–2012年植被净初级生产力,基于像元尺度的气温和降水为自变量的多元线性回归方法,分析在全球气候变化背景下,三江源区植被净初级生产力的时空分布格局,探讨气候水热因素对NPP的影响。研究结果表明:(1)模型模拟NPP与野外采样的地上生物量(AGB)显著线性相关,能够解释AGB空间变异的45%,高于MODIS生产力产品(MOD17A3)的解释能力(21%);(2)1990–2012年间三江源区的气候呈暖湿化趋势,较之1990–2000年,近10年气候呈暖湿化加速趋势;(3)在暖湿化气候变化背景下,三江源全区NPP的年际变化呈增加趋势(每10年增加13.7 g m–2),统计置信度为86%(即显著性水平P=0.14);三大流域对比表明,黄河源头NPP增速最快(17.44g m–2 (10 yr)–1,P=0.158),其次是长江源头,澜沧江增速最低(12.2 g m–2 (10 yr)–1),统计置信度仅为67%;(4)NPP年际变化的气候因素分析发现,气温和降水能够解释全区草地NPP年际变异的83%,可解释全区高、中、低覆盖度草地NPP年际变异的78%、84%和83%。本研究结果表明气候变化在青藏高原高寒生态系统的植被生产年际变化趋势中起主导作用。这对认识全球气候变化对脆弱生态区的影响机制,及因地制宜地实施生态保护与恢复措施具有重要科学和现实指导意义。     

全球变暖背景下皖南气象要素时序分析

基于1957—2018年芜湖、黄山、宁国和屯溪气象站点逐月气象观察数据,采用线性回归趋势分析和Mann-Kendall突变检验等统计方法,分析了气温、降水量、气压、日照时数和相对湿度的时间序列变化特征。结果表明:1)近62年以来皖南地区及其代表气象站点多年平均气温呈明显的上升趋势,四季的气温变化趋势中春季气温增温最显著。冬季突变时间比春季早近10年发生。2)降水量的年际和季节变化总体上表现为不明显,呈现微弱的增加趋势,夏季和冬季部分站点出现突变点。3)各站点平均气压变化的差异较大,芜湖与黄山年平均气压上升趋势明显,宁国与屯溪的平均气压变化趋势相反,呈显著下降趋势。4)日照时数下降趋势明显,年际和季节日照时数都有突变时间,夏秋冬季日照时数有突变性的下降趋势。5)年际和春季平均相对湿度均表现为减小趋势,年际突变检验并不明显,春季相对湿度突变较显著。本研究丰富了全球变暖的区域响应研究,可为研究区社会经济可持续发展提供理论参考。     

青藏高原积雪分布与变化特征

本文对青藏高原ＳＭＭＲ修积雪深度、ＮＯＡＡ周积雪面积、地面台站积雪深度进行了分析。结果表明青藏高原东西两侧多雪与腹地少雪形成鲜明对比,高原东部是高原积雪年际变化最显著的地区,它主导了整个高原积雪的年际变化,并且与西部多雪区年际波动呈反位相关系。从６０年代到８０年代积雪年际波动幅度有明显增加趋势,积雪变化具有３年左右准周期。随着全球变暖,青藏高原积雪将会有所增加。     

毛乌素沙地蒸散量的遥感研究——以内蒙古乌审旗为例

地表蒸散量的准确估算对全球气候变化研究以及水资源的科学管理意义重大。本文以毛乌 素沙地腹地---内蒙古乌审旗为例, 应用基于互补相关原理的平流- 干旱模型, 结合1km 分辨率 的NOAA/AVHRR、MODIS 反照率资料和气象资料, 对乌审旗1981~2003 年的地表蒸散量进行了 估算, 并对其时空分布进行了分析。结果表明: (1) 乌审旗多年平均年蒸散量为252mm, 变化在 200~310mm 之间, 从西北向东南递增; 多年平均年蒸散量的相对变率在10%~24%之间, 从西北 向东南递减; 逐年蒸散量分布趋势基本一致, 都是从西部地区向东部地区递增。(2) 以2002 年为 例, 按照土地利用/土地覆盖类型划分, 蒸散量最大的是水体, 耕地次之, 再次是草地和林地, 沙地 最小。(3) 蒸散量年际变化大, 最大年份在300mm 以上, 最小年份在200mm 左右; 从年内变化看, 蒸散量呈“单峰”正态分布, 一年内蒸散量主要集中在6~9 月份。(4) 通过误差分析可以看出, 乌审 旗蒸散量的模型估算值比实际测量值偏低, 大约低9%左右。     

夏秋季绿洲荒漠过渡带芨芨草地蒸散及能量平衡特征研究

以实测气象资料为基础,运用波文比能量平衡法计算绿洲-荒漠过渡带芨芨草的蒸散量,并分析了其蒸散日变化规律及地表能量平衡特征。结果表明:①不同天气条件下的蒸散日变化曲线特征差异显著。晴天因辐射强、蒸散量大,蒸散曲线显示为“高耸”型;由于受云量和降水的影响,阴天曲线呈“平缓”型;雨天曲线则表现为“偏态”型,而平均蒸散曲线变化与晴天较为相似。②随着气候由夏季向秋季转变,早晨蒸散发生和夜间蒸散结束的时间点分别表现出1.73 min·d-1的滞后性和2.02 min·d-1的前移性;同时,蒸散峰值以0.0036 mm·d-1的速度递减。与一些相对叶宽的植被覆盖地相比,芨芨草地蒸散量日际波动幅度较小。③净辐射通量(Rn)、 潜热通量(LE)、感热通量 (H)及 土壤热通量(G)的平均值都表现出较为一致的日循环变化趋势。G/Rn、H/Rn、LE/Rn曲线白天平滑,夜间波动,日出和日落前后波动最为剧烈。潜热占净辐射的58.8%,远大于沙漠、戈壁,而低于绿洲。④晴天波文比（β）日内变化曲线呈明显的下降趋势,平均变化率接近-2%,但日间变化曲线略呈上升趋势,变化率为4.8‰。前者反映了晴天的潜热活动在日内随时间变化而愈来愈强,后者则表明感热活动在夏秋季中随日期的推移而逐渐增强。     

基于MODIS数据的博斯腾湖流域地表蒸散时空变化

基于2002～2009年期间的MODIS遥感数据和气象观测数据,运用能量平衡法计算博斯腾湖流域的地表蒸散量,蒸散平均绝对误差为12.39 mm,相对误差为14.15%。根据遥感反演结果分析了研究区地表蒸散的时空变化特征及其与降水、气温等气候因子的关系。博斯腾湖流域年地表蒸散表现出西北高东南低的空间分布格局,明显受到土地覆盖类型的影响。蒸散季节变化主要表现为单峰形式,夏季蒸散量占全年总蒸散量的48.10%。降水、气温对于博斯腾湖流域的地表蒸散变化有重要影响,并且在不同季节中两者的贡献度存在很大差异。     

青藏高原近30年气候变化趋势

以1971~2000年青藏高原77个气象台站的观测数据 (最低、最高气温,日照时数,相对湿度,风速和降水量) 为基础,应用1998年FAO推荐的Penman-Monteith模型,并根据我国实际状况对其辐射项进行修正,模拟了青藏高原1971~2000年的最大可能蒸散,并由Vyshotskii模型转换为干燥度,力求说明近30年青藏高原的气候变化趋势,以及干湿状况的空间分布。应用线性回归法计算变化趋势,并用Mann-Kendall方法进行趋势检验。结果表明：青藏高原近30年气候变化的总体特征是气温呈上升趋势,降水呈增加趋势,最大可能蒸散呈降低趋势,大多数地区的干湿状况有由干向湿发展的趋势。气候因子与地表干湿状况间并不是线性关系,存在很大的不确定性。     

近50 a来祁连山及河西走廊极端气候的时空变化研究

 在全球变暖背景下,极端气候发生的频率增大,气象灾害造成的损失也随之增加。利用20个气象站1960-2009年的日平均气温和日降水量资料,运用线性趋势法、Spline空间插值法、Morlet小波分析法,对祁连山及河西走廊极端气候的时空变化特征进行了研究。结果表明：极端高温天数呈显著增加趋势,年际变化率为0.79d/a,20世纪90年代中后期之后极端高温天气发生的频率较高;极端低温天数呈显著减少趋势,年际变化率为-0.54d/a, 80年代中后期以来极端低温天气发生的频率较低;极端降水天数也呈显著增加趋势,年际变化率为0.02d/a,70年代中后期之后极端降水天气发生的频率较高。极端气温和降水的年际变化幅度存在区域差异,南部山区比走廊平原对全球气候变暖的响应敏感。极端高温天数和极端低温天数在8a、22a左右周期变化明显,其中22a是第一主周期;极端降水天数在6a、10a、22a左右周期变化明显,其中22a是第一主周期;从22a的周期变化推测,2010年以后11a左右极端高温天数偏少,极端低温天数偏多,极端降水天数偏少。     

基于帕默尔干旱指数的中国春季区域干旱特征比较研究

利用全国515个站(1957-2000年)气象资料,修正计算帕默尔干旱指数(Palmer drought severy index),进行干旱区划和研究春季区域演变特征.结果表明:中国干旱变化全区一致性程度低,干旱演变的区域差别大,存在着以内蒙古高原、南岭、华北北部及长白山脉、长江中下游、黄土高原、黄淮地区、天山北部、东北平原、河西走廊、云贵高原、塔里木盆地、青藏高原等为代表的12个干旱特征区.内蒙古高原区、华北北部及长白山脉区、黄土高原区、天山北部区域、东北平原区、河西走廊及其沙漠戈壁区春季干旱指数趋势变化呈下降趋势.南岭区、长江中下游区、黄淮区域、云贵高原区、塔里木盆地区、青藏高原区春季干旱指数趋势变化呈上升趋势.中国春季干旱指数大多存在5～8年的短周期年际周期变化,12～13年、15～16年的长周年际周期变化存在于部分区域,个别区域还存在20年长周期年际周期变化.中国干旱的区域特征差别显著.     

藏北地区草地退化的时空分布特征

根据草地退化国家标准和藏北地区草地退化实际情况以及遥感数据特征,选择草地植被盖度为草地退化的遥感监测指标,建立藏北地区草地退化遥感监测和评价指标体系,并对藏北地区近24年的草地退化进行遥感监测和评价。结果表明：藏北地区草地退化现状 (2004年) 十分严重,重度和极重度退化草地面积分别占草地总面积的8.0%和1.7%,区域草地退化指数 (GDI) 为1.86,接近中度退化等级;其中藏北地区冰川与雪山及其周围等气候变化较为敏感区域和交通要道沿线等人类活动较为频繁区域的草地退化相对严重;从1981年到2004年的近24年以来,藏北地区及其各个区域草地退化较为严重,其草地退化等级分布比例和草地退化指数年际波动较大,草地退化等级在轻度退化至重度退化等级之间波动;近几年藏北全地区总体草地退化情况及中部、东部和北部地区的草地退化具有更加严重的趋势,而西部地区草地退化状况则略有减缓趋势。