基于群落类型的寒区旱区物候特征及其对气候因子的响应——以2000-2019年柴达木盆地为例

植被物候反映了植被对环境的适应策略,物候研究对理解植被的生长机制及其对生态因子的响应有重要意义。以柴达木盆地植被为对象,基于2000—2019年NDVI数据,采用双逻辑函数法和STL时序分解算法,从区域和群落层面研究了物候的静态（空间异质性）、动态（时空变化）及其对气候的响应。结果表明：① 柴达木盆地植被生长季始期（SOS）和生长季末期（EOS）均以提前为主,分别提前了0.13天/年和0.23天/年,其中57%的植被区EOS显著提前（P<0.01）。生长季长度（LOS）缩短了0.09天/年。② SOS和EOS在空间分布和变化趋势两方面存在正相关关系,SOS较早发生的区域,EOS也较早,反之亦然,SOS提前的区域和EOS提前的区域重叠度高。③ 水热组合制约着植被物候,LOS最长的为温性草原（131天）和灌丛（128天）,最短的为高寒草甸（113天）。     

2000—2017年内蒙古荒漠草原植被物候变化及对净初级生产力的影响

荒漠草原分布于干旱区和半干旱区,对气候变化的响应极为敏感,但目前学术界对于荒漠草原物候与生产力变化的研究仍较为薄弱。有鉴于此,论文采用2000—2017年MODIS NDVI数据和气象数据,利用通用数量化方法提取内蒙古荒漠草原植被的生长季始期(start of season, SOS)和生长季末期(end of season, EOS);基于Carnegie-Ames-Stanford Approach (CASA)模型估算了植被净初级生产力(NPP),并分析了植被物候和净初级生产力之间的关系。研究结果表明：① 2000—2017年内蒙古荒漠草原SOS呈显著提前趋势(0.88 d/a,P<0.05),EOS不显著提前(0.13 d/a,P>0.05),生长季长度(length of season, LOS)呈显著延长趋势(0.76 d/a)。81.53%像元的SOS与2—4月平均气温呈负相关(8.21%显著相关,P<0.05),60.80%像元的SOS与4月降水量呈负相关关系(6.12%显著相关,P<0.05);65.16%像元的EOS与9月平均气温呈负相关(5.03%显著相关,P<0.05),78.61%像元的EOS 与7—9月降水量呈正相关关系(10.12%显著相关,P<0.05)。② 内蒙古荒漠草原多年平均NPP为104.71 gC/(m ²·a),有自东向西逐渐降低的区域差异;在研究时段内,春、夏季和生长季的NPP均呈不显著增加趋势,秋季NPP有不显著减少趋势;生长季降水量增加有利于生长季NPP的积累。③ 春季NPP与SOS呈不显著负相关,秋季NPP与EOS呈显著正相关。LOS的延长促进了NPP的累积,其中生长季NPP与EOS的推迟关系更为密切。研究结果揭示气候变化对内蒙古荒漠草原植被物候和生产力有显著影响,对区域生态系统管理和生态建设具有重要参考意义。     

伏牛山地森林植被物候及其对气候变化的响应

研究植被物候是理解植被与气候关系的重要途径。在植被对气候变化响应的敏感地区,开展植被物候研究有助于揭示气候变化对植被的影响机制。基于2000-2015年MODIS EVI时间序列影像数据,利用Savitzky-Golay （S-G）滤波方法和动态阈值法提取伏牛山地2000-2015年森林植被物候参数,结合气温、降水数据,运用Man-Kendall趋势检验、Sen斜率、ANUSPLIN插值和相关性分析等方法,研究伏牛山地森林植被物候对气候要素（气温、降水）变化的响应。结果表明：① 伏牛山地森林植被生长季始期主要集中在第105~120 d,生长季末期主要集中在第285~315 d,生长季长度主要集中在165~195 d。从海拔梯度看,随海拔升高,生长季始期、末期和长度整体上分别呈显著推迟、提前及缩短趋势。② 生长季始期和生长季末期整体上呈推迟趋势,推迟的像元分别占森林植被的76.57%和83.81%。生长季长度整体呈延长趋势,延长的像元占比为61.21%。生长季始期变化特征主要是由该地区的春季气温降低所导致的。③ 研究区森林植被生长季始期与3月平均气温呈显著偏相关,且呈负相关的区域最多,即3月平均气温降低,导致生长季始期推迟;生长季末期与9月降水呈显著偏相关区域最多,且两者主要呈正相关,即9月降水增加,使生长季末期推迟。植被生长季长度由整个生长期的气温和降水来共同作用,对大多数的区域而言,8月的平均气温和降水与生长季长度的关系最为密切。     

中国东部典型沙地植被覆盖度对降水变化的响应

降水对中国东部沙地植被覆盖度产生重要影响,了解植被覆盖度对降水量变化的响应,对制定植被恢复策略具有重要意义。选择毛乌素沙地和科尔沁沙地,使用Landsat系列数据和MODIS数据得到2000—2020年归一化植被指数（NDVI）数据集,用像元二分法分别计算了年内最大和生长季平均的植被覆盖度。结合地面气象站在1999—2020年观测的逐日降水数据,分析了植被覆盖度对降水变化的响应。结果表明：（1）毛乌素沙地和科尔沁沙地的年内最大和生长季平均植被覆盖度均有增长趋势,其中毛乌素沙地的生长季平均植被覆盖度>30%的面积增加最显著,科尔沁沙地>50%的面积增加最显著。（2）这两个沙地的年降水量和四季降水量都呈增加趋势,且有降水变率大和夏季增幅最大的共同特点。（3）毛乌素沙地的年内最大和生长季平均植被覆盖度都对前一年夏季降水量变化的响应最敏感,而在科尔沁沙地则是对当年夏季降水量变化的响应最敏感。（4）不同植被类型对降水量变化发生响应的滞后时间不同。     

中国第二、三级阶梯地形过渡带山前植被物候时空变化探析

基于1982—2015年GIMMS NDVI 3g V1.0数据、3小时温度、逐日降水和日太阳辐射数据集、数字高程模型、中国植被区划数据及实测物候验证数据,利用季节性植被物候提取法、Theil-Sen median趋势分析法和偏最小二乘回归分析等方法,研究中国第二、三级阶梯地形过渡带植被物候的时空变化规律,探讨植被物候对海拔、经纬度和气候变化的响应。结果表明：① 34 a间过渡带山前植被物候时空变化显著。时间上,植被物候呈返青期（Start Of Season, SOS）提前（-0.3187 d/a, p<0.01）、枯黄期（End Of Season, EOS）推迟（0.1171 d/a, p>0.1）和生长季长度（Length Of Growing Season, LOS）延长（0.4358 d/a, p<0.01）趋势;空间上,按SOS像元的86.24%提前、EOS像元的69.66%推迟和LOS像元的84.42%延长分布。② 34 a间过渡带山前植被物候地带性特征明显。垂直地带性方面,在中低纬度地区的物候始末期受以400 m等高线为界的海拔梯度影响,由平原到山地产生SOS平均提前8d,EOS提前25~36 d的分段式变化;水平地带性方面,低纬度和中高纬度地区的植被物候以35°N（秦岭-淮河一线,中国南北方的分界线）、43.5°N（暖温带落叶阔叶林区与温带草原区的分界）为转折点,由南向北SOS以-0.78 d/°、4.89 d/°和-1.56 d/°分段变化,EOS以-3.96 d/°、-1.85 d/°和0.89 d/°分段变化。③ 34 a间过渡带植被物候受气象因素驱动。对于植被返青期,气温对中纬度地区SOS的影响最大,降水的贡献随着纬度的降低而增大,太阳辐射在中纬度地区的贡献力大于低纬度地区;对于植被枯黄期,中纬度地区对EOS的多因素贡献力为太阳辐射>气温>降水（太阳辐射对草原区无贡献力）,低纬度地区贡献力排序与之相反;本研究对宏观地理带中不同植被区划的物候变化认知有学术意义,也为地理因素与气候因素共同影响的植被物候变化提供了新的认识。     

中南半岛植被物候与极端降水的变化特征及关联

利用MCD12Q2数据提取中南半岛的植被物候指标,采用Sen+Mann-Kendall法、灰色关联分析及R/S分析等方法,分析中南半岛地区生长季开始、生长季结束、生长季长度及极端降水指标的时空分布特征及其关联,并预测物候指标的未来变化趋势。结果表明：1) 2001—2018年中南半岛生长季开始及结束时间均表现出东部地区早于西部的空间特征,半岛生长季长度多保持在8～9个月左右;除暴雨日数指标,极端降水指标的空间分布特征与年总降水量的空间分布相似,大致呈西高东低;2）生长季始期与生长季末期以提前趋势为主,生长季长度以缩短趋势为主;年尺度降水量与强度无明显变化,但单日最大降水量、极强降水量和暴雨日数指标呈下降趋势,中雨日数、大雨日数和连续有雨日数指标均呈上升趋势,表明中南半岛极强降水事件减少,中等强度极端事件增多,降水事件的持续时间变长;3）各物候指标的主控极端降水指标类型空间分布模式相似且集中,植被物候与区域气候密切相关;4）中南半岛各物候指标未来变化趋势与过去变化趋势相反,且以延后趋势为主。     

1982-2013年青藏高原植被物候变化及气象因素影响

根据NDVI3g数据,本文定义了18种植被物候指标研究植被物候变化情况。根据1:100万植被区划,把青藏高原划分为8个植被区分。对物候变化比较显著的区域,采用最高温度、最低温度、平均温度、降水、太阳辐射数据,运用偏最小二乘法回归（PLS）研究物候变化的气候成因。结果表明：① 青藏高原生长季初期物候指标,转折发生在1997-2000年,转折前初期物候指标平均提前2~3 d/10a;青藏高原末期物候指标转折发生在2004-2007年左右,生长季长度物候指标突变发生在2005年左右,转折前末期物候指标平均延迟1~2 d/10a、生长季长度平均延长1~2 d/10a;转折之后生长季初期物候指标推迟趋势的显著性水平仅为0.1,生长季末期物候指标、生长季长度指标趋势不显著。② 高寒草甸与高寒灌木草甸是青藏高原物候变化最剧烈的植被分区。高寒草甸区生长季长度的延长主要是由生长季初期物候指标提前导致的。高寒灌木草甸区生长季长度的延长主要是由于初期物候指标的提前,以及末期物候指标的推迟共同作用导致的。③ 采用PLS进一步分析气象因素对高寒草甸与高寒灌木草甸物候剧烈变化的影响。表明,温度对物候的影响占主导地位,两植被分区均显示上年秋季、冬初温度对生长季初期物候具有正的影响,该时段温度一方面会导致上年末期物候指标推迟,间接推迟生长季开始时间;另一方面高温不利用冬季休眠。除夏季外,其余月份最小温度对植被物候的影响与平均温度、最高温度的影响类似。降水对植被物候的影响不同月份波动较大,上年秋冬季节降水对初期物候指标具有负的影响,春初降水对初期物候指标具有正的影响。8月份限制植被生长季的主要因素是降水,此时降水与末期物候指标模型系数为正。太阳辐射对植被物候的影响主要在夏季与秋初。PLS方法在物候变化研究中具有较好的效果,本文研究结果将会对植被物候模型改进,提供有力的科学依据。     

近20 a呼和浩特市城市化对植被物候的影响

了解植被物候与城市化之间的关系对于认识人类活动对生态系统的影响至关重要。基于呼和浩特市近20 a MODIS的两种植被指数数据,利用动态阈值法提取了植被物候,结合城市化指标,研究了2001—2020年呼和浩特市植被物候对城市化的响应。研究表明：森林和灌木地返青期（Start of growing season,SOS）发生较早（平均值第132 d）,但其枯黄期（End of growing season,EOS）也较早（第265 d）。SOS较晚的是耕地（第168 d）,EOS较晚的是草地（第275 d）,表明研究区木本植物SOS和EOS均早于草本植物。人造地表植被物候年际变化较大,在SOS和EOS的物候变化率分别为每10 a提前4.1 d和推迟0.7 d。此外,以人造地表比率和城乡梯度信息（即从城市核心到周边农村地区的同心环）为城市化指标,探讨了呼和浩特市中心城区植被物候对城市化的响应。研究发现SOS随人造地表比率上升而提前,EOS则出现相反的趋势。从城乡梯度上看,在特定范围内,远离城市中心SOS波动上升,即距城市中心越远植被SOS越晚,而EOS逐渐下降,即距城市中心越远植被EOS越早。总之,不同的城市化指标显示了植被物候对城市化的非线性响应。     

东西伯利亚苔原—泰加林过渡带植被遥感物候时空特征及其对气温变化的响应

物候变化是气候变化的重要指示器,通过对植被物候时空变化的研究可以为进一步分析全球气候变化提供依据。基于2000—2017年MODIS-NDVI时间序列数据,利用不对称高斯函数和动态阈值法,提取、分析了东西伯利亚苔原—泰加林过渡带植被生长季起始期（SOS）、结束期（EOS）、中期（MOS）和长度（LOS）4种植被遥感物候参数的时空变化格局。同时结合同期CRU（Climate Research Unit）气温观测数据,分析了4种物候参数对气温变化的响应关系。结果表明：遥感物候参数可以直接、有效地反映气温的变化：研究区64°N以南区域4—5月气温升高,对应区域SOS提前5~15 d;64°N~72°N之间5—6月气温升高,对应区域SOS提前10~25 d;最北端北冰洋沿岸6月气温升高幅度较小且7月气温降低,对应区域SOS推后15~25 d;西北部8月、西南部9月气温降低,对应地区EOS提前15~30 d;67°N以南区域9—10月气温升高,对应区域EOS推后5~30 d;EOS的变化对气温变化较SOS更为敏感,较小的气温波动即引起EOS较大的变动;研究区内植被生长季整体呈前移趋势,且西北部LOS缩短,中部、南部LOS延长。     

六盘山山地植被物候地带性分异及其对气候变化的响应

山地系统作为植被脆弱带及气候转换与变化的敏感区,能直观反映植被对全球环境变化的响应及适应过程.该文基于1982-2015年GIMMS NDVI 3g时间序列数据集,利用TIMESAT 3.3动态阈值法提取六盘山山地植被物候参数,结合气温、降水及光照数据集,利用最小二乘法趋势检验、偏相关分析等方法,研究六盘山山地植被物候分异规律及其对气候变化的响应.结果表明:1)六盘山山地植被生长季始期推迟幅度为11.1 d·km-1,生长季末期提前,导致生长季长度缩短幅度为22.6 d·km-1.2)生长季长度和生长季始期空间格局相似,由西北高海拔地区向东南低海拔地区呈山地垂直地带性规律;生长季中期以36°N为界,呈纬度地带性规律,生长季末期以106°30′E为界,经度地带性变化规律显著.3)气候因子在植被不同生长阶段的主导作用不同,气温对六盘山物候变化影响最显著;3月气温升高促使夏季物候提前,9月降水增加促使秋季物候推迟;6月气温升高与9月降水增加导致耕地生长季中期显著推迟,灌木、林地生长季中期显著提前;生长季始期对3月日间最高气温的负敏感性最强,生长季末期对9月夜间最低气温的正敏感性最强,该结论与植被生长生理特征一致.     

蒙古国植被物候特征及其对地理要素的响应

蒙古高原是中国重要的北方生态屏障。在全球气候变化的背景下,研究蒙古国植被物候变化特征对于认识蒙古国草地生态系统对气候变化的响应和促进区域畜牧业可持续发展具有重要意义。本研究利用非对称高斯拟合法对蒙古国2001—2019年MOD13Q1产品中的归一化植被指数（Normalized Differential Vegetation Index,NDVI）数据拟合,得到较为平滑的NDVI时间序列数据;基于TIMESAT平台,采用动态阈值法分析获得蒙古国连续19a植被物候数据。研究分析了蒙古国植被物候的空间分布及年际变化趋势,发现蒙古国植被返青期（Start of growing season,SOS）主要集中在110~150d,总体呈微弱推迟趋势,植被枯黄期（End of growing season,EOS）主要集中在270~310d,总体呈提前趋势,从而导致蒙古国生长季长度（Length of growing season,LOS）呈缩短趋势,且缩短时间最长可达2d以上。采用偏相关分析方法分析了植被物候对地形、降水、地表温度等地理要素的响应,表明蒙古国植被物候具有明显的空间异质性和海拔依赖性,不同植被物候对降水、地表温度（Land Surface Temperature,LST）的响应不同,SOS与日间LST呈显著正相关,EOS与夜间LST呈显著正相关,而LOS与年均降水呈显著负相关关系。     

基于遥感方法的长白山地区植被物候期变化趋势研究

目前,越来越多的遥感数据被用来监测大面积植物物候的动态变化。利用长时间序列的SPOT/NDVI旬合成数据,通过double logistic模型获取了1999~2008年长白山地区植被的3个关键物候参数:生长季始期、生长季末期和生长季长度的多年平均值,并绘制了它们的变化趋势空间格局图。结果表明,林地的生长季开始日期为第100~120天,草地和耕地相对较晚,分别为第130~140天和第140~150天;林地和草地生长季的结束日期为第275~285天,耕地的相对较早,为第265~275天;林地、草地和耕地的生长季长度范围分别为160~180 d、140~160 d和110~130 d。植被物候期的变化趋势表现为一定的空间差异性,生长季长度延长区域主要分布在长白山地区的中东部,平均每年延长约0.7 d;缩短的区域在西北地区,平均每年缩短1.1 d。最后通过部分物候观测数据及前人在相同研究区的结果验证了利用double logistic模型提取预测长白山植被物候期的可行性。     

祁连山区植被物候遥感监测与变化趋势

基于1982-2006年GIMMS NDVI时间序列数据,利用Double Logistic拟合方法提取了祁连山区植被的生长季始期、生长季末期和生长季长度参数,分析了植被物候期的时间变化趋势及空间分异特征。结果表明:祁连山植被从东南向西北逐渐变绿,而从西北到东南逐渐变黄,植被生长季呈现出东南地区比西北地区长、河谷地区比高山地区长的特征。25年内植被年生长季始期呈提前趋势,提前幅度为0.044 d·a^-1,年代趋势为延迟-提前-延迟;年生长季末期也呈提前趋势,提前幅度为0.059 d·a^-1,年代趋势为延迟-提前;生长季长度略有缩短,缩短幅度为0.015 d·a^-1,年代趋势为缩短-延长-缩短。25年内祁连山区植被生长季始期、末期提前不明显的区域主要为高山地区,分别占51.46%、42.77%;生长季始期、末期推迟不明显区域主要为河谷地区,分别占44.41%、52.91%;植被生长季高山地区延长不明显,河谷地区缩短不明显,总体上植被物候没有出现明显变化。     

1982~1999 年我国东部暖温带植被 生长季节的时空变化

利用1982~1996 年5 个站点的植物群落物候观测数据和物候累积频率拟合法, 划分各站逐年的植被物候季节, 并确定各季节初日对应的当地归一化差值植被指数(NDVI) 阈值。 在此基础上, 通过对物候站各年NDVI 曲线的年型聚类分析和区内所有像元逐年NDVI 曲线的空间聚类分析, 实现植被物候季节的时空外推估计, 从而得到我国暖温带落叶阔叶林地区1982~1999 年植被物候季节初日和生长季节长度的时空格局。结果表明, 多年平均的植被物 候季节初日和生长季节长度呈现出主要随纬度和海拔高度变化的空间格局。在这18 年中, 整 个区域的物候春季初日以提前为主, 且以华北平原提前的趋势最为显著;夏季、秋季和冬季 初日以推迟为主, 也以华北平原推迟的趋势比较显著;因此, 华北平原植被生长季节呈显著 延长的趋势。本文揭示的植被物候季节初日的趋势变化与华北地区各季节气温的趋势变化基本吻合;植被生长季节的趋势变化特征与欧洲单种植物物候生长季节, 以及欧亚大陆和我国温带遥感植被生长季节的趋势变化基本一致, 但植被生长季节初、终日期和长度的趋势值明显大于后者, 表明该地区植物物候对于气候变暖的响应更加敏感。     

The effects of climate change and phenological variation on agricultural production and its risk pattern in the black soil area of northeast China

The black soil region of northeast China is a vital food base and is one of the most sensitive regions to climate change in China. However, the characteristics of the crop phenological response and the integrated impact of climate and phenological changes on agricultural productivity in the region under the background of climate change are not clear. The future agricultural risk assessment has been insufficiently quantified and the existing risk level formulation lacks a sound basis. Based on remote sensing products, climate data, and model simulations, this study integrated a logistic function fitting curvature derivation, multiple linear regression, and scenario simulation to investigate crop phenology dynamics and their climate response characteristics in the black soil region. Additionally, the compound effects of climate and phenology changes on agricultural production and possible future risks were identified. The key results were as follows: (1) From 2000 to 2017, 29.76% of the black soil region of northeast China experienced a significant delay in the start of the growing season (SOS) and 16.71% of the total area displayed a trend for the end of the growing season (EOS) to arrive earlier. The time lagged effects of the SOS in terms of the crop response to climatic factors were site and climatic parameter dependent. The influence of temperature was widespread and its effect had a longer lag time in general; (2) Both climatic and phenological changes have had a significant effect on the inter-annual variability of crop production, and the predictive ability of both increased by 70.23%, while the predictive area expanded by 85.04%, as compared to that of climate change in the same period of the growing season; (3) Under the RCP8.5 scenario, there was a risk that the future crop yield would decrease in the north and increase in the south, and the risk area was constantly expanding. With a 2.0℃ rise in global temperature, the crop yield of the southern Songnen black soil sub-region would reduce by almost 10%. This finding will improve our understanding of the mechanisms underlying climate change and vegetation productivity dynamics, and is also helpful in the promotion of the risk management of agrometeorological disasters.     

三北防护林工程区植被绿度对温度和降水的响应

探究三北防护林工程区植被绿度对温度和降水的响应可为该区植被建设提供科学依据。基于2000—2015年的MODIS NDVI数据和气象数据,采用通径分析法分析了不同生长阶段气温和降水对三北防护林工程区植被绿度的直接和间接影响。研究发现：生长季多年平均植被绿度整体上呈现东部高西部低的空间格局,且林地>耕地>草地;生长季植被绿度呈现增长趋势,植被覆盖状况得到改善,其中耕地植被增长趋势最大。生长季升温抑制植被生长,降水量增加促进植被生长,降水量是影响三北防护林工程区生长季植被生长的关键气候因子。在不考虑降水变化影响时,升温促进植被生长,但生长季温度升高带来的降水量减少使得升温对植被生长表现为抑制作用。生长季不同时期降水量增加对植被生长均是促进作用,表现为末期>中期>初期;而气温的影响则表现为生长季初期升温促进植被生长,中期和末期升温不利于植被生长。生长季末期升温对植被生长的负效应以直接作用为主,而中期主要通过降水量变化的间接作用体现。识别生长季不同时段气温和降水对植被绿度影响的差异性,有助于全面认识和评估植被对气候变化的响应。