春末夏初青藏高原植被对全球变暖响应的区域特征

利用1982-2002年Pathfinder NDVI遥感数据, 采用REOF和倾向度趋势分析方法, 研究了5～6月青藏高原地表植被变化区域特征及与全球变暖的关系。21年来高原区域春末夏初植被变化存在明显的空间差异, 且存在一个位于高原南北呈带状分布的植被显著变化区域。该区域内植被对全球气温变暖响应显著, 与前期5月北半球平均气温相关系数达到0.7675, 通过0.001显著性水平检验; 植被NDVI随气温升高呈现出显著一致的增加趋势, 增长速率超过10%/10 a, 是全球变暖响应的显著区和敏感区。进一步的分析表明, 对植被全球变暖响应显著的区域基本上处于高山山脉或半荒漠NDVI值低于0.12覆盖度较低的区域。不同植被类型对变暖响应的对比表明, 草地对全球变暖响应明显高于林地, 其植被NDVI 21年约增加10%。     

1982—2016年华东地区叶面积指数变化特征及与气候因子的关系

为了解华东地区的植被变化特征,基于1982—2016年全球陆表特征参量卫星叶面积指数（Global Land Surface Satellite Leaf Area Index,GLASS LAI）数据,利用趋势分析方法研究过去35 a华东地区植被叶面积指数（Leaf Area Index, LAI）的时空变化特征,采用偏相关方法分析植被LAI与气候因子（温度、降水和太阳辐射）的相关性,并探究华东不同区域LAI变化的主导气候因子。结果表明：（1）华东地区年平均LAI为0.05～7.20,年最大LAI为0.04～8.60,均呈现由南向北递减态势。（2）近35 a华东地区年平均和年最大LAI均呈波动上升趋势,增加率分别为每年0.007 9(p<0.05)和0.022 6(p<0.05)。虽然华东北部LAI低于南部,但近35 a上升趋势明显;南部LAI虽较高,但部分区域有下降趋势。（3）年平均和年最大LAI显著增加的区域分别占整个区域的60.9%和60.5%,主要分布于江淮以北地区;两者显著降低的区域分别占8.9%和6.4%,主要集中在浙北到苏南一带。（4）不同区域年平均和年最大...     

青藏高原植被对未来气候变暖的反馈

本文使用NCAR的公共陆面过程模型CLM4.5-CNDV对21世纪末青藏高原（以下简称高原）植被的变化趋势和时空分布进行了预测,以研究高原植被对未来气候进一步变暖的反馈。模式大气驱动数据基于“美国大气科学研究中心”NCAR/NCEP历史时期的气候数据和“第五次国际耦合模式比较计划”CMIP5的多模式集成数据未来气候的变化构建而成,目的是为模式提供高原未来相对真实的气候变化特征。研究得到的主要结论如下：未来高原叶面积指数（LAI）总体呈增加趋势,植被覆盖度增加,高原总体变绿。在未来高原气候变暖湿的状况下,高原植被迁移活动明显,以乔木为代表的植被功能类型倾向于向更冷干的西北方向扩展,覆盖面积增大,高原植被类型整体呈现从冷到暖的一个“升级”调整过程。在未来气候进一步暖化的情况下,高原植被LAI的显著变化区与降水和土壤水变化表现出了较好的一致性,表明未来地表水循环分量（尤其是降水和土壤水）可能成为限制植被生长的最重要的气候因子。研究中也发现CLM4.5-CNDV模式初始植被类型设置与高原实际植被分布严重不符,导致了高原植被模拟和预测上产生了较大的不确定性,这也是未来模式改进的方向。     

春末夏初青藏高原地表植被对全球变暖的响应特征

利用1982年～2002年Pathfinder NDVI遥感数据,采用REOF和倾向度趋势分析方法,研究了5～6月青藏高原地表植被的区域变化特征及时间变化趋势。21a来高原区域植被总体呈增加趋势,但这种变化趋势有着明显的时间和空间差异。表现为5～6月空间上存在一个位于高原南北的两条呈带状分布的植被显著变化区域。该区域内植被对前期气温变化响应迅速,生物量随气温升高呈现出显著的一致增加趋势,增长速率大都超过10%/10a,与前期4～5月全球平均气温相关系数达到0.71,是全球变暖响应的敏感区。进一步的分析表明这种对全球变暖响应的区域差异主要来自于植被分布的不同,植被变化显著的区域基本上处于高山山脉或半荒漠地区NDVI值低于0.12的本底植被覆盖较低的区域。从植被覆盖类型看,草地植被生物量随全球变暖增幅明显,21a约增加10%,对全球变暖响应明显,而中高覆盖区植被和其他类型植被随气温升高的增幅较小,对全球变暖响应较弱。     

青藏高原不同时间尺度植被变化特征及其与气候因子的关系分析

利用1982-2006年GIMMS NDVI数据,以多种统计方法为基础,探讨了青藏高原(下称高原)不同时间尺度(年际、季节及月)植被变化的时空特征及其与气候因子的关系。结果表明:高原整体年平均NDVI变化呈波动上升趋势,其中夏季趋势最大,达0.004(10a)-1。不同覆盖度像元变化对总体植被变化的贡献不同,低植被覆盖像元变化对各季节总体植被变化贡献均较大,其中冬季最大;中等植被覆盖像元变化的贡献主要在秋季;高植被覆盖像元的贡献则夏季最明显。青藏高原植被变化存在显著的空间差异,其中夏季呈增加和减少趋势的面积均最大,分别达30.51%、10.52%,增加的区域主要位于高原东部,减少的区域主要在高原中部的藏北高原。进一步分析高原植被和气候因子的相关性表明,中等植被覆盖区植被与气候因子的相关性最高,其次是高植被覆盖区,低植被覆盖区的相关性则最低。在年际和季节尺度上,植被生长主要与温度和降水的累积效应有关,其中在植被生长较好的季节和区域更明显。而在月尺度上,中低植被覆盖区植被生长受短期降水事件影响较大,高植被覆盖区则仍是温度的累积效应占主导。     

气候变化对石羊河流域生态环境的影响分析

为探讨气候变化对石羊河流域生态环境的影响，利用流域多年（1959-2018年）气象、水文和卫星遥感资料，采用线性倾向率、滑动t检验等方法,分析流域气温、降水、河流流量、植被覆盖、沙尘暴的变化事实及趋势，并使用相关系数（pearson）法研究气温和降水分别与环境要素的关系，得到气候变化对流域生态环境的影响程度。结果表明:气温呈显著上升趋势，增温速度为下游0.42℃．（10a）-1＞中游0.36℃．（10a）-1＞上游0.35℃．（10a）-1, 近10年增温最显著，较60年代升高了1.67℃。四季气温均呈显著上升趋势，增温速度为冬季＞秋季＞春季＞夏季。降水呈波浪略增加趋势，增幅为上游8.3mm．（10a）-1＞中游7.0mm．（10a）-1＞下游4.1mm．（10a）-1，近10年增加最显著，较60年代增加了17%。四季降水呈弱增加趋势，增加幅度为夏季＞春季＞秋季＞冬季。河流流量以波浪式持平变化；植被覆盖面积和归一化差异植被指数（NDVI）显著增大；沙尘暴频次显著减少，近10年较60年代减少了13.05d。流域气候暖湿化近20年较显著，气候变化有利于增加本地水资源总量、提高地表植被覆盖率、抑制沙尘暴的发生，对生态环境和大气环境质量改善有积极作用。     

全球变暖背景下青藏高原夏季大气中水汽含量的变化特征

利用中国气象局提供的0. 5°×0. 5°降水和温度的日值资料,联合ERA-Interim、MERRA2(second M odern-Era Retrospective analysis for Research and Applications)和JRA-55(Japanese 55-year Reanalysis)再分析资料以及全球陆面数据同化系统(Global Land surface Data Asimilation System,GLDAS-2. 0)资料,研究了全球变暖背景下青藏高原夏季地表气温及降水的变化特征,以及该地区大气中水汽含量及水汽输送特征。结果表明,1979—1998年期间,高原的地表气温呈增加趋势,降水呈减少趋势;而在全球增温减缓期间(1999—2010年),地表气温及降水较1979—1998年期间呈现更为显著的增加趋势。在青藏高原上空,大气中水汽含量在1979—2010年间整体呈增加趋势;然而,进一步分析表明,在此期间由外界向高原输送的水汽逐年降低,尤其在1998年后,由于西南季风强度的大幅减弱,使得外界向高原的净水汽输送量减少得更为显著;青藏高原地表蒸散量的分析表明,自1998年后,高原地表的蒸散量显著增加,成为高原地区大气中水汽增加的主要原因。     

基于CMIP6多模式的长江流域蒸散发预估及影响因素

蒸散发是水文循环和能量传输的中间环节,同时也是联结土壤、植被、大气过程的纽带。基于第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）12个全球气候模式数据,研究了SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5三种情景下,长江流域2020-2099年实际蒸散发E_T（Evapotranspiration,简称ET）的时空变化及其影响因素。研究结果表明,在3种气候变化情景下长江流域ET相较基准期（1995-2014年）均存在显著增加趋势,且长江中下游地区增加趋势最为显著;SSP1-2.6情景ET较基准期先快速增加,21世纪60年代之后减缓并趋于平稳,SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下均呈持续增加趋势。研究了降水（Precipitation,简称Pr）、气温（Air Temperature,简称T）和叶面积指数L_AI（Leaf Area Index,简称LAI）对长江流域ET的影响;SSP1-2.6和SSP2-4.5情景下,长江流域ET受T影响最为显著,而SSP5-8.5情景下,LAI是影响ET的主导因素。在3种气候情景下,辐射强迫越大,植被增加趋势越显著,对ET的影响越强（SSP5-8.5、SSP2-4.5、SSP1-2.6情景下影响逐渐减弱）,而ET对LAI的敏感性则逐渐降低（SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5情景下敏感性逐渐降低）。     

我国气候变化的事实、趋势与影响

在全球气候变暖的大背景下，我国的气候也发生了明显变化，近50年年平均地表气温升高0．5-0．8℃，增温速率0．1-0．2℃／10年；其中冬季和春季增温更为明显，北方和青藏高原增温比较显著。20世纪中期以来我国长江中下游和西部地区的降水量有明显增加，东北北部和内蒙古大部分地区的降水量也有一定程度增加；但我国华北、西北东部、东北南部等地区降水量出现下降趋势，有暖干化的趋势；自1950年以来，我国的霜冻日数明显减少，寒潮事件也显著减少；夏季暴雨日数在长江中下游流域明显增多，而西北东部、华北和东北的主要农业区干旱面积也呈增加趋势；我国的冰川出现了明显的退缩现象。自小冰期以来面积减少了12497平方公里，约17％，并且这种退缩的趋势还在加剧。长期的效应极可能是我国黄河、黑河等主要河流的水量减少，甚至断流。     

植被覆盖异常变化影响陆面状况的数值模拟

利用NCAR最新的公用陆面模式CLM3．0，通过数值模拟初步研究了植被叶面积指数（LAI，leafareaindex）异常变化对陆面状况的可能影响，结果表明，植被LAI的异常变化能够引起地表能量平衡、地表水循环等陆面状况的异常。（1）植被LAI的异常变化主要影响太阳辐射在植被与地表之间的分配，以及地表的感热、潜热通量。植被LAI增大，能够引起植被吸收的太阳辐射增加，而到达土壤表面的太阳辐射减小，并导致植被的蒸发、蒸腾潜热通量增加，造成地表的蒸发潜热和感热通量不同程度的减小。（2）植被LAI增大时，植被对降水的拦截和植被叶面的蒸发增大，植被的蒸腾作用也明显增强；植被LAI增加会使得热带地区各个季节的土壤表面蒸发、地表径流减小，而土壤湿度有所增加；LAI增加造成中高纬度地区土壤蒸发的减少主要出现在夏季；LAI增加还能够引起中高纬地区冬、春积雪深度不同程度的增加，造成春末、夏初地表径流的增加。（3）植被LAI增加能够使得叶面和土壤温度有所下降，但植被LAI的变化对叶面、土壤温度的影响相对较小。     

1981-2008年中国陆地植被NPP对气候变化响应的敏感性试验

在验证CENTURY模型对中国陆地植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)模拟能力的基础上,利用该模型探讨了1981-2008年中国陆地植被NPP的年际变异和变化趋势对CO₂浓度、温度和降水变化的响应。结果表明,中国陆地植被NPP对不同气候因子的响应程度存在明显不同。其中,CO₂浓度变化对植被NPP年际变异的影响不显著,但能够引起中国大部分地区植被NPP趋势系数增大;温度对中国中高纬度地区植被NPP的年际变化影响显著,但就全国范围而言,植被NPP年际变异对温度变化的响应程度总体低于对降水变化的响应程度;降水变化是对中国植被NPP变化趋势起主导作用的气候因子。此外,综合考虑温度和降水变化的影响发现,植被NPP变化趋势的响应特征类似于降水单独变化时植被NPP变化趋势的响应特征。     

气候变化对西藏雅鲁藏布江中游地区潜在蒸散量的影响分析

本文利用西藏雅江中游地区1961～2009年逐日气象资料和Penman–Monteith公式,计算并分析了PE（潜在蒸散量）的时空分布特征,运用多元回归方法定量计算各气候因子变化对PE变化的贡献率。研究表明：近49年来,拉萨年潜在蒸散量呈明显增加趋势,增幅为8.21mm/10a,日喀则和江孜呈不显著的减少趋势,而泽当减少趋势显著,减幅最大达-24.71mm/10a。PE变化趋势的季节差异较大,年潜在蒸散量在1993年发生突变,在全球气候变暖的背景下,平均风速明显减少从气候因子角度解释了潜在蒸散减少的原因。     

城市植被对冬季气象要素影响的数值模拟研究

为认识并量化城市地区自然植被对城市气象特征的综合影响及其在不同季节的变化趋势,本文基于区域边界层模式(Regional Boundary Layer Model,RBLM),利用敏感性数值试验的方法量化评估了冬季背景下,城市植被对苏州地区气象要素的综合影响,及其在不同绿化情境下的变化特征。研究结果表明:冬季城市植被会导致气温及城市热岛强度的下降,下降幅度随着植被覆盖率的提高而增大,当市区树木覆盖率分别为0、20%和40%时,日平均城市热岛强度分别为1. 8、1. 4和1. 0℃。与苏州市真实绿化情境相比,市区树木覆盖率分别为20%和40%的理想试验方案,可以导致市区日平均气温分别下降约0. 23℃和0. 84℃。城市植被还会通过叶面及土壤表面的蒸发蒸腾作用,增加空气中的水汽含量,当市区树木覆盖率分别为0、20%和40%时,中午时空气比湿分别为2. 46、2. 61和2. 78 g·kg~(-1)。相同覆盖率条件下,草地绿化方案对气温和空气湿度的影响要明显弱于树木。城市植被会对区域地表能量平衡过程产生明显影响,使到达地面的太阳辐射减少,地面温度降低。当树木覆盖率分别为0、20%和40%时,中午地表净辐射通量最大值分别为433、382和332 W·m~(-2)。地面温度的下降以及植被、土壤的蒸发蒸腾作用,使感热减少,潜热增加。自然植被对城市气象要素的影响在冬季要明显弱于夏季。     

近20年若尔盖湿地植被覆盖变化与气候因子关系研究

基于NASA提供的MODIS卫星产品MOD13Q1的归一化植被指数（NDVI）数据,利用最大值合成法及像元二分模型计算得到2000-2019年若尔盖湿地植被生长季（5-9月）的植被覆盖度。利用ERA5再分析资料月平均的2 m气温、总降水量和土壤体积含水量数据,通过趋势分析、相关分析研究2000-2019年若尔盖湿地植被生长季（5-9月）的植被覆盖与气候因子的时空分布及二者的相关程度;研究气温、降水量和土壤含水量对植被覆盖度的共同影响及各自的贡献程度。结果表明：近20年来若尔盖湿地在生长季（5-9月）的植被覆盖度略有增长;2 m气温有升高趋势,且研究区的西南部气温升高较快;研究区中南部的总降水量呈减少趋势,但不明显,在研究区中北部降水量则呈略微增加趋势;研究区北部的土壤湿度显著增加,南部则有变干的趋势。植被覆盖度与3个气候因子均呈显著的正相关关系,气候因子对植被覆盖度变化的贡献从大到小依次是2 m气温、土壤体积含水量和总降水量。     

气溶胶对青藏高原气候变化影响的数值模拟分析

利用美国大气研究中心(NCAR)提供的2组数值试验结果对比,分析了只考虑温室气体增加(1%CO2试验)和综合考虑大气温室气体与气溶胶持续增加(50yrs试验)条件下,青藏高原地区地表温度、积雪深度及其他气候要素的变化,并在此基础上探讨了大气气溶胶含量变化对高原气候变化的可能影响.分析结果表明:只考虑大气CO2含量每年增加1%的变化时,青藏高原相对邻近地区地表温度显著增加,春、夏、秋及冬季地表温度线性增温率均表现出随着海拔高度升高而增强.例如,在海拔1.5～2 km,3～3.5 km和4.5～5 km范围内对应的冬季增温趋势分别为0.29 ℃/10 a,0.36 ℃/10 a和0.50 ℃/10 a.在温室气体引起的高原增暖过程中地表积雪深度普遍降低,且高海拔地区的积雪减少愈加明显.当综合考虑气溶胶和温室气体含量共同增加时,青藏高原地表增暖相对偏弱,春、夏和秋季增温也随海拔高度上升而加强,但冬季地面增温幅度随海拔上升反而下降,海拔1.5～2 km,3～3.5km和4.5～5 km范围内对应的冬季增温趋势分别为0.02 ℃/10 a,-0.03 ℃/10 a和-0.13 ℃/10 a.对比分析发现,大气气溶胶增加造成青藏高原冬季增温不明显甚至出现变冷趋势,地面积雪也随之增多,这可能歪曲了青藏高原地区气候变暖对海拔高度的依赖性.     

1971-2016年青藏高原积雪冻土变化特征及其与植被的关系

利用1971-2016年青藏高原81个气象站逐月积雪日数和45个测站第一冻结层下界观测资料,分析了青藏高原积雪冻土的时空变化特征及其与高原植被指数（NDVI）的关系,探讨了积雪冻土下垫面变化对高原植被及沙漠化的可能影响。结果表明：1）青藏高原积雪日数分布极不均匀,巴颜喀拉山和唐古拉山为高原积雪日数的大值区,且年际变率较大。2）青藏高原积雪日数总体上呈现减少趋势,平均以3.5 d/（10 a）的速率减少,且在1998年前后发生突变,减少速率进一步加快,达到5.1 d/（10 a）。3）青藏高原第一冻结层下界呈上升趋势,达到-3.7 cm/（10 a）,与青藏高原增暖紧密相关。4）青藏高原NDVI呈缓慢增加趋势,与高原气温、降水的增加趋势相一致,积雪冻土的变化对不同区域植被NDVI的影响有显著差异。在气候变暖背景下,形成的暖湿环境促进积雪消融、冻土下界提升,使土壤浅层含水量增加,有利于植被恢复和生长,其结果对高原土地沙漠化防治有一定参考作用。     

1979—2014年全球变暖背景下青藏高原气候变化特征

近几十年来全球变暖受到越来越广泛的关注,然而全球变暖从1998年开始趋缓,但青藏高原却呈现加速增暖的趋势。本文基于前人研究,系统回顾了青藏高原气温、积雪、降水和大气热源等四方面在全球变暖背景下的变化,指出高原的加速增温导致了积雪迅速融化,降水明显增多的同时,高原热源却呈现减弱趋势。     

1982~1999年中国地区叶面积指数变化及其与气候变化的关系

利用1982～1999年AVHRR Pathfinder卫星遥感观测的植被叶面积指数（leaf area index,LAI）资料和中国730个气象台站的温度、降水观测资料,研究了中国不同地区（东北地区、华北地区、长江流域、华南地区和西南地区）LAI的季节、生长季和年变化,及其与气候变化（温度、降水）的关系。结果表明,在中国大部分地区,年平均LAI和生长季平均LAI均是增加的。由于区域和季节气候的差异,LAI变化趋势具有明显的空间和季节非均一性。从区域平均的角度来看,不同地区年和生长季平均LAI都有增加趋势,并且在华南地区增加最快。因而,在全球变化背景下,华南地区可能是潜在的碳汇。在季节尺度上,各地区区域平均LAI基本上都是增加的,并且都在春季增加最快。温度变化是LAI变化的主要原因。但是人类活动如农业活动、城市化等对华北平原、长江三角洲和珠江三角洲等地区LAI变化的作用不容忽视。     

动态植被模型对青藏高原植被的模拟检验

动态植被模型是研究植被变化对气候反馈和影响的重要模型工具。本文对耦合了动态植被（Dynamic Vegetation, DV）和碳氮（Carbon and Nitrogen, CN）模型的NCAR陆面过程模式CLM4.5(Community Land Model version 4.5)对青藏高原（以下简称高原）植被的模拟性能进行了评估,获得了定量化的偏差信息,并对高原植被和气候变化因子的关系进行了初步探讨。结果表明：模型能大致再现叶面积指数（Leaf area index, LAI）在历史时期的季节循环、长期变化趋势和空间分布,但空间变率较遥感资料大。模拟的乔木覆盖度偏大,草地覆盖度偏小,因此严重高估了植被高原南部和东部的LAI。与遥感观测相比,模拟的LAI呈现了1～2个月的滞后,这与模式本身的植被动力机制不完善和模式的降水驱动偏差有关。高原植被变化趋势的时空分布与表层土壤水和降水等气象因子的趋势变化显示出较好的一致性,表明在该研究时段,地表水循环的变化（主要是降水和土壤水含量）对高原植被生长可能起主导作用。     

黄淮海地区植被活动对气候变化的响应特征

基于1982 -2003年GIMMSNDVI遥感数据和气象资料, 综合运用趋势分析、相关分析、奇异值分解等方法, 分析我国黄淮海地区植被活动对气候变化响应的时空特征。结果表明:黄淮海地区整体气候变暖趋势比较明显, 干旱化尚不显著, 年平均植被NDVI表现为略微增加的趋势。在年尺度上, 温度是敏感性最强的气候因子, 全年温度、降水、相对湿度对植被NDVI动态变化具有正效应, 而蒸发量具有负效应; 在季尺度上, 温度、降水的敏感性最强。自然植被对降水的敏感性最强, 其次是温度; 农业植被对温度的敏感性最强, 其次是降水。植被对气候变化响应的空间特征表现为, 植被主要生长季平均NDVI与温度距平场空间结构一致, 与蒸发量距平场反位相对应, 与降水量距平场呈北、南部正负相反分布, 与相对湿度距平场呈南、北向正负相反的空间分布。