1982-2012年北半球荒漠草原过渡带植被物候特征及其与气候因子的关系

基于GIMMS（global inventory modeling and mapping studies）NDVI 3g数据,在提取北半球荒漠草原过渡带每年植被物候期的基础上,研究了1982-2012年物候期的时间演化趋势及空间分异特征,并结合全球气候再分析资料,探讨了物候变化的气候驱动因素。结果表明：在1998年之前,荒漠草原过渡带植被物候期变化地区间差异较大,而在1998年之后,北半球荒漠草原过渡带生长季结束期整体提前,平均提前0.41 d/a;同时,除萨赫勒以外的各地区植被生长季长度普遍缩短,平均缩短0.88 d/a。植被物候期与气候因子的相关分析发现,荒漠草原过渡带植被物候变化受气候变化影响显著,且空间差异明显。在中高纬度地区,气温是限制植被活动的关键因子,温度升高可以促进生长季开始期的提前,而降水增加则会妨碍植被生长;在较低纬度地区,水分是影响植被活动的关键因素,高温造成的水分亏缺会导致植被生长季缩短。从植被物候期对各气候因子响应的时滞性来看,荒漠草原过渡带植被的物候期对气温变化的响应最迅速,对蒸散的响应存在一定的滞后性,而对降水的响应不存在时滞差异。     

气温对巴楚县乔木物候的影响

利用新疆巴楚气象站1987—2013年物候资料和气象资料,运用线性回归、t检验、相关分析等方法,分析了巴楚县气温和乔木物候期的变化特征,以及气温对植物物候期的影响。结果表明：近27a巴楚县乔木春季展叶始期表现出明显提前趋势,秋季叶变色始期表现出推迟趋势,生长季明显延长;3月份气温对展叶始期的影响最显著,巴楚县3月份气温每上升1℃,乔木展叶始期提前2.6d。     

1961～2018年中国生长季变化

在全球变暖背景下,中国区域生长季发生了改变,但以往研究时段偏短、数据分辨率低且空间覆盖相对有限。本文利用0.25°×0.25°高水平分辨率日平均气温资料CN05.1,研究了1961～2018年中国生长季开始日、结束日和长度的气候态特征、变化趋势及其与季节平均温度的关系。结果表明,1961～2018年中国平均生长季开始日和结束日分别为3月31日和10月29日,长度为212 d。空间上,开始日由东南向西北逐渐推迟,结束日呈反向变化,长度由东南向西北缩短。整体而言,1961～2018年中国平均生长季开始日提前、结束日推迟、长度延长,其速率分别为?1.3 d (10 a)?1、0.9 d (10 a)?1、2.2 d (10 a)?1,其中开始日提前对长度延长的影响更大。此外,中国平均生长季开始日提前和长度增加主要源于春季升温,而结束日推迟则与秋季变暖有关。     

基于遥感数据的内蒙古草原灌丛物候变化研究

植被物候研究是全球气候变化研究的重要内容,但国际上有关干旱半干旱区灌丛物候变化的研究还很缺乏。为了探讨气候变化对内蒙古草原灌丛物候的影响,利用2000~2011年的MODIS EVI时间序列影像,采用动态阈值法得到6种灌丛12 a物候年际变化情况,结合样点附近气象站的气温和降水数据,分析了灌丛物候与气候变化的动态关系。结果表明：（1）内蒙古中西部草原灌丛返青期、枯黄期都呈现提前的趋势,生长季长度缩短;（2）春季均温升高和前一年秋冬降水增加可以提前灌丛返青期,是影响返青期的主要因素;（3）秋季降水减少和夏秋均温上升都利于枯黄期提前,夏季降水的作用则因灌丛种类不同而略有差异;（4）夏秋均温上升缩短了生长季长度,夏秋降水量、春季均温则多与生长季长度呈正相关。     

吉林省蒲公英物候特征及其对气候变暖的响应

利用数理统计方法,对在气候变暖背景下吉林省蒲公英物候期变化进行分析,探讨了蒲公英物候期变化与春季、秋季气温的关系。结果表明：自1980年以来,吉林省春、秋季增温显著,且秋季较春季明显;吉林省西部地区展叶期推迟,黄枯期提前,生长季缩短;中部地区基本无变化;东部地区展叶期提前,黄枯期推迟,生长季延长。温度和物候期的变化趋势均有明显的地域特征,展叶期变化趋势在地域分布上恰好与春季气温一致,在湿润的东部地区,黄枯变化趋势与秋季气温一致,在干旱的西部地区,枯黄期变化趋势与秋季气温变化相反。探讨了对东西部物候期变化截然相反趋势的原因,并通过线性回归分别建立了各站物候期的温度模型。     

中国木本植物物候对气温变化的响应

本文利用全国21个站的木本植物物候资料和全国599个站的逐日气温资料,分析了1963~1988年中国木本植物物候对气温变化的响应,研究表明:26年来,植物春季物候期与春季气温在全国总体呈负相关,气温越高,物候期越提前;植物秋季物候期与秋季气温在全国呈正相关,但相关性没有春季物候期显著;我国木本植物物候生长季长度有明显的南-北向梯度,早春气温对植物物候生长季的影响比秋末气温对其影响更大。      

黄淮海地区植被生长季变化及其气候变化响应

利用1982—2000年的NOAA/AVHRR逐旬数据,采用最大变化斜率法、曲线拟合法等方法分析黄淮海地区植被生长季开始及结束时间,选取典型样带,制作基于逐像元的I_NDV(归一化植被指数) 变化图,研究1982—2000年植被生长季的变化规律及其对气候变化的响应。结果表明:黄淮海地区生长季开始的平均时间为3月下旬,结束时间为11月上旬。20年来研究区植被四季平均I_NDV呈上升趋势,春季增长尤为显著,且随着年代的推移,植被生长季有延长的趋势,生长季提前是黄淮海地区植被活动对气候变化响应的主要方式。     

桂林市气候变暖特征及其对柑桔物候期的影响

利用桂林市1984-2014年气候资料和同期柑桔物候资料,运用线性倾向估计、SPSS相关系数等方法研究了桂林市气候变暖的特征及其对柑桔物候期的影响。结果表明:31年中桂林市气候变暖趋势明显,其主要特点是年平均气温上升幅度约为0.4℃,20世纪90年代后期和21世纪初升温显著,在升温过程中以春季升温为主,冬季次之,夏季、秋季略升温,气候变暖春季气温升高贡献最大。气候变暖引起柑桔物候期的变化明显,春季物候期提前,秋季物候期推迟,生长季呈延长的趋势;气温是影响柑桔物候期最为显著的气象因子;2月平均最高气温升高1℃,柑桔芽开放期提前约3.4天,3月平均最高气温升高1℃,开花期提前约4.9天,年极端最高气温升高1℃,可采成熟期推迟6.8天。     

气候增暖对广东省植物物候变化的影响

根据广东省气象观测资料和10个农业气象观测站的物候观测资料,分析了1982~2004年温度变化对广东省木本植物物候变化的影响,并建立了物候期差异与温度之间的关系模式,分析了当前气候增暖背景下物候期对温度变化的响应关系。结果表明:平均温度上升,木本植物春季物候期提前;平均温度下降,木本植物春季物候期推迟。物候期的提前与推迟对温度的上升与下降的响应是非线性的。在同等升降温幅度情况下,降温导致的物候期推迟幅度较升温导致的物候期提前幅度大。     

气候变暖对青海高原地区植物物候期的影响

将青海高原划分为东部农业区、环青海湖区、三江源区和柴达木盆地4个地区,根据1983—2007年各个地区气象台站所观测的气象资料,利用统计学方法,分析了不同地区植物物候期对气候变化的响应。结果表明:东部农业区、环青海湖区、三江源区和柴达木盆地年平均气温均呈上升趋势。在气候变暖背景下,东部农业区、环青海湖区、三江源区植物返青普遍期呈提前趋势,柴达木盆地返青普遍期呈推迟趋势,4个地区黄枯普遍期均呈延迟趋势,植物生长季延长。年降水量各地变化趋势不同,年降水量和阶段降水对植物生长关键期的变化有一定影响,但与气温相比其影响相对较小。     

Impacts of snow cover on vegetation phenology in the arctic from satellite data

The dynamics of snow cover is considered an essential factor in phenological changes in Arctic tundra and other northern biomes. The Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)/Terra satellite data were selected to monitor the spatial and temporal heterogeneity of vegetation phenology and the timing of snow cover in western Arctic Russia (the Yamal Peninsula) during the period 2000-10. The magnitude of changes in vegetation phenology and the timing of snow cover were highly heterogeneous across latitudinal gradients and vegetation types in western Arctic Russia. There were identical latitudinal gradients for "start of season" (SOS) (r2 = 0.982, p<0.0001), "end of season" (EOS) (r2 = 0.938, p<0.0001), and "last day of snow cover" (LSC) (r2 = 0.984, p<0.0001), while slightly weaker relationships between latitudinal gradients and "first day of snow cover" (FSC) were observed (r2 = 0.48, p<0.0042). Delayed SOS and FSC, and advanced EOS and LSC were found in the south of the region, while there were completely different shifts in the north. SOS for the various land cover features responded to snow cover differently, while EOS among different vegetation types responded to snowfall almost the same. The timing of snow cover is likely a key driving factor behind the dynamics of vegetation phenology over the Arctic tundra. The present study suggests that snow cover urgently needs more attention to advance understanding of vegetation phenology in the future.     

天山新疆段植被物候特征及其气候响应

基于MODIS的MCD12Q2数据,采用趋势分析和相关性分析方法,结合遥感降水和气温数据产品,探求了天山新疆段2001—2014年植被物候的时空变化及其影响因素的相对作用。天山新疆段植被物候始期呈明显的垂直地带性分布特征,集中于3月10日至5月15日,全区14年平均值为3月20日;植被物候末期具有纬度地带性分布特征,集中于10月1日至10月25日。天山新疆段植被物候始期在山区呈不显著推迟趋势,绿洲和平原呈不显著提前趋势;植被物候末期主要呈不显著提前趋势;降水量和气温是影响天山植被物候期的重要因素。物候始期受当年春季气温的影响最为显著,也受到前一年冬季降水量的影响,其与降水量呈正相关,与气温呈负相关。夏季和秋季降水量是天山新疆段植被物候末期的主要影响因素。     

Evaluating the vegetation growing season changes in the arid region of northwestern China

Temperature has long been accepted as the major controlling factor in determining vegetation phenology in the middle and higher latitudes. The influence of water availability is often overlooked even in arid and semi-arid environments. We compared vegetation phenology metrics derived from both in situ temperature and satellite-based normalized difference vegetation index (NDVI) observations from 1982 to 2006 by an example of the arid region of northwestern China. From the satellite-based results, it was found the start of the growing season (SOS) advanced by 0.37 days year^?1 and the end of the growing season (EOS) delayed by 0.61 days year^?1 in Southern Xinjiang over 25 years. In the Tianshan Mountains, the SOS advanced by 0.35 days year^?1 and the EOS delayed by 0.31 days year^?1. There were almost no changes in Northern Xinjiang. Compared with satellite-based results, those estimates based on temperature contain less details of spatial variability of vegetation phenology. Interestingly, they show different and at times reversed spatial patterns from the satellite results arising from water limitation. Phenology metrics derived from temperature and NDVI conclude that water limitation of onset of the growing season is more severe than the cessation. Phenology spatial patterns of four oases in Southern Xingjiang show that, on average, there is a delay of the SOS of 1.6 days/10 km of distance from the mountain outlet stations. Our results underline the importance of water availability in determining the vegetation phenology in arid regions and can lead to important consequences in interpreting the possible change of vegetation phenology with climate.     

Phenology shift from 1989 to 2008 on the Tibetan Plateau: an analysis with a process-based soil physical model and remote sensing data

Phenology is critical to ecosystem carbon quantification, and yet has not been well modeled considering both aboveground and belowground environmental variables. This is especially true for alpine and pan-arctic regions where soil physical conditions play a significant role in determining the timing of phenology. Here we examine how the spatiotemporal pattern of satellite-derived phenology is related to soil physical conditions simulated with a soil physical model on the Tibetan Plateau for the period 1989–2008. Our results show that spatial patterns and temporal trends of phenology are parallel with the corresponding soil physical conditions for different study periods. On average, 1 °C increase in soil temperature advances the start of growing season (SOS) by 4.6 to 9.9 days among different vegetation types, and postpones the end of growing season (EOS) by 7.3 to 10.5 days. Soil wetting meditates such trends, especially in areas where warming effect is significant. Soil thermal thresholds for SOS and EOS, defined as the daily mean soil temperatures corresponding to the phenological metrics, are spatially clustered, and are closely correlated with mean seasonal temperatures in Spring and Autumn, respectively. This study highlights the importance and feasibility of incorporating spatially explicit soil temperature and moisture information, instead of air temperature and precipitation, into phenology models so as to improve carbon modeling. The method proposed and empirical relations established between phenology and soil physical conditions for Alpine ecosystems on the Tibetan plateau could also be applicable for other cold regions.     

黄淮海地区植被覆盖变化驱动力与驱动机制研究

基于1982-2003年GIMMS NDVI遥感资料、气候资料和社会经济统计资料,利用主成分分析、逐步回归等方法,对黄淮海地区植被覆盖变化的驱动力和驱动机制进行了研究,从气候、社会经济两方面分析了区内6种植被类型区植被覆盖变化的驱动机制。结果发现,不同植被类型区,其驱动机制差别很大,但总体来说,区内各类植被类型区植被覆盖变化大都受到气候和人类活动的共同驱动,主要驱动力为气候因素,人类活动在局部区域能够产生较大作用,而大范围区域植被NDVI(归一化植被指数)的变化或改变,主要受气候变化的影响。在此基础上,分别建立了6种植被类型区年均NDVI变化驱动力模型。     

中国东部季风区植被物候季节变化对气候响应的大尺度特征：年际比较

利用1982～1993年NOAA/NASA PathfinderAVHRR陆地数据集中的NDVI数据集,在中国东部植被生长的不同阶段(全年、植被生长季、植被生长季的增长阶段和衰退阶段),对植被季节生长对气候响应的年际变化进行了分析,发现：(1)无论在多年平均意义上还是逐年来看,中国东部季风区植被季节性生长状况对温度的响应在各个生长阶段都是近于同步的,温度对于植被生长季节变化的驱动关系非常稳定;(2)逐年来看,植被季节性生长对降水的响应也是存在的,但相关关系和相关的滞后关系具有年际差异。通过定量化地分析中国东部植被季节生长对季风气候响应的年际变化,有助于对陆面过程模式中的有关部分进行改进,从而提高对中国东部区域年际气候变化的模拟能力。     

西辽河流域归一化植被指数与气象因子相关性分析

为了解西辽河流域归一化植被指数(NDVI)的分布规律、变化趋势及对气候变化的响应,利用2000—2018年西辽河流域11个气象站逐日气象资料和MODIS归一化植被指数数据集,通过线性回归和相关分析,探讨了生长季各月NDVI与气象因子的时滞性,以及气象站周围10 km缓冲区内不同植被类型NDVI与气象因子的相关性。结果表明：西辽河流域年平均气温、最高气温、最低气温和降水量均呈上升趋势。NDVI呈上升趋势,植被有所改善,不同植被类型NDVI均呈增加趋势,耕地增加趋势最快,耕地长势受益于农事活动的完善和增进。NDVI空间分布呈现中间低,四周高特点。生长季各月NDVI与降水量存在明显的滞后性,滞后期为1个月;仅8月NDVI与前1个月平均气温和最高气温存在滞后性。不同植被类型NDVI与平均气温、最高气温的相关性密切。耕地NDVI与气象因子的相关性较好。研究结果可为维护西辽河流域生态系统平衡提供参考。     

青藏高原植物返青期变化及其对气候变化的响应

基于连续的植被指数（NDVI）、气温和降水数据,提取了1982—2009年青藏高原典型台站邻近区域的植物返青期以及0℃和5℃旬均温始期的时序数据,分析了其时空变化特征,探讨了青藏高原冬、春季的气温、降水变化对植物返青期的影响。结果表明：1) 青藏高原典型台站邻近区域植物返青期多年平均值在东西向和南北向上存在显著差异;1982—2009年间,青藏高原典型台站邻近区域植物返青期整体呈提前趋势。2) 青藏高原典型台站0℃和5℃旬均温始期整体呈提前趋势,5℃旬均温始期提前趋势更为显著。3) 青藏高原植物返青期随着冬、春季气温升高和降水增加而提前。与降水相比,返青期与气温的相关程度更高。冬季气温比春季气温对植物返青期的影响更大。     

基于EOS/MODIS资料的中国黄土高原西部土地覆盖分类

土地利用和覆盖信息不仅是全球及区域气候模式中所需的重要信息,也是描述生态系统的重要基础数据;获取其现状和变化信息,对于揭示土地覆盖的特征和变化规律,探讨变化的驱动因子,分析评价区域生态环境具有重要现实意义。采用多时相和多光谱遥感资料进行土地覆盖分类已成为一种行之有效的方法。植被类型的差异除了可表现为光谱差异外,还可表现为植被生长规律的差异;植被生长以年为周期,在这个周期内不同植被类型有着各自的生繁衰枯的物候节律,表现出不同的生长规律,其规律性极强,这种规律性也可以作为植被分类的一个出发点。于是,NDVI的时间序列分析成为基于生物气候特征的地表覆盖分类的一种手段。基于MODIS资料,首先对2003年植被生长季内共9个月的NDVI时间序列数据进行离散傅立叶变换,取得该时间序列的均值和前4个频率分量的振幅和相位后;采用ISODATA算法对中国黄土高原西部及其周边地区进行了分层土地覆盖分类,并采用现有的土地覆盖数据集,进行了类别归并和精度评估,分类结果的总体精度达到了81.3%,Kappa系数达到了75.4%,结果证明了这种方法的可行性。