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.     

秦岭森林物候时空分布特征及对水热条件的响应

大量观测数据分析表明，全球气候正逐步变暖。植物物候现象是全球自然环境变化的指示器。物候对气候变化的响应是研究全球气候变化的重要手段之一。森林是全球生态系统的重要组成部分，森林物候特征变化是反映气候变化对森林生长影响的综合性生物指标。利用2001—2018年MOD09A1卫星数据重建了秦岭地区增强型植被指数（EVI）序列，采用最大变化速率和阈值法结合提取了秦岭森林物候参数，结果表明：（1） Whittaker滤波法在灌木、农田、森林3种生态样地重建中稳定性较好，在秦岭山地有较好的适用性。（2） 秦岭地区物候多年均值分布同秦岭地区水热条件密切，由高海拔高山区到农耕区，生长季始期(Start of Growth Season,SOG)逐渐提前，生长季末期(End of Growth Season,EOG)逐渐推迟，生长季长度(Length of Growth Season,LOG)由高海拔区向低海拔区逐渐加长。秦岭浅山区和东部伏牛山农耕带生长季（SOG）开始较早，出现在3月上旬，高山区针叶林带生长季开始的较晚，出现在5月上旬到中旬（120～135 d）之间。生长季末期（EOG）集中出现在10月~11月初（270～310 d），高山区针叶林带生长季结束较早，浅山区植被生长季结束较晚，普遍出现在11月（300 d）以后。生长季长度（LOG）分布在150～200 d之间，低海拔地区LOG较长，大于180 d，高海拔林区生长季较短LOG集中在150～170 d。（3） 年际变化特征：2001—2018年生长季始期（SOG）呈现提前趋势,其中高海拔区提前明显，南北麓海拔低于500 m部分区域和东部伏牛山少部分区域出现推迟。生长季末期（EOG）呈现推迟趋势，其中秦岭北麓和东部中低海拔区域推迟明显，生长期长度（LOG）总体呈延长趋势。（4） 秦岭地区近17 a气温呈现上升趋势，变化率为0.02 ℃·a^-1，降水呈现不明显的上升趋势，日照时数则呈现明显的下降趋势，变化率为14.6 h·a^-1。（5） 秦岭地区物候参数同0 ℃、5 ℃和10 ℃界限温度、降水、日照时数相关性分析表明，全球变化下的升温作用是影响秦岭森林物候变化的主要因子，升温作用导致SOG提前，EOG推迟、LOG延长，主要集中在秦岭南北麓1 000~2 000 m之间，秦岭东部伏牛山低海拔区境内相关性最低，表明受温度制约较小。     

1964-2015年气候因子对秦岭地区植物物候的综合影响效应

以1964-2015年物候观测数据和逐日气象资料为基础,运用相关分析和PLS回归法,研究了秦岭地区植物物候变化与气候变化的响应关系。结果表明：① 1964-2015年,秦岭地区物候始末期的气候均呈干暖化趋势,且始期的暖化趋势较末期显著,物候突变后（1985年之后）尤为显著。② 就单一因素而言,物候始末期对气温、降水、日照等气候因子的响应程度存在差异,突变前（1985年之前）,除物候始期的日均温外,其他气候因子对物候的影响均不显著,但突变后影响显著,始期与末期的日均温每升高1 ℃,始期提前3.0 d,末期推迟12.0 d;始期的累积降水每减少1 mm始期提前1.3 d,末期的每增加1 mm末期推迟1.0 d;始期与末期的日均日照时数每增加1 h,始期提前4.3 d,末期推迟18.3 d。③ 气候因子对物候始末期的影响存在滞后效应,物候始期,气温影响的滞后时效约1~2个月,降水的滞后时效约1~3个月,而日照几乎无滞后效应;物候末期,气温的滞后时效约1~3个月,降水几乎无滞后效应,而日照影响的滞后时效约1~2个月。④ 物候始期与末期均受气温、日照、降水的综合影响,气温是影响物候变化最重要的因素,特别是同期日均温的升高对物候始期的提前及末期的推迟具有主导控制作用。     

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。     

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。     

基于NDVI的秦岭山地植被遥感物候及其与气温的响应关系——以陕西境内为例

基于MODIS NDVI时间序列数据,利用动态阈值法提取秦岭山地2000~2010年的物候参数,并结合实测物候资料进行验证,在宏观尺度上量化了气温升高对植物物候的影响程度。研究得出:基于NDVI的物候变化趋势与实测物候资料结果一致;2000~2010年间物候始期提前的速率为0.165 6 d/a,末期推后速率为0.109 1 d/a;空间上,秦岭山地北部区域的植被物候始期主要发生在第120~130 d,相对于南坡较晚,物候末期主要发生在第300~325 d,北部区域物候末期的到来较迟,南部区域相对较早;物候始期NDVI与有效气温、春季、生长期气温相关性较好,末期NDVI与夏、秋季节气温相关性较好;气温对生长季开始阶段的NDVI在时间上存在2~3旬的滞后效应。     

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GIMMS 3g NDVI的近30年中国北部植被生长季始期变化研究

基于全球库存建模与绘图研究第三代归一化差值植被指数（GIMMS 3g NDVI）、土地利用和气温降水数据,利用NDVI时间序列谐波分析法(HANTS)重构了中国北部地区原始植被NDVI,用一元六次多项式拟合了植被生长曲线并结合逐像元动态阈值法提取了中国北部地区1983~2012年植被生长季始期并分析了其时空变化及对气温和降水的响应情况。结果表明：①GIMMS 3g NDVI具有较长的时序特征和较好的数据质量,经HANTS时间序列谐波分析后能很好的表现植被生长季曲线特征,可用于后续植被生长季的研究。② 北部地区生长季始期均值主要集中分布在80~150βd之间,全区30βa平均为111.6βd,东北平原、华北平原、河套平原、新疆天山和阿尔泰地区生长季始期早于其它区域。③ 研究时段内北部地区生长季始期总体上呈提前趋势（R²=0.19）,空间上由西北向东北逐渐推移,明显提前的区域主要分布在内蒙古中东部、东北平原、陕西南部和新疆天山的部分地区,明显推迟的区域主要分布在青藏高原高寒地区。④ 因植被类型的不同和区域的差异,生长季始期对气温和降水的响应程度不同,春季气温是影响生长季始期变化的主要自然因素。     

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。     

贵阳木本植物物候对气候变化的响应

根据1978~2007年贵阳站的物候和气象资料,分析了贵阳站71种木本植物春秋季芽膨大期、展叶始期、始花期、叶完全变色期和落叶末期等5个关键物候期的变化趋势及其对气候变化的响应。结果表明:自1978年以来,贵阳年平均气温在振荡中明显下降,其中夏季气温降低最为明显,2月平均气温略有上升;春季芽膨大期、展叶始期和始花期等三种物候期均呈现出提前趋势,而秋季叶完全变色期和落叶末期呈现推迟趋势;春季物候期与物候期发生前若干月月平均气温的相关性较好,特别与当月和上月平均气温的相关关系最为显著。其中,2月月平均气温是影响春季三种物候期的关键指标,除此之外,贵阳站2、3月的日照时数也对春季物候期的提前起到促进作用;秋冬季物候期变化和气温、降水、日照时数的相关关系均不明显,这同秋季物候变化的复杂性和秋季物候期所受的影响因素较多有关。     

中国东北地区植被生产力控制因素分析

植被生长季长度和生长强度是形态上影响植被生产力变化的重要因子。全球变暖情景下,北半球中高纬度大部分地区植被生长季显著延长并对植被生产力产生正向反馈,而植被生长强度变化情形及对生产力的控制作用并不清晰。中国东北地区属于中纬度温带地区,具有较高的植被覆盖度和丰富的植被类型,探索其植被生长季长度和强度的变化及对生产力的控制作用有利于理解和应对该地区的生态系统变化。以中国东北为研究区,基于1982—2015年长时序遥感植被指数数据（NDVI3g）,利用曲率求导法确定植被生长季开始点（SOS）、结束点（EOS）、生长季长度（LOS）和夏季最大生长季强度（GM）等关键物候参数,然后利用相对重要性（RI）方法定量分析了生长季长度和强度对植被生产力长期变化趋势的相对贡献及时空格局。结果表明：① 研究区整体的植被生产力和生长强度呈现增强趋势,而生长季长度呈现缩短趋势,导致生长强度成为控制生产力变化趋势的主要因素（RI = 70%）;② 在不同植被覆盖区域,生长季长度和生长强度对生产力的影响程度具有显著的空间差异。西部草原区植被生产力受生长强度控制最为显著（RI = 93%）,其次为针叶林（RI = 66%）和阔叶林区（RI = 62%）,农作物区生产力受生长强度影响最小（RI = 56%）。生长季长度对植被生产力的控制在农作物区最为显著（RI = 40%）,在其他区域的影响约为27%~35%。各植被覆盖区生长强度与生产力均为正相关,生长季长度与生产力均为负相关;③ 气候因素（降水、温度）和物候变化均对主要贡献因子生长强度产生影响,其中SOS的变化对生长强度的影响程度和空间范围最为显著,主要表现为SOS推迟促进生长强度增强。本研究基于遥感数据发现1982—2015年间中国东北地区植被生长更加旺盛,但是植被生长活动主要受生长强度的影响,该研究可以为植被生产力变化模拟的参数选择提供新的线索。     

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。     

基于MODIS EVI时序数据的云南高原山地森林物候特征识别

基于2000—2011年MOD13Q1产品的EVI时序,借助QA-SDS数据集消除云、阴影和冰雪等的影响后,采用非对称高斯函数拟合法进行时序重构,并运用动态阈值法提取云南高原山地典型森林植被的物候特征参数(即生长期开始时间、峰值时间、结束时间和生长期长度),进而分析了不同植被类型物候期规律及其主要控制因素。结果表明:1.从寒温性森林植被到热性森林植被的EVI值呈递增趋势;2.森林植被生长期开始时间、峰值时间和结束时间分别大致发生在3月中旬至4月中下旬、6月中旬至下旬和8月中旬至10月初,生长期长度为135～195 d;3.由寒温性植被向热性植被的生长期高峰时间和生长期结束时间总体呈延迟趋势,且生长期延长,生长期开始时间则由暖性植被向寒温性植被、暖性植被向热性植被双向提前;4.高原山地热量梯度决定了森林植被物候的空间格局,水分条件则主要控制着EVI和物候期的年际波动。     

基于蒙特卡洛生存分析探究东北森林物候的影响因素

植被是生态环境变化的指示器,分析植被物候的影响因素不仅有助于气候变化分析,提高区域气候模式的模拟精度,而且对于准确评估植被生长趋势、生产力以及全球碳收支均具有重要意义。基于遥感的植物物候监测已取得了长足的发展和进步,但当前利用大范围、长时间序列的遥感数据分析植被物候影响因素的研究尚不多,采用线性回归模型对非线性的植被物候影响因素进行分析可能存在偏误。因此,本文提出一种基于蒙特卡洛模拟的生存分析方法,对东北森林物候的影响因素进行量化分析。首先利用东北森林地区1982-2009年间AVHRR GIMMS NDVI数据,应用双Logistic曲线拟合方法对植被春季返青期（SOS）、秋季落叶期（EOS）及植被生长期（GSL）进行提取;然后基于蒙特卡洛模拟和生存分析构建植被物候影响因素分析模型;最后运用所构建模型探讨了东北森林区春季返青期、秋季落叶期的可能影响因素。结果发现：温度、降水和风力对中国东北森林关键物候期有一定影响,其中温度是春季返青期和秋季落叶期的最主要驱动因素,长期平均温度比短期内的温度突变对物候影响更显著,落叶期前的风速增加有可能使落叶时间提前;除了环境因素,春季返青早的年间秋季落叶倾向于更晚。研究表明,结合蒙特卡洛方法的生存分析可以较好地对物候期的影响因素进行定量分析,可为物候现象的归因分析提供一种新的方法。     

Declining Precipitation Enhances the Effect of Warming on Phenological Variation in a Semiarid Tibetan Meadow Steppe

Vegetation phenology is a sensitive indicator of global warming, especially on the Tibetan Plateau. However, whether climate warming has enhanced the advance of grassland phenology since 2000 remains debated and little is known about the warming effect on semiarid grassland phenology and interactions with early growing season precipitation. In this study, we extracted phenological changes from average NDVI in the growing season (GNDVI) to analyze the relationship between changes in NDVI, phenology and climate in the Northern Tibetan Damxung grassland from 2000 to 2014. The GNDVI of the grassland declined. Interannual variation of GNDVI was mainly affected by mean temperature from late May to July and precipitation from April to August. The length of the growing season was significantly shortened due to a delay in the beginning of the growing season and no advancement of the end of the growing season, largely caused by climate warming and enhanced by decreasing precipitation in spring. Water availability was the major determinant of grass growth in the study area. Warming increased demand for water when the growth limitation of temperature to grass was exceeded in the growing season. Decreased precipitation likely further exacerbated the effect of warming on vegetation phenology in recent decades due to increasing evapotranspiration and water limitations. The comprehensive effects of global warming and decreasing precipitation may delay the phenological responses of semiarid alpine grasslands.     

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。     

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）。