降水波动对荒漠草原生产力的影响

在干旱、半干旱荒漠草原区,降水量波动对植被生产力有显著影响.这种影响表现在两个层次上,一是降水量年际间波动,二是年内降水分布格局.对阴山北麓内蒙古乌拉特后旗荒漠草原多年气象资料和植被生产力的分析发现:从1971-2011年降水量的年际波动特点来看,荒漠草原区最高降水年的降水量是最小降水年的3.76倍.从气象、实际和矢量年降水量3种统计表达方式与生产力的关系来看,反映年际降水波动和年内分布特点的矢量降水与植被生产力的关系最密切(R=0.9200,R_0.001=0.8010),回归方程F检验达到极显著.由于研究区植被组成以小半灌木和多年生草本为主,且年降水量大部分集中在5-8月,生长期内月降水量的累积效应明显,其中6-8月累计降水对植被生产力的影响最显著.     

草原区植被对土壤风蚀影响的风洞模拟试验研究

在前期研究的基础上,选择内蒙古乌兰察布荒漠草原区为研究区域,通过野外移动风洞模拟试验,开展荒漠草原植被对土壤风力侵蚀影响的定量化分析研究,旨在探讨不同植被盖度下空气动力学粗糙度的变化、不同植被盖度下的风沙流结构特征及植被盖度与风蚀输沙率的定量关系,从而为水土流失机理研究提供理论依据。试验研究表明：空气动力学粗糙度随着地表植被盖度的增加呈三次函数关系增加,拟合函数为Z0=ax3+bx2+cx+d;随着距地高度的增加,各层收集到的风蚀量呈不同程度降低,随着地表植被盖度的增加,各层输沙量也均降低;不同风速下植被盖度与风蚀输沙率之间呈幂函数相关。     

2000-2015年毛乌素沙区植被覆盖度变化趋势

毛乌素沙区是中国生态安全屏障的重要组成部分,土地沙漠化严重,近年来国家和地方政府实施了一系列生态保护与建设工程。利用2000-2015年MODIS13Q1 NDVI产品、年平均气温、年降水量数据,采用回归分析方法和显著性检验,对毛乌素沙区植被覆盖度变化趋势及其对气温、降水变化的响应进行了分析研究。结果表明：（1）毛乌素沙区植被覆盖度总体由东向西呈减少趋势,大部分区域植被覆盖度在30%以下,沙地腹地依然明显存在极低植被覆盖的流沙区。（2）21世纪以来毛乌素沙区植被覆盖度总体呈增加趋势,但空间差异明显。中东部大部分地区及腹地流动沙带之间植被覆盖度呈显著、极显著增加趋势;西部西鄂尔多斯荒漠草原区植被覆盖度变化不显著;植被覆盖度变化显著或极显著减小的地区极少,呈点状零散分布。（3）毛乌素沙区植被覆盖度对气温和降水响应的敏感性存在空间差异,且存在时滞性差异。东部黄土高原过渡区和西部西鄂尔多斯荒漠草原区植被对降水和气温的响应敏感,植被覆盖度的变化与气温和降水因子呈显著相关关系;毛乌素沙地主体区植被覆盖度变化与当年总降水量和年平均气温相关性不强,但与时滞降水的相关系数显著增大,可能与毛乌素沙地土壤质地和植被类型对降水的分配与利用方式有关。     

锡林郭勒草原植被生长对降水响应的滞后性研究

植被生长对气候因子变化的响应一直是全球气候变化研究的热点.NDVI作为植被生长的有效指示因子广泛的应用在植被遥感中.多数滞后性响应的研究基于月尺度或季节尺度的NDVI,容易夸大或缩小滞后效应,不利于滞后时间的确定.为了揭示降水对草原植被生长的有效作用尺度,本研究以2001年至2007年MODIS反射率数据和气象站点的降水为数据源,分析了时间间隔8天的内蒙古锡林郭勒盟草原生长季NDVI的变化特征以及NDVI与不同尺度的累积降水的相关关系.结果表明,年内生长期草原的NDVI变化呈单峰型,荒漠草原的NDVI变化没有草甸草原和典型草原明显.草原生长对降水存在明显的滞后,一般在50～60天,不同类型的草原滞后时间不同,但均无明显差异.同时,分析指出4～9月草原植被在不同时间段对降水响应的滞后时间分别为64、80、40、40、56和64天,特别是6月和7月份草原植被生长对降水变化的响应最为敏感.这为NDVI预测干旱提供参考.     

中国草原区植被变化及其对气候变化的响应

利用1982~2006年GIMMS NDVI和气象数据,探究中国草原区植被变化及对气候的响应。结果表明,近25 a中国草原区植被覆盖总体呈上升趋势,但季节变化空间差异明显。春季温度对温带典型草原、高寒草甸草原和高寒典型草原植被生长有重要影响,而夏季和秋季温度同样对高寒草甸草原影响显著;夏季降水增多能明显促进夏季温带荒漠草原植被生长。除8月份以外,温带草原5~9月NDVI均与前一个月降水显著正相关;在生长季内,高寒草原NDVI与同期温度显著正相关,但8月份除外。此外高寒草原植被在生长最旺盛时期对降水变化存在1~3个月滞后期。     

荒漠草原沙生针茅(Stipa glareosa)群落物种多样性和地上生物量对降雨量的响应

利用野外降雨量增减试验平台,研究了荒漠草原沙生针茅(Stipa glareosa)群落物种多样性和地上生物量对降雨量的响应特征。结果表明:降雨量增加或减少均能导致物种的改变,使物种多样性发生变化。处理中,4种物种多样性指数整体表现为8月高于6月。降雨量减少40%时,Shannon-Wiener指数、Simpson优势集中性指数和物种丰富度Patrick指数最低,减少20%时,Pielou均匀度指数最低。降雨量增减也能够导致盖度与生物量的响应。降雨量减少60%、40%、20%时,6月植被盖度高于8月;降雨量增加20%、40%、60%时,6月植被盖度低于8月。降雨量减少和增加对荒漠草原植被盖度都有累加效应,即随时间变化,增雨处理使植被盖度持续升高,反之亦然。随降雨量增加,地上现存生物量逐渐升高,且在降雨量增加60%时达最大。降雨量减少60%、40%、20%和增加20%,都会显著降低凋落物生物量(P0.05)。随降雨量增加,地上现存生物量与凋落物生物量的比值增大。在荒漠草原沙生针茅群落中,降雨量增加,有利于地上现存生物量的积累和地上总生物量的提高。影响荒漠草原地区植物群落地上生物量和物种多样性的关键降雨量变化范围为减雨40%～20%和增雨40%～60%。超出该范围,植物群落地上生物量和物种多样性对降雨变化的响应都会减弱。增雨20%～40%对地上生物量和物种多样性的影响不显著。     

荒漠草原植物群落光合速率对水氮添加的响应

氮沉降和降水格局改变对草原生态系统的结构、功能及关键过程具有重要影响。依托内蒙古乌拉特荒漠草原研究站的全球变化实验平台，研究了氮添加和增减雨（+50%、-50%）及其交互作用对荒漠草原植物群落光合速率和植被特征的影响，分析了荒漠草原植物群落光合速率与植被特征的关系。结果表明：（1）短期氮添加对荒漠草原植物群落光合速率和植被特征没有显著影响（P > 0.05）；（2）降水格局改变显著影响荒漠植物群落光合速率（P < 0.05），减雨50%显著降低了荒漠草原植物群落光合速率和优势种植物高度（P < 0.05），而降水增加50%没有改变群落光合速率和植被特征，降水改变下的土壤水分能很好地解释群落光合速率；（3）氮添加和增加降水的交互效应显著提高了群落的光合速率和优势种植物高度（P < 0.05），而减少降水与氮添加没有显著影响；（4）荒漠草原植物群落盖度、优势种盖度、优势种平均高度与群落的光合速率呈现出指数增加关系，解释率为40%~58%。干旱极大地抑制荒漠草原植物群落光合速率，而氮沉降则依赖于降水增加来提高群落的光合速率，荒漠草原植物群落光合速率与水肥处理下的植物生长特征具有密切的关系。     

应用遥感数据研究中国植被生态系统与气候的关系

应用1982-1994年NOAA/AVHRR的归一化植被指数（NDVI）资料和587个气象台站的数据对我国不同类型植被生态系统和气候的关系进行研究，首先将我国的植被类型划分为21类，在此基础上分别研究了不同时间尺度下我国不同区域，不同植被类型和气候的关系。结果表明：在多年平均状态下，植被生态系统NDVI水平主要受水分条件的影响；年内变化上，温度对植被生态系统季相变化化起着比降水略大的作用，年降水量造成了植被季相响应的差异，在年际变化上，分别研究了4个季节和整个生长期尺度上的关系，一般情形为温度和降水对植被的年际波动起着大致相反的作用，不同植被类型在不同的生长时期（季节）对气候的变化响应方式也不同，发现在植被的生长期，我国南方和北方的植被生态系统对温度和降水的响应方式相反；同时存在2个植被-气候敏感区，分别为我国北方的典型草原到森林的过渡区和云南中部部分区域。     

近15a新疆不同类型植被NDVI时空动态变化及对气候变化的响应

为了研究新疆不同类型植被对气候变化的响应,以地带性划分的植被类型作为研究对象,1998-2012年为时间尺度,利用GIS的空间分析方法结合数学统计方法,分析了新疆各地带植被覆盖变化的时空分布特征;并采用"多元回归+残差插值"的方法,模拟了气温和降水量的空间分布;利用SPOT VGT/NDVI数据以及气候数据(气温和降水量数据),分析了5个不同地带植被的动态变化、年际变化和生长季内各月变化及其对气候变化的响应。结果表明:(1)新疆各地带植被覆盖度存在着显著差异,其中,温带北部草原地带高植被区和浓密植被区的范围较广,植被覆盖度较高,而高寒荒漠地带的极低植被区占该地带面积的一半以上,且植被覆盖度最低。(2)新疆各地带植被覆盖在近15 a间呈波动增加的趋势,5个地带的植被覆盖均有所改善,其中,高寒荒漠地带和暖温带半灌木、灌木地带的植被覆盖改善较为明显,其余3个地带均有少部分地区出现轻微改善现象。(3)温带半灌木、矮乔木荒漠地带,暖温带半灌木、灌木荒漠地带和温带半灌木、灌木荒漠地带4~10月的平均气温呈上升趋势,而温带北部草原地带、高寒荒漠地带对应的平均气温则出现下降趋势。5个地带的降水量在该时段内均表现为下降趋势。(4)基于年际尺度,新疆各地带植被NDVI与气温、降水量的相关性均不显著;基于月尺度,各地带植被NDVI受降水量的影响比气温大。同时,仅有暖温带半灌木、灌木荒漠地带植被NDVI与气温存在1个月的滞后性,其余4个地带对气温和降水均不存在滞后性。     

内蒙古荒漠草原植被降水利用效率的时空特征

植被降水利用效率（PUE）是评价干旱、半干旱地区植被对降水响应的重要指标。利用1982—2015年GIMMS NDVI3g NDVI数据及同期气象数据反演内蒙古荒漠草原的PUE,研究荒漠草原不同植被类型、不同地区PUE时空变化,并分析了PUE 与气候因子的相关关系。结果表明：（1）1982—2015年间荒漠草原年均PUE为0.51 gC·m^-2·mm^-1,PUE的分布呈现出一定的空间异质性。荒漠草原PUE极显著增大和显著增大的面积分别占草原总面积的35.88%、55.41%,荒漠草原PUE极显著减小的面积占草原总面积的8.70%,荒漠草原PUE整体呈现增大趋势。（2）荒漠草原不同植被类型PUE均值范围0.34—0.56 gC·m^-2·mm^-1。各种植被类型中,东方针茅草原PUE最大,镰芒针茅草原PUE最小。除了镰芒针茅草原与其他植被类型差异显著以外,其他植被类型间差异不太显著。从PUE变化看,除了东方针茅草原PUE呈现下降趋势,其他植被类型PUE都呈现增大的趋势。（3）荒漠草原PUE与降水有很强的负相关性;草地年PUE与年均气温相关性不太明显;草地年PUE与年均太阳辐射呈正相关关系。     

2001-2010 年内蒙古植被覆盖度时空变化特征

基于MODIS-NDVI 遥感数据反演了内蒙古地区2001-2010 年植被覆盖度的空间格局和变化规律, 并结合该地区同期降雨量和温度数据, 分别从不同空间和时间尺度上分析了森林生态区、草原生态区和荒漠生态区植被的年际变化和月际变化对气候变化的响应。结果表明:(1) 内蒙古植被覆盖度在空间上呈现东高西低的分布特征, 自西向东的变化速率为0.2/10°N, 10 年间森林、草原和荒漠生态区的年均植被覆盖度分别为0.57、0.4 和0.16;(2) 2001-2010年, 内蒙古植被覆盖度总体上呈上升趋势, 研究区内植被覆盖度极显著增加和显著增加的面积分别占总面积的11.25%和29.13%, 二者之和大于植被覆盖度极显著减少和显著减少的面积比例之和, 后者分别为7.65%和26.61%;(3) 在年际水平上, 内蒙古植被生长总体上与降雨量的关系更加密切, 而在月际水平上, 降雨量和温度对植被生长的影响作用相当, 说明年内植被生长更依赖于水热组合的共同作用, 而与单一气候因子的相关性降低;(4) 森林生态区植被覆盖度在年/月际水平上均与温度的相关性较强, 荒漠生态区植被覆盖度在年/月际水平上均与降雨量相关性较强, 而草原生态区植被覆盖度在年际水平上主要受降雨影响, 在月际水平上与二者相关性相当;(5) 草原区月植被覆盖度对降雨量的响应存在时滞效应。     

宁夏植被覆盖动态变化及与气候因子的关系

利用1999-2009年的SPOT-VGT NDVI数据,计算出宁夏近11 a来的植被覆盖度,对其变化特征进行了研究,结合同期气象观测资料,从空间上分析了植被覆盖度与区域气候因子之间的关系。结果表明,南部六盘山区和北部引黄灌区植被覆盖度高,而中部干旱带等地区的植被覆盖度较低,但中部干旱带却有较高的绝对变化率;从时间变化来看,近11 a来宁夏大部分地区的植被覆盖度在逐年增加。植被覆盖度的变化与气候因子有关,除引黄灌区和六盘山林区外,中部干旱带等地的植被覆盖度与降水呈正相关,区域气候的干湿波动,影响了植被覆盖度的高低;在有灌溉保障条件的农业垦殖区,植被覆盖度还与气温呈正相关,即有效积温的增加,会促进农作物生长,从而导致区域植被的覆盖度提高。     

中国荒漠化潜在发生范围的修订

为了客观反映中国荒漠化发生区域,按照联合国防治荒漠化《公约》的定义,利用1950-1990年间全国671个气象站的长时间序列气象数据,分别采用Thornthwaite和Penman计算可能蒸散量的方法计算了湿润指数的分布,然后根据中国气候区划和中国植被区划以及中国荒漠化发生的特点等对计算结果进行了调整,对中国荒漠化潜在发生范围进行了修订,明确了荒漠化各气候类型区的地理涵义。研究结果表明：①《公约》定义的荒漠化潜在发生范围及各气候类型区的划分标准不完全适用于中国。②中国的荒漠化发生在极干旱区、干旱区、半干旱区和亚湿润干旱区。极干旱区对应极旱荒漠,干旱区对应典型荒漠、草原化荒漠以及荒漠草原,半干旱区对应典型草原,亚湿润干旱区对应草甸草原中偏干旱的部分。③修订后中国荒漠化潜在发生范围总面积约4 524 089.1 km²,约占国土总面积的47.1％,其中亚湿润干旱区、半干旱区、干旱区和极干旱区分别占12.6％、28.8％、34.4％和24.2％。荒漠化潜在发生范围修订后比修订前增加1 207 056.9 km²,其中亚湿润干旱区面积减少,半干旱区、干旱区和极干旱区面积增加。     

低覆盖度治沙理论的核心水文原理概述

土壤水分的渗漏过程是陆地生态水文的3个最核心过程之一,降水向土壤深层渗漏或者补给地下水,关系到干旱沙区水平衡维持和植被稳定持续发育。多年的治沙实践和研究结果表明：（1）天然分布稳定的沙生植被,覆盖度一般低于30%,降水均能够渗漏到土壤深层或者补给地下水;（2）人工营造的固沙林,当林分的覆盖度大于40%后,林下土壤含水率逐步降低,降水不能够渗漏到土壤深层或者补给地下水,林木出现衰败或者死亡;（3）低覆盖度固沙林设计出了带间的土壤渗漏补给带,确保了降水能够渗漏到深层或者补给地下水,固沙林及其带间植被能够稳定持续发育;（4）在极端干旱区,基本上没有降水能够渗漏到2 m以下土层,灌溉才能确保林分的稳定持续;在干旱区,深层渗漏水量占年降雨量的1%—13%,半干旱地区的深层渗漏水量占年降雨量的11%—23%,半湿润干旱区的深层渗漏水量占年降雨量的15%—45%,能够确保沙区的水平衡和雨养植被的稳定持续发育。这也是低覆盖度治沙理论最基本的生态水文原理,为中国防沙治沙事业开拓了新领域、新方向和新思路,对推动中国今后的防沙治沙工作有着重要意义。     

2000—2018年塔里木河流域植被覆盖时空格局

选取2000—2018年MODIS-NDVI数据，采用Sen+Mann-Kendall趋势分析、变异系数法、Hurst指数、偏相关分析及残差分析等方法，分析塔里木河流域植被覆盖时空格局及气候因子和人类活动对植被变化的影响。结果表明：(1) 塔里木河流域植被覆盖总体呈明显增加趋势，以2008年为转折存在明显阶段变化。(2) 植被分布存在明显地域差异，“北高南低，西高东低”，植被覆盖高区分布于山体多的地带、绿洲及绿洲荒漠交错带。(3) 全区植被覆盖趋势以基本不变居多。山体等植被覆盖高区，植被活动响应显著。全区大部分区域将保持现有的稳定趋势。(4) 气温和降水量对[WTBX]NDVI[WTBZ]的综合影响从东北向西南逐渐增强，且降水量对NDVI的影响更为明显。人类活动对植被变化产生积极影响的区域主要分布于绿洲、绿洲荒漠过渡带以及塔里木河下游附近。     

内蒙古植被覆盖度的时空动态变化及其与气候因子的关系(英文)

The vegetation coverage dynamics and its relationship with climate factors on different spatial and temporal scales in Inner Mongolia during 2001-2010 were analyzed based on MODIS-NDVI data and climate data.The results indicated that vegetation coverage in Inner Mongolia showed obvious longitudinal zonality,increasing from west to east across the region with a change rate of 0.2/10°N.During 2001-2010,the mean vegetation coverage was 0.57,0.4 and 0.16 in forest,grassland and desert biome,respectively,exhibiting evident spatial heterogeneities.Totally,vegetation coverage had a slight increasing trend during the study period.Across Inner Mongolia,the area of which the vegetation coverage showed extremely significant and significant increase accounted for 11.25% and 29.13% of the area of whole region,respectively,while the area of which the vegetation coverage showed extremely significant and significant decrease accounted for 7.65% and 26.61%,respectively.On inter-annual time scale,precipitation was the dominant driving force of vegetation coverage for the whole region.On inter-monthly scale,the change of vegetation coverage was consistent with both the change of temperature and precipitation,implying that the vegetation growth within a year is more sensitive to the combined effects of water and heat rather than either single climate factor.The vegetation coverage in forest biome was mainly driven by temperature on both inter-annual and inter-monthly scales,while that in desert biome was mainly influenced by precipitation on both the two temporal scales.In grassland biome,the yearly vegetation coverage had a better correlation with precipitation,while the monthly vegetation coverage was influenced by both temperature and precipitation.In grassland biome,the impacts of precipitation on monthly vegetation coverage showed time-delay effects.     

中国内陆河流域植被对气候变化的敏感性差异(英文)

Terrestrial ecosystem and climate system are closely related to each other. Faced with the unavoidable global climate change, it is important to investigate terrestrial ecosystem responding to climate change. In inland river basin of arid and semi-arid regions in China, sensitivity difference of vegetation responding to climate change from 1998 to 2007 was analyzed in this paper. (1) Differences in the global spatio-temporal distribution of vegetation and climate are obvious. The vegetation change shows a slight degradation in this whole region. Degradation is more obvious in densely vegetated areas. Temperature shows a gen-eral downward trend with a linear trend coefficient of -1.1467. Conversely, precipitation shows an increasing trend with a linear trend coefficient of 0.3896. (2) About the central tendency response, there are similar features in spatial distribution of both NDVI responding to precipitation (NDVI-P) and NDVI responding to AI (NDVI-AI), which are contrary to that of NDVI responding to air temperature (NDVI-T). Typical sensitivity region of NDVI-P and NDVI-AI mainly covers the northern temperate arid steppe and the northern temperate desert steppe. NDVI-T typical sensitivity region mainly covers the northern temperate desert steppe. (3) Regarding the fluctuation amplitude response, NDVI-T is dominated by the lower sensi-tivity, typical regions of the warm temperate shrubby, selui-shrubby, bare extreme dry desert, and northern temperate meadow steppe in the east and temperate semi-shrubby, dwarf ar-boreous desert in the north are high response. (4) Fluctuation amplitude responses between NDVI-P and NDVI-AI present a similar spatial distribution. The typical sensitivity region mainly covers the northern temperate desert steppe. There are various linear change trend re-sponses of NDVI-T, NDVI-P and NDVI-AI. As to the NDVI-T and NDVI-AI, which are influ-enced by the boundary effect of semi-arid and semi-humid climate zones, there is less cor-relation of their linear change tendency along the border. There is stronger correlation in other regions, especially in the NDVI-T in the northern temperate desert steppe and NDVI-AI in the warm temperate shrubby, selui-shrubby, bare, extreme and dry desert.