京津冀地区植被时空动态及定量归因

作为气候变化的敏感指示器,植被的物候、生长、空间分布格局等特征及其动态变化主要取决于气候环境中的水热条件,因此在气候变化背景下,气候-植被关系成为了全球变化研究的前沿和热点问题。本文综合平均温度、降水、水汽压、湿度、日照时数、SPEI等气候因子,坡度、坡向海拔等地形因子及人为活动因子,应用地理探测器方法针对2006-2015年京津冀地区不同季节NDVI、不同地貌类型区、不同植被类型区生长季NDVI的定量归因研究,揭示了过去10年间植被时空分布格局,及植被对气候、非气候因素响应的季节差异与区域差异,以期为生态工程的建设与修复提供参考意义。趋势分析表明：①2006-2015年京津冀地区NDVI呈现增加趋势,但存在显著的空间差异,如山地生长季NDVI的增长速率大于平原、台地、丘陵等地;②基于地理探测器的定量归因结果表明,降水是年尺度上NDVI空间分布的主导因子（解释力39.4%）,土地利用与降水的交互作用对NDVI的影响最为明显（q=58.2%）;③NDVI对气候因子的响应存在季节性及区域性差异,水汽压是春季NDVI空间分布的主导因子,湿度是夏、秋两季的主导因子,土地利用是冬季的主导因子;④影响因子对生长季NDVI的解释力因不同地貌类型区、不同植被类型区而差异显著。     

南方亚热带季风区将乐县森林植被动态变化及其对气候变化的响应

在全球气候变化背景下,植被动态变化以及植被对气候变化的响应方式已经成为生态学和地理学领域的热点。本文对比分析了南方亚热带季风区将乐县不同类型森林植被对不同时间尺度的干旱响应的差别。基于2000-2017年MODIS-EVI数据及气象站点数据,用最大值合成法、趋势分析法以及相关分析法,分析了森林植被及气象因子的动态变化特征,并对比不同森林植被对气候变化响应的差别。研究表明：① 2000-2017年,研究区植被覆盖度、EVI和降水均显著增加,区域内湿度增加,森林长势渐趋良好;② EVI在生长季初期和末期与同期的降水、温度均显著正相关（P<0.1）,初期森林受降水因子的影响更大,末期受温度因子的影响大;③ 1-3月和周年的气候变化对森林的生长至关重要,长时间尺度的湿度增加对森林生长具有显著的促进作用,SPEI的时间尺度越长与EVI的相关性也越大;④ 针阔混交林与同期温度、降水的相关系数最高,并且与不同时间尺度的SPEI相关性均比较高,属于气候敏感型林型,在生产经营中要谨慎预防气候变化对该林型带来的伤害;⑤ 森林覆盖度变化与降水和SPEI_24的相关性极显著,长时间尺度的降水变化是影响森林植被覆盖率变化的重要因素之一。     

青藏高原典型植被生长季遥感模型提取分析

物候变化是衡量全球气候变化最直接、敏感的指示器,针对青藏高原这个独特地域单元上特殊的高寒植被进行关键物候期遥感提取模型及植被物候时空变化的研究具有重要的意义。本文首先以反距离加权空间插值算法与Savitzky-Golay滤波算法相结合的数据重建模型获得高质量2003-2012年青藏高原MODIS归一化植被指数(NDVI)数据。在此数据基础上,分别利用动态阈值法、最大变化斜率法、logistic曲线拟合法3种遥感植被生长季提取模型,对青藏高原地区两种典型植被的生长季(SOS生长季开始期,EOS生长季结束期,LOS生长季长度)进行提取。通过对3种模型提取结果的对比分析,并结合日均温模型对提取结果的验证发现,动态阈值法为青藏高原地区典型植被生长季的最优遥感提取模型。该模型对近10 a的高分辨率典型高寒植被物候参量的反演及时空变化特征分析表明,受青藏高原水热及海拔梯度的影响,青藏高原植被物候变化呈现出从东南向西北的空间分异规律,随春季温度的升高,近10 a来青藏高原高寒草地总体呈现生长季开始期(SOS)提前(0.248 d/a)的趋势。     

京津冀地区NDVI变化及气候因子驱动分析

植被覆盖动态监测及与气候变化的响应,是陆地生态系统研究的重要内容。本文以2001-2013年间京津冀地区MOD13A 3月合成NDVI数据,结合生长季的降水和气温资料,运用偏相关和复相关分析、趋势分析方法,研究了该区域NDVI的变化特征和空间分布,以及其区域植被覆盖变化的气候驱动力。结果表明,该区域NDVI最大值在13a间缓慢增加,植被覆盖呈现改善趋势;NDVI和生长季降雨量及平均气温的平均偏相关系数分别为0.20和-0.14,表明在年际变化水平上,京津冀地区NDVI总体与降水量呈正相关,与平均气温呈负相关,且降水对NDVI的影响大于温度对NDVI的影响。对植被覆盖驱动分区得出,降水和气温驱动型占区域面积的5.68%;单独降水驱动型和气温驱动型分别占4.51%、0.18%;区域内植被覆盖变化主要受非气候因子驱动型为主,所占比例为89.63%,表明人类活动对植被变化的影响巨大。     

2000-2010年新疆陆地生态系统变化格局与分析

本文以Landsat TM/ETM+数据和HJ-1卫星CCD数据,系统分析了2000-2010年新疆地区陆地生态系统变化。10年间,新疆地区建设用地、农田和湿地生态系统迅速扩张,分别增加了30.5%、26.7%和10.2%;草地与灌丛生态系统则大量减少,分别减少了2.4%和5.1%;冰川积雪减少也较为明显,减少了1.6%;荒漠和森林生态系统变化较小。生态系统变化热点区域主要分布在传统绿洲区,尤其是天山南北麓的绿洲区。水利设施改善与灌溉节水技术进步,以及国家西部开发战略导致灌草地被大量开垦为农田,人口增长则是建设用地增加的主因;全球气候变暖使冰川积雪减少明显,20世纪60年代至今面积减少了16.7%~32.5%,导致山区湿地生态系统增加;国家生态环境保护工程则有效地遏制了林地与荒漠生态系统的恶化趋势。山地水源涵养区除了要严格控制森林砍伐外,还要严格禁止灌草的开垦,控制绿洲农田的增加和重视生态过渡带的保护,并加强全球气候变化对新疆水资源影响的研究,以制定相关对策。     

地球信息科学学报“全球卫星气候遥感数据”专辑征稿

<正>全球气候变化已成为当今全球环境外交和谈判的热点问题,也对人类生活的方方面面产生影响。卫星可以对地球系统进行连续观测,并以观测资料提取有关大气、海洋和陆地等气候参数,为气候及其变化预测提供基本观测依据。从卫星数据提取出气候数据集已成为气候学研究的主要数据源。本刊特此围绕"全球卫星气     

植被变化引起我国气候变化的数值模拟

使用区域气候模式RegCM3,进行植被变化对中国区域气候影响的数值模拟试验。模拟结果表明：植被退化使气候变得更加恶劣,退化区降水减少,大气变得干燥,气温升高;而植被增加使得降水增加,大气湿度增大,气温降低。地表植被的变化可通过地气问相互作用激发出大气偏差风环流,从而影响大范围气候,乃至全球气候。     

地球信息科学学报“全球卫星气候遥感数据”专辑征稿

<正>全球气候变化已成为当今全球环境外交和谈判的热点问题,也对人类生活的方方面面产生影响。卫星可以对地球系统进行连续观测,并以观测资料提取有关大气、海洋和陆地等气候参数,为气候及其变化预测提供基本观测依据。从卫星数据提取出气候数据集已成为气候学研究的主要数据源。本刊特此围绕"全球卫星气候数据集"主题征稿,内容包括:?全球气候数据集生成算法;?气候数据集验证;     

黄土中的铁与二十五万年来的古气候

本文依据西安刘家坡黄土剖面上部14m深度内60个样品分析结果,论证了黄土及古土壤中全铁(包括亚铁和高铁)的富集程度是当时植被生长茂密程度、气候状况,特别是热量与温度状况的反映。与亚铁/高铁比值、亚铁含量和游离氧化铁含量等三个指标相比,全铁含量是最好的气候指标和温度指标。所得全铁含量在剖面上的变化曲线与深海沉积氧同位素曲线具有相当好的细节可比性,展示了黄土高原25万年来气候变化的细节及其与全球气候变化的同步性。这将为探索黄土高原第四纪古气候变化提供重要线索。     

植被变化引起我国气候变化的数值模拟

使用区域气候模式RegCM3,进行植被变化对中国区域气候影响的数值模拟试验。模拟结果表明：植被退化使气候变得更加恶劣,退化区降水减少,大气变得干燥,气温升高;而植被增加使得降水增加,大气湿度增大,气温降低。地表植被的变化可通过地气问相互作用激发出大气偏差风环流,从而影响大范围气候,乃至全球气候。     

云南剑川地区象鼻洞遗址孢粉组合和古环境

为了解云南剑川旧石器时代中晚期植被和气候变化特点以及当地环境与人类活动的关系,选取象鼻洞遗址各地层的13个土样进行孢粉分析。结果表明:该遗址堆积时期孢粉植物群以亚热带和温带成分为主,类型相对丰富,呈温暖期气候特征,但气候存在小的波动,呈现出早期温暖湿润、中期短暂干旱、晚期又逐渐暖湿的特点;木本植物花粉在孢粉总量中占绝对优势,说明当时人类活动对自然环境的影响不明显;可作为食物来源的植物很少,因此,当时居住在象鼻洞的人类主要食物应来源于捕捞或狩猎;对照邻近地区已有的研究成果,推测该遗址气候变化与季风活动有关。     

黄土高原晚更新世的植被与气候环境

在被认为孢粉贫乏的黄土中分析出了大量孢粉,首次作出了黄土地层的孢粉浓度图式。根据１０余个剖面上孢粉组合的变化,阐明了晚更新世的植被与气候在时间上演替与空间上分布的规律,证明了各地植被在时间上的演变韵律十分相似,说明它们同受全球气候变化的控制,但同一时期在空间上各地植被不尽相同,此乃局地自然环境差异所致。根据植被变化重建了古气温曲线。     

青海湖流域植被盖度时空变化研究

高寒区植被变化一直是气候和生态学领域关注的热点问题。本研究基于MODIS NDVI数据计算的植被覆盖度数据和高分辨率气象数据,分析了青海湖流域2001-2017年植被覆盖度分布格局及动态变化,探讨了其对气候变化、人类活动和冻土退化的响应。结果表明：① 近十几年青海湖流域植被覆盖度整体表现为增加趋势,不同植被类型增幅存在差异性,草地增幅最大,达到6.1%/10a,其它植被类型增幅在2%~3%/10a之间;② 流域局部地区仍存在植被退化现象,研究期植被退化面积表现为先增加后减小的变化趋势。2006-2011年重度退化区集中在青海湖东岸,2011-2017年重度退化区集中在流域的西北部,这些区域是青海湖流域荒漠分布区,植被覆盖度较低,是今后生态恢复需重点关注的区域;③ 气候变化是流域植被覆盖度变化的主导因素,气候变化对青海湖流域主要植被类型覆盖度变化的贡献率为84.21%,对草原、草甸和灌丛植被覆盖度变化的贡献率分别为81.84%、87.47%和75.96%;④ 人类活动对流域主要植被类型覆盖度变化的贡献率为15.79%,对草原、草甸和灌丛植被覆盖度变化的贡献率分别为18.16%、12.53%和24.04%,环青海湖地区人类活动对植被恢复有促进效应,在青海湖流域北部部分地区人类活动的破坏力度仍大于建设力度;⑤ 冻土退化对青海湖流域草甸和灌丛植被覆盖度变化影响很小,主要影响草原植被覆盖度变化,冻土退化造成草原植被覆盖度增长速率减小了1.2%/10a。     

亚热带福建省森林生长季与气温、降水相关性的遥感分析

植物生长季的变化反映了全球气候变化对生态环境的影响。本研究以2000-2006年间MODIS-NDVI影像数据集,使用TIMESAT软件从归一化植被指数（NDVI）时间序列中,分别提取福建省不同森林植被的生长季开始日期（Start of Season,SOS）、生长季结束日期（End of Season,EOS）和生长季长度（Length of season,LOS）等物候参数,并与全省尺度的气温与降水量进行相关分析。结果表明：不同森林类型NDVI与当月月均气温之间具有较显著的相关性（R²为0.72-0.79,p<0.01）,同期温度变化对植被生长的影响相对于降水量更重要;而植被生长对降水量的响应存在大约2个月的时滞效应（R²为0.54-0.75,p<0.01）,说明前期的降水累积对于后续植被生长有较显著影响。福建省森林植被生长季持续时间约213~223 d,开始于每年4月初到4月中旬（第98~103 d）,结束于11月中旬前后（第316~321 d）。其中,南亚热带森林生长季长于中亚热带森林,相同气候条件下的阔叶林生长季时间略长于针叶林。另外,春季（2-4月）气温变化是导致福建省内2个气候带森林生长季开始时间、生长季结束时间及生长季长度变化的关键因素,而伴随春季温度升高,植被生长季开始时间提前（R²为0.83,p<0.01）,同时生长季长度延长（R²为0.80,p<0.01）。7 a间,生长季持续时间呈现微弱延长趋势,总体延长幅度为2.4~3.1 d。     

基于MODIS数据的太湖浮游植物物候变化及其对水表温度的响应

浮游植物物候能够反映浮游植物的生长变化与湖泊生态系统的变化,水温、营养盐浓度等因素对物候有重要影响。太湖富营养化程度较高,水温的影响作用日趋显著,物候与水温关系的研究对理解、控制和改善太湖生态系统具有重要意义。本研究利用2003—2018年MODIS遥感数据计算浮游植物物候指标和湖泊水表温度（Temperature of Water Surface,LSWT）,通过分析太湖浮游植物物候时空变化特点探究了不同区域的物候特征,并结合LSWT揭示了浮游植物物候对LSWT变化的响应关系。结果表明：① 不同浮游植物物候指标具有不同空间分布特点,水华发生次数、峰值叶绿素a（Chla）浓度和水华总持续时间呈现由西部沿岸向湖心区递减的趋势;浮游植物生长开始时间和峰值Chla发生时间分布复杂但在沿岸区域相对较早;② 太湖可被划分为4种具有不同物候特征的区域,Ⅰ类区域主要位于贡湖湾、东部沿岸以及太湖中部开阔水域,该区Chla浓度范围为50~60 μg/L,且波动平缓,水华发生次数最少、开始最晚、持续时间最短;Ⅱ类区域主要分布于太湖西部沿岸,Chla浓度范围为50~90 μg/L且变化剧烈,该区水华发生次数最多、开始最早、持续时间最长;Ⅲ和Ⅳ类属于过渡区域,前者主要分布于梅梁湾、竺山湾及入湾口,后者主要位于南部沿岸以及太湖中部;③ 浮游植物物候对LSWT变化的响应受营养水平影响,当营养水平较高时,浮游植物的生长受LSWT的促进作用显著,LSWT年际变化的升高趋势对浮游植生长物候提前、生物量增加的影响明显,反之,则LSWT变化对浮游植物生长的影响减弱。     

青藏高原西南部塔若错湖泊沉积物记录的近300年来气候环境变化

以青藏高原西南部塔若错的34cm浅湖芯为研究对象,对其沉积物样品进行总有机碳、无机碳、总氮、微量元素、正构烷烃含量及碳氮比等多项指标的分析测定。采用过剩210 Pb和137 Cs计年法对该湖芯进行了定年和沉积速率研究,获得了近300年的连续湖泊沉积环境序列。在明确了各指标气候环境指示意义的前提下,综合对比分析湖芯中各项气候环境指标,并结合定年结果重建了塔若错湖区近300年来的气候环境变化。结果表明:塔若错湖区气候环境变化可分为3个明显阶段:早期为1705～1778年,该地区气候环境温暖湿润,湖区植被广泛发育;中期为1778～1860年,湖区处于小冰期末次阶段,气候环境寒冷而湿润,植被发育受阻;后期为1860年至今,为小冰期结束后偏暖干化时期。其中,后期又可分为3个亚阶段:1860～1924年,湖区气候环境稍暖且干旱,植被稍有发育;1924～1969年,湖区气候环境呈现偏冷干特点,植被发育暂缓;1969年至今,湖区气候回暖,环境干旱化有所缓解,植被开始逐渐发育。在气候冷暖变化上,该湖芯记录与古里雅冰芯记录和青海湖湖泊沉积记录都有较好的可对比性,只是在起讫年代上存在一些差异。     

关于气候变化的哲学思考

从哲学的基本原理出发,引用地史及水文气象资料探讨了全球气候变化问题,指出全球气候一直在变化;气候变化的动力主要在天在地而不在人;当今的气候变化可能只是气候变化总过程中的一个波动阶段而非永远的趋势;且其变幅并未超出历史上气候变化的范畴。因此,不能断言全球气候是因人为排放二氧化碳而日趋变暖：基于上述认识,认为对于不同时空条件下的气候变化应当具体矛盾具体分析、具体解决,进而提出了中国应对气候变化的对策建议。     

1982-2006年加纳植被覆盖时空变化及其气候影响

非洲陆地生态系统是气候变化的高敏感区,研究该区域植被覆盖变化及其控制因素,对深刻认识气候变化的影响具有重要意义。本文利用1982-2006年植被指数（NDVI）数据,研究位于非洲西部热带地区的加纳共和国植被覆盖的时空变化特征,结合同期的气温和降水量数据,分析其植被活动对气候变化的响应特征。研究结果表明,加纳86.4%的植被覆盖区NDVI在25 a间都呈现不同程度的增加趋势。20世纪80年代初和21世纪初这2个时期,NDVI值大于0.4的面积百分比呈增加趋势;NDVI值大于0.5的面积百分比从26%增加到38.2%;NDVI值在0.4-0.5之间的面积百分比从47.5%增加到51.9%。NDVI受降水量控制的区域占总区域面积的57.2%,而受气温控制的面积占总区域面积的42.8%。总的来看,加纳植被覆盖对降水量变化的敏感程度强于气温变化。     

青藏高原月NDVI时空动态变化及其对气候变化的 响应

青藏高原脆弱的高寒植被对外界干扰十分敏感,使其成为研究植被对气候变化响应的理想区域之一。青藏高原气候变化剧烈,在较短的合成时间研究气候变化对植被的影响十分必要。因此,本文利用GIMMS NDVI时间序列数据集,研究了1982-2012年青藏高原生长季月尺度植被生长的时空动态变化,探讨了其与气温、降水量和日照时数等气候因子的响应关系。结果表明：在区域尺度上,除8月外,其他各月份植被均呈增加趋势,显著增加多发生在4-7月和9月;大部分月份的NDVI增加速率随着时段的延长显著减小,表明NDVI增加趋势放缓;在像元尺度上,月NDVI显著变化的区域多呈增加趋势,但显著减少范围的扩张多快于显著增加。4月和7月植被生长主要是受气温和日照时数共同作用,6月和9月受气温的控制,而8月则主要受降水量的影响。长时间序列NDVI数据集的出现为采用嵌套时段研究植被生长变化趋势奠定了前提,而植被活动变化趋势的持续性则有助于形象表征植被活动变化过程、深入理解植被对气候变化的响应和预测植被未来生长变化趋势。由此推测,青藏高原月NDVI未来增加趋势总体上趋于缓和,但在像元尺度显著变化的区域趋于增加。     

《地球信息科学》学报第5卷(2003年)总目次

第一期·科学咨询三峡水库建成后对长江河床演变影响的预测与对策刘树人、穆桂春、刁承泰 (1 )…………………………青藏高原上中尺度对流系统东移传播成因过仲阳、林　珲、江吉喜等 (5 )………………………黄河上游及源头区生态环境质量综合评价卢中正、邱少鹏、高会军 (1 1 )………………………滇池污染的成因及其治理新方案彭永岸、朱　彤 (1 6 )…·地理信息系统研发福建省生态环境动态监测与管理信息系统的设计廖　克、郑达贤、陈文惠等 (2 2 )