伏牛山地森林植被物候及其对气候变化的响应

研究植被物候是理解植被与气候关系的重要途径。在植被对气候变化响应的敏感地区,开展植被物候研究有助于揭示气候变化对植被的影响机制。基于2000-2015年MODIS EVI时间序列影像数据,利用Savitzky-Golay （S-G）滤波方法和动态阈值法提取伏牛山地2000-2015年森林植被物候参数,结合气温、降水数据,运用Man-Kendall趋势检验、Sen斜率、ANUSPLIN插值和相关性分析等方法,研究伏牛山地森林植被物候对气候要素（气温、降水）变化的响应。结果表明：① 伏牛山地森林植被生长季始期主要集中在第105~120 d,生长季末期主要集中在第285~315 d,生长季长度主要集中在165~195 d。从海拔梯度看,随海拔升高,生长季始期、末期和长度整体上分别呈显著推迟、提前及缩短趋势。② 生长季始期和生长季末期整体上呈推迟趋势,推迟的像元分别占森林植被的76.57%和83.81%。生长季长度整体呈延长趋势,延长的像元占比为61.21%。生长季始期变化特征主要是由该地区的春季气温降低所导致的。③ 研究区森林植被生长季始期与3月平均气温呈显著偏相关,且呈负相关的区域最多,即3月平均气温降低,导致生长季始期推迟;生长季末期与9月降水呈显著偏相关区域最多,且两者主要呈正相关,即9月降水增加,使生长季末期推迟。植被生长季长度由整个生长期的气温和降水来共同作用,对大多数的区域而言,8月的平均气温和降水与生长季长度的关系最为密切。     

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。     

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）。     

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.     

2001-2010年秦岭森林物候时空变化遥感监测

植被物候是陆地生态系统对全球气候变化响应的最佳指示器,研究其时空变化对深入理解陆面水热过程、碳循环过程及预测陆地生态系统的时空变化具有重要意义。本文采用2001-2010年MODIS MOD09A1产品,通过引入MOD09A1的时间控制层DOY(Day of Year)提高EVI的时间精度;采用最大变化速率法和阈值法相结合提取秦岭森林物候期。结果表明,随着水热条件变化,由低海拔至高海拔,东南向西北,生长季始期(Start of Growth Season, SOG)逐渐推迟,集中在第81~120 d(即从3月下旬-4月末);生长季末期(End of Growth Season, EOG)逐渐提前,集中在第270~311 d(10月初-11月上旬);生长季长度(Length of Growth Season, LOG)逐渐缩短,集中在150~230 d。秦岭森林物候期与海拔关系密切,海拔每升高100 m,SOG推迟2 d,EOG提前1.9 d,LOG缩短3.9 d。2001-2010年,森林SOG提前、EOG延后和LOG延长主要分布于秦岭中高海拔区;SOG延后、EOG提前和LOG缩短主要分布在海拔1000 m以下部分区域。高海拔区物候的年际变化要比低海拔区复杂,2000 m以上区域SOG提前、EOG提前、LOG缩短。上述研究结果量化了不同海拔梯度森林的物候差异,揭示了近10年秦岭森林物候的时空格局,可为秦岭地区生态环境评价和保护提供科学依据。     

毛乌素沙地植被物候时空变化特征及其影响因素

利用MODIS归一化植被指数(NDVI)对2001-2013年毛乌素沙地植被物候的时空变化进行了研究,并分析了物候与海拔、气候的关系。结果显示:(1)毛乌素沙地植被生长开始期(SOG)集中在第90～156天,生长结束期(EOG)在第245～323天,生长季长度(LOG)118～200 d;从东到西,SOG逐渐推迟,LOG逐渐缩短;随着海拔的升高,SOG显著推迟,EOG提前,LOG显著缩短。(2)2001-2013年,毛乌素沙地植被SOG明显提前,变化幅度为9 d/10a(R=-0.46,p=0.06),EOG和LOG分别呈提前和延长趋势,但变化都不显著。(3)研究区植被物候与温度的相关性不明显,但较多受降水量的影响,SOG与春季降水量的相关系数为-0.58(p=0.02);EOG与秋季降水量的相关系数为0.42(p=0.07);LOG与秋季降水量的相关系数为0.48(p=0.05)。     

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。     

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。     

毛乌素沙地东南缘植被NDVI时空变化及其对气候因子的响应

了解植被生长对气候变化的响应是厘清生态系统动态关系的重点。基于1990—2018年气象数据和归一化植被指数（NDVI）,应用偏相关分析与地理探测器等方法,分析了在生长季,毛乌素沙地东南缘不同类型植被年均NDVI的变化趋势,探讨了年均气温与年总降水量对各类型植被的影响。结果表明：（1） 1990—2018年生长季研究区植被年均NDVI显著与极显著增加面积达97.9%,整体生态环境质量大幅度改善。2005年之前植被年均NDVI增速缓慢,此后以0.011·a^-1的速率发生了突变增加,其中灌丛类植被年均NDVI增长幅度最大。（2） 2000年为年总降水量与年均气温的趋势突变点,突变前年总降水量以-5.510 mm·a^-1的速率减少,此后以5.541 mm·a^-1的速率增加,且主要依赖于大雨雨量的增加;年均高温与年均低温在突变前上升速率分别为0.122 ℃·a^-1与0.230 ℃·a^-1,突变后,年均高温下降速率为-0.014 ℃·a^-1,而年均低温上升速率为0.022 ℃·a^-1。（3） 在植被年均NDVI缓慢增长阶段（1990—2005年）,年均低温对植被影响较大,与不同类型植被年均NDVI多呈显著正相关;在植被年均NDVI快速增长阶段（2006—2018年）,年总降水量与不同类型植被年均NDVI呈显著正相关,大降雨事件的频发使得降水量对于植被的生长起主导作用。年总降水量与年均气温尤其是年均低温的交互作用是促进植被生长的关键。     

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。     

2000—2014年甘肃省NDVI时空变化特征

基于甘肃省2000—2014年MODIS-NDVI遥感数据及气象数据,采用趋势分析法及相关分析法,对甘肃省归一化植被指数(NDVI)的时空变化特征进行研究,探讨了植被变化对区域气候变化的响应。结果表明:近15年,生长季及春、夏、秋季NDVI均呈增加趋势。区域尺度上,夏季NDVI增加趋势最显著,增速为0.071/10a(P<0.01);像元尺度上,生长季NDVI呈增加趋势的面积最大,呈极显著增加(P<0.01)和显著增加(0.01相似文献   

近25 a布喀达坂峰冰川变化与气候的响应

利用面向对象分类方法,从Landsat影像中提取了1990年、2000年、2010年、2015年4期布喀达坂峰地区冰川空间分布数据,并利用GIS技术分析研究区最近25 a来冰川变化,探讨了冰川对气候变化的响应关系。结果表明：布喀达坂峰冰川总面积退缩了7.28 km²,退缩速率为0.29 km²·a^-1,占1990年的1.78%,且1990-2000年、2000-2010年、2010-2015年各个时段内冰川退缩速率呈较快-快-慢的状态,不同朝向的冰川退缩速率略有差异,南坡山谷冰川退缩速率最快,北坡坡面冰川次之,中段平顶冰川退缩速率最慢;冰川表面运动速度沿中流线向冰川侧脊和冰川末端递减,符合冰川运动一般规律,而不同类型的冰川其表面运动速度的时空变化具有差异性。研究发现,夏季均温的显著升高和年降水量的缓慢增加的共同作用是引起布喀达坂峰冰川退缩的主要原因。此外,地势条件和冰川自身结构等因素对冰川变化的作用也不容忽视。     

三江平原NDVI时空变化及其对气候变化的响应

基于2000-2014年生长季MODIS NDVI数据和同期降水、平均气温的格点数据,采用趋势分析法、SPEI指数、相关分析法,对三江平原NDVI时空变化特征和对气候变化的响应进行了分析。结果表明:近15年三江平原区生长季的NDVI以0.017/10a的速率呈缓慢上升趋势。其中NDVI显著增加和极显著增加的面积占比分别为13.43%和12.55%,NDVI变化趋势轻度改善的面积较大,占比为25.52%;三江平原地区生长季的多年平均气温总体呈下降趋势,降水量呈上升趋势,总体上生长季标准化降水蒸散指数(SPEI)数值呈上升趋势,干旱化逐年减弱,中等干旱状况得到缓解,渐渐过渡到轻微湿润状态,对植被覆盖面积的增加有促进作用,也为该区域的生态环境恢复提供了有利条件;三江平原地区生长季NDVI与生长季气温、降水量及SPEI主要呈正相关,与降水呈正相关面积占72.64%,与SPEI呈正相关的面积占70.51%,与气温呈正相关的面积占56.73%。NDVI与降水的相关性最高,说明降水是三江平原植被生长的主导气候因子。     

Analysis of vegetation changes and dominant factors on the Qinghai-Tibet Plateau,China

This research was undertaken to clarify the characteristics of vegetation change and its main influencing factors on the Qinghai-Tibet Plateau. Using the greenness rate of change(GRC) and correlation factors, we analyzed the trend of vegetation change and its dominant factors from 2000 to 2015. The results indicate that the vegetation tended to improve from 2000 to 2015 on the Qinghai-Tibet Plateau, with the improved area accounting for 39.93% of the total; and the degraded area accounting for 19.32%. The areas of degraded vegetation are mainly concentrated in the low-relief and intermediate-relief mountains of the high-altitude and extremely high-altitude areas on the Qinghai-Tibet Plateau, as the vegetation characteristics are impacted by the terrain. Temperature and precipitation have obvious response mechanisms to vegetation growth, but the effects of precipitation and temperature on vegetation degradation are not significant over a short time frame. Overgrazing and population growth are the dominant factors of vegetation degradation on the Qinghai-Tibet Plateau.     

1982-2015年全球植被变化及其与温度和降水的关系

采用1982-2015年的GLASS-LAI (Global Land Surface Satellite-Leaf Area Index )遥感数据和CRU(Climatic Research Unit)气象数据,利用Mann-Kendall趋势法分析了过去34 a全球9种植被的叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)时空变化特征;使用相关分析和逐步线性回归分别探讨了全球9种植被LAI与降水、温度的年际与月关系。结果表明：① 全球植被总体呈现绿化趋势,其中变化较大的是草原、稀树草原、常绿阔叶林和多树草原;在植被生长的绿化和褐化趋势中,面积占比最大的植被类型均为草原,说明草原生态系统易受环境因素的影响。② 从年际关系看,草原和开放灌丛的LAI与年均降水多呈正相关关系,而温度对不同纬度植被的LAI存在正负2种影响。其原因为温度升高对中低纬度的植被生长有抑制作用,而对高纬度地区植被生长有促进作用。③ 从年内关系看,南半球降水和温度共同作用于植被的生长;而北半球除常绿阔叶林的生长与温度关系更为紧密外,其它类型植被的生长主要受降水影响。④ 逐步线性回归结果表明,当月温度的升高对常绿阔叶林、混交林和农作物的生长具有促进作用,而多树草原和草原2种植被的生长受当月降水的影响最为显著。     

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。     

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。     

北京春季的树木物候与气象因子的统计学分析

本文采用积分回归法对北京春季的树木开花期与它前期气象因子的关系作了统计学分析,指出前期气温是影响这些物候期的主要因素,其次是日照时数和降水.上年秋至开花前的气温高低对开花期的早迟都有影响,但不同时期其影响效果不一样,可分成三个时期:在日照时数和降水保持一定的情况下,上年秋或当年春的气温偏高时,可使开花期提前,冬季气温偏高则使开花期推迟,反之亦然.而三个时期中,春季气温又有决定作用.本文还指出,可以利用该模式进行物候预报.     

祁连山东部地区树木年轮年表的建立

利用采自祁连山东部的祁连圆柏样芯,经常规程序晾干、固定、打磨、定年和读数后,建立了标准化年表,并将标准年表的树轮指数与采样点附近的天祝乌鞘岭气象站的温度和降水进行了相关分析。结果表明,年轮指数与3~4月降水呈显著正相关,相关系数达0.525。由于3~4月份的降水为该地区树木生长季之初的降水,是树木生长的限制因子,因此该相关具有明确的生物学意义。研究还发现,年轮指数与1月气温也呈显著负相关(相关系数为- 0.297),这可能是由于冬季最冷月气温偏高时,影响树木代谢和土壤湿度,从而影响树木的生长。祁连山东部地区树木年轮年表具有明确的气候学意义。     

气候变化背景下1981-2010年中国玉米物候变化时空分异（英文）

Spatio-temporal changes in the differentiation characteristics of eight consecutive phenological periods and their corresponding lengths were quantitatively analyzed based on long-term phenological observation data from 114 agro-meteorological stations in four maize growing zones in China. Results showed that average air temperature and growing degree-days (GDD) during maize growing seasons showed an increasing trend from 1981 to 2010, while precipitation and sunshine duration showed a decreasing trend. Maize phenology has significantly changed under climate change: spring maize phenology was mainly advanced, especially in northwest and southwest maize zones, while summer and spring-summer maize phenology was delayed. The delay trend observed for summer maize in the northwest maize zone was more pronounced than in the Huang-Huai spring-summer maize zone. Variations in maize phenology changed the corresponding growth stages length: the vegetative growth period (days from sowing date to tasseling date) was generally shortened in spring, summer, and spring-summer maize, although to different degrees, while the reproductive growth period (days from tasseling date to mature date) showed an extension trend. The entire growth period(days from sowing date to mature date) of spring maize was extended, but the entire growth periods of summer and spring-summer maize were shortened.