基于生态地理分区的青藏高原植被覆被变化及其对气候变化的响应

基于1982~2006年GIMMS NDVI数据集和地面气象台站观测数据,分析了青藏高原整个区域及各生态地理分区年均NDVI的变化趋势,并通过偏相关分析研究不同生态地理分区植被覆被变化对气温和降水响应的空间分异特征。研究表明:(1)近25年来,高原植被覆盖变化整体上趋于改善;高原东北部、东中部以及西南部湿润半湿润及部分半干旱地区植被趋于改善,植被覆盖较差的北部、西部半干旱和干旱地区呈现退化趋势;(2)高原植被变化与气温变化的相关性明显高于与降水变化的相关性,说明高原植被年际变化对温度变化更为敏感;(3)高原植被年际变化与气温和降水的相关性具有明显的区域差异,植被覆盖中等区域全年月NDVI与气温和降水的相关性最强,相关性由草甸向草原、针叶林逐步减弱,荒漠区相关性最弱。生长季植被覆盖变化与气温的相关性和全年相关性较一致,降水则不同,生长季期间高原大部分地区植被变化与降水相关性不显著。     

2000~2008年长白山地区植被覆盖变化对气候的响应研究

利用2000~2008年MODIS/NDVI数据,结合谐波分析、影像处理和基于像元的空间统计方法,分析了不同时间尺度下长白山地区的植被覆盖年内和年际变化与气温、降水的空间相关性。结果表明,近10 a来长白山地区气温和降水都均呈增加趋势;年内和年际变化过程中,长白山地区植被覆盖受气温影响的程度要高于降水;长白山地区春季和秋季植被覆盖与气温呈正相关,夏季主要呈负相关;不同月份的相关统计与年统计和分季节统计相比,更能细致地反映植被覆盖与气候的响应关系。     

中国温带昼夜增温的季节性变化及其对植被动态的影响

结合1982-2015年归一化植被指数（NDVI）、植被类型和气象数据,分别利用一元线性回归和二阶偏相关分析方法,揭示了中国温带地区的生长季不同季节昼夜增温的时空格局以及昼夜增温的不对称性对各类型植被活动的影响。结果表明：① 近34年来中国温带大部分地区季节性昼夜气温都存在显著的上升趋势;生长季昼夜增温速率呈现出不对称性,春季、夏季白天气温上升速度略快于夜间,秋季夜间增温快于白天;② 不同季节的昼夜增温对植被活动的影响呈现出明显的分异特征,相对于夜间增温,白天增温对植被活动影响程度更大,影响区域更为广泛;相比夏季和秋季,春季昼夜增温对植被活动的影响范围更广;③ 不同类型植被对昼夜增温速率的不对称性产生了不同的响应,并且在不同季节上的响应程度存在差异。     

青藏高原植被NDVI对气候因子响应的格兰杰效应分析

多变的气候和复杂的地理环境使得青藏高原植被对气候变化响应敏感,因此分析高原植被与气候因子之间的动态关系对气候变化研究和生态系统管理具有重要意义。论文基于1982—2012年青藏高原气象数据(气温、降水)以及GIMMS NDVI3g遥感数据,在像素级别上运用格兰杰因果关系检验方法,在月尺度和季节尺度上分析了高原植被NDVI(主要是草原)与平均气温、降水量之间的响应情况及因果关系。研究表明：① 月尺度上NDVI与平均气温之间、NDVI与降水量之间的时序平稳性比例高于季节尺度,月尺度下达到平稳性的植被区域分别占99.13%和98.68%,季节尺度下分别占64.01%和71.97%;② 月尺度下高原平均气温和降水量对NDVI影响的滞后期都集中在第12~13个月,荒漠草原、典型草原和草甸3种植被类型的滞后期一致,季节尺度下平均气温和降水量对NDVI影响的滞后期主要分布在第3~4和第6个季度,3种植被类型的滞后期差异性较大;③ 月尺度下,青藏高原约98.95%的植被覆被区的平均气温是引起NDVI变化的格兰杰原因,反之,大部分地区(约89.05%,除高原东南区域)内NDVI也是引起平均气温变化的格兰杰原因;季节尺度下,青藏高原中部以外植被区域(约92.03%)内的平均气温是引起NDVI变化的格兰杰原因,而在东部和西部部分地区(约50.55%)中NDVI也是引起平均气温变化的格兰杰原因;④ 月尺度下,高原东北和西北地区(约72.05%)内的降水量是引起NDVI变化的格兰杰原因,大部分地区(约94.86%,除东南部少量区域)中NDVI是引起降水量变化的格兰杰原因;季节尺度下,高原东南部(约61.43%)地区内的降水量是引起NDVI变化的格兰杰原因,高原中东部地区(约48.98%)中NDVI是引起降水量变化的格兰杰原因。总之,高原植被NDVI与气温、降水的相互作用显著,彼此均可构成格兰杰因果效应,但总体上气候因子的影响程度大于植被的反馈作用,月尺度的效应区域大于季节尺度的效应区域。     

青藏高原植被覆盖对水热条件年内变化的响应及其空间特征

利用1982-2000年NOAA/AVHRR卫星的NDVI数据(时间分辨率旬,空间分辨率8 km×8 km),结合同时期的气温和降水资料,基于时滞互相关方法和GIS工具,分析了青藏高原植被覆盖对水、热条件年内变化的时滞响应及其空间特征。结果如下:①除高寒荒漠、森林外,青藏高原植被NDVI与同期旬均温和旬降水相关性均呈高度正相关。其中,中等覆盖度的植被受水、热影响表现更为强烈。②青藏高原植被NDVI对气温和降水有滞后效应,且滞后水平存在空间差异,高原北部(柴达木盆地、昆仑山北冀)和高原南部植被对降水、和温度的响应比较迟缓,而高原中、东部地区植被对温度和降水的响应比较敏感。③不同植被类型对水热条件的响应程度也存在差异,由高到低依次是草甸、草原、灌丛、高寒垫状植被、荒漠,最后是森林。     

藏西南高原植被覆盖时空变化及其与气候因素和人类活动的关系

研究基于MODIS-NDVI数据和气象数据,利用趋势分析、相关分析及残差分析等方法,分析了2000―2020年藏西南高原植被NDVI在不同时段的时空变化特征及气候因素和人类活动对植被NDVI的影响,结果表明：近20 a来藏西南高原植被NDVI呈增加趋势,不同时段植被NDVI增长速率存在显著差异,主要表现为秋季>生长季>夏季>全年>春季>冬季;不同时段植被NDVI的分布格局虽存在差异,但高原东部植被覆盖度明显高于西部地区;高原大部分区域植被状态基本稳定,局部明显改善,部分区域有所退化;年际尺度上,气温和降水的增加导致植被NDVI升高,季节尺度上,春季、秋季和冬季气温升高导致植被NDVI升高,降水的增加导致植被NDVI下降,夏季和生长季气温升高导致植被NDVI下降,降水升高导致植被NDVI增加;人类活动对高原大部分区域呈正面影响,局部地区呈负面影响,集中分布在半农半牧和纯牧业县区。     

2000-2012年祁连山植被覆盖变化及其与气候因子的相关性

研究祁连山地区植被覆盖变化及其与气候因子的响应关系对这一地区土地利用总体特征以及对区域及全球气候和环境变化都将产生深远的意义。利用2000-2012年美国国家航空航天局提供的MODIS NDVI数据并结合相应的气候资料,通过对逐像元信息的提取和分析,运用均值法、斜率分析法、相关分析法,研究了2000-2012年不同季节祁连山植被覆盖的时空变化及其与气候因子的相关性。结果表明:13 a来祁连山植被覆盖整体上呈增加趋势,其中春季植被改善最为明显,秋季次之;植被覆盖变化在不同季节都存在明显的空间差异;不同季节植被与气温、降水的时滞效应不尽相同;祁连山春季大部分地区NDVI与气温呈显著正相关,夏季NDVI与降水呈显著正相关,秋、冬季NDVI与降水、气温的相关性不明显。     

近10 a青藏高原干湿状况及其与植被变化的关系研究

植被是陆地生态系统中最重要、同时也是气候变化最敏感的组分,而高原植被系统行为往往比其他地区能更早、更明显地预兆全球变化。探讨青藏高原区域干湿状况及其与植被变化的关系有助于更好地认识和理解陆地生态系统对气候变化的响应和适应机理,对高原生态安全屏障计划的实施以及全球生态建设有重要意义。基于地面气象台站观测数据和MODIS EVI数据集,2001-2010年生长季干湿状况和植被覆盖的时空变化格局,对青藏高原干湿状况与植被覆盖变化的关系进行了分析与探讨。结果表明：（1）高原整体上呈现由东南向西北渐干的趋势,干旱及半干旱区占高原总面积的67%。10 a间高原有25%的区域在逐渐变干,且南北差异明显;（2）高原生长季EVI的空间格局与干湿格局相近,且东西部界线分明。10 a间高原植被活动由东南向西北整体上呈现“退化-增强-变化不大”的规律;（3）区域干湿程度对EVI空间格局差异有显著影响,特别是在占高原面积44%的半干旱区,两者相关性最大。人为干扰对高原EVI变化的作用不明显,但EVI与干湿程度相关性相对偏小的区域人为干扰程度往往较大;（4）从高原96个气象站点生长季[EVI]对干燥度指数变化的敏感性来看,敏感程度较大的气象站点主要集中在高原东北部、高原中部及雅鲁藏布江中上游区域,60%以上的气象站点随着干旱程度的加深植被呈退化趋势。     

石羊河流域上游植被时空变化及其对区域气候的响应

利用1999-2013年的SPOT-VEGETATION NDVI时间序列数据和降水、气温数据,对石羊河流域上游近15年的植被变化特征及其对降水和气温的响应关系进行了研究。结果表明:研究区NDVI的空间分布具有明显的垂直地带性;近15年中,81.3%的地区植被生长季NDVI呈增长趋势;研究区平均NDVI在春、夏、秋季及植被生长季的增长幅度分别为11.75%、9.62%、5.98%和7.75%,植被生长季在延长。气候变化对研究区植被的影响随植被类型及其生长季节的不同而具有明显差异,体现出较大的时空异质性;降水是影响研究区植被变化的主要因素。     

新疆气候“湿干转折”的信号和影响探讨

新疆是对全球变化响应最敏感地区之一,分析全球变暖背景下新疆干湿气候变化及其影响,对应对和适应未来气候变化带来的影响具有重要意义。基于气象水文观测资料,对新疆区域干湿气候变化及其影响评估进行了探讨。结果表明：① 20世纪80年代中后期以来新疆气温升高,降水量增加,呈“暖湿化”特征;但1997年之后,干旱变化趋势、干旱频率、干旱发生月份等均有明显增加,导致70%以上的区域变干,新疆气候出现了从“暖湿化”向“暖干化”转折的强烈信号,即发生了“湿干转折”;② 新疆气候转折对区域生态和水资源造成明显的影响,归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）经历了先增后减的变化过程,1982—1997年植被趋于“变绿”,但1997年之后植被长势迟滞,土壤水分明显下降,生态逆转,生态负效应凸显;③ 新疆河流径流变化出现明显的区域差异,对干湿气候转折响应复杂,受冰雪融水对径流补给比例的影响,发源于天山的河流径流对区域干湿变化有正响应,但发源于昆仑山的河流径流响应不明显。研究结果表明气候“湿干转折”和极端气候事件加剧背景下新疆干旱化急剧增加,水循环系统和生态系统不稳定性加剧,相关成果可为区域干旱灾害防灾减灾和风险管理提供有价值的决策参考。     

基于卫星遥感和再分析数据的青藏高原土壤湿度数据评估

土壤水是地表与大气在水热交换方面的关键纽带,是关键水循环要素,更是地表产汇流过程的关键控制因子。青藏高原是地球第三极,也是亚洲水塔,探讨青藏高原土壤水变化对于探讨青藏高原热力学特征变化及其对东亚乃至全球气候变化的影响具有重要意义,而获取高精度长序列大尺度土壤水数据集则是其关键。本文利用青藏高原100个土壤水站点观测数据,从多空间尺度（0.25°×0.25°,0.5°×0.5°,1°×1°）、多时间段（冻结和融化期）等角度,采用多评价指标（R、RMSE、Bias）,对多套遥感反演和同化数据（ECV、ERA-Interim、MERRA、Noah）进行全面评估。结果表明：① 除ERA外,其他数据均能反映青藏高原土壤水变化,且与降水量变化一致。而在那曲地区,遥感反演和同化数据均明显低估实测土壤水含量。从空间分布来看,MERRA和Noah与植被指数最为一致,可很好地反映土壤水空间变化特征;② 青藏高原大部分地区土壤水变化主要受降水影响,其中青藏高原西部边缘与喜马拉雅地区土壤水变化则受冰雪融水和降水的共同影响;③ 除阿里地区外,大部分遥感反演和同化数据在融化期与实测土壤水相关性高于冻结期,其中在那曲地区,遥感反演和同化数据均高估冻结期土壤含水量,却低估融化期土壤含水量。另外,遥感反演和同化数据对中大空间尺度土壤水的估计要好于对小空间尺度土壤水的估计。本研究为青藏高原土壤水研究的数据集选择提供重要理论依据。     

青藏高原中东部水热条件与NDVI的空间分布格局

青藏高原受大气环流和地势格局的共同作用,水热条件及植被空间分布呈现独特的三维地带性特征。但是青藏高原范围广、地势起伏大,水热条件及植被空间分布具有明显区域差异。本文利用青藏高原中东部100个气象站1982²000年的降水、气温资料以及同期NO-AA AVHRR植被指数产品（NDVI）,分析水热条件及植被的空间分布特征。首先,设置经向、纬向海拔渐变样带,考察海拔对水热条件及NDVI空间分布的影响;然后,按500米海拔间隔进行站点分组,分析约束了海拔高差后的经纬位置对水热条件及NDVI空间分布的影响。研究表明:在青藏高原中东部由于海拔高差大,热量条件分布首先受海拔递减规律控制,其次才表现出因太阳辐射差异的纬度地带性;而降水分布则主要受水汽通道位置和方向的影响,北上水汽和东部偏南走向山脉是研究区降水经向特征的主要成因;指示植被状况的年均NDVI,则受水热组合的控制,其分布格局是二者的叠加与综合。     

1982-2013年中国植被NDVI空间异质性的气候影响分析

为研究气候变化与植被活动之间的复杂关系,采用1982-2013年GIMMS NDVI与气象站点温度与水分的监测资料,应用基于像元的地理加权回归方法,探究了中国植被NDVI及其动态特征对气候变化响应的空间格局。中国植被NDVI与地表温度呈空间非平稳关系,在空间上的负相关关系主要集中在东北、西北及东南部分地区,空间正相关则更为集中和连片;针对不同气候指标的标准化系数对比可知,植被NDVI受水分控制作用较为显著的区域主要集中在北方地区以及青藏高原,温度的主导作用区域则分布在华东、华中及西南地区,其中年均最高气温对NDVI的主导区域范围最广;植被NDVI动态与气候变率的回归结果表明,增温速率的升高会通过加剧干旱等机制对植被活动产生抑制作用,水分变率对植被活动的强弱起到了重要的调节作用。     

青藏高原西部地面反射率的日变化以及与若干气象因子的关系

根据1997年10月至1998年11月青藏高原西部改则和狮泉河两个自动气象站连续观测的大气、辐射和土壤资料,在分析高原西部地面反射率冬、夏季日变化特征的基础上,重点研究了地面反射率与土壤和大气若干重要因子(如土壤湿度、土壤温度、空气相对湿度、空气温度)的关系。研究结果有助于改进气候模式和卫星遥感中高原地面反射率的参数化方案。     

中国西部近20a区域植被活动的季节特征及其对气候变化的响应

1 Introduction As a body of ecosystem, vegetation influences energy balance, climatic, hydrologic and biochemical cycles. Simultaneously it is also influenced by the above-mentioned factors. Therefore, vegetation activity is a perfect sensitivity guidelin…     

Seasonal characters of regional vegetation activity in response to climate change in West China in recent 20 years

Using NDVI data of NOAA-AVHRR in recent 20 years and the temperature and precipitation data of West China, the vegetation activity is discussed by adopting the EOF and REOF decomposed functions. Results show that the overall increasing trend of vegetation activity in different seasons reflects an advanced and prolonged growth period of vegetation under the circumstance of climate warming, but the vegetation evolvement has much inconsistency between different regions and seasons. There are four notable regions, eight sub-areas for vegetation evolvement in spring and summer, and nine sub-areas in autumn. The vegetation activity in most sub-areas is increasing. The most notable region is represented by Lhaze station on the Tibetan Plateau. Two other marked stations are represented by Altay station in Xinjiang Uygur Autonomous Region and Pengshui station in Sichuan Province. But the time series analysis of NDVI makes clear that the trends of the other two sub-areas, Turpan station in Xinjiang and Huashan station in Shaanxi Province, are descending. It is an important reason for vegetation evolvement that temperature ascends in most of the regions and descends in the east region in some seasons. But another important reason for vegetation evolvement is that precipitation is ascending in the west and descending in the east of the region.     

中国陆地净初级生产力的季节变化研究

了解不同季节陆地净初级生产力(NPP)的变化及与气候的相互关系以及在不同地类的差异对深刻理解我国陆地生态系统对全球气候变化的响应和陆地碳循环研究具有重要意义。本文使用1981～2000年间GLO-PEM模型模拟的我国陆地NPP数据和同期气温、降水以及土地利用数据, 研究不同季节我国陆地植被NPP的变化。结果表明,在1981～2000年期间,四个季节的NPP都呈显著增加趋势,春季是NPP增加速率最快的季节,夏季是NPP增加量最大的季节。耕地在春、夏和秋季NPP增长和增长率最高,林地冬季NPP增长最多而水域冬季NPP增长率最高。夏季NPP增长最高的区域分布于我国东部的多数地区、内蒙古东部、四川盆地、贵州东部、藏南和新疆西部;夏季NPP降低最多的区域分布于在呼伦贝尔高原、鄂尔多斯高原、黄土高原、青藏高原东部和新疆西北部。     

小气候、雪盖及土壤湿度对高山生态系统功能的影响

1 Introduction High mountain landscapes above the tree-line are often regarded as close to nature, although human impact has obviously changed the environment, partly exceeding its carrying capac- ity (L?ffler, 2000). Due to their fragility regarding expected environmental changes and an increasing land use pressure in many regions, high mountain landscapes recently became a major focus within the discussion on a sustainable development in a worldwide (Messerli and Ives, 1997), and regional p…