沙地樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)物候特征及其对气候的响应

物候反映植被对环境变化的响应.沙地樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)被广泛引种栽植于中国北方风沙区,但引种区气候条件差异对沙地樟子松物候的影响仍然尚不明确.基于2001-2020年MOD13Q1数据和气象数据,分别采用最大斜率法和趋势分析方法提取沙地樟子松植被遥感物候信息并比较物候时...     

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。     

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。     

2000—2017年内蒙古荒漠草原植被物候变化及对净初级生产力的影响

荒漠草原分布于干旱区和半干旱区,对气候变化的响应极为敏感,但目前学术界对于荒漠草原物候与生产力变化的研究仍较为薄弱。有鉴于此,论文采用2000—2017年MODIS NDVI数据和气象数据,利用通用数量化方法提取内蒙古荒漠草原植被的生长季始期(start of season, SOS)和生长季末期(end of season, EOS);基于Carnegie-Ames-Stanford Approach (CASA)模型估算了植被净初级生产力(NPP),并分析了植被物候和净初级生产力之间的关系。研究结果表明：① 2000—2017年内蒙古荒漠草原SOS呈显著提前趋势(0.88 d/a,P<0.05),EOS不显著提前(0.13 d/a,P>0.05),生长季长度(length of season, LOS)呈显著延长趋势(0.76 d/a)。81.53%像元的SOS与2—4月平均气温呈负相关(8.21%显著相关,P<0.05),60.80%像元的SOS与4月降水量呈负相关关系(6.12%显著相关,P<0.05);65.16%像元的EOS与9月平均气温呈负相关(5.03%显著相关,P<0.05),78.61%像元的EOS 与7—9月降水量呈正相关关系(10.12%显著相关,P<0.05)。② 内蒙古荒漠草原多年平均NPP为104.71 gC/(m ²·a),有自东向西逐渐降低的区域差异;在研究时段内,春、夏季和生长季的NPP均呈不显著增加趋势,秋季NPP有不显著减少趋势;生长季降水量增加有利于生长季NPP的积累。③ 春季NPP与SOS呈不显著负相关,秋季NPP与EOS呈显著正相关。LOS的延长促进了NPP的累积,其中生长季NPP与EOS的推迟关系更为密切。研究结果揭示气候变化对内蒙古荒漠草原植被物候和生产力有显著影响,对区域生态系统管理和生态建设具有重要参考意义。     

东西伯利亚苔原—泰加林过渡带植被遥感物候时空特征及其对气温变化的响应

物候变化是气候变化的重要指示器,通过对植被物候时空变化的研究可以为进一步分析全球气候变化提供依据。基于2000—2017年MODIS-NDVI时间序列数据,利用不对称高斯函数和动态阈值法,提取、分析了东西伯利亚苔原—泰加林过渡带植被生长季起始期（SOS）、结束期（EOS）、中期（MOS）和长度（LOS）4种植被遥感物候参数的时空变化格局。同时结合同期CRU（Climate Research Unit）气温观测数据,分析了4种物候参数对气温变化的响应关系。结果表明：遥感物候参数可以直接、有效地反映气温的变化：研究区64°N以南区域4—5月气温升高,对应区域SOS提前5~15 d;64°N~72°N之间5—6月气温升高,对应区域SOS提前10~25 d;最北端北冰洋沿岸6月气温升高幅度较小且7月气温降低,对应区域SOS推后15~25 d;西北部8月、西南部9月气温降低,对应地区EOS提前15~30 d;67°N以南区域9—10月气温升高,对应区域EOS推后5~30 d;EOS的变化对气温变化较SOS更为敏感,较小的气温波动即引起EOS较大的变动;研究区内植被生长季整体呈前移趋势,且西北部LOS缩短,中部、南部LOS延长。     

1985-2012年哈尔滨自然历主要物候期变动特征及对气温变化的响应

利用中国物候观测网观测数据,新编制了哈尔滨地区1985-2012年的自然历。通过与原自然历（1963-1984年）比较,揭示了近30年以来哈尔滨地区21个植物99个物候期的变化特征,并通过物候期与气温的相关分析探讨了物候变化原因。结果表明：自1985年以来,哈尔滨的春季、夏季、秋季的物候期开始日期提前,冬季开始日期推迟。其中春季（以白榆叶芽膨大期为代表）、夏季（以暴马丁香开花始期为代表）、秋季（以金银忍冬果实成熟期为代表）分别提前了7天、6天和19天,冬季（以胡桃楸落叶末期为代表）推迟了2天。各物候期在春季、夏季、秋季的平均日期相较于原自然历提前了3~11天,在冬季推迟了3天。四季各物候期最早日期均以提前为主,夏冬季物候期最晚日期有所推迟。另外,各季节内部分物候期出现的先后次序发生了变化。近30年该地区气温的升高是物候季节开始日期提前的首要原因。且不同植物和物候期对气温变化的响应敏感性不同可解释物候季节内物候期先后次序的变化。     

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。     

1960-2015年中国绿洲胡杨生长季对全球变暖的时空响应及原因

基于中国绿洲胡杨（Populus euphratica Oliv.）分布区48个地面气象站1960-2015年逐日平均气温数据,采用线性趋势法、Mann-Kendall检验、ArcGIS反距离加权插值法（IDW）、Morlet小波功率谱和相关分析等方法,分析了中国绿洲胡杨年生长季的起止日及生长期长短对气候变暖的时空响应特征及原因。结果表明：近56年来,中国绿洲胡杨年生长季具有起始日提前、终止日推迟、生长期延长的变化趋势,变化倾向率分别为-1.34 d/10a、1.33 d/10a、2.66 d/10a（α ≥ 0.001）;空间差异十分显著,呈现出由西南向东北起始日越迟,终止日越早,生长期越短的变化规律。胡杨生长季起止日及生长期分别在2001年、1989年和1996年发生突变,且分别存在3.56~7.14 a不等的短周期,与厄尔尼诺2~7 a的周期一致,起始日3.56 a和4.28 a的周期与大气环流2~4 a的周期吻合。原因分析表明亚洲极涡面积指数、青藏高原指数、西风指数和年均二氧化碳排放量是影响胡杨生长季变化的主要因素;此外,纬度对胡杨生长季的影响要明显大于海拔高度,且起始日受纬度和海拔高度的影响比终止日更加显著;胡杨生长季起止日和生长期分别与对应月份的平均气温呈显著的高相关性,且3月均温每升高1 ℃,起始日提前2.21 d,10月均温每升高1 ℃,终止日推迟2.76 d,3-10月均温每升高1 ℃,生长期延长7.78 d,表明胡杨生长季的变化对全球增暖的区域响应十分敏感。     

沙埋对小麦(Triticum aestivum)生长的影响及其生理响应

为了解沙埋对小麦(Triticum aestivum)生长的影响及其生理响应,2010年在科尔沁沙地研究了不同沙埋深度下小麦的存活率、株高、地上地下生物量、籽实产量、丙二醛(MDA)含量、膜透性、保护酶(超氧化物歧化酶,SOD;过氧化物酶,POD;过氧化氢酶,CAT)活性和渗透调节物质含量变化。结果表明:随着沙埋深度的增加,小麦存活率、株高、地上地下生物量和籽实产量均显著下降,完全沙埋下第6天以后植株全部死亡。沙埋第6天,随着沙埋深度的增加,MDA含量、CAT活性、可溶性糖含量下降,POD活性变化不明显,但膜透性、SOD活性和脯氨酸含量显著增加。沙埋第12天,随着沙埋厚度增加,MDA含量和膜透性,SOD、POD和CAT活性,脯氨酸和可溶性糖含量均显著增加。沙埋导致小麦死亡率增加、株高及生物产量下降的主要原因不是水分胁迫,沙埋导致的光合面积降低、黑暗和无氧呼吸可能是其死亡和生长受到抑制的主要外部因素,而膜脂过氧化导致的膜透性增加可能是其死亡或生长受到抑制的主要生理机制。保护酶活性增强和渗透调节物质含量增加,对于减轻其细胞膜受损和防止细胞质渗漏起到了重要作用。     

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。     

A study on environmental aridity over northern and southern to Qinling Mountains under climate warming

Based on the data up to 1999 from hydroclimatological departments, this paper analyzes the climatic divide implications of the Qinling Mountains in regional response to the process of climate warming, due to which the grades of dryness/wetness (GDW) in 100 years show that the northern region has entered a drought period, while the southern is a humid period. In a course of ten years, the D-value of annual average air temperature over southern Shaanxi (the Hanjiang Valley) and the Central Shaanxi Plain (the Guanzhong Plain) has narrowed, i.e., the former with a slight change and the latter with rapid increase in temperature. Both regions were arid with the decrease in precipitation D-value, namely the plain became warmer while the south was drier. The Qinling Mountains play a pronounced role in the climatic divide. The runoff coefficient (RC) of the Weihe River decreases synchronously with that of the Hanjiang due to climate warming. The RC of Weihe dropped from 0.2 in the 1950s to less than 0.1 in the 1990s. The Weihe Valley (the Guanzhong Plain) is practically an arid area due to shortage of water. The successive 0.5, 1.0 oC temperature anomaly over China marks, perhaps, the important transition period in which the environment becomes more vulnerable than before.The study shows the obvious trend of environmental aridity, which is of help to the understanding of regional response to global climate change.     

秦岭南北地区环境变化响应比较研究

利用气象水文部门截止1999年的气象水文实测数据,计算分析在气候变暖过程中中国秦岭具有的区域响应分界意义。由于气候变暖,在百年时间尺度上,通过旱涝指数分析证明秦岭以北进入干旱期,秦岭以南为湿润期;在10年时间尺度上,陕南气温变化较小,而关中气温增高较快,陕南与关中年均气温差值变小;关中和陕南降水量差值变小,二者同时干旱或陕南更干旱,反映出秦岭在气候变化中显著的分界作用。气候变暖,渭河与汉江年径流系数同步减小,其中渭河径流系数由50年代的02下降为90年代的01以下,渭河流域已变为少水带,即相当于气候上的干旱区。秦岭以北地区较其以南地区环境干暖化的趋势更明显,这对于认识全球变化的区域响应差异有参考意义。     

A study on environmental aridity over northern and southern to Qinling Mountains under climate warming

1 Introduction With progressive researches on global climate change, an integrated study of various disciplines tends to be inevitable. Mr. Moore III, chairman of IGBP, holds that the key to integration is to synthesize scientific findings so as to get new ideas and to chance cognition up to a new high[1]. Micro-study, rather than macro-study focuses on regional change[2-5]. To strengthen the global perspective in the study, "to research on typical regions and to deepen the regional divide…     

Sensitivity and areal differentiation of vegetation responses to hydrothermal dynamics on the northern and southern slopes of the Qinling Mountains in Shaanxi province

The Qinling Mountains, located at the junction of warm temperate and subtropical zones, serve as the boundary between north and south China. Exploring the sensitivity of the response of vegetation there to hydrothermal dynamics elucidates the dynamics and mechanisms of the main vegetation types in the context of changes in temperature and moisture. Importance should be attached to changes in vegetation in different climate zones. To reveal the sensitivity and areal differentiation of vegetation responses to hydrothermal dynamics, the spatio-temporal variation characteristics of the normalized vegetation index(NDVI) and the standardized precipitation evapotranspiration index(SPEI) on the northern and southern slopes of the Qinling Mountains from 2000 to 2018 are explored using the meteorological data of 32 meteorological stations and the MODIS NDVI datasets. The results show that: 1) The overall vegetation coverage of the Qinling Mountains improved significantly from 2000 to 2018. The NDVI rise rate and area ratio on the southern slope were higher than those on the northern slope, and the vegetation on the southern slope improved more than that on the northern slope. The Qinling Mountains showed an insignificant humidification trend. The humidification rate and humidification area of the northern slope were greater than those on the southern slope. 2) Vegetation on the northern slope of the Qinling Mountains was more sensitive to hydrothermal dynamics than that on the southern slope. Vegetation was most sensitive to hydrothermal dynamics from March to June on the northern slope, and from March to May(spring) on the southern slope. The vegetation on the northern and southern slopes was mainly affected by hydrothermal dynamics on a scale of 3–7 months, responding weakly to hydrothermal dynamics on a scale of 11–12 months. 3) Some 90.34% of NDVI and SPEI was positively correlated in the Qinling Mountains. Spring humidification in most parts of the study area promoted the growth of vegetation all the year round. The sensitivity of vegetation responses to hydrothermal dynamics with increasing altitude increased first and then decreased. Elevations of 800 to 1200 m were the most sensitive range for vegetation response to hydrothermal dynamics. The sensitivity of the vegetation response at elevations of 1200–3000 m decreased with increasing altitude. As regards to vegetation type, grass was most sensitive to hydrothermal dynamics on both the northern and southern slopes of the Qinling Mountains; but most other vegetation types on the northern slope were more sensitive to hydrothermal dynamics than those on the southern slope.     

秦岭陕西段南北坡植被对干湿变化响应敏感性及空间差异

秦岭位于暖温带与亚热带交界处,也是中国南北地理分界线,秦岭南北坡植被对干湿变化响应敏感性,可以折射出暖温带、亚热带地区主要植被类型对于湿变化的响应规律和机制特征,对深入理解不同气候带植被变化规律具有重要意义.本文利用秦岭山地32个气象站点的气象数据和MODIS NDVI时间序列数据集,探讨了2000-2018年秦岭南北...     

秦岭中部山地降水的垂直变化研究

明确秦岭高海拔山区降水的变化规律,是深入理解秦岭作为中国南北地理过渡带特征、认识秦岭水资源在南水北调中线工程中重要作用的前提。但秦岭高海拔地区长期缺乏有效的降水观测数据,导致对其降水变化缺乏了解。利用2018年6月1日—2019年5月31日秦岭太白山海拔3760 m实测降水数据,发现在秦岭海拔3760 m处年降水量可达1300 mm,远高于汉江盆地和关中平原600~800 mm的年降水量。在此基础上,检验了克里金（Kriging）、反距离加权（IDW）和薄盘样条（ANUSPLIN）插值方法,以及GPM修正数据（GPM-cal）和ERA5再分析资料对秦岭中部山地年和季节降水空间模态的再现效果,各方案均能揭示秦岭高山区是降水高值中心,且降水随海拔的升高而增大,但利用克里金、反距离加权插值方案不能得到准确的高海拔降水值,与此相比,GPM-cal数据、薄盘样条插值与ERA5资料能较准确刻画秦岭中部山地年降水量随地形的变化。水汽通量分析显示,秦岭凭借高大地形对600 hPa高度以下的南来湿润气流具有明显的阻挡、强迫和拦截作用,使其南坡成为区域降水高值中心。结合高山区降水观测、薄盘样条插值、多源格点资料和数据修正方法,是认识秦岭山地降水形成和变化的有效途径。     

利用树轮重建秦岭地区历史时期 初春温度变化

采用树木年轮气候学方法,利用秦岭地区树轮长年表资料重建秦岭地区历史时期初春温度,表明各气象站点重建序列与器测序列均呈显著的正相关关系,其中重建序列与实测记录的相关系数最高可达0.7以上,其他站的相关系数取值也均接近或超过0.6,说明重建序列能较好地反映秦岭地区的初春温度变化。对重建序列的分析结果表明,近300年来秦岭地区的初春温度变化存在明显的冷暖时段：1715~1740年、1773~1804年和1893~1958年三个时段的初春温度相对较高,持续时间分别为26年、32年和66年;而1741~1772年、1805~1892年、1959~1992年三个时段的初春温度相对较低,持续时间分别为32年、88年和34年,在整体上具有升温快速降温缓慢的特征。重建结果的变化趋势与其他相关研究结果极为一致。但是在20世纪后期,无论是在重建序列还是在器测序列中至少到1992年均未反映出明显的增温趋势。秦岭西部地区初春季节变冷与增暖的幅度均大于秦岭中东部地区。此外,秦岭地区初春温度变化具有100年左右、50~60年、7~8年以及2~3年等准周期变化特征。     

基于植被分区的秦岭年降水分区验证及其年际变化

通过旋转经验正交分解方法对秦岭年降水量进行分区,比较秦岭降水量客观分区与植被南北分界线的一致性,运用滑动t检验、累积距平和小波方法分析了各分区的气候变化特征。主要结论为：秦岭区域可以按年降水量分为4个区域,其中秦岭中段南北分区与植被分区界线相近,走向相同;秦岭各分区多年降水量一致表现为减少趋势,近57年来,各区大约减少了一成左右的降水量;秦岭区域年降水量在近57年里发生了多次转折,最明显的转折期发生在20世纪80年代,2001年前后秦岭区域降水出现了波动增加的趋势,但增加的趋势强度还比较弱,难以达到20世纪80年代的丰水顶峰时期;秦岭各分区最显著震荡周期2~4年。建议在开展气候区划和气候变化研究时,应该考虑年降水量分区与植被自然分区的一致性。     

全球气候变化下秦岭南北气温变化特征

选取秦岭南麓1 000 m划分方案,运用气候倾向率、线性拟合方程、Mann-Kendall非参数检验、小波分析等气候数理统计方法,分析秦岭南北气温变化特征。结果表明:近50 a秦岭南北气候变化具有同步性,增温趋势明显;在气温突变方面,关中地区气温突变(1995年)早于陕南(1998年)。通过近10 a秦岭南北气温时空格局演变分析,认为秦岭地区气温变化符合全球变化规律,其变化是自然因素和人类活动共同作用的结果,在小尺度上人类活动干扰尤为明显(特别体现在快速城市化影响气温上升)。