2000—2020年广州城市绿地生态系统时空变化及其对地表蒸散的影响

采用MOD16A2GF/ET产品作为广州地区地表蒸散发（ET）数据,结合Landsat数据与广州市及其周边共38个气象站点监测数据,运用遥感解译等方法,对2000—2020年广州城市绿地生态系统结构的时空变化及地表蒸散发对绿地生态系统格局演变的响应进行研究。结果表明：1) 2000—2020年广州城市绿地总面积呈减少趋势。地表覆盖类型的变化主要表现为大量非林地植被转出变为城乡、工矿、居民用地等建设用地或未利用地,一部分转化为林地。近20年来广州市城市绿地生态系统内林地占比呈上升趋势。2) 2000—2020年广州年均蒸散量总体呈上升趋势,并且与林地占比存在一定的正相关关系;地表蒸散量的增减与不同蒸散能力地表类型间的相互转化存在较高的空间一致性。3) 2000—2020年广州蒸散量与降水量、相对湿度和气温呈正相关,与气压、日照时数、风速呈负相关;但各气象因子与蒸散量呈显著及以上相关程度区域的面积占比偏低,不能解释为区域蒸散量上升的主要驱动因素。4）由于森林生长周期、气候条件等原因,2000—2020年广州范围内地表蒸散量增加与城市绿地生态系统的空间变化在时间上并没有同步发生,表现出一定的...     

华北平原蒸散和GPP格局及其对气候波动的响应

华北平原水资源不足影响农业和经济的可持续发展,威胁国家的粮食安全。有效地预测区域的蒸散量和用水效率是合理配置农业和生态用水的前提。本文发展了一个基于遥感植被指数的蒸散和植被生产力模型,利用MODIS遥感信息模拟了华北平原2000-2009 年的蒸散和第一性生产力(GPP)。结果表明,年和生长季累积蒸散和GPP的分布具有纬度地带性,冬小麦季则更为明显。水分盈亏分析表明,降水显著低于蒸散的地区主要分布在黄河流域以北,南部地区降水有盈余。年尺度上,黄河以北地区水分亏缺0~300 mm;在小麦生长发育期,几乎全区水分亏缺0~400 mm;在玉米生长发育期,黄河以北地区水分亏缺0~100 mm。此外,蒸散和GPP的年际变化明显,既受气候波动的影响,也受植被的动态响应调节。     

2000-2012年陕甘宁黄土高原区地表蒸散时空分布及影响因素

分析陕甘宁黄土高原区地表蒸散变化特征及其影响因素,可以为区域水资源规划、生态环境改善提供依据。本文利用MOD16蒸散数据,统计分析了陕甘宁黄土高原区2000-2012年地表实际蒸散量的时空变化特征,并结合国家气象站点观测数据和基于像元的相关分析法探讨了其影响因素。结果表明:(1) 2000-2002年蒸散量迅速上升,在2003年达到最高值378.6 mm, 2003-2006年蒸散量呈下降趋势,2006年之后蒸散量呈现缓慢上升趋势。(2) 近13年来,陕甘宁黄土高原区多年平均蒸散量具有明显的空间差异,蒸散量自西北至东南递增,最南部的六盘山、子午岭、黄龙山地是3个主要的高值区;年蒸散量以夏季最多,其次是春季,秋季和冬季最少,且季节蒸散的分布与年蒸散的空间分布格局基本一致。(3) 陕甘宁黄土高原区蒸散量草地和耕地的贡献率最高,密灌丛、疏灌丛次之,常绿针叶林、森林草原贡献率则较小。(4) 陕甘宁黄土高原区动力因素对地表蒸散量影响以正相关为主,风速对该区影响较大;热力因素对地表蒸散量影响以负相关为主,其中气温与蒸散在空间上呈负相关的区域较大,日照时数与蒸散在空间上的负相关区域的面积次之;水分条件(降水量、相对湿度)对蒸散的影响也以正相关为主。     

柴达木盆地沙尘暴天气影响因素

以柴达木盆地9个地面气象站点1961—2016年的逐日观测资料,分析该地区沙尘暴发生频率与气象因子和地表因子的关系,对比沙尘暴发生日与未发生日的气象因子和地表因子的差异。结果表明:①柴达木盆地沙尘暴日数与风速、大风日数有显著正相关关系,是影响最大的气象因子;气温与沙尘暴日数存在正相关性,但各地区有差异;相对湿度和降水对沙尘暴日数有明显的抑制作用;日照时数与沙尘暴日数存在弱的正相关关系。②植被对沙尘暴有抑制作用,但对柴达木盆地北部沙尘暴日数的抑制作用不显著;冻土深度对沙尘暴的影响存在滞后效应,滞后时间为2—3月。③沙尘暴发生时日最低气温偏高,相对湿度偏大,降水偏多,风速明显偏大,日照时数偏小,气温(地温)差偏小;日照时数小是沙尘暴发生的必要不充分条件。     

植被恢复与气候变化影响下的鄱阳湖流域蒸散时空特征

蒸散是地球表层物质循环与能量交换过程的重要组成部分,了解其时空特征和影响因素具有重要的科学意义。以鄱阳湖流域为研究区,基于WaSSI-C生态水文模型,利用气象数据、叶面积指数数据和土壤数据等估算1983-2011年鄱阳湖流域蒸散,分析其时空特征,并通过情景模拟定量分析植被恢复和气候变化对蒸散的影响。研究表明：鄱阳湖流域蒸散多年均值变化范围为741~914 mm/a,植被和降水量分布是造成流域蒸散空间差异的主要原因;近三十年来鄱阳湖流域蒸散呈阶段性增长趋势,增长率为1.495 mm/a;植被、气温和降水对鄱阳湖流域蒸散的单独影响均为正向,但气温和降水的联合效应会导致蒸散下降;鄱阳湖流域蒸散变化的主导因素具有空间差异性,从整体上看,植被恢复是驱动蒸散呈增加趋势的主要原因,而气候变化是导致蒸散年际波动的主要原因。     

马尾松树轮宽度与气候因子关系的地域差异--以九岭山和九连山为例

在全球变暖背景下,树轮宽度与气候因子关系的地域差异研究,将为预测森林生产力、种群分布等变化提供重要信息。以中国东南地区马尾松为例,利用其分布中心区九岭山和分布南缘九连山两地的树轮样本,分别建立了树轮宽度差值年表,并与两地平均气温、降水量、相对湿度和日照时数4个气候因子做相关分析。结果表明：两地年表均与冬春季（1—3月）平均气温显著正相关,与上一年11月日照时数显著负相关,验证了在中国东南地区利用树轮宽度重建冬春季平均气温的可行性;九岭山年表与上一年气候因子的相关性显著高于九连山地区,表现出气候对分布中心区的马尾松生长产生更为明显的滞后效应,对该差异从两地树轮早材率角度进行了合理的解释;在不区分上一年和当年的前提下,九连山年表与生长季中晚期（7—10月）气温显著负相关,与降水和相对湿度显著正相关,而九岭山年表在该时段内与气温和日照时数显著正相关,与降水和相对湿度显著负相关,这说明生长季中晚期由高温干旱而导致的水分胁迫作用是南界马尾松径向生长的主要气候限制因子,而分布中心区的马尾松径向生长可能受到一定程度的高湿环境制约。     

马尾松树轮宽度与气候因子关系的地域差异——以九岭山和九连山为例

在全球变暖背景下,树轮宽度与气候因子关系的地域差异研究,将为预测森林生产力、种群分布等变化提供重要信息。以中国东南地区马尾松为例,利用其分布中心区九岭山和分布南缘九连山两地的树轮样本,分别建立了树轮宽度差值年表,并与两地平均气温、降水量、相对湿度和日照时数4个气候因子做相关分析。结果表明:两地年表均与冬春季(1—3月)平均气温显著正相关,与上一年11月日照时数显著负相关,验证了在中国东南地区利用树轮宽度重建冬春季平均气温的可行性;九岭山年表与上一年气候因子的相关性显著高于九连山地区,表现出气候对分布中心区的马尾松生长产生更为明显的滞后效应,对该差异从两地树轮早材率角度进行了合理的解释;在不区分上一年和当年的前提下,九连山年表与生长季中晚期(7—10月)气温显著负相关,与降水和相对湿度显著正相关,而九岭山年表在该时段内与气温和日照时数显著正相关,与降水和相对湿度显著负相关,这说明生长季中晚期由高温干旱而导致的水分胁迫作用是南界马尾松径向生长的主要气候限制因子,而分布中心区的马尾松径向生长可能受到一定程度的高湿环境制约。     

近15 a黄土高原植被覆盖时空变化及驱动力分析

研究黄土高原地区植被覆盖变化及其驱动因素可以揭示研究区气候变化和人工生态调节过程对植被变化的影响。基于500 m分辨率的MODIS-NDVI数据和同期气象数据,运用均值法、斜率分析法、相关分析法及残差法,分析了2001-2015年黄土高原的植被时空演变变化特征及其驱动因素。结果表明：近15 a黄土高原植被在季度上总体都呈现增加趋势且存在一定差异,夏、秋季植被增加最为明显;黄土高原植被覆盖在空间上呈现自东南向西北递减的分布特征;植被NDVI变化在不同季节上都存在明显的空间差异;黄土高原植被NDVI对气温、降水的响应关系有明显的季节差异,并在空间上与降水的相关性显著,与温度相关性不明显;人类活动对植被覆盖变化有双重影响,其中生态恢复工程是黄土高原中部地区植被覆盖快速增加的重要因素。     

无定河流域水量平衡变化的模拟

利用黄土高原无定河流域1982~1991年的水文气象、土地利用、土壤质地、数字高程和NOAA-AVHRR遥感信息,建立基于土壤-植被-大气传输机理的分布式生态水文模型,模拟流域水量平衡的时空分布。研究结果发现,该流域的年平均植被指数(NDVI) 的年际变化不明显,但NDVI最大值的年际变化显著。该流域年累计NDVI与降水年总量关系不明显,说明该流域植被的生长并不完全受控于降水总量。模拟的实际蒸散量用无定河及其岔巴沟子流域实测降水与实测径流的差值进行验证,误差小于5%。整个流域模拟时段的平均降水量为372±53 mm yr-1,实际蒸散量为334±33 mm yr-1,其中蒸腾为130±21 mm yr-1,有明显的年际波动。地表径流的年际变化相对较小。蒸散发的季节变化特征与降雨基本一致,即7、8、9月雨季高,其他月份低。降水量和实际蒸散量呈现显著的空间分异性,表现出由东南(高NDVI) 向西北(低NDVI) 递减的梯度差异。地表径流的空间分异亦沿东南-西北梯度变化,但高值分散在中部。以岔巴沟子流域1991年的地表覆被度为基准,发现在全流域都覆盖上某一种植被的情况下,蒸腾和土壤蒸发的变化非常明显,地表径流和实际总蒸散的变化并不显著。只有在全流域都变成荒漠情景下,实际总蒸散才显示出较明显变化(17%),表明在西北干旱半干旱区,土地利     

基于MODIS数据的无定河流域蒸散模拟

利用黄土高原无定河流域水文气象资料、MODIS数据及GIS背景信息,应用分布式生态水文模型（VIP模型）,按250m空间分辨率模拟了该流域水量平衡各分量的时空分布。结果表明:2000²003年无定河流域年蒸散量分别为300 mm、397 mm、460 mm和443 mm;流域蒸散有明显的由南向北,由东到西的梯度递减特征,降水量和地表植被覆盖度的差异是其空间变异的主要因素;蒸腾与蒸发空间分异显著,但两者的变化相互补偿,降低了蒸散的空间变异性。整个流域平均而言,不同植被类型间的年蒸散总量差异不明显。白家川等9个子流域年蒸散量的模拟结果与水量平衡法估计结果具有较好的一致性。     

1980-2019年西北地区海拔依赖性变暖与雪雨比的关系研究北大核心CSCD

海拔依赖性变暖(EDW)及其机制是近年来的热点研究问题,目前对于中国西北地区EDW及其与降水相态变化之间的关系尚不清晰。本研究利用1980—2019年西北地区185个站点的日气温与降水数据,对西北地区EDW、雪雨比、降雪量、降雨量变化的关系进行了探讨。结果表明:①整个西北地区秋季、冬季存在EDW,年尺度不存在EDW。从空间分布来看,半干旱区夏季、半湿润区春季和冬季、青藏高原区冬季存在EDW,各气候区年尺度也不存在EDW。②西北地区在空间上雪雨比变化与海拔关系并不显著,只有半湿润区春季雪雨比下降速率随海拔升高而增大,其与EDW有显著的统计负相关。此外,半湿润区1000 m以下和1000~2000 m区间春季气温与雪雨比变化之间呈显著负相关关系。③西北地区在空间上降雪降雨量变化与海拔关系也并不显著,只有半湿润区1000 m以上春季降雪量下降率随着海拔升高而增大,其与EDW有显著的统计负相关。此外,半湿润区1000~2000 m和2000~3000 m区间春季气温与降雪量变化呈显著负相关关系,半干旱区2000~3000 m区间春季、青藏高原区各海拔区间春季、河西走廊及内蒙古西部1000~2000 m区间秋季、青藏高原区2000~4000 m区间秋季气温与降雨量变化呈显著正相关关系。西北地区EDW与降水相态变化之间存在复杂的关系,其相互作用机制存在明显的时空差异,还需要进一步深入研究。     

2000-2015年石羊河流域植被覆盖度及其对气候变化的响应

内陆河流域植被覆盖度的敏感性是预测未来生物多样性变化的重要指标,是植被应对气候变暖的重要反馈。分析了2000-2015年MODIS-NDVI数据反演的植被覆盖度时空动态变化趋势,结合平均气温、降水量、日照时数、相对湿度、地面温度和蒸发量数据,研究了流域及各生态功能区的植被覆盖度与气候因子的相关性,探讨植被覆盖度变化过程中的气候因素制约方式,了解不同时空尺度下内陆河流域植被覆盖度在全球暖湿化过程中对气候的响应。结果表明：（1）石羊河流域平均植被覆盖度较低,上游的植被覆盖度59.4%,下游13.6%;2000-2015年,流域植被呈现改善趋势的面积远远大于退化的面积,盆地绿洲区植被覆盖度增加趋势最明显。流域植被总体恢复较好,但高海拔地区、城市和民勤绿洲的周边地区植被有不同程度的退化。（2）2000-2015年,石羊河流域各气候因子对植被覆盖度表现为不显著的相关关系,其中与降水量呈正相关的面积最大,与蒸发量呈负相关的面积最大;从上游到下游,植被生长与热量的相关程度逐渐变弱,与水分的相关程度则逐渐增强。（3）石羊河流域的植被覆盖度与气候因子的样条函数存在极显著的线性相关,水原涵养区和荒漠区的植被覆盖度对气候因子的响应较高;绿洲区的植被覆盖度对气候因子的响应相对较低。地面温度的变化是影响石羊河流域植被覆盖度空间格局变化的主要气候制约因素。     

黄河源区气候—植被—水文协同演变及成因辨析

全球变化下黄河源区水文过程的演变影响流域生态系统的水源涵养功能,流域植被改变也影响水循环。本文基于气候、植被信息和VIP分布式生态水文模型,开展黄河源区水碳循环要素变化的集成模拟,分析了气候—植被—水文要素的协同演变机制。结果表明,2000年以来黄河源区气候呈暖湿化趋势;植被绿度明显提高,2010—2019年比2000—2009年平均增加了4.5%;生长季延长了至少10 d;植被生产力（GPP）显著上升,倾向率为4.57 gC m^-2 a^-1;植被恢复措施对GPP变化的贡献约为23%,气候变化和大气CO₂升高的施肥效应的贡献为77%。源区植被蒸散量（ET）呈增加趋势,倾向率为2.54 mm a^-1,水分利用效率（WUE）亦提高,平均相对上升率为5.1% a^-1。GPP、ET和WUE年总量及其变化率在海拔4200 m以下随高度上升而减小,之后变化趋缓。源区植被绿度和径流系数与当年和前一年降水呈显著正相关,反映降水蓄存于植物根层土壤的遗留效应。蒸散增强在一定程度上有利于源区地表—大气之间的水分再循环,帮助缓解生态恢复引起的产水能力下降,促进降水—植被—径流之间的良性互馈关系的形成。揭示水文对气候变化和植被恢复的响应和互馈机制,可为生态恢复措施对源区水源涵养功能的影响及效应的定量评估提供科学依据。     

1982-2006 年中国东部春季植被变化的区域差异

分析了中国东部1982-2006 年4-5 月归一化差值植被指数(NDVI) 的空间格局和变化趋势空间分布,通过聚类分析辨识了植被活动变化过程的主要模态,并探讨了他们与温度和降水变化的相关关系。结果表明：(1) 多年平均的春季植被活动呈现南强北弱的分布特征,由强到弱的过渡带大约位于34°~39°N;(2) 1982-2006 年,华北平原、呼伦贝尔草原和洞庭湖平原的春季植被活动呈显著增强的趋势,其中华北平原NDVI 增速高达0.03/10 年(r² = 0.52;p <0.001),长三角和珠三角地区则呈显著减弱的趋势,其中长三角地区NDVI减速达-0.016/10 年(r² = 0.24;p = 0.014);(3) 1982-2006 年春季植被活动变化过程的区域差异鲜明,并呈现层次性特征,首先是长三角和珠三角与其他地区的差异,前者呈减弱趋势,后者呈增强趋势,其次是呼伦贝尔草地、华北以及江南—华南地区与东北地区、内蒙古东部和东南部及长江下游地区的差异,前者持续增强,后者以1998 年为分界点先增强后减弱,再次是各个模态年际变率的差异;(4) 半湿润—半干旱的草地和农田区植被活动与降水量变化显著正相关,半湿润—湿润的森林区植被活动与温度变化显著正相关,温度或者降水最高能解释NDVI 60%的方差。     

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。     

2000~2010年陕北地区植被NDVI时空变化及其与区域气候的关系

采用相关关系分析、空间统计分析和叠置分析,研究陕北地区2000~2010年植被NDVI的时空变化特征,并从温度和降水2个方面分析植被NDVI变化与区域气候的关系。研究表明,该地区植被NDVI经历了从相对快速增长到小幅波动,再到平稳增长3个阶段。其中,陕北中东部区域植被覆盖增加显著,北部变化不大,南部略微下降。同期该区域气候干热化趋势有所改善,植被覆盖变化与区域气候相关性不高,气候对植被覆盖的影响主要表现为对植被生长期年内韵律的控制方面。     

1960~2005年西北地区低云量的时空变化及成因分析

基于西北地区177个站点1960~2005年逐日的低云量观测资料,运用地统计学、交叉小波分析和多元回归分析,分析了近46 a来西北地区低云量的时空变化特征及影响因素。结果表明：近46 a来西北地区低云量呈较显著上升趋势,1997年之后上升显著。低云量空间呈自东南向西北递减的趋势。低云量与降水、相对湿度等呈显著的正相关,与昼夜温差、日照时数等呈显著的负相关。低云量存在2~4 a、准6 a、准11 a的周期变化,与宇宙射线在1982~1993年存在5~8 a的共振周期,与NOI指数存在2~4 a、准5 a、准11 a的共振周期,和太阳黑子的共振周期为9~11 a。     

基于NDVI的黄河源区生长季植被时空变化及其与气候因子的关系

为掌握黄河源区植被变化趋势及其与气候因子的关系,本研究利用2000—2013年Terra/MODIS NDVI数据和同期气温、降水资料,通过一元线性回归分析、相关分析等方法,对黄河源区生长季植被时空变化及其与气候因子进行关联分析。结果表明:黄河源区多年平均生长季NDVI整体表现为由东南向西北递减。2000—2013年,黄河源区生长季NDVI呈波动上升趋势(P0.01);生长季各期NDVI均在增加,其中生长季初期NDVI增加较显著。近十几年NDVI无显著变化区域占黄河源植被覆盖区面积的69.58%,分布广泛;极显著和显著增加区域占28.88%,集中在黄河源东北部、扎陵湖和鄂陵湖周围;极显著和显著减少区域仅占1.54%,主要以小斑块状分布在扎陵湖、鄂陵湖以上源头区。生长季NDVI与气候因子显著正相关区域和NDVI增加区域高度一致,意味着黄河源区暖湿化促进了植被生长,而降水是影响黄河源区植被生长的主导因子。气温和降水对黄河源区植被生长影响的最大时间滞后效应约为16天或32天,且气温对黄河源区植被生长的影响还具有显著的同期效应。     

秦岭山地植被NDVI对气候变化与人类活动的响应

秦岭山地是中国中东部重要的地理界线和山地生态系统最为丰富的区域之一,对气候变化和人类活动的影响较为敏感。基于秦岭山地MODIS NDVI、气温、降水和DEM数据,利用线性趋势法、相关系数、偏相关系数和缓冲区方法,分析了植被NDVI对气候变化与人类活动的响应,结果表明:(1)2000—2015年秦岭山地植被NDVI总体呈线性增加趋势,占总面积的84.84%。减少趋势主要分布在中西部区域(中、高海拔地区)以及河流谷地、盆地,如汉中市、安康市和商洛市等城市附近区域。(2)2000—2014年秦岭山地植被NDVI与气温之间以负相关为主,与降水之间以正相关为主,同时气温、降水对植被NDVI的影响具有交叉作用,其中降水的交叉作用(10.05%)高于气温的作用(9.64%)。(3)市级较县级范围人类活动强烈,植被NDVI在1 km范围变化速率为正(植被增加)、2~5 km范围变化速率为负(植被恶化,可能遭受人为破坏)、6~10 km范围变化速率为正(人类活动相对较弱)、11~15 km范围变化趋于平稳(基本不受人类活动影响)。该研究可为秦岭山地植被生态环境保护和人类活动调整与限制提供科学依据。     

基于MODIS数据的博斯腾湖流域地表蒸散时空变化

基于2002～2009年期间的MODIS遥感数据和气象观测数据,运用能量平衡法计算博斯腾湖流域的地表蒸散量,蒸散平均绝对误差为12.39 mm,相对误差为14.15%。根据遥感反演结果分析了研究区地表蒸散的时空变化特征及其与降水、气温等气候因子的关系。博斯腾湖流域年地表蒸散表现出西北高东南低的空间分布格局,明显受到土地覆盖类型的影响。蒸散季节变化主要表现为单峰形式,夏季蒸散量占全年总蒸散量的48.10%。降水、气温对于博斯腾湖流域的地表蒸散变化有重要影响,并且在不同季节中两者的贡献度存在很大差异。