中国内陆河流域植被对气候变化的敏感性差异(英文)

Terrestrial ecosystem and climate system are closely related to each other. Faced with the unavoidable global climate change, it is important to investigate terrestrial ecosystem responding to climate change. In inland river basin of arid and semi-arid regions in China, sensitivity difference of vegetation responding to climate change from 1998 to 2007 was analyzed in this paper. (1) Differences in the global spatio-temporal distribution of vegetation and climate are obvious. The vegetation change shows a slight degradation in this whole region. Degradation is more obvious in densely vegetated areas. Temperature shows a gen-eral downward trend with a linear trend coefficient of -1.1467. Conversely, precipitation shows an increasing trend with a linear trend coefficient of 0.3896. (2) About the central tendency response, there are similar features in spatial distribution of both NDVI responding to precipitation (NDVI-P) and NDVI responding to AI (NDVI-AI), which are contrary to that of NDVI responding to air temperature (NDVI-T). Typical sensitivity region of NDVI-P and NDVI-AI mainly covers the northern temperate arid steppe and the northern temperate desert steppe. NDVI-T typical sensitivity region mainly covers the northern temperate desert steppe. (3) Regarding the fluctuation amplitude response, NDVI-T is dominated by the lower sensi-tivity, typical regions of the warm temperate shrubby, selui-shrubby, bare extreme dry desert, and northern temperate meadow steppe in the east and temperate semi-shrubby, dwarf ar-boreous desert in the north are high response. (4) Fluctuation amplitude responses between NDVI-P and NDVI-AI present a similar spatial distribution. The typical sensitivity region mainly covers the northern temperate desert steppe. There are various linear change trend re-sponses of NDVI-T, NDVI-P and NDVI-AI. As to the NDVI-T and NDVI-AI, which are influ-enced by the boundary effect of semi-arid and semi-humid climate zones, there is less cor-relation of their linear change tendency along the border. There is stronger correlation in other regions, especially in the NDVI-T in the northern temperate desert steppe and NDVI-AI in the warm temperate shrubby, selui-shrubby, bare, extreme and dry desert.     

基于GIMMS 3g NDVI的近30年中国北部植被生长季始期变化研究

基于全球库存建模与绘图研究第三代归一化差值植被指数（GIMMS 3g NDVI）、土地利用和气温降水数据,利用NDVI时间序列谐波分析法(HANTS)重构了中国北部地区原始植被NDVI,用一元六次多项式拟合了植被生长曲线并结合逐像元动态阈值法提取了中国北部地区1983~2012年植被生长季始期并分析了其时空变化及对气温和降水的响应情况。结果表明：①GIMMS 3g NDVI具有较长的时序特征和较好的数据质量,经HANTS时间序列谐波分析后能很好的表现植被生长季曲线特征,可用于后续植被生长季的研究。② 北部地区生长季始期均值主要集中分布在80~150βd之间,全区30βa平均为111.6βd,东北平原、华北平原、河套平原、新疆天山和阿尔泰地区生长季始期早于其它区域。③ 研究时段内北部地区生长季始期总体上呈提前趋势（R²=0.19）,空间上由西北向东北逐渐推移,明显提前的区域主要分布在内蒙古中东部、东北平原、陕西南部和新疆天山的部分地区,明显推迟的区域主要分布在青藏高原高寒地区。④ 因植被类型的不同和区域的差异,生长季始期对气温和降水的响应程度不同,春季气温是影响生长季始期变化的主要自然因素。     

近55 a新疆净生态系统生产力对气候变化的响应

新疆地处干旱和半干旱气候区,明确其生态系统的碳汇大小及其对气候变化的响应对研究中国干旱区植被碳汇及其对陆地碳平衡的贡献具有重要意义。基于最新地面气象观测数据,利用大气植被相互作用模型AVIM2（Atmosphere-Vegetation Interaction Model 2）,在0.05°×0.05°经纬度空间网格上估算分析了1961-2015年新疆净生态系统生产力（NEP）的时空分布特征及其对气候变化的响应。研究结果表明：近55 a新疆NEP平均值为14.4 gC·m^-2,没有明显变化趋势。空间上看,约40%地区的NEP呈下降趋势,主要分布在天山两麓的城市人口聚集区;而60%地区NEP呈上升走势,其主要分布在新疆昆仑山脉、天山山区和人烟稀少的荒漠地区。新疆NEP对降水量变化更为敏感,气温的变化对NEP的影响并不显著。虽然新疆平均碳汇随着年降水量的变化而在源与汇之间波动,但是从多年平均来看,新疆仍然为碳汇区。     

气候要素及El Niño/La Niña事件对中国陆地NPP变化的影响

植被净初级生产力（NPP）是表征陆地生态系统碳循环的重要指标,也是人类社会赖以生存与发展的物质基础。基于遥感—过程耦合模型（GLOPEM-CEVSA模型）模拟的中国区域NPP数据和气象站点观测资料以及厄尔尼诺/拉尼娜（El Ni?o/La Ni?a）事件信息,利用GIS空间分析技术和数理统计方法研究了中国植被NPP的时空格局、动态变化以及气候要素和El Ni?o/La Ni?a气候事件对其影响。结果表明,1982-2011年,中国植被NPP总体上以5.66 gCm^-2(10a)^-1的趋势增长,空间上,植被NPP在中国西部和东北北部、东部地区增加,而在东北中部、华北平原、内蒙中东部、长三角和珠三角地区减少。中国江淮地区植被NPP的降低与日照时数的减少具有较好的对应关系,在华北地区和新疆北部,NPP的增减取决于降水量的增减。东北地区日照时数的增加和气温的升高则是NPP增加的主要原因。就全国整体而言,在El Ni?o年植被NPP增加的区域略多于减少的区域,在La Ni?a年NPP增加的区域则与减少的区域基本相等,日照时数是造成El Ni?o年与La Ni?a年植被NPP差异的主要气候因子。未来需要更加关注辐射、极端气候事件以及人为空气污染对中国不同地区植被的影响。     

中国生态系统生产力区划

生态系统生产力区划是对生态系统生物生产能力在不同地域的差异性和相似性进行分区，本项研究根据序列划分、相对一致性、主导生态系统、区域生态系统共轭性、县级行政单元完整性等原则，把全国划分为12个1级区（生态系统生产力区域）、64个2级区（生态系统生产力地区），区划结果反映出中国生态系统生产力等级分布存在有明显的等级阶梯分布，而且这种阶梯分布与中国地貌轮廓的3级台阶有良好的关联，总的来说，全国大部分生态地区生态系统生产力水平可以农田生态系统的发展水平作为参照，而有些生态地区由于其利用结构的特殊性、对各类生态系统投入的不平衡导致了农田生态系统生产力与综合的生态系统生产力水平的变异。     

应用遥感数据研究中国植被生态系统与气候的关系

应用1982-1994年NOAA/AVHRR的归一化植被指数（NDVI）资料和587个气象台站的数据对我国不同类型植被生态系统和气候的关系进行研究，首先将我国的植被类型划分为21类，在此基础上分别研究了不同时间尺度下我国不同区域，不同植被类型和气候的关系。结果表明：在多年平均状态下，植被生态系统NDVI水平主要受水分条件的影响；年内变化上，温度对植被生态系统季相变化化起着比降水略大的作用，年降水量造成了植被季相响应的差异，在年际变化上，分别研究了4个季节和整个生长期尺度上的关系，一般情形为温度和降水对植被的年际波动起着大致相反的作用，不同植被类型在不同的生长时期（季节）对气候的变化响应方式也不同，发现在植被的生长期，我国南方和北方的植被生态系统对温度和降水的响应方式相反；同时存在2个植被-气候敏感区，分别为我国北方的典型草原到森林的过渡区和云南中部部分区域。     

东亚土地覆盖动态与季风气候年际变化的关系

以东亚地区1982－1989年时间序列降水资料及AVHRR 8km NDVI数据为基本数据源，应用地理信息系统技术，分别研究了东亚地区夏季（5－9月）降水及土地覆盖的年际变化，并揭示了研究时间段内各自的变化规律。进一步用奇异值分解（SVD）模型方法分析了以降水变化为表征的东亚地区气候年际变化与土地覆盖年际变化之间的关系。     

鄱阳湖环湖区生态系统服务价值时空变化及权衡协同关系

基于修订的当量因子表,结合1988—2020年7期土地利用数据,运用GIS数据处理和空间分析等方法探究了鄱阳湖环湖区生态系统服务价值的时空演变特征,同时引入生态系统服务权衡协同度模型对食物生产、水文调节、土壤保持等7项生态服务功能进行权衡与协同分析。结果表明：① 1988—2020年鄱阳湖环湖区生态系统服务价值从577.95亿元增至592.50亿元,呈先增后减再增的波动变化特征。② 生态系统服务价值的空间分布表现为明显的不均衡性,ESV显著减少的区域为南昌市区、九江市区以及其它各区县的城镇建成区,生态系统服务价值增加的区域均匀分布在研究区东北和西北地区以及靠近研究区外侧的东南和西南地区。③ 协同关系为生态系统服务之间的主导关系,权衡关系较少且主要存在于食物生产与其他服务之间。     

2001—2017 年三江源区典型草地群落碳源/ 汇模拟及动态变化分析

碳源/汇是解释地球大气碳循环过程的重要指标,探究三江源的碳源/汇特征对于理解该地 区植被对全球气候变化的响应具有重要意义。三江源以脆弱的草地生态系统为主,且对全球气候 变化非常敏感。该地区生态环境极其脆弱,大部分地区条件恶劣导致实测数据稀缺,很难对该地 区的碳源/汇时空格局进行完整剖析。因此通过以三江源 5 种典型草地群落（金露梅、紫花针茅、风 毛菊、小蒿草、及青藏薹草群落）为研究对象,基于 BIOME-BGC 模型,利用地理数据、气象数据和植 被生理参数等数据,得出 2001—2017 年三江源草地群落的净初级生产力（NPP）、净生态系统生产 力（NEP）模拟值,并对草地群落 NPP、NEP 变化特征与气温、降水相关性以及碳利用效率变化等特 征进行了综合分析。结果表明：三江源区 NPP、NEP 在空间格局上,表现为由东南向西北数值逐渐 递减趋势;5 种典型草地群落多年 NPP 均呈现逐年增高趋势,其平均值为 196.06 g C·m ^-2·a ^-1。其 中,金露梅群落 NPP 平均值最高为 342.00 g C·m^-2·a^-1,青藏薹草群落 NPP 平均值最低为 55.93g C·m^-2·a^-1;5 种草地群落 NEP 的多年平均值为 49.02 g C·m^-2·a^-1,金露梅、紫花针茅及青藏薹草 3 种植 被群落的 NEP 值呈缓慢的上升趋势,风毛菊和小蒿草群落呈缓慢下降趋势。研究发现三江源草地 生态系统具有显著的碳汇作用,且不同群落 NPP、NEP 对气温和降水的响应程度有所差异,5 种群 落 NPP 与气温均呈显著正相关,但 NPP、NEP 与降水量的相关性较低;5 种群落均具有较强固碳潜 力,除金露梅外其余植被群落的碳利用率均在 0.625 以上。     

2000年以来朝鲜植被覆盖变化及其与气候因子的相关性研究

生态环境的可持续与人类福祉和生态系统服务息息相关,研究植被覆盖变化及其与气候因子的相关性,探讨植被覆盖时空变化规律,探究气候因子对植被变化的驱动机制,对预见气候因子对生态系统影响、制定生态环境可持续保护策略具有深远意义。基于此,利用美国国家航空航天局发布的MODIS NDVI数据并结合相关的气候资料,通过对像元信息进行提取与分析,采用最大合成法、克里金插值法、相关分析法等方法,对2000-2016年朝鲜全境植被覆盖变化及其与气候因子的相关性进行了研究。结果表明：朝鲜全境植被覆盖空间分布不均,北部盖马高原、东北部咸镜山区,中、东部山地丘陵区为高值区;西、南部平原地区,东部沿海地带为低值区。NDVI值整体上增加,局部减少,空间差异明显。植被生长受气温和降水双重驱动,其中,气温对植被年内生长变化比降水作用更大;而气温因素中,年平均气温对植被生长的影响程度略大,NDVI对降水的响应存在明显滞后效应;NDVI对温度和降水的响应程度与空间地理位置、高程有关。区域植被NDVI年际变化主要受年最低气温和人类活动的影响。     

珠江三角洲典型基塘生态系统服务价值演变

以珠江三角洲基塘发源地——佛山市为例,采用市场价格法、影子工程法等方法,对2000、2009和2017年其基塘生态系统服务价值（ESV）进行估算,分析其变化特征,并利用地理探测器探讨其影响因素。结果表明：1）2000—2017年佛山市西、北部的芦苞镇、荷城街道等少数镇（街道）基塘面积有所增加,东、南部北滘、乐从镇等地基塘面积减少明显,期内基塘净减少19 244.47 hm²,主要转出地类为建设用地。2）2000、2009和2017年佛山市基塘ESV先降后增,3个年份中调节类功能占总价值比例均高于86%,为核心功能;各单项功能中旅游休闲价值增加最多,调节气候价值下降明显。3）佛山市基塘ESV空间变化呈西、北增而东、南降的特征,除塘鱼生产和旅游休闲功能外,其余单项功能的价值变化均呈现西南和北部增加明显的特征。4）第一产业生产总值变化量是影响佛山市基塘ESV时空变化的首要因素,其次是GDP、人口密度变化量等。建议采取控制开发规模、恢复绿色植被、加强生态监测和基塘整治、发挥基塘景观优势等措施来提高基塘ESV。     

1982~2013年青藏高原高寒草地覆盖变化及与气候之间的关系

利用GIMMS NDVI数据和地面气象站台观测数据,对青藏高原1982~2013年高寒草地覆盖时空变化及其对气象因素的响应进行研究,结果表明：青藏高原高寒草地生长季NDVI表现为从东南到西北逐渐减少的趋势,近32 a来,整个高原草地生长季NDVI呈上升趋势,增加速率为0.000 3/a (p<0.05);高寒草地生长季NDVI年际变化具有空间异质性,整体为增加趋势,呈增加趋势的面积约占研究区域面积的75.3%,其中显著增加的占26.0% （p<0.05）,类型主要为分布在青藏高原东北部地区的高寒草甸;比例为4.7%,草地类型主要为高寒草原,主要分布在高原西部地区;基于生态地理分区的分析显示,青藏高原草地与降水、温度的相关关系具有明显的空间差异,高寒草地生长季NDVI均值与降水呈显著正相关,对降水的滞后效应显著;高原东北部温度较高,热量条件较好,降水为高寒草地生长季NDVI变化的主导因子;东中部地区降水充沛,温度则为高寒草地生长的制约因子;南部地区降水和温度都较适宜,均与高寒草地生长季NDVI相关性显著(p< 0.05),共同作用于草地的生长;中部和西部地区,气候因子与高寒草地生长季NDVI关系均不显著。     

中国东南部植被NPP的时空格局变化及其与气候的关系研究

基于2001~2010年MOD17A3年均NPP数据和气象站点气温、降水资料,利用GIS空间分析技术和数理统计方法研究中国东南部植被NPP的时空格局、动态变化及与气候要素的关系。结果表明,中国东南部植被年均NPP总体上呈现从南到北、由东至西逐渐减少的分布,不同植被类型的NPP存在明显差异,以常绿阔叶林最高,落叶针叶林最低。2001~2010年间,植被NPP整体上略有减少。空间上植被NPP在南部地区明显减少,而在北部地区明显增加。植被NPP与降水和气温的相关性均表现出明显的地域差异。     

不同时间尺度的阿尔泰山北部和南部降水对比研究

常年受到西风影响的阿尔泰山地区,是古气候研究的重点区域之一。利用阿尔泰山北部和南部的11个气象站观测数据和已发表的古气候数据（包括树轮、冰芯和湖芯）,详细对比了不同时间尺度上（季节、年、几十年、百年和千年尺度）阿尔泰山北部和南部的降水变化。结果表明,阿尔泰山北部器测时段降水是逐渐下降的,而阿尔泰山南部降水反而呈现逐渐增加的趋势。这种反相的降水关系也体现在过去200年、过去1000年和全新世时段,说明阿尔泰山北部和南部降水在季节、年、几十年、百年和千年尺度上均存在相反的趋势。不同时间尺度上降水存在的相反关系表明阿尔泰山是一个重要的气候边界。但不同时间尺度上出现相反变化的原因需进一步详细探讨,这不仅有助于了解区域水汽变化的历史,也有助于加深理解欧亚草原丝绸之路文化的演替。     

Analysis of spatio-temporal features of a carbon source/sink and its relationship to climatic factors in the Inner Mongolia grassland ecosystem

Global climate change has become a major concern worldwide. The spatio-temporal characteristics of net ecosystem productivity (NEP), which represents carbon sequestration capacity and directly describes the qualitative and quantitative characteristics of carbon sources/sinks (C sources/sinks), are crucial for increasing C sinks and reducing C sources. In this study, field sampling data, remote sensing data, and ground meteorological observation data were used to estimate the net primary productivity (NPP) in the Inner Mongolia grassland ecosystem (IMGE) from 2001 to 2012 using a light use efficiency model. The spatio-temporal distribution of the NEP in the IMGE was then determined by estimating the NPP and soil respiration from 2001 to 2012. This research also investigated the response of the NPP and NEP to the main climatic variables at the spatial and temporal scales from 2001 to 2012. The results showed that most of the grassland area in Inner Mongolia has functioned as a C sink since 2001 and that the annual carbon sequestration rate amounts to 0.046 Pg C/a. The total net C sink of the IMGE over the 12-year research period reached 0.557 Pg C. The carbon sink area accounted for 60.28% of the total grassland area and the sequestered 0.692 Pg C, whereas the C source area accounted for 39.72% of the total grassland area and released 0.135 Pg C. The NPP and NEP of the IMGE were more significantly correlated with precipitation than with temperature, showing great potential for C sequestration.     

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。     

基于土地利用的生态系统服务价值当量修订方法——以渤海湾沿岸为例

谢高地等的生态服务功能当量研究成果, 在国内被广为应用。鉴于当前许多研究中直接引用而忽视区域差异的现象, 本文旨在探索一套精度较高的基于当量的生态系统服务功能评价方法, 进而应用于今后大、中尺度多时间序列的评价。修订方法可总结为: (1)以农田为基准的地区修订, 采用研究区农田粮食单位面积产量与全国农田粮食单位面积产量的比值作为地区修订系数, 将“中国生态系统单位面积生态服务价值当量表”修订为“研究区生态系统单位面积生态服务价值当量表”,考虑到森林生态系统的复杂性, 用生物量对森林生态系统的服务价值作进一步的修订;(2)基于植被覆盖度的单元格修订, 采用NDVI数据, 计算植被覆盖度系数, 对农田、林地、草地生态系统进行逐单元格修订。实现生态服务功能评价从全国-地区-单元格逐级降尺度的修订, 以保证生态服务价值当量在不同尺度下的可比性, 亦能充分显示出生态服务价值的空间异质性。最后以渤海湾沿岸为例, 采用该方法对研究区生态服务功能及其变化进行了相对评估, 并采用敏感性指数方法进行了检验。本方法较适用于生态服务功能的时间序列对比分析, 可以检测出区域内部生态服务功能的强度差异和时空变化。     

粤港澳大湾区生态系统服务价值的时空演化及其影响机制

生态系统服务是生态要素、结构、功能和产品造福于人类社会的媒介和通道。根据生态系统服务价值（ESV）及其影响机制调节人类社会对生态系统的利用强度和保护方式,对于实现人地和谐的可持续发展目标具有重要意义。本文以粤港澳大湾区作为研究对象,依托遥感数据修订ESV核算结果,更加准确地揭示2000—2015年粤港澳大湾区ESV的时空演变特征,并引入面板分位数回归深入探索生态系统服务影响因素的分段效应,增加对生态系统服务影响机制的认识。结果显示：① 2000—2015年粤港澳大湾区ESV减速下降,下降区域主要分布在粤港澳大湾区中部和珠江入海口两岸等城市快速扩张区。② 在城市交界处,土地利用变化会带来更为强烈的ESV变化。③ 在ESV水平不同的区域,影响因素具有不同的影响效果。用地完整度仅在ESV的低值区可以促进生态系统服务能力提升。气温对生态系统服务能力的正向作用随ESV的提高而增强,经济密度对生态系统服务能力的负向作用随ESV的提高而减弱,二者均会导致ESV高值区与低值区间的差距增大,形成“自然马太效应”。     

中国气候变化的植物信号和生态证据

全球平均气温上升、降水格局变化、极端天气事件发生的频率和强度增大等气候变化现象已经对陆地生态系统产生了影响,物种、群落和生态系统响应于气候变化而发生的改变,可以作为气候变化的间接生物学和生态学证据,对未来气候变化的影响评价有重要的价值,尤其是对减缓和适应全球气候变化的"地球系统科学"研究以及可持续生态系统管理与发展对策的制订,具有重要的意义。在国际气候变化的生物学证据研究的大背景下,总结了中国陆地生态系统响应过去气候变化的植物学信号和生态学证据:(1)物种水平:气候变暖导致中国33°N以北大部分地区植物春季物候期包括萌芽、展叶、开花期等显著提前,植被生长季延长;(2)群落水平:群落物种组成和分布发生改变,主要表现在长白山等高山群落交错带物种组成和林线位置的变化以及青藏高原高寒草甸的退化;(3)生态系统水平:全国总体植被盖度增加,植被活动加强,生产力增加;北方和西部地区农业植被的耕作制度、种植结构、耕种面积和产量发生变化,东北地区水稻种植面积和产量增加,但全国大部分地区农作物产量和温度呈负相关,这将威胁到未来的粮食安全。     

降水波动对荒漠草原生产力的影响

在干旱、半干旱荒漠草原区,降水量波动对植被生产力有显著影响.这种影响表现在两个层次上,一是降水量年际间波动,二是年内降水分布格局.对阴山北麓内蒙古乌拉特后旗荒漠草原多年气象资料和植被生产力的分析发现:从1971-2011年降水量的年际波动特点来看,荒漠草原区最高降水年的降水量是最小降水年的3.76倍.从气象、实际和矢量年降水量3种统计表达方式与生产力的关系来看,反映年际降水波动和年内分布特点的矢量降水与植被生产力的关系最密切(R=0.9200,R_0.001=0.8010),回归方程F检验达到极显著.由于研究区植被组成以小半灌木和多年生草本为主,且年降水量大部分集中在5-8月,生长期内月降水量的累积效应明显,其中6-8月累计降水对植被生产力的影响最显著.