The Bowen Ratio of an Alpine Grassland in Three-River Headwaters,Qinghai-Tibet Plateau,from 2001 to 2018

The Bowen ratio (β) is used to quantify heat transfer from the land surface into the air, which is becoming a hot topic in research on the biogeophysical effects of land use and cover changes. The Three-River Headwaters (TRH), as a sensitive and fragile region, was selected as the study area. The β for 2001-2018 was estimated from the evapotranspiration product (ET_MOD16) of MODIS and the net radiation of the land surface through the albedo from GLASS. The ET_MOD16 data were evaluated against the observation data (ET_OBS) at two alpine grassland flux towers obtained from ChinaFLUX. The interannual trend of the β was analyzed by multiple linear regression (MLR) and structure model (SEM) with the multiple factors of precipitation, temperature, humidity, albedo, and normalized difference vegetation index (NDVI, MOD09Q1). The results show that the ET_MOD16 values were significantly correlated with ET_OBS, with a correlation coefficient above 0.70 (P < 0.01) for the two sites. In 2001-2018, the regional mean β was 2.52 ± 0.77 for the whole grassland, and its spatial distribution gradually increased from the eastern to western region. The interannual β showed a downward trend with a slope of -0.025 and a multiple regression coefficient (R ²) of 0.21 (P = 0.056). Most of the variability (51%) in the interannual β can be explained by the linear regression of the above multiple factors, and the temperature plays a dominant role for the whole region. The SEM analysis further shows that an increasing NDVI results in a decreasing albedo with a path coefficient of -0.57, because the albedo was negatively correlated with NDVI (R ² = 0.52, P < 0.01), which indicates a negative and indirect effect on β from vegetation restoration. An obvious warming climate was found to prompt more evapotranspiration, and restoring vegetation makes the land surface receive more radiation, which both resulted in a decreasing trend in the annual β. This study revealed the biogeophysical mechanisms of vegetation restoration under a changing climate, and demonstrated the Bowen ratio can be applied as an indicator of climate-regulating functions in ecosystem assessments.     

青海高寒草甸退化演替中的植被指数

随着气候变化和人为活动干扰,高寒草甸退化已成为青藏高原严重的生态环境问题,精准识别其退化程度并制定相应恢复策略,对实现高寒草甸可持续发展具有重要意义。目前,低空间分辨率MODIS数据为草地遥感监测的主要数据源,但难以满足景观破碎度或异质性较强地区的应用。本研究基于野外调查资料,利用多源遥感数据（MODIS、Landsat、Sentinel-2）研究不同空间分辨率归一化植被指数（NDVI）对高寒草甸退化演替的响应,为准确评估青藏高原高寒草甸退化程度提供依据。结果表明：（1）随着高寒草甸退化,植被群落优势种演化趋势为禾草—矮嵩草—小嵩草—杂草群落;植被高度和生物量先快速下降,然后缓慢下降或趋于稳定,植被覆盖度和NDVI的变化呈相反特征。（2）随着湿地草甸旱化,植被群落优势种从藏嵩草演变为矮嵩草或小嵩草,湿地旱化初期植被高度、生物量和覆盖度平均值略低于原生湿地,NDVI略大于原生湿地,差异不显著。（3）植被高度、覆盖度和生物量与Sentinel-2或Landsat的NDVI相关性均优于MODIS,说明Sentinel-2和Landsat的NDVI对高寒草甸退化演替过程更加敏感,采用该数据能更准确评估高寒草甸退化程度。     

青海南部高寒草地土壤冻融交替期水热特征分析

为进一步了解高寒草地土壤冻融交替过程及其对水热因子的响应机制,通过2014年8月1日至2015年8月1日不同土层土壤温度和水分观测资料的对比分析,较为系统地探讨了青南高寒草地土壤冻融期不同深度土层土壤温度和水分的变化特征。结果表明,青南高寒草地土壤冻融阶段大体可分为初冻期、稳定冻结中期、稳定冻结后期和消融期4个时期;不同土层土壤温度随气温的变化呈周期性波动,且随着土层的加深变幅减小;不同冻融期表层和亚表层土壤温度和水分波动幅度较大,下层土壤对水热因子的敏感性较小;土壤完全冻结的天数达44~115d,日冻融交替过程主要发生在表层和亚表层土壤。土壤冻融交替增强了土壤的保水性,对该区草地植被提前返青和初级生产力的提高具有促进作用。     

Estimation of Daily Vapor Pressure Deficit Using MODIS Potential Evapotranspiration on the Tibetan Plateau

Vapor pressure deficit (VPD) is an important parameter in modelling hydrologic cycles and vegetation productivity. Meteorological stations are scarce in remote areas, which often results in imprecise estimations of VPD on the Tibetan Plateau. Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) provides evapotranspiration data, which may offer the possibility of scaling up VPD estimations on the Tibetan Plateau. However, no studies thus far have estimated VPD using MODIS evapotranspiration data on the Tibetan Plateau. Therefore, this study used MODIS potential evapotranspiration (PET) to estimate VPD in alpine meadows, alpine steppes, croplands, forests and shrublands for the year, spring, summer, autumn and winter in 2000-2012. A series of root-mean- squared-error (RMSE) and mean-absolute-error (MAE) values were obtained for correlating measured VPD and estimated VPD using MODIS PET data for each listed time period and vegetation type: whole year (0.98-2.15 hPa and 0.68-1.44 hPa), spring (0.95-2.34 hPa and 0.72-1.54 hPa), summer (1.39-2.60 hPa and 0.89-1.96 hPa), autumn (0.78-1.93 hPa and 0.56-1.36 hPa), winter (0.48-1.40 hPa and 0.36-0.98 hPa), alpine steppes (0.48- 1.39 hPa and 0.36-1.00 hPa), alpine meadows (0.58-1.39 hPa and 0.44-0.90 hPa), croplands (1.10-2.55 hPa and 0.82-1.74 hPa), shrublands (0.98-1.90 hPa and 0.78-1.37 hPa), and forests (1.40-2.60 hPa and 0.98-1.96 hPa), respectively. Therefore, MODIS PET may be used to estimate VPD, and better results may be obtained if future studies incorporate vegetation types and seasons when the VPD data are estimated using MODIS PET on the Tibetan Plateau.     

疏勒河源冻土区高寒草甸土壤碳氮含量特征

土壤碳氮是高寒植被响应多年冻土区生态环境变化的重要营养和能源物质,但对其调查仍以生长季的单次采样为主,缺乏对其他季节的研究,这对于准确把握多年冻土区土壤碳氮含量及储量评估存在明显局限性。为此,本研究以青藏高原东北缘祁连山西段疏勒河源多年冻土区高寒草甸为对象,对0—50 cm土层土壤有机碳（Soil Organic Carbon, SOC）、全氮（Total Nitrogen, TN）含量及其比值（C/N）的剖面分布和季节变化及其影响因素进行分析。结果表明：（1）SOC、TN剖面分布规律一致,0—10 cm土层均显著高于10—50 cm各层（P<0.05）,0—50 cm深度仅秋季逐渐下降,而春夏冬季0—30 cm递减。（2）SOC、TN含量存在季节变化,SOC表现为夏季>冬季>春季>秋季,TN表现为春秋冬季含量一致,夏季略低。（3）C/N季节变化显著,夏季显著最高,秋季显著最低（P<0.05）。（4）土壤含水量和生物量是影响SOC、TN及C/N剖面分布和季节变化的关键因素。（5）夏季土壤碳氮密度均高于全年平均。可见,仅单一节点（生长季为主）调查以表征全年土壤碳氮储量存在高估趋势。     

西藏玛旁雍错流域冰川与湖泊变化及其对气候变化的响应

利用遥感和地理信息系统技术,基于1974,1990,1999和2003年4个不同时期的遥感影像,包括Landsat系列影像,ASTER影像和地形图,研究了玛旁雍错流域(面积7786 km²)内冰川与湖泊的变化及其对气候变化的响应。研究结果表明,由于气候变暖,在过去30年里该流域冰川和湖泊都以退为主,有进有退。自1974年到2003年,冰川面积从107.92 km²减少到100.39 km²,冰川退缩明显加速。由于年降水量减少、蒸发量增大,30年中湖泊总面积从782.24 km²减少到748.08 km²。湖面的缩小与扩涨都在加速,尤其是小湖泊变化更明显,湖泊的加速变化可能是青藏高原高海拔内陆流域水循环过程加速的表征之一。     

甘肃省玛曲县土地沙漠化发展及其成因分析

利用遥感和GIS空间分析技术,以多期遥感数据为主要信息源,对甘肃省玛曲县土地沙漠化进行监测,在此基础上进行沙漠化成因分析。研究结果表明,1975-1990年研究区沙漠化处于强烈发展阶段,沙漠化土地面积增加了44 093.8 hm²,其中流动沙地、半固定沙地、固定沙地面积分别增加了39.9 hm²、27 702.7 hm²、16 351.2 hm²。1990-2000年沙漠化程度加剧,沙漠化总面积增加了142.4 hm²,其中流动沙地和半固定沙地分别增加了200.1 hm2、326.6 hm2,而固定沙地面积减少了384.3 hm²。2000-2005年玛曲县沙漠化发生逆转,沙漠化土地面积减少了3 226.2 hm²。分析表明,长期过度放牧,气温显著升高,人类不合理的活动和鼠虫害的泛滥是造成玛曲县土地沙漠化的主要原因。     

高寒冰雪覆盖型和湿润亚热带型岩溶水系统碳汇强度对比

以岩性相近但气候和土地利用迥异的两个具有高分辨率水文水化学自动监测数据的岩溶水系统——湿润亚热带以土质坡地为主的岩溶水系统(贵州普定后寨岩溶水系统)和高寒冰雪覆盖下以石质坡地为主的岩溶水系统(瑞士阿尔卑斯山区的Tsanfleuron冰川岩溶水系统)作为研究对象,进行岩溶作用碳汇强度对比研究。结果发现,后寨岩溶水系统的[HCO3-]年均值为222mg/L,而Tsanfleuron冰川岩溶水系统的[HCO3-]年均值仅为131mg/L,表明湿润亚热带岩溶水系统具有较高的[HCO3-]特征。然而,湿润亚热带岩溶水系统的碳汇强度(60.82t/(km2·a))与Tsanfleuron冰川岩溶水系统的碳汇强度(59.06t/(km2·a))相当。冰川岩溶水系统同样具有较高岩溶作用碳汇强度的原因主要是在全球变暖的背景下,冰川退缩加剧,冰川固体水库水量释放增多,致使冰川岩溶水系统径流量显著增加效应超出因稀释作用而产生的[HCO3-]降低效应,进而使得山岳冰川岩溶水系统的碳汇强度增大。这也暗示着随着某些冰川融化,径流量逐渐减小将使岩溶作用碳汇强度降低。     

海北高寒草甸生态系统定位站气候、植被生产力背景的分析

首先分析了中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站近40多年来气温、降水的变化特征；其次分析和总结近20年来海北高寒草甸生态系统不同植被类型分布及地上生物量；同时探讨了对气象条件影响牧草产量的机制及关系，以及高寒草甸植被对气候变暖的响应。本文的目的是为高寒草甸生态系统的结构、功能、能量流动及物质循环等研究，以及提高生物生产力途径模式的建立提供依据，也为从事海北站不同学科的研究工作提供气候及植被的背景情况。     

全球变暖背景下高山林线交错带的动态综述（英文）

高山林线交错带是亚高山森林与苔原之间、亚高山森林与无树草原之间的过渡带状区域,是生物多样性热点区域,具有营养物质输入源和低海拔生态系统的碳固存等不可替代的生态功能,提供着各种生态系统服务。与高山林线交错带相关的三种树线是树种线、林线和木材线。由于高山林线交错带占据了树种耐受温度极限的极端区域,对气候变化非常敏感,经常被用作植被对全球变暖响应的指标。随着全球气候变暖的加剧和不同气候区海拔梯度的变化,高山林线交错带中的树高和生物量也会发生显著变化。同时分布在全球不同气候带上的林线变化也表现出不同的规律,其中的原因包括温度升高程度的不一致、优势种和植物群落的不同、人为干扰程度的不同等。另外,关于林线推进的驱动因素也无一致的研究结果,不同气候区之间的研究结果可能会相互矛盾。然而,目前在气候变化下的高山林线发展领域,缺乏全面的综述。因此,本文从以下四个方面对此前的研究进行了总结,并探讨了高山林线动态变化的理论基础和挑战：（1）高山林线动态变化的生态功能和生态问题;（2）监测高山林线动态变化的研究方法;（3）全球不同气候区的林线迁移;（4）林线向上迁移的驱动因素。