近15年来青海湖流域气温、降水变化对植被物候驱动分析

研究气候变化对植被物候的驱动分析,对于深入理解高寒植被适应全球气候变化具有重要意义。选取MCD12Q2植被物候数据,利用相关分析和GIS空间分析,对近15年来青海湖流域气温、降水变化与植被物候关系进行了研究。结果表明:近15年来青海湖流域植被返青期(start of growing season,SOS)、植被生长期长度(Length of growing season,LOS)、休眠期(Dormancy of growing season,DOS)与年均气温呈显著相关关系,其偏相关系数分别为-0.57～0.36,-0.89～0.81和-0.29～0.51; 与年均降水量偏相关系数分别为-0.58～0.38,-0.82～0.93和-0.23～0.23,表明流域植被SOS和LOS变化主要受年均气温和降水量共同影响,DOS变化主要受年均气温影响。青海湖流域植被SOS,LOS和DOS在空间上受气温、降水及其共同驱动的区域占比分别为33.7%,22.5%和36.67%,其受非气温—降水驱动的区域占比分别为66.3%,77.5%和63.33%; 沿海拔梯度方向上(海拔每上升100 m),年均气温上升1℃,植被SOS提前0.35 d,植被LOS延长0.15 d,植被DOS推迟0.25 d; 年均降水量增加1 mm,植被SOS推迟4 d,植被LOS缩短1.69 d; 植被DOS提前2.85 d。可见,近15年气温、降水变化对青海湖流域植被物候的驱动在空间上存在差异性,空间上植被物候主要受非气温—降水影响,海拔梯度上植被物候受气温和降水影响显著。     

西南喀斯特断陷盆地植被物候动态变化及其与气候因子的响应

为了解喀斯特断陷盆地植被物候格局以及植被物候变化的驱动机制,基于2001—2016年MOD13Q1的250 m产品,利用TIMESAT模型最大斜率法反演了西南喀斯特断陷盆地生长季始期(SOS)、生长季末期(EOS)和生长季的长度(LOS)及变化,并深入分析了影响物候变化的主要气候因素。结果表明:(1) 2001—2016年期间,西南喀斯特断陷盆地生长季初期物候指标推迟了7.7 d/10 a,生长季末期物候指标推迟了10 d/10 a,生长季长度指标延长了2.3 d/10 a。(2) SOS变化整体呈现西推迟东提前的变化趋势,提前趋势显著的地区集中分布于研究区东部云贵边境;大部分地区生长季结束日期推迟,但安宁河谷、木里低海拔山谷等少部分地区生长季结束日期显著提前。(3)物候指标对气温和降水的响应程度不同,总体来讲,SOS受气候因子的影响比EOS更强烈。春季气温和降水对植被SOS影响力普遍大于其他季节,SOS的推迟现象主要受到春季温度升高的影响。夏季降水对EOS的影响较大,表明植物生长受降水的影响存在一定的时滞作用。在增温增湿的气候背景下,断陷盆地物候指标在呈现出东早西晚的空间分异情况下随之发生推迟的响应关系。水分是限制植被生长的主要因素,且对植被的影响主要体现在春季和夏季。     

2001-2020年青藏高原草地物候变化遥感监测

[目的]探究青藏高原草地物候时空变化规律,对于理解高寒生态系统与区域气候之间的相互作用和生态安全屏障保护与建设具有重要的科学意义。[方法]基于2001—2020年MODIS归一化植被指数(NDVI)时序产品,采用非对称高斯函数拟合法和动态阈值法,提取了青藏高原草地NDVI峰值、NDVI峰值期、返青期(SOS)、枯黄期(EOS)和生长季长度(LOS)参数。[结果](1)研究区草地物候的空间分布规律明显,自西向东,草地NDVI峰值增加、峰值期提前、SOS提前、EOS推迟、LOS延长。(2) 20年间,青藏高原草地物候年际变化主要表现为SOS呈提前趋势(12.11%的区域显著提前),EOS呈推迟趋势(18.49%的区域显著推迟),LOS呈延长趋势(18.87%的区域显著延长)。(3)青藏高原气温、降水对SOS有1～2个月的滞后效应;气温对EOS有1～2个月的滞后效应,而降水对EOS的滞后效应不明显。考虑滞后效应的条件下,气温是影响草地SOS,EOS年际变化的主导因子。[结论]青藏高原草地物候具有空间异质性,且气温是影响草地物候时空变化的主要因素。     

北京植被净初级生产力对物候变化的响应

植被净初级生产力（Net Primary Productivity,NPP）对物候的响应是全球气候变化背景下的重要研究内容,气候变化对植物物候与NPP的影响仍需明了,物候的时空变异规律更需深入探讨。该研究基于2001-2020年MODIS归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）数据提取北京植被物候信息,利用CASA（Carnegie-Ames-Stanford-Approach）模型模拟NPP,通过线性回归、趋势分析和结构方程模型等方法,阐明NPP与物候时空变化特征,探究气象因素和物候变化对NPP的影响。结果显示：1）2001-2020年超过70 %的区域出现生长季开始（Start of Growing Season,SOS）逐渐提前,平均每年提前0.53 d。超过90%的区域生长结束期（End of Growing Season,EOS）逐渐推迟,平均每年推迟0.51 d。2）SOS提前和生长季（Length of Growing Season,LOS）延长均对NPP增长产生显著影响（P<0.05）。SOS每提前1 d,NPP增长3.74 g/m2;LOS每延长1 d,NPP增长2.56 g/m2 。秋季EOS推迟对NPP变化影响不显著。3）春季和秋季,气候通过改变物候（SOS、EOS）对NPP的间接影响大于直接影响,而夏季温度和降雨对NPP的直接影响更大。该研究表明春季物候变化是NPP年际变异的重要驱动因子,春季物候提前导致NPP年总量增加。研究结果是都市区植被生产力如何响应气候变化认识的重要补充。     

“一带一路”区域极端气候事件变化及其对典型农业区生长季的影响

以“一带一路”区域为研究区，基于1990−2018年的逐月历史气候数据和1981−2016年的逐年植被物候数据，采用趋势分析和统计分析等方法研究极端气候事件和植被物候的时空变化规律，并选取欧洲东南部耕地、中国北部内蒙古草原、印度中部耕地和泰国北部耕地为典型农业区，分析典型极端气候事件对生长季的影响规律。结果表明：（1）“一带一路”区域的极端气候事件主要以极端热事件和极端冷事件为主，且总体上呈现增加的趋势。极端高温事件的增加趋势明显，而极端低温事件则表现出减少的趋势；（2）生长季始期（SOS）、生长季末期（EOS）和生长季长度（LOS）总体上随纬度位置层状变化，海拔和降水也显著影响生长季。在全球变暖的影响下，“一带一路”区域大部分地区的SOS呈提前的趋势，而EOS呈延后的趋势，这导致了LOS的普遍延长；（3）当极端高温事件发生时，SOS普遍提前，而EOS普遍延后。极端低温事件则会导致SOS的延迟和EOS的提前。此外，极端气候事件越剧烈，对植被物候的影响越大。     

毛乌素沙地植被物候变化及其对气候变化的响应

[目的]分析植被物候时空变化特征及其对气候变化的响应,为区域荒漠化土地治理以及退化生态环境的恢复重建工作提供理论依据。[方法]以毛乌素沙地为研究区,基于2000—2019年的MODIS NDVI数据,采用双逻辑函数法拟合植被生长曲线,利用动态阈值法提取植被生长开始日期(SOS)、生长季结束日期(EOS)和生长季长度(GSL)3个物候参数,利用Theil-Sen Median和Mann-Kendall方法对物候进行趋势分析,并利用相关性分析及F检验方法研究物候与气候的关系。[结果](1) SOS呈提前趋势,平均提前0.7 d/a, EOS变化趋势不明显,GSL呈延长趋势,平均延长0.65 d/a。(2)SOS的多年均值主要集中在一年中的第90—140 d,在空间上由东到西逐渐推迟,EOS的多年均值主要集中在第300—330 d,空间上由南向北逐渐提前,GSL多年均值集中在第180—250 d,空间上由东到西逐渐缩短。(3)植被SOS与春季累计降水量、3—4月降水量呈负相关的区域面积分别为90.81%,83.85%和61.70%,与春季季前平均温度、3—4月平均温度呈负相关的区域面积为58...     

青藏高原草地植被秋季物候动态及其对极端降水的敏感性分析

[目的]草地植物物候是陆地生态系统对气候变化响应的最显著和最敏感的指标,研究其变化对于理解和预测陆地生态系统的显著变化非常重要。[方法]基于1986—2015年的GIMMS NDVI提取了草地生长季末期(end of growing season,EOS),探究了30年间青藏高原草地EOS时空动态及其对不同极端降水指标的敏感性情况。[结果]近30年青藏高原西北边缘草地EOS集中在9月底,西南边缘和东南边缘集中在11月上旬。喜马拉雅山脉和横断山脉是整个区域EOS最晚地区,昆仑山脉以北和柴达木盆地及周围地区是EOS最早区域。EOS以推迟趋势为主,推迟速率集中在0～1.5 d/a。EOS变化相对稳定,但在唐都拉山脉以东、横断山脉和喜马拉雅山脉东部地区波动性相对较大。未来一段时间内草地EOS变化趋势与过去30年变化趋势相反。降雨强度(SDII)对高山亚高山草甸植被EOS负影响最大,低强度降雨天数(R10MM)对其正影响最大。高山亚高山草原EOS主要受到SDII、中度强度降雨天数(R20MM)的负影响和最长连续湿润天数(CWD)的正影响。荒漠草原植被主要受到CWD的正影响和R20 MM,SDII的负影响。平地草原EOS对SDII的负敏感性较高。山地草甸EOS对最大1 d降雨量(RX1DAY)正敏感性最高。[结论] 青藏高原不同草地植被秋季物候对不同极端降水事件变化的响应呈显著的空间异质性,如较高海拔的高山亚高山草甸和高山亚高山草原的EOS受SDII和R20MM的负影响较大,而干旱区域的荒漠草原与SDII和R20MM呈正相关。研究提供了植物秋季物候如何在未来气候变暖的情况下,极端降水事件增加的情况下青藏高原草地植被秋季物候可能会呈何种变化,可为青藏高原植被草地生长监测、应对气候异常保护策略制定和构建稳定生态屏障提供指导意义。     

鄂尔多斯植被的NDVI 3g动态及气候响应

[目的]研究鄂尔多斯地区生态格局以及在全球变化下的自然演变规律,揭示中国西部矿区人工扰动生态环境的时空变化。[方法]利用1982—2012年GIMMS NDVI 3g数据集和年均气温、降水量等气象数据,分别进行最大值合成、反距离加权法插值、线性回归与变化率分析、相关性分析等处理,揭示植被覆盖的时空变化趋势下蕴含的植物生理学机理,及其对气温和降水变化趋势的响应特征。[结果]鄂尔多斯地区植被返青期(start of season,SOS)始于4月下旬,枯黄期(end of season,EOS)结束于11月上旬,植被生长期(duration of season,DOS)NDVI初始阈值为0.12,平均生长期为198d;31a间鄂尔多斯地区植被绿度变化率(slope)为0.0023,植被变化趋势逐像元回归分析表明研究区80.8%的植被有轻微改善;31a间鄂尔多斯地区NDVI变化与年均气温和降水量的相关性分别为0.054和0.400。[结论]31a间鄂尔多斯地区植被返青期有提前趋势,枯黄期有滞后趋势,生长期有延长趋势;研究区大部分区域植被均有轻微改善;年均气温与降水量均呈现升高趋势,NDVI变化受温度和降水的共同作用,且NDVI最大值增高与年均降水量增加相关性较高,与年均气温升高相关性较低。     

2001—2018年雅砻江流域植被NDVI时空动态及其对气候变化的响应

为了了解雅砻江流域植被覆盖变化及其对气候的响应,基于MOD13Q1和气象数据,采用趋势分析和偏相关分析等方法,分析了2001—2018年雅砻江流域生长季NDVI的时空变化特征,探讨了NDVI变化对气候因子的响应。结果表明:(1)2001—2018年雅砻江流域NDVI均值为0.66,呈东南向西北逐渐下降趋势,并随海拔的升高呈先增后减趋势;(2)2001—2018年雅砻江流域NDVI整体以0.003/10 a的速率波动上升,NDVI增加面积(63.97%)大于减少面积(36.03%); 2001—2018年雅砻江流域生长季的气温上升趋势显著,降水上升趋势不明显,流域上、中游气候向暖湿方向发展;(3)整体上NDVI受气温影响大于降水,与气温呈正相关关系,与降水呈负相关关系; 空间差异明显,上游受气温和降水共同影响,中、下游大部分地区受降水影响。整体而言,雅砻江流域被的生长受地形、气候和人类活动等因素影响,近18年植被NDVI改善面积持续增加。     

克里雅河流域植被物候时空变化及影响因素

[目的] 探究克里雅河流域2000—2015年植被物候期时空变化规律,在气候变化背景下为该流域植被演变过程研究提供参考。[方法] 以MODIS MOD₀₉Q₁产品和当地气象站点数据为数据源,利用植被指数动态阈值法提取流域植被物候信息并进行空间趋势分析,以偏最小二乘回归方法分析克里雅河流域植被物候期与不同月份气象因子的相关性。[结果] ①研究期内植被生长期开始时间主要在第60—180 d之间,结束时间在第180—322 d之间,植被生长期长度在70~250 d之间。中游的人工绿洲植被生长期开始时间最早,结束时间最晚,植被生长时间最长。②2000—2015年克里雅河流域植被返青期整体呈提前趋势,变化速率均值为-1.3 d/10 a,植被枯黄期呈推迟趋势,生长期延长,其中以中游的变化趋势最为明显。③春季气温和降水量的升高促进植被返青期提前,秋季气温和降水量的升高会对植被枯黄期起到推迟作用。[结论] 克里雅河流域植被物候期在不同的海拔梯度上有明显的分布变化规律,中游人工绿洲植被的物候变化规律远异于自然植被物候变化规律,并且可能影响到了下游。     

基于SPOT-VGT NDVI时间序列的农牧交错带植被物候监测

为了分析中国农牧交错带植被典型物候期(生长开始日期,生长结束日期和生长季长度)的变化趋势,利用2001-2010年SPOT-VGT NDVI(SPOT-VEGETATION normalized differential vegetation index)数据,基于Savitzky—Golay滤波和动态阈值法,提取了中国北方农牧交错带植被物候期,探讨研究区植被物候期的空间差异和时间变化。研究表明,农牧交错带植被的生长季一般从4月中旬到5月下旬开始,9月下旬至10月下旬结束;从西南部到东北部,植被物候表现出明显的空间差异;农田植被物候期与自然植被略有不同;对研究区10a物候期线性拟合,得出研究区大部分植被覆盖区域生长季开始日期呈现提前趋势,提前日期大约为1～10d左右;除部分地区外,2001-2010年农牧交错带植被生长季结束日期没有明显变化趋势;10a间研究区大部分草地生长季延长,也有一部分地区的生长季出现缩短趋势。研究提取结果与已有的相关研究结果较为一致,可为农牧交错带生态环境评价和保护提供一定的参考。     

基于拟合物候参数的植被遥感决策树分类

针对目前遥感分类较少利用植被物候特征参数的现状,该研究以内蒙古自治区额尔古纳、根河两市作为试验区,基于2012年根河土地覆盖数据,采用双Logistic函数拟合的方法对跨度范围为2011年7月下旬至2013年7月下旬的时间序列MODIS EVI数据进行植被物候参数的分析与提取,并依据物候参数特征构建决策树对试验区土地覆盖进行分类。研究表明,不同植被的物候有较明显的特征,森林、草原与作物的生长季开始时间依次滞后,作物的生长季最短,森林与草原生长季基本持平;利用植被物候特征参数进行决策树分类,作物和森林2种植被类型取得较好分类效果,分类的总体精度达到73.67%,优于该区域MODIS土地覆盖产品的总体精度(66.08%)。该研究可为呼伦贝尔地区生态环境评价和农、牧、林业生产活动提供一定的参考。     

基于SWAT模型的南渡江上游流域径流对气候变化的响应

为了评估未来气候变化对热带岛屿性森林流域径流的影响,以海南岛南渡江上游流域为例,构建本地化SWAT模型,基于CMIP6全球气候模式数据提取的气候变化信号,定量辨析了流域径流量对气候变化的响应。结果表明:(1)南渡江上游流域年平均径流量16.1 m³/s,旱季和雨季径流量分别占年径流量的17%,83%;(2)1961—2020年南渡江上游流域年平均径流减少趋势不显著,其中旱季径流增加4.6%,而雨季径流减少9.9%;(3)流域旱季径流增加量远低于雨季径流减少量致使年平均径流量减少,旱季径流增加由降水增多所致,雨季气温升高引起蒸发加剧是造成径流减少的关键;(4)在CMIP6计划的SSP119,SSP126,SSP434,SSP245,SSP460,SSP370和SSP585路径下,21世纪不同时期研究区径流变化主要受降水变化的影响,而21世纪后期气候变化加剧会引起研究区径流变化幅度加大。研究区径流对降水变化的敏感性高于气温,降水变化主导未来时期南渡江上游流域的径流量变化。     

西安植物园木本植物近十余年物候变化的特征分析

通过对1988-2002年西安市植物园20种木本植物物侯资料的分析。结果表明：近十余年西安市植物园20种木本植物物侯变化趋势明显表现为所有植物春季物侯逐年提前、大多数植物秋季物侯逐年推迟的趋势；春季物侯对气侯变化的响应程度显著大于秋季物侯。大多植物生殖生长期的物侯变化幅度大于营养生长期。因此，春季物侯和生殖生长期物侯更加适宜作为气侯变化的物侯指标。该研究对于评价物侯及物侯不同指标对气侯变化的响应有一定的参考价值。