1982—2015年中国北方生长季NDVI变化及其对气温极值的响应

基于GIMMS NDVI 3g v1. 0数据集和日值气象数据,结合极端气温指数,辅以极点对称模态分解、趋势分析、Mann-Kendall趋势检验、相关分析等方法,探讨中国北方生长季植被覆盖及极端气温的变化特征,研究植被覆盖对气温极值的响应状况。结果表明:①1982-2015年中国北方生长季NDVI以0. 002·(10a)^-1的速率上升(P <0. 05),ESMD(极点对称模态分解方法)显示生长季NDVI波动上升;针叶林、灌丛、荒漠植被、草地以及栽培植被呈增长趋势,栽培植被增速最快,针阔混交林、落叶阔叶林和高山植被呈不显著减少趋势。②空间上,NDVI显著增加区域超过全区的33%,主要分布在天山、塔里木盆地北部、祁连山、陇南山区、黄土高原、河套平原、吕梁山和太行山、大别山以及辽西丘陵地区;显著下降区域仅占12%,主要分布在大兴安岭、小兴安岭和长白山区。③极端气温指数中,除TNmean(日最低气温平均值)和TNn(日最低气温极低值)呈上升趋势外,其余冷极值指数均呈下降趋势;所有暖极值指数均呈上升趋势;其他指数中,DTR(气温日较差)呈减小趋势,GSL(生长季日数)呈增加趋势。④中国北方NDVI与极端气温指数的相关性表明,冷极值指数中NDVI与FD0(霜冻日数)、TN10p(冷夜日数)、TX10p(冷昼日数)呈显著负相关(P <0.05),与TNmean呈显著正相关(P <0.01);NDVI与所有暖极值指数呈正相关,与TR20(热夜日数)、TXmean(日最高气温平均值)、TX90p(暖昼日数)以及TN90p(暖夜日数)存在显著相关性(P <0. 05);NDVI与GSL呈显著正相关(P <0.05)。⑤天山、塔里木盆地北缘、祁连山区、河套平原、黄土高原、太行山和吕梁山区等NDVI显著增加区域对极端气温指数的响应强烈。NDVI显著增加区主要对FD0、TNmean、TN90p、GSL等指数响应较强。NDVI显著减少区域对指数的响应各异,主要与SU25(夏季日数)呈显著负相关(P <0.05)。     

石家庄地区极端寒热和强降水的观测事实

利用石家庄地区17个观测站1972-2009年的气温和降水资料,选取8个极端气温指数和5个极端降水指数,分析气温和降水极端事件的变化规律。结果表明：近38 ａ,炎热日数呈增加趋势,寒冷日数、霜冻日数和结冰日数呈减少趋势,其中寒冷日数和霜冻日数呈显著减少趋势。中东部县市热指数的增加趋势和冷指数的减少趋势最明显。极端最高气温和极端最低气温呈弱的升高趋势;最高气温极小值和最低气温极大值则呈显著升高趋势。4个气温极值指数趋势变化的空间分布差异较大。大雨日数和暴雨日数均呈弱的增加趋势,各站的大雨日数和暴雨日数增加或减少的趋势不明显。1日和3日最大降水量均呈弱的上升趋势,但绝大部分站上升或下降的变化趋势不明显。强降水强度呈弱的增强趋势,暴雨强度的线性趋势为0.83 mm/（d·10 a）。大部分站大雨以上强度的增强或减弱趋势与暴雨强度一致。     

1960-2010年克里雅河流域极端气温事件变化趋势

利用克里雅河流域于田县气象站1960-2010年逐日最高气温和最低气温资料,利用RClimDex软件计算了该流域12个极端气温指数,采用10 a滑动平均、Mann-Kendall突变检验等方法对其变化规律进行分析.结果表明:①暖昼日数(TX90)、暖夜日数(TN90)、夏日数(SU)和热夜日数(TR)等极端气温暖指数均呈显著增加趋势,变幅分别为1.45 d· (10a)-1、1.82 d·(10a)-1、3.07 d· (10a)-1、1.66 d·(10a)-1.其中,夏日数(SU)和暖夜日数(TN90)变化最显著.②在极端气温冷指数中,月最高气温极小值(TXn)和极端最低气温(TNn)上升,冷昼日数(TX10)、冷夜日数(TN10)、结冰日数(ID)和霜冻日数(FD)分别以0.61 d· (10a)-1、0.91 d·(10a)-1、1.1d·(10a)-1和0.9 d· (10a)-1下降.③各极端气温指数变化在1960-1986年与1987-2010年两个时段差异明显.在1987-2010年,极端气温暖指数明显上升,而极端气温冷指数下降趋势比较明显.     

近30a河东地区极端气温时空变化

利用61个气象站1988—2017年逐日最高气温、最低气温和平均气温资料,采用线性倾向估计、Mann-Kendal检验、滑动t以及相关分析方法,对河东地区极端气温事件的时空变化特征进行研究,结果表明:①河东地区近30 a日最高气温的极大(小)值、日最低气温的极大(小)值、年平均最高(低)气温、夏日日数、热夜日数、暖昼(夜)日数、气温日较差、暖日持续日数、生物生长季呈现增大(加)趋势,霜冻日数、冰冻日数、冷昼(夜)日数、冷日持续日数呈现减小(少)趋势;②暖指数的变暖幅度大于冷指数,昼指数的变暖幅度大于夜指数,陇东高原地区变暖幅度最大,甘南高原地区变暖幅度最小;③多数指数的突变点在20世纪90年代中后期和21世纪初期;④多数极端气温指数与经度和海拔高度显著相关,河东地区极端气温指数的变化与区域性增暖有密切联系。     

新疆伊犁河流域植被变化动态监测与评价

基于2000-2013年MODIS/NDVI数据和研究区内气象站点资料,分析了伊犁河流域植被生长季NDVI时空变化特征及其与气候因子的关系。结果表明:1)研究区植被整体呈微弱的退化趋势,年退缩率为-0.8×10-3a-1,其中草原的退化趋势较草甸、灌丛和林地略显著。2)2000-2013年研究区植被退化区面积占研究区总面积的11.45%,主要分布在特克斯河中下游、巩乃斯河周边地区;植被改善面积占全区总面积的8.38%,主要分布在伊宁市及霍尔果斯河周边地区。3)研究区伊宁站周边植被生长季NDVI与同期气温及降水存在不显著相关性,昭苏站周边植被生长季NDVI与同期气温及降水分别存在显著负相关和极显著正相关。气候的暖干化趋势可能是导致伊犁河流域植被生长退化的主要原因。     

1960-2014年内蒙古极端天气事件趋势分析

运用1960-2014年内蒙古46个站点的日气象资料,利用Rclimax软件分析WMO发布的12种极端气温指数及其时空变化规律.结果表明:1960-2014年,内蒙古极端气温指数变化与全球变暖相同步,冰日、霜日、冷日和冷夜指数趋于减少,而夏日、热夜、暖日、暖夜和生长季长度指数区域增大.极端最高(最低)指数呈增加的趋势,而气温日较差趋势则趋于减小.空间分布上,内蒙古西部极端天气指数变化明显,显示出地表裸露的地区对气候的变化敏感.相比于1960-1985年,1986-2014年气温上升更加的强烈,在此期间,冷指数(ID0、FD0、TN10和TX10)显著下降而暖指数(SU25、TR20、TN90和TX90)显著上升.1985年前各站点极端气温指数变化趋势复杂,而1986年后大部分站点冷(暖)指数表现为下降(上升)趋势.极端指数的变化与纬度和海拔相关性较弱,但各指数与经度却存在广泛的关联.北极涛动(AO)对内蒙古的气候有着一定的影响,各站点的极端指数与AO有显著相关,冷指数表现尤其明显.     

藏西北地区气候变化及其对草地畜牧业的影响

近40 a（1971-2010年）藏西北地区气温明显升高,尤其是旱季气温显著增高;大部分地区降水量增多,蒸发量减少。从地区分布来看,藏西北中东部各地气温明显升高、降水增多、蒸发减小,气候呈暖湿化趋势;西部的狮泉河等地气温升高、降水减少、蒸发量增大,气候呈现暖干化趋势。近40 a藏西北地区牧草生长季、青草期提前,结束期推迟,持续日数增多,期间积温和降水量也呈显著增多趋势;大部分地区牲畜抓膘期日数显著增多〔倾向率为2.7 d•(10a)^-1〕,掉膘期日数显著减少〔倾向率为6.1 d•(10a)^-1〕,气候变化趋势对藏北草地畜牧业十分有利。合理调整畜种结构,有效控制牲畜数量,尤其是山羊数量,对遏制藏西北地区草地退化具有重要意义。     

近30 a青海省植被变化及其气候驱动因子分析

基于1982—2013年GIMMS NDVI 3g数据集及青海省50个国家气象观测站同期气象资料,利用趋势分析、相关分析方法,对青海省植被覆盖时空变化特征及其驱动因子进行分析。结果表明:(1)受气候及地形地貌影响,青海省植被覆盖空间差异明显,总体呈现从东南向西北递减趋势。(2)近30 a,青海省气温、降水呈上升趋势,气候由冷干向暖湿化转变。植被覆盖呈现整体升高,局部退化趋势。植被的年代际变化显示,青海省植被覆盖在近30 a呈现增加—减小—再增加的趋势。(3)青海省生长季(4—9月)植被受气温和降水共同影响,除个别站点外,全省NDVI与气温和降水均呈显著正相关关系,与降水相比,NDVI与气温的相关性更强,气温是影响青海省植被变化的主要气候因子。     

近42a珠穆朗玛峰地区极端气温事件的时空变化

选取西藏珠穆朗玛峰(珠峰)地区5个气象站点1971—2012年逐日最高、最低气温资料,采用反距离权重插值法、线性回归和Mann-Kendall检验等方法,分析珠峰地区极端气温事件的时空变化。结果表明:近42 a西藏珠峰地区极端最高气温、最高气温的极小值、极端最低气温和最低气温的极大值都呈上升趋势,为0.30~0.64℃·(10a)~(-1),以极端最低气温升幅最大。霜冻和结冰日数分别以-4.99 d·(10a)~(-1)和~(-1).24 d·(10a)~(-1)的速度显著减少,主要表现在南坡。生长季长度呈现出明显的延长趋势,为4.81 d·(10a)~(-1)。气温日较差趋于减小,平均为0.08℃·(10a)~(-1)。冷昼(夜)日数明显减少,幅度为-6.54 d·(10a)~(-1)〔-8.87 d·(10a)~(-1)〕;暖昼(夜)日数显著增加,增幅为8.17 d·(10a)~(-1)〔12.07 d·(10a)~(-1)〕。在10 a际变化尺度上,珠峰地区极端气温暖指数呈增加趋势,而极端气温冷指数趋于下降。在时间转折上,极端最高气温、生长季长度突变点,分别发生在1980年和1984年,其他指数的突变点出现在1990年代。     

天山东部树木径向生长与NDVI的关系

利用天山东部巴里坤山上限、下限天山云杉树轮数据和1982-2013年GIMMS 3g NDVI逐月数据及气候数据,分析了树轮宽度指数、归一化植被指数及气候因子之间的关系。结果表明:生长季不同时期NDVI与环境因子的响应不同。森林上限树木径向生长与气温正相关,与前年10月、当年4月、6月和7月气温达到显著水平(p<0.05),树轮宽度指数和非生长季PDSI相关性较好;森林下限树木径向生长与气温负相关,树轮宽度指数与生长季PDSI相关性较好。由于对气候因子的响应一致,上限天山轮宽指数和6月NDVI显著正相关(p<0.05),但与植被生长最为茂盛的7月、8月NDVI没有显著的相关性。     

中国北方冬季极端温度的变化及其与AO相关分析

依据1951-2005年中国北方地区297站冬季(12月～次年2月)的逐日最高温度和最低温度,分析计算出1951-2004年该区域内4种冬季极端温度指数(暖日、冷日、暖夜和冷夜)及其分布,并研究了其与同期北极涛动(AO)的关系。结果表明:在中国北方东部地区,冬季暖日天数的分布从南向北增加;在北方西部地区青藏高原和新疆北部较小,南疆较高。冬季冷日天数的分布总体上在北方东部从南向北递减;在西北地区比较复杂,在青藏高原较高,在南疆比较小。冬季暖夜天数的分布复杂,形成几个高值中心,分别在华北地区的河北、西北地区的新疆中部以及东北中部,其它地区较小,如青藏高原和北疆。冬季冷夜天数的分布,高值分布在辽宁北部、内蒙古的中东部、新疆北部和青海东南部;低值分布在华北地区的河北和西北地区的新疆南部。在气候变暖背景下中国北方地区冬季暖日天数和暖夜天数显著增加,而冬季冷日天数和冷夜天数显著减少。冬季暖日天数和暖夜天数在天数高值区发生的概率增加了,而冬季冷日天数和冷夜天数在天数高值区发生的概率减少了。在中国北方大部分地区,当冬季AO指数偏强时,冬季暖日天数和暖夜天数偏多,冬季冷日天数和冷夜天数偏少;反之,冬季AO指数偏弱时,冬季暖日天数和暖夜天数偏少,冬季冷日天数和冷夜天数偏多。其中显著相关的地区表明了冬季AO对这些地区的极端温度指标有显著的影响,反映出在显著相关的地区两者联系更为紧密。     

我国荒漠植被生产力动态及其与水热因子的关系

为了探讨近30 a来我国干旱区荒漠植被的净初级生产力(NPP)及其与水热因子相关性随时间的变化，运用CASA(Carnegie Ames Stanford approach)模型估算我国荒漠植被1982—2015年生长季的NPP，并运用线性回归和GIS空间分析方法分析了NPP的时空变化特征，利用滑动相关系数分析了荒漠植被NPP与水热因子的关系。结果表明：① 单位面积NPP均值为42 g·m^-2·a^-1，NPP整体水平较低。空间上呈西北部、东部边缘较高，中部、南部和中东部较低的分布特征。② 荒漠植被NPP年均总量为5.783×1013g·a^-1。从荒漠植被NPP的年际变化来看，1982—2015年中国荒漠植被NPP总量以1.64×1012g·(10a)^-1的线性速率（P=0.054）上升，荒漠植被生长状况总体上不断改善，但总量趋势呈现阶段性变化，1982—1993年荒漠植被NPP总量呈极显著增长态势（1.25×1012 g·a^-1，P<0.01）； 1993—2006年NPP总量呈极显著降低态势（-6.42×1011 g·a^-1，P<0.01）； 2006—2015年NPP总量缓慢增长（1.70×1011 g·a^-1，P>0.05）。从空间变化来看，47.65%的荒漠植被NPP呈增加态势，主要分布在阿拉善高原、天山北麓、塔里木盆地西部边缘、柴达木盆地的东南边缘、阿尔金山南麓和昆仑山脉。③ 从荒漠植被NPP与各气候因子之间的相关关系随时间的变化来看，NPP与气温的滑动相关系数随时间的变化保持为负相关，与降水、干燥度的滑动相关系数保持为正相关，与太阳总辐射的滑动相关系数随时间变化并未表现出显著的变化趋势。总体上，荒漠植被与水热因子的相关关系在研究时段均有进一步减弱的态势，即荒漠植被NPP对气候因子的变化愈来愈不敏感。     

Spatiotemporal changes of typical glaciers and their responses to climate change in Xinjiang,Northwest China

Glaciers are highly sensitive to climate change and are undergoing significant changes in mid-latitudes. In this study, we analyzed the spatiotemporal changes of typical glaciers and their responses to climate change in the period of 1990-2015 in 4 different mountainous sub-regions in Xinjiang Uygur Autonomous Region of Northwest China: the Bogda Peak and Karlik Mountain sub-regions in the Tianshan Mountains; the Yinsugaiti Glacier sub-region in the Karakorum Mountains; and the Youyi Peak sub-region in the Altay Mountains. The standardized snow cover index (NDSI) and correlation analysis were used to reveal the glacier area changes in the 4 sub-regions from 1990 to 2015. Glacial areas in the Bogda Peak, Karlik Mountain, Yinsugaiti Glacier, and Youyi Peak sub-regions in the period of 1990-2015 decreased by 57.7, 369.1, 369.1, and 170.4 km², respectively. Analysis of glacier area center of gravity showed that quadrant changes of glacier areas in the 4 sub-regions moved towards the origin. Glacier area on the south aspect of the Karlik Mountain sub-region was larger than that on the north aspect, while glacier areas on the north aspect of the other 3 sub-regions were larger than those on the south aspect. Increased precipitation in the Karlik Mountain sub-region inhibited the retreat of glaciers to a certain extent. However, glacier area changes in the Bogda Peak and Youyi Peak sub-regions were not sensitive to the increased precipitation. On a seasonal time scale, glacier area changes in the Bogda Peak, Karlik Mountain, Yinsugaiti Glacier, and Youyi Peak sub-regions were mainly caused by accumulated temperature in the wet season; on an annual time scale, the correlation coefficient between glacier area and annual average temperature was -0.72 and passed the significance test at P<0.05 level in the Karlik Mountain sub-region. The findings of this study can provide a scientific basis for water resources management in the arid and semi-arid regions of Northwest China in the context of global warming.     

秦岭南北区域夏季极端降水与西太平洋副热带高压的关系

利用1960—2016年秦岭南北地区47个站点的逐日降水数据与同期西太平洋副热带高压的面积指数、强度指数、西伸脊点、脊线位置数据,统计分析了秦岭南北地区夏季极端降水指数与副高指数的相关关系。结果表明:①从整体上看,各极端降水指数与面积指数、强度指数总体成正相关;与西伸脊点总体上成负相关,但会出现一些异常年份和负相关年份;而各极端降水指数与脊线位置的关系呈现正负相关交替的现象。年代际分析和M-K检验表明,副高指数、极端降水指数在20世纪80年代发生了增强、增大的突变。②把秦岭南北划分为4个区域后,无论时间上还是空间上,当面积指数、强度指数偏大,脊线位置偏南,西伸脊点偏西,秦岭以北、秦岭以南和汉水流域中部趋于干旱,汉水流域东西部和巴巫谷地极端降水偏多;反之,相反。这样的极端降水格局应是秦岭等山脉对副高在气候上的响应结果。③秦岭南北地区夏季极端降水偏多年与面积指数偏大、强度指数偏强、脊线位置偏南、西伸脊点偏西相联系,反之,相反。副高西伸可能是秦岭南北地区极端降水增大的重要原因之一。     

近10 a来祁连山植被覆盖变化研究

NDVI作为植被生长状况及植被覆盖度的最佳指示因子,被认为是监测地区或全球植被和环境变化的最有效指标。基于2000-2011年250 m分辨率的MODIS NDVI数据并结合气候资料,采用最大值合成法、均值法、斜率分析法、相关分析法,研究祁连山生长季植被覆盖的时空变化及其与气候因子的相关性。结果表明：祁连山植被覆盖总体上自西向东递增,呈现东多西少的分布格局;植被覆盖变化存在明显的空间差异,表现为中西部植被覆盖增加,增加面积为79 149 km2,占祁连山总面积的52.93%;东部植被覆盖减少,减少面积为22 865 km2,占祁连山总面积的11.09%。近10 a来植被覆盖整体上呈增加趋势,生长季各月植被覆盖整体上呈增加趋势,全球气候变暖导致的降水增加是祁连山植被覆盖增加的主要原因。NDVI与气温、降水的相关性较高并存在一定的滞后性,6、7月NDVI分别与前期1月和前期2月的降水显著相关,相关系数分别为0.788和0.684;8、9月NDVI分别与当月、前期1月的气温极显著相关,相关系数分别为0.825和0.829。     

2000-2010年祁连山植被MODIS NDVI的时空变化及影响因素

利用2000-2010年间的MODIS/NDVI数据和对应的气候资料,研究了近10年来祁连山植被的时空变化及影响因素。结果表明:1)10年来,祁连山年最大化NDVI(MNDVI)增加了2.4%,植被改善、无变化和退化的面积分别占总面积的26.32%、66.42%和7.26%。植被改善的区域分布在冷龙岭、拉脊山、大通山、达坂山、青海南山、走廊南山、托来山等山地以及西宁盆地、湟水谷地周边地区,减少的区域分布在乌鞘岭、庄浪河、古浪河、大通河、石羊河、黑河、疏勒河等河流河谷。2)祁连山不同植被类型MNDVI的年际变化趋势不同。灌丛地、荒漠草原、高寒稀疏草甸MNDVI呈快速增加趋势,高山草原、高山灌丛草甸和高寒草甸MNDVI呈增加趋势,落叶阔叶林、针阔混交林、常绿针叶林MNDVI呈快速下降趋势。3)影响祁连山植被生长的主要因子是气温和降水,局部地区密集的人类活动也能成为影响植被生长的关键因子。     

近30年内蒙古自治区植被变化趋势及影响因素分析

基于NOAA和MOD IS数据,以生长季累计NDVI为植被表征指标,采用基于像元的趋势分析方法,对过去近30年内蒙古自治区的植被变化进行了系统分析(分为1983～1999年和2000～2009年两个时段),确定了植被发生趋势性变化的区域,并利用气候和社会经济统计资料确定了影响植被变化的主要因素。研究结果表明:近30年来,内蒙古自治区72.1%的地区植被未发生明显的趋势性变化;5.5%的地区(科尔沁沙地以南和鄂尔多斯东北部)植被状况两个时期均持续好转,13.9%的地区(锡林郭勒盟草原、科尔沁沙地以南、后套平原和土默川平原)植被前期好转,后期一直保持平稳状态;0.6%的地区(科尔沁沙地北部)植被前期变差,后期无明显变化趋势;1.8%的地区(大青山山脉北侧的乌盟后山及大兴安岭的部分地区)植被前期未发生明显变化,后期明显变差。除锡林郭勒植被好转和大青山山脉北侧的乌盟后山地区植被变差主要受降水影响外,研究期内植被活动显著增强的大部分地区主要受人为因素的影响。西辽河沿岸平原、土默川平原、后套平原、科尔沁沙地以南等耕作区的植被变化主要与农作物产量的变化有关,鄂尔多斯地区和乌兰布和沙漠东部边缘的磴口县等草原区NDVI的显著增加与区域草原开垦、持续植树种草、禁牧轮牧等防沙治沙等活动有关,大兴安岭部分地区的NDVI显著减少与森林火灾有关。     

1982-2006年华北植被指数时空变化特征

利用1982-2006年GIMMS/NDVI数据,研究华北近25 a来植被指数在时间和空间上的变化。结果表明:①植被指数的年内变化呈单峰型,最大值出现在夏季,其中北京市NDVI最大,森林NDVI比农田和草地NDVI大;②华北年平均NDVI呈增加趋势,河北省植被指数增加最快,北京市次之,不同土地覆盖类型中,农田NDVI增加最快,草地次之,森林最小;③空间趋势分析结果显示,华北植被指数改善的面积占整个地区面积的15.96%,退化面积占11.86%,其中,河北省改善面积最大,内蒙古退化较明显,不同土地覆盖类型中,农田植被改善最明显;④基于华北近年暖干化发展趋势下,人类活动对该区域NDVI变化起到了重要作用。