近20年新疆荒漠草地动态变化及其对气候变化的响应

荒漠草地是干旱半干旱区陆地生态系统的关键类型,具有重要的生态作用,对气候变化和人类活动敏感。通过确定新疆荒漠草地NDVI阈值,提取荒漠草地范围,结合归一化植被指数（normalized difference vegetation index, NDVI）、植被净初级生产力（net primary productivity, NPP）、气象因子等数据,利用一元线性回归模型、相关性分析等方法,从不同的时间和空间尺度对1999-2018年新疆荒漠草地的动态变化及其对不同驱动因子的响应进行研究。结果表明：1）新疆南北疆荒漠草地分布存在差异,研究期间总体面积减少明显,平均NDVI稳定,NPP呈上升趋势。2）全年及7-8月气象因子变化趋势不同,南北疆存在显著差异,全疆大部分区域呈现气温升高、降水增多趋势。3）从时间变化看,降水量、大型蒸发量和平均风速是新疆荒漠草地年际NDVI的重要影响因子,水分条件对生长季NDVI的影响更为明显;年蒸发量与荒漠草地NPP呈显著负相关关系,平均风速、降水量与荒漠草地NPP存在一定相关性。4）从空间相关性来看,气温、降水在空间上与荒漠草地NDVI、NPP呈正相关的面积较大,且降水影响面积更大。研究表明,新疆荒漠草地植被动态变化是多种气象因子综合作用的结果,气温、降水是主要的影响因子,其中降水影响更为明显,水分条件是荒漠草地动态变化的决定因素。     

草地早熟禾与高羊茅蒸散量的研究

对草地早熟禾和高羊茅在整个生长季内的蒸散量（ET）进行了田间测定，研究了北京地区冷季型草坪草的ET变化规律。结果表明，生长季内高羊茅的总ET为629．59mm，比草地早熟禾的560．85mm高出11％；2个草种的ET变化趋势基本一致，均受气管因子的影响，各气象因子的作用不是孤立的；在整个生长季内草地早熟禾需灌水344．22mm(0.344m^3），高羊茅为393．55mm（0．394m^3)。     

宁夏天然草地气象因子与草地初级生产力关系研究

气象因素是天然草地初级生产力的主要制约因素,为了解各气象因子对天然草地初级生产力的制约效应,利用主成分综合因子得分和灰色关联度分析理论对宁夏天然草地气象质量进行了综合评价,并对天然草地初级生产力与各气候因子间的相互关系进行了关联分析。结果表明:宁夏干旱地区13个市县天然草地的气象质量可以划分为3个等级,半干旱区6个市县天然草地的气象质量可以划分为2个等级。限制宁夏干旱区天然草地初级生产力最主要的气象因子是4-9月降水量,其次是年降水量、湿润度和年蒸发量;宁夏半干旱区天然草地初级生产力最主要的限制气象因子是湿润度,其次是4-9月降水量、年降水量和无霜期。     

黄土高原半干旱区林草植被建设措施

水分是黄土高原半干旱区林草植被建设的主要限制因子。在借鉴前人进行林草植被建设取得的经验和教训的基础上,从水分与林草植被建设的相互效应出发,提出了以土壤水分平衡为核心的黄土高原林草植被建设3项措施:1)不同地带天然植被类型的林草植被建设;2)不同植被地带的水分生态条件和立地条件的林草植被建设;3)注重林草植被布局,加强草地建设。认为要提高林草植被的成活率、保存率和最大限度发挥林草植被的生态效益,黄土高原半干旱区林草植被建设必须要仿拟天然植被结构和遵循适地、适树、适草的原则进行,并探讨了今后进行林草植被建设的方向和措施。     

黄土高原半干旱区天然草地群落结构与土壤水分关系

气候变化导致水热条件发生变化,从而引起土壤含水量改变,必然影响区域植物群落结构和功能。本研究以黄土高原半干旱区天然草地群落为研究对象,在较大空间尺度上根据随机设置样地法调查区域内典型地带性草地群落,研究黄土高原半干旱区土壤含水量的变化对草地群落的影响。结果表明,1)地上生物量、凋落物质量与土壤含水量呈显著正相关;地下生物量和总生物量与土壤含水量虽正相关但不显著;2)物种多样性和物种丰富度均随着土壤含水量的增加而增加;3)植物功能群受土壤水分的影响,表现为禾本科和豆科随着土壤含水量的增加而增加,而杂类草相反。总之,在半干旱区土壤水分是限制群落生产力和物种多样性的重要因子,而禾本科和豆科作为指示物种可以反映土壤的水分状况。土壤水分的变化可能是导致半干旱区天然草地群落演替的驱动力,草地退化可能与土壤含水量的改变有关。     

基于LPJ模型的中亚地区植被净初级生产力与蒸散模拟

中亚干旱区是对全球气候变化最敏感的区域之一,以草地和耕地为主的植被类型极易受到水资源短缺和人为等因素影响,导致生态环境极易恶化,故分析其植被净初级生产力(NPP)和蒸散(ET)变化特征及对气候的响应具有重要意义。本研究利用LPJ模型模拟中亚地区1982-2012年NPP和ET,并分析其在中亚潜在植被类型中的空间分布和变化特征。结果表明,1)NPP和ET的高低值空间分布基本一致,高值区主要分布在林地、草林地混合区以及耕地区,低值区主要分布在植被稀少的荒漠周边区域和哈萨克中部草地区;2)NPP总量和ET总量均呈波动上升趋势,其中NPP年度变化范围在469.59~1 130.26 Tg C·a-1,年均值为737.24 Tg C·a-1(185.57 g C·m-2·a-1),ET范围在695.53~1 047.69 km3·a-1,年均值为850.46 km3·a-1(214.07 mm·a-1);3)影响中亚地区植被NPP和ET变化的气候因子主要为降水,温度影响相对较弱;4)吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦植被生产力增长较快,哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦和新疆较为稳定,土库曼斯坦植被生产力出现下降现象。     

气象因子对典型草原地上生物量的潜在影响

利用锡林浩特国家基准气候站和牧业气象试验站2004—2018年牧草生长季气象资料和生态观测资料,分析了各气象因子对锡林浩特典型草原地上生物量在全生育期的潜在影响。结果表明:锡林浩特典型草原牧草地上生物量有明显增加趋势,增加速率为每年51.7kg/ha,相关系数0.459(P<0.05)。降水量与同期地上生物量干重呈极显著正相关,相关系数是0.525(P<0.01)。每增加1mm降水量使地上生物量增加3.5kg/ha。降水量在牧草全生育期是影响典型草原地上生物量最主要的气象因子。其它气象因子在全生育期对地上生物量的影响不显著。     

青藏高原典型高寒荒漠生长季蒸散及水分消耗特征研究

为探究青藏高原典型高寒荒漠下垫面水分消耗规律,以2019年青藏高原典型高寒荒漠地区沱沱河站监测的涡动数据和微气象数据为基础,分析不同时间尺度蒸散值的变化特征和下垫面水分消耗特征,研究结果表明：小时平均蒸散发量最大值出现在14—15时,达0.46 mm·h^-1;日蒸散值最大值出现在7月7日,为8.58 mm·d^-1,最小值出现在4月2日,为0.30 mm·d^-1;整个生长季蒸散值呈先增加后减小趋势,其中7月份最大,为120.68 mm,4月份最小,为64.80 mm;生长季总蒸散发量为581.15 mm,平均每天蒸散4.01 mm。整个生长季累计降水量为235.70 mm,蒸散发量与降水量（Precipitation,Pr）的差值（The difference between ET and Precipitation,IETP）显示,2019年青藏高原典型高寒荒漠植被生长季（4—8月）水汽交换以下垫面水分消耗为主。     

三峡库区植被指数与气象因子响应机理研究

利用1998年到2008年SPOT的NDVI植被指数数据以及气象数据,采用地理加权回归分析方法,研究三峡库区植被变化与气象要素之间的时空响应机制。研究表明：（1）三峡库区年均气温空间分布差异较大,库区多年平均降水具有明显的区域差异;（2）三峡库区NDVI年变际化呈倒U型,且年内最大值出现在7月,最小值出现在1月;（3）气温与降水对库区植被覆盖变化有促进作用,其中小时间尺度的气候变化对植被覆盖的影响机制比大时间尺度显著,气温是影响库区植被覆盖变化的主要气象因子;（4）地理加权回归考虑了气象因子的空间自相关性、空间非平稳性等因素,在分析库区植被覆盖对气象因子的空间响应机制时较为适用,能够取得较好效果。     

甘南和川西北地区草地植被NDVI变化及其驱动因素研究

草地是甘南和川西北地区最主要的植被覆盖类型,约占研究区面积的43.91%。为探明该地区草地的生长状况变化及其驱动因素,基于MOD13A3数据,采用趋势分析、变异系数、偏相关分析和残差分析,对研究区草地归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）时空动态变化和稳定性进行分析,并研究了气象因素和人类活动对草地NDVI变化的影响。结果表明：2000-2018年甘南和川西北地区草地生长期NDVI呈上升趋势的面积占比为74.17%,其中17.15%通过显著性验证;研究区草地NDVI整体较高（均值为0.7096）,在19年间全区和各类型草地NDVI均呈波动上升趋势,生长状况稳定,仅有6.08%的草地波动幅度较大;温度和降水对研究区草地NDVI的变化主要呈正向驱动,且NDVI与温度呈正相关的面积（70.19%）大于降水（62.63%）,人类活动在2000-2005年对草地NDVI呈负向影响,2006-2017年呈正向影响。     

基于MOD16A2的锡林郭勒草原近14年的蒸散发时空动态

蒸散发(Evapotranspiration,ET)的时空动态对理解水热对植被的影响具有重要作用。利用MODIS MOD16A2月产品数据和气象数据,通过回归分析、空间变异分析和相关分析等方法,研究锡林郭勒草原不同类型草地近14年(2000-2013年)的ET时空动态及ET对气象要素的响应。结果表明:锡林郭勒草原ET总体表现为由东北部和东南延线向西南部递减的规律,草甸草原 > 典型草原和沙地植被 > 荒漠草原,典型草原和沙地植被无显著差异。各类草原的ET变化趋势相近,均在2003年、2008年和2012年出现波峰,2009年出现波谷。草甸草原、典型草原和总体的ET均有增加趋势,荒漠草原和沙地植被的ET均有减小趋势,但变化均不显著。空间变异分析表明近14年锡林郭勒草原ET的空间变异状况较为稳定。ET与降水量、NDVI、相对湿度和水汽压均成极显著正相关(P < 0.01),相关系数依次降低但都大于0.83;ET与气温、风速和日照时数均为不显著负相关,相关系数分别为-0.51,-0.48和-0.23。     

Biophysical Factors and Canopy Coupling Control Ecosystem Water and Carbon Fluxes of Semiarid Sagebrush Ecosystems

The sagebrush-steppe ecosystem covers much of western North America, and its productivity is sensitive to warming and increasingly variable precipitation. Interannual variation in precipitation has been shown to be the most significant factor controlling biogeochemical cycling while both soil and atmospheric drought are dominant factors of ecosystem fluxes. We show that plant canopies can also act to limit water losses through stomatal and aerodynamic control. We use 4 data-yr from 2 sites (2 069 and 2 469 m above sea level elevation, respectively) to evaluate control of carbon and water fluxes and to calculate the degree to which the ecosystem canopy and atmosphere are decoupled. Environmental conditions were similar between the two sites, although the lower elevation site was slightly warmer (1.8°C higher temperature) and drier (0.2 kPa higher vapor pressure deficit). Ecosystem responses of net ecosystem exchange (NEE) and evapotranspiration (ET) to environmental drivers were similar between sites and years, with the wet site-yr 2009 having the largest ET and NEE fluxes. Canopy leaf area led to divergent behavior of the canopy-atmosphere decoupling parameter under high (> 11% by volume) soil moisture conditions. During low (< 11%) soil moisture periods, both sites had tight ecosystem stomatal control on ET with little NEE activity. This study highlights how semiarid ecosystems can alter their canopy leaf area in order to control how decoupled semi-arid canopies are to the atmosphere, potentially moderating impacts of climate change.     

2000-2014年宁夏草地蒸散时空特征及演变规律

蒸散是水文-生态过程耦合的纽带,对草地生态系统的稳定性十分重要,研究生态环境脆弱地区草地生态系统蒸散变化特征对于区域农牧业发展、生态恢复与重建和构建生态屏障意义明显。基于2000-2014年MOD16地表蒸散数据,利用回归分析、相关分析和重新标度极差分析等方法,研究了宁夏草地近15年的蒸散时空分布格局与演变规律,并讨论了可能影响因素。结果表明,2000-2014年,宁夏草地蒸散量介于177.51~274.43 mm,平均值为228.03 mm;受降水的年际波动影响,全区草地蒸散量在近15年呈不显著的上升趋势(P>0.05),不同类型草地的年蒸散量和月蒸散变化动态差异明显;从空间上来看,宁夏草地的多年平均蒸散量存在较强的空间异质性,呈现南高北低的分布格局,北部最低为135.84 mm,南部最高可达732.12 mm,但波动性不强;近15年,宁夏北部草地的蒸散以下降为主,降幅自北向南递减,中部和南部以上升为主,增幅自北向南递增,但大部分区域的蒸散变化幅度较小,总体变化不显著;未来,全区草地蒸散的正向特征显著,趋势发生反转的草地比例较小;降水量是决定全区草地蒸散空间分布格局和年际波动的主要因素,人类生产活动主导的土地利用类型变化对局部蒸散的影响不容忽视。     

藏北高原气候变化与植被生长状况

概述了近年来对西藏藏北地区气候变化与植被生长状况的研究进展.总结发现,藏北的那曲地区总体在向暖湿方向发展,有利于植被生长和生态环境的改善;阿里地区则有暖干化发展趋势,对牧草的生长有不利影响.诸多气候因子--最低气温、水汽压、平均气温、最高气温和降水量等对植被生长均有一定的影响.对藏北高原植被变化的研究表明,牧草都呈现出...     

Estimating evapotranspiration in semi-arid rangelands: connecting reference to actual evapotranspiration and the role of soil evaporation

In a context of water scarcity, efforts to increase landscape production should focus on improving water productivity. This requires an appreciation of the various components of evapotranspiration (ET), including soil evaporation (E_s) because the latter reflects ‘unproductive’ water loss. Both complex and simple algorithms have been developed to determine ET. In data scarce areas, developing and testing parsimonious algorithms is useful. This study sought to improve a simple single layer ET model by incorporating an E_s component. Empirical methods were also explored to predict ET from vegetation indices (VIs), leaf area index (LAI) and reference evapotranspiration (ET₀). A large aperture scintillometer and an eddy covariance (EC) system were used to validate the proposed algorithm at three sites over Grasslands and Albany Thicket biomes in the Eastern Cape, South Africa. There was good agreement between the observed and predicted ET with RMSE of 0.30–0.58 mm d^?1 when average daily observed ET was 0.43–3.24 mm. The VIs had moderate correlations with the observed data due to the significant role played by E_s (65%–84%) across the sites and stomatal conductance at the Albany Thicket site. The simple algorithms developed would make determining ET easier in data scarce regions.     

近15年呼伦贝尔沙质草原植被覆盖变化对气候因子的响应

采用2000-2015年呼伦贝尔沙质草原区MODIS NDVI数据,反演该区植被覆盖状况,结合同期6个气象站点的温度和降水量数据,采用线性回归分析、相关与偏相关分析等数理统计方法,探讨植被覆盖变化对气候因子的年际、季节响应特征。结果表明：呼伦贝尔沙质草原植被覆盖较好区域主要集中在陈巴尔虎旗的东北部、鄂温克旗的中东部以及新巴尔虎左旗的东南部区域;近15年间的研究区植被覆盖状况呈逐年波动改善趋势,尤其是2010年后的植被覆盖呈明显改善趋势;2000-2009年间的年均温呈小幅波动的平稳提升趋势,降水则呈不显著降低趋势;而自2010年后,二者的变化趋势正好相反,年均降水量呈显著增加趋势;夏季气温呈不显著降低、降水则呈显著波动增加的年际变化趋势均有利于植被生长;降水是植被覆盖状况最主要的影响因子,气温对植被覆盖的影响也较大。     

锡林浩特市不同景观类型草地对气候的响应

基于锡林浩特市气温、降水、NDVI、海拔、地形地貌等数据,将其划分为9个景观类型,在景观尺度上对NDVI变化及对气候的响应、不同景观在不同时空尺度上植被生长状况差异等进行研究。同时,选取6个特征年,结合景观空间差异对研究区草地的适应性、脆弱性及敏感性进行划分,分析不同年份水分状况的景观响应。结果显示,降水、海拔、温度的综合效应导致了景观时空分异。温度高、水分较好的景观类型受气候影响较小,温度较高、水分条件差的景观类型比其他景观更加脆弱。低温、水分充足的景观类型更喜好高温气候。气候暖干化大背景下,水分条件优越区将是畜牧业发展重要依赖区域。“暖湿型”气候年份,所有景观草地生长状况都达到了最高值,“冷湿型”气候年份所有景观植被生长状况都受到了抑制;“暖干型”气候年份对水分优越景观类型起正效应,对高温、水分条件差的景观产生负作用。