内蒙古地区草地NPP时空变化及预测

以1982—2015年内蒙古草地为研究对象,基于GIMMS NDVI3g、ERA5气象和草地类型数据,采用CASA模型生成年草地植被净初级生产力(net primary productivity, NPP).综合运用趋势分析、偏相关、复相关及残差分析法探讨1982—2015年草地NPP的变化趋势,并定量确定气候因子和人类活动对草地动态变化的影响程度.结果表明内蒙古草地NPP呈由西南向东北逐渐递增的分布格局.东北部的草甸草原NPP最大,年均NPP值为383.66g·m~(-2)·a~(-1);其次为中部的典型草原,年均NPP值为245.46g·m~(-2)·a~(-1);西部荒漠草原NPP最低,年均NPP值为123.76g·m~(-2)·a~(-1).内蒙古地区草原1982—2015年极显著和显著增加的面积占草原总面积的11.76%、18.92%;极显著和显著减小的面积占草原总面积的4.26%、8.08%.草原NPP增大的面积大于减小的面积,草地处于恢复状态.其中典型草原和荒漠草原草地NPP增加面积大于减小面积,草甸草原略有下降趋势.内蒙古自治区草原NPP Hurst指数空间差异明显,全区绝大部分区域H0.5,平均H值为0.40,表明植被整体呈反持续性;2015年后一定时期内研究区内草地NPP的变化趋势可能发生反转.综上所述,1982—2015年内蒙古地区草原总体处于恢复状态,但未来有可能出现草地NPP下降的趋势.     

2001-2010年内蒙古植被净初级生产力的时空格局及其与气候的关系

利用MODIS NDVI数据、气象数据和植被分类数据,基于改进的光能利用率模型CASA模型对2001-2010年内蒙古不同植被类型净初级生产力(NPP)进行估算,并分析其时空分布特征及对气候因子的响应.结果表明:(1)10年间内蒙古植被年NPP的平均值为340.0 gCm-2a-1,且空间分布呈明显的经度地带性,由西向东的变化速率为每10度增加200.5 gCm-2a-1;(2)不同植被类型NPP有较大差异,森林、草地、农田和荒漠植被的NPP平均值分别为521.9、270.3、405.7和85.3 gCm-2a-1;(3)10年间内蒙古植被NPP总量的平均值为322.7 TgCa-1,波动范围为276.8-354.4 TgCa-1.从NPP年际变化的空间分布来看,阿拉善沙漠、毛乌素沙地西部、河套平原以北地区、浑善达克沙地东西缘和呼伦贝尔平原西北部植被的NPP呈极显著上升,而内蒙古中部的草地植被NPP呈极显著下降;(4)不同植被类型NPP对气候因子的敏感性有较大差异.森林植被NPP主要受温度的限制,而农田、草地和荒漠植被NPP主要受降水量控制.     

2000—2019年赣南森林净初级生产力时空变化及其与气候因子的关系

森林净初级生产力(NPP)能直接反映森林质量状况,了解赣南森林NPP时空变化及其与气候因子关系,利于掌握其森林生态系统碳收支与气候因子及其互作机理。基于MOD17A3H NPP数据,结合同期气象、土地覆被等数据,运用趋势分析、Hurst指数、地理探测器、相关性分析等方法,探讨2000—2019年森林NPP时空变化及其对气候因子的响应。结果表明：赣南森林NPP年均值空间上呈南高北低、西高东低的分布格局;随坡度、高程的增加呈先增后减的变化趋势;南坡、东坡高于北坡、西坡。2000—2019年逐年森林NPP均值变幅为780.93～904.49 g·m^-2·a^-1,多年平均值为843.46 g·m^-2·a^-1;随年份变化,呈显著上升、显著下降、变化不显著的区域占比分别为19.43%、15.85%、64.72%;平均变异系数为0.07,整体上比较稳定;变化特征以反持续性特征为主。在时间上,森林NPP与年实际蒸散量、年太阳辐射量多呈正相关,与年总降水量、年均气温多呈负相关;2000—2018年气候因子对森林NPP...     

基于LUE模型的长江源流域NPP时空变化特征分析

长江源流域具有独特的高寒植被生态系统,研究植被净初级生产力变化及其与气候因子的关系,能够反映生态系统对全球变化的响应。利用改进的遥感光能利用率模型(LUE)模拟了2001-2010年长江源流域植被NPP时空变化特征,结合同期气温和降水数据,运用趋势分析法和偏相关分析法,研究了植被NPP对气候因子的响应特征。结果表明:1)植被多年平均NPP值为171.83gC/m~2/a,高寒针叶林NPP值最大(392.64gC/m~2/a),高寒草原最小(70.41gC/m~2/a)。而高寒草甸和高寒草原分布最广,占植被NPP总量的86.6%。2)植被NPP呈增加的趋势(6.39gC/m~2/a),增加趋势不显著,在水热条件的影响下,植被NPP增长呈现出空间异质性,增加幅度由东南向西北逐渐减少。不同植被类型的NPP增长趋势不同,其中高寒针叶林、灌丛、高寒草甸、高寒草原和高山垫状植被的NPP增长率分别为15.98、12.61、3.13、2.69和1.01gC/m~2/a。3)植被NPP相比于降水,对温度的敏感性更高。近10a温度的显著增加是导致植被NPP增加的主要因素。研究结果有利于把握长江源流域高寒生态系统功能特征,为生态规划建设提供科学依据。     

2000—2014年张家口市植被净初级生产力的时空格局及其与气候的关系

植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)是反映植被活动的关键变量之一,研究其空间格局及其对气候因子的响应,对于理解陆地生态系统的碳循环有着重要作用。利用MOD17A3和气象数据,采用线性趋势分析等方法,分析2000—2014年张家口市植被NPP的时空变化特征及其与气候因子的相关性。结果表明:张家口市NPP的空间分布具有明显差异,空间上呈现东南高、西北低的趋势,且具有较明显的经向"条带"分布特征,2000—2014年张家口市植被NPP平均值为230.5 g/(m~2·a)。2000—2014年,张家口市NPP总体呈增长趋势,年NPP最大值出现在2004年,最小值出现在2001年。降水是植被NPP变化的主要影响因素,张家口市植被NPP总体上与年降水的相关性更高,呈正相关关系。该研究为冬奥会进行前张家口市的生态修复工作提供了科学依据。     

基于MODIS数据的宝鸡地区植被覆盖时空变化及影响因素分析

基于MODIS NDVI和NPP数据,选取包括气温和降水量的宝鸡11个气象站点的气候指标,分析了宝鸡地区2001²013年植被覆盖规律的时空变化。运用趋势分析方法探讨了13 a宝鸡地区年均NDVI空间变化趋势;采用相关分析法进一步对宝鸡地区年均NDVI、NPP与年均温和年降水量的相互关系进行了分析。结果表明:20012013年植被覆盖规律的时空变化。运用趋势分析方法探讨了13 a宝鸡地区年均NDVI空间变化趋势;采用相关分析法进一步对宝鸡地区年均NDVI、NPP与年均温和年降水量的相互关系进行了分析。结果表明:2001²013年宝鸡地区年均NDVI以0.032/10 a的速度上升,较快于三北防护林工程区19822013年宝鸡地区年均NDVI以0.032/10 a的速度上升,较快于三北防护林工程区1982²006年植被覆盖的增速(0.007/10 a),且20012006年植被覆盖的增速(0.007/10 a),且2001²002、20032002、2003²004年两个年份段为年均NDVI值的两次高恢复期;植被覆盖以轻度改善为主,基本不变和中度改善次之,严重退化和中度退化最弱。除个别地区外,植被覆盖恢复状况整体上呈稳中上升的较好趋势;宝鸡全区植被覆盖与气温和降水量相关性均较好,大部分地区呈现正相关;退耕后10 a,NDVI与NPP具有同步增减的变化趋势。     

内蒙古温带草原NPP时空变化特征分析

温带草原植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)及其对气候变化的响应研究是全球变化的核心内容之一。利用MODIS遥感数据驱动的LUE模型模拟内蒙古温带草原NPP,分析其对气候因子变化的响应关系。结果表明,1)温带草原2001-2014年多年平均NPP值为235.65gC·m~(-2)·a~(-1),呈东北向西南递减的趋势。草甸草原NPP值最大(358.97gC·m~(-2)·a~(-1)),典型草原次之(237.17gC·m~(-2)·a~(-1)),而荒漠草原值最小(127.77gC·m~(-2)·a~(-1));2)温带草原NPP总体上呈上升趋势,集中在锡林郭勒东部和呼伦贝尔的草甸草原和内蒙西部地区的荒漠草原,而典型草原则有下降的趋势,集中在阴山和锡林郭勒中部地区;3)温带草原NPP总体上对降水的敏感性强于对温度的敏感性。草甸草原NPP同时受降水和温度影响,其中温度更为重要,典型草原和荒漠草原NPP主要受降水的影响。     

基于MOD17A3的南岭山地森林区植被NPP时空分异分析

作为水源涵养型重点生态功能区,南岭山地森林区生态环境较为脆弱,面临生态功能退化问题。以2001-2013年MOD17A3的年均植被净初级生产力(NPP)数据和降水、气温资料为基础,通过遥感和GIS技术,对南岭山地森林区植被NPP时空分异特征进行定量分析。结果表明,2001-2013年南岭山地森林区年均植被NPP变化范围为578.45~727.37gC·m~(-2)·a~(-1),平均值为640.39gC·m~(-2)·a~(-1),年均植被NPP在南岭分布东部高,中部和西部较低;南岭植被生长状况总体东部较好,中部和西部呈现不同程度的退化,植被NPP波动剧烈的地区和矿山开采等人为活动关系密切;南岭东部地区受气温影响较大,中部受降水影响较大,西部同时受降水和气温的影响,而植被NPP波动剧烈的地区受降水和气温的影响不大,可能受人为因素的影响。     

淮河流域植被净初级生产力与干旱的相关性分析

基于CASA(Carnegie-Ames-Stanford approach)模型估算2001—2016年淮河流域植被净初级生产力,分析其时空变化特征,并结合降水距平百分率,探讨干旱对植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)的影响。结果表明,2001—2016年淮河流域年均NPP值呈现递减趋势,递减速率为-2.22 g C/(m~2·年);淮河流域年均NPP值空间分布差异明显,表现为河南南部和安徽南部地区植被NPP减少明显,而处于增长趋势的区域主要位于山东省和江苏省大部分地区;随着干旱影响范围的增加,淮河流域年均植被NPP呈降低趋势。干旱与植被NPP呈正相关的区域占整个流域总面积的93.1%,两者呈明显正相关的地区横穿山东省中部和安徽省东北部。综合研究结果可知,淮河流域干旱对植被净初级生产力影响明显。     

秦岭山地NPP遥感估算及其时空变化特征研究

基于2000²013年的MODIS-NDVI数据和气象数据,利用CASA模型对秦岭山地植被净第一生产力(NPP)进行了模拟估算。结果表明:20002013年的MODIS-NDVI数据和气象数据,利用CASA模型对秦岭山地植被净第一生产力(NPP)进行了模拟估算。结果表明:2000²013年秦岭山地植被年均NPP为833.87 g C/(m2013年秦岭山地植被年均NPP为833.87 g C/(m²·a);不同类型植被的NPP表现为栽培植被<草丛<草甸<针叶林<灌丛<阔叶林;各季植被的NPP表现为夏季>春季>秋季>冬季;秦岭山地植被NPP与当月气温及前1个月、2个月、3个月气温均呈显著正相关,但受当月气温的影响最大。     

气候变化背景下鄱阳湖地区植被覆盖及生产力变化研究

利用1981～2000年鄱阳湖地区的气象台站数据、NOAA／AVHRR—NDVI数据集（空间分辨率为8km）以及光能利用率模型GLO—PEM模拟的鄱阳湖地区植被净第一性生产力（NPP）（空间分辨率为1km）,基于最小二乘法,分析了全球变化背詈下该地区均温和降水、年最大植被指数（NDVImax）以及年NPP的年际变化趋势,探讨了植被年NDVImax、NPP变化与气候变化的关系。结果表明,近年来鄱阳湖地区气候变化比较显著,年均温和年降水量均呈现显著上升趋势,但变化幅度存在着明显的区域差异。1980～2000年闰鄱阳湖大部分地区年NDVimax存在增加趋势,但也有少部分地区呈降低趋势,其中增加趋势的显著性水平相对较高,而降低变化趋势不够显著。1980～2000年,鄱阳湖地区NPP变化主要呈现增加趋势,且显著性水平较高;其中,整个鄱阳湖地区NPP年变化率为111257t／年．滨湖区为49920t/年,外围区为61337t／年;在离湖不同缓冲距离上,NPP变化的趋势基本一致。鄱阳湖地区气候暖湿化发展对植被改善具有一定的促进作用。     

内蒙古荒漠草原植被对气候响应的滞后性研究

草原植被驱动机制研究一直备受关注。以1982-2015年内蒙古荒漠草原为研究对象,基于GIMMS NDVI3g及气象数据,采用皮尔逊相关系数、滞后系数探讨内蒙古地区荒漠草原NDVI对气候因子的滞后性。结果表明:1）荒漠草原NDVI、降水、气温和太阳总辐射年内变化都是单峰型。8月草原NDVI值达到最大,NDVI值年内变化不明显;降水也是8月达到最大;气温和太阳总辐射7月达到最大。2）从草原NDVI与气候因子的相关关系和显著相关面积占比来看,气候因子对草原NDVI影响从大到小的排列顺序为:降水>太阳辐射>气温。3）荒漠草原生长季植被的 NDVI与气候的滞后性分析表明,5-9月NDVI与降水相关关系显著,滞后时间为1个月左右。4月NDVI与1-4月的降水不显著,降水不是草地返青的主导气候因子;6-9月草原NDVI与气温成负相关,滞后时间为0~1个月。4-5月草原NDVI与气温成正相关,该季气温的回升是植被返青的关键因子;6-9月草原NDVI与太阳辐射成负相关,滞后时间为1个月。5月草原NDVI与太阳辐射成正相关,滞后时间为1个月;4月NDVI与1-4月的太阳辐射关系不显著。     

Evaluating the grassland net primary productivity of southern China from 2000 to 2011 using a new climate productivity model

Grassland is the important component of the terrestrial ecosystems. Estimating net primary productivity(NPP) of grassland ecosystem has been a central focus in global climate change researches. To simulate the grassland NPP in southern China, we built a new climate productivity model, and validated the model with the measured data from different years in the past. The results showed that there was a logarithmic correlation between the grassland NPP and the mean annual temperature, and there was a linear positive correlation between the grassland NPP and the annual precipitation in southern China. All these results reached a very significant level(P0.01). There was a good correlation between the simulated and the measured NPP, with R2 of 0.8027, reaching the very significant level. Meanwhile, both root mean square errors(RMSE) and relative root-mean-square errors(RRMSE) stayed at a relatively low level, showing that the simulation results of the model were reliable. The NPP values in the study area had a decreasing trend from east to west and from south to north, and the mean NPP was 471.62 g C m~(-2) from 2000 to 2011. Additionally, there was a rising trend year by year for the mean annual NPP of southern grassland and the tilt rate of the mean annual NPP was 3.49 g C m~(-2) yr~(-1) in recent 12 years. The above results provided a new method for grassland NPP estimation in southern China.     

2000-2013年秦岭林区植被净初级生产力时空分布特征及其驱动因素

秦岭林地是我国南北气候分水岭同时也是陕西省重要林区,研究秦岭地区植被NPP变化有助于了解该区域植被生长状况及固碳能力。使用MODIS17A3数据及各环境因子数据,通过应用GIS及数学统计等方法,分析了秦岭林区植被NPP的时空变化格局及其与环境因子间关系。结果表明,秦岭林地植被NPP均值呈现西高东低的特征, 2000-2013年植被NPP均值在400～600 gC·m^-2·a^-1之间;研究区内NPP年际变化上升趋势;在具有地理意义的区间上,200～1 500 m的高程区间及2°～25°坡度区间内植被NPP均值及总量较高,1 500 m以上及25°以上区间植被NPP均值与总量均呈下降趋势;阔叶林及灌丛占植被类型的60.36%,所占NPP总量达162.38 TgC·a^-1,粘土及粘壤土所占NPP总量达151.39 TgC·a^-1,所有植被类型及土壤类型NPP年际变化均呈上升趋势;NPP与年均气温相关性较与年降雨量高,但65.55%的区域未通过显著性检验。     

气候变化对中国草原生态系统影响研究综述

分析了近50年来中国主要草原区以温度和降水变化为主的气候变化特征,阐述了气温和降水的改变对中国主要草原生态系统影响的相关研究结果,总结了气候变化对中国主要草原区植被时空格局的影响。近50年来,中国草原区气温普遍升高,降水变化时空差异较大。多数研究结果表明,温度升高对植物物候的影响存在较大的不确定性,对草原植被净初级生产力（net primary productivity, NPP）的影响也具有区域性差异,增温加速土壤碳分解,降低植物物种多样性。降水增多使植物物候期提前,生长季延长,草原NPP提高,物种丰富度增加,但植被生长对降水的变化具有一定的滞后性;不同的水热组合对植被生长的影响不同。温度升高和降水增多均会使草原植被覆盖度增加。总的来说,气候变化对中国草原区植被生长起促进作用,但在局部区域,抑制其生长。建议在未来的气候变化条件下,结合宏观和微观方面,系统分析中国草地生态系统的敏感性和脆弱性,加强对中国草地生态系统的综合研究,从而降低研究结果的不确定性。     

近20 a新疆北疆天然草地植被覆盖度时空变化及其与气象因子的关系

【目的】研究新疆北疆1998～2018年天然草地植被覆盖度时空变化及其与气象因子的关系,为退化草地的生态修复提供技术支持。【方法】基于多年连续的MODIS–NDVI产品数据和气象数据,利用像元二分模型对近20 a新疆北疆天然草地覆盖度进行反演,分析该区域草地植被覆盖度的时空变化及与温度、降水相关性,研究北疆天然草地植被覆盖度与气象因子的关系。【结果】(1)近20 a来,北疆天然草地植被覆盖度总体上呈现为中部和东部较低,北部、西部和南部较高的空间分布趋势。(2)天然草地变化率呈增加趋势的占比为57.51%,天然草地变化率呈降低趋势的占比为42.49%。(3)近20 a来,北疆天然草地植被覆盖度与年均降水量呈正相关的比例为81.27%,呈负相关的比例为18.73%;北疆天然草地植被覆盖度与年均气温呈负相关性所占比例为39.48%,呈正相关的比例为60.52%。【结论】新疆北疆天然草地植被覆盖度与年均降水量的相关性高于年均气温。     

天山北坡植被NPP时空格局及气候因子驱动分析

【目的】研究天山北坡植被净初级生产力(NPP)的时空格局,分析NPP与气候因子的关系,为天山北坡自然资源的合理开发利用与管理提供科学依据。【方法】利用CASA模型估算天山北坡植被的NPP,分析其年内时空变化特征,采用相关性分析法研究天山北坡NPP与气候因子的关系。【结果】(1)2015年天山北坡NPP总量为34.57 TgC,平均值为173.34 gC/(m²·a),中西部区域NPP占天山北坡总量的82.25%,是天山北坡NPP的主要供给区,山地区域的NPP平均值最高。(2)不同植被类型的NPP差异较大,林地、耕地、草地、未利用地分别为534.47、333.47、174.20和124.18 gC/(m²·a)。(3)天山北坡NPP月总量波动在0.29~3.00 TgC/mon,6月NPP达到一年中最大值,为7.39 TgC/mon。草地NPP随季节的波动幅度最大,林地随季节波动幅度最小。NPP季节变化表现为夏季>春季>秋季>冬季。(4)温度对天山北坡不同植被类型的影响大于降水。NPP的变化受气候因子驱动影响的区域占66.06%,主要集中在天山北坡中西部区域;非气候因子的影响占33.94%,主要集中在天山北坡中东部以北地区。【结论】天山北坡NPP总体上呈现西高东低的趋势,不同植被类型随季节的变化趋势不同,温度是天山北坡NPP年内变化的主要影响因素。     

2001-2013年黄土高原植被净初级生产力时空变化及其归因

基于光能利用率模型(CASA),利用遥感数据、气象数据和基础地理数据,测算了2001-2013年黄土高原植被净初级生产力(NPP),并辅以一元线性回归、Hurst指数及相关分析等方法,分析了2001-2013年黄土高原NPP时空变化特征、未来变化趋势及其驱动因素.结果表明,2001-2013年黄土高原植被年均NPP呈显著增加趋势,年增速为4.9 g/(m2·a).黄土高原植被NPP空间分布差异显著,表现出由东南向西北递减的趋势.黄土高原植被NPP呈增加趋势和减少趋势的面积分别占78.0%和22.0%.Hurst指数表明研究区未来植被NPP变化的正向特征显著,呈持续性和反持续性的比重分别为72.1%和28.9%.黄土高原植被NPP变化与降水、气温相关性不大,人类活动是影响植被NPP变化的重要因素,且对NPP有双重影响.     

基于5种气候生产力模型的天山北坡主要草地类型NPP计算分析

[目的]通过对天山北坡不同生态区域典型地带性草地的动态监测,为实现草地资源的信息化提供基础资料和参考.[方法]根据大西沟、小渠子、牧业试验站、乌鲁木齐、米泉和柴机湖等6个气象站2004～2009年的气候资料,分别采用Miami模型、Thornthwaite Memorial模型、Chikugo模型、朱志辉模型和周广胜模型对天山北坡8个草地类型自然植被净第一性生产力进行了计算,并进行了反演,分析了各模型估算不同类型天然草地NPP的误差.[结果](1)研究区的均温升高了近0.125 9℃,年降水量降低了2.265 9 mm;(2)5种模型计算的8个草地类型NPP值,虽然在数值上有差异,但变化趋势表现出高度的一致性;(3)精度反演比较显示周广胜模型精度较高,但也有不足,实际应用时需要修正.[结论]在2004～2009年气候"干旱高温"的变化趋势下,各草地类型的生物量随气候变化明显,各模型在一定程度上能反应出NPP的变化趋势.     

气候变化对阿勒泰地区自然植被净第一性生产力的影响

[目的]建立阿勒泰地区自然植被净第一性生产力与年平均气温和年降水量的统计关系,在此基础上,估算未来气候变化对自然植被净第一性生产力的可能影响.[方法]利用新疆阿勒泰地区7个气象台站1961～2008年的历史气候资料对年平均气温和年降水量变化规律进行统计分析的基础上,采用周广胜等[1]的自然植被净第一性生产力模型,计算了近48年阿勒泰地区自然植被净第一性生产力的变化特征.[结果]48年来,阿勒泰地区年平均气温以0.475℃/10 a的倾向率上升,降水量以11.495 mm/10 a的倾向率增多,年平均气温和年降水量分别于1975和1986年发生了突变性的上升;受其影响,自然植被净第一性生产力以0.2 t/hm2/10 a的倾向率增长,并于1985年发生了突变性的增大.[结论]未来气候的"暖湿化"变化对提高阿勒泰地区自然植被净第一性生产力将产生积极影响,平均而言,在其它条件不变的前提下,年降水量每增多10;,自然植被净第一性生产力将增加7;～9;.年平均气温每升高1℃;自然植被净第一性生产力将增加0.06;～1.56;.