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：① 1982—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）。     

1982—2015年科尔沁沙地植被时空变化及气候响应

基于1982—2015年GIMMS NDVI3g.v1数据,结合站点气象数据,采用趋势分析、变异系数、Hurst指数及偏相关分析等方法,探讨了科尔沁沙地植被覆盖的时空特征、气候响应及未来趋势.结果表明:(1)科尔沁沙地34 a植被覆盖呈缓慢增加趋势,每10 a增速为0.23％.植被覆盖变化整体上可分为"三升"(1982...     

中国干旱区气温变化对全球变暖的区域响应

选取中国干旱区77个气象站点1961-2007年的均一化气温资料,采用线性倾向估计、Mann-Kendall检验和Morlet小波分析等方法,研究了干旱区气温变化对全球变暖的区域响应。分析表明:①我国干旱区气温变化对全球变暖响应显著且具有鲜明的区域特色。1961-2007年,我国干旱区年平均气温呈明显上升趋势,约上升了1.8℃,平均气温升温速率为0.39℃/10a,增暖幅度与波动幅度高于同期全球以及中国区域平均。②我国干旱区气温变化季节与区域差异显著。各季平均气温均呈上升趋势,其中秋、冬两季增温明显,冬季气温线性变化率最大,为夏季增温的两倍有余。年均温与各季升温幅度区域差异较大,其中北疆、阿拉善高原升温幅度最大,南疆与河西走廊升温相对较慢。③年均温与各季气温的年距平序列突变主要发生在20世纪80年代中期以后。研究区各站点普遍存在着16～17年的年代际变化和6～7年的年际变化。综合我国干旱区年均温距平序列及其突变时间和振荡周期,可推断出干旱区气温将会持续以较高的变暖速率上升,至少最近10年这种趋势不会改变。④我国干旱区水热相互反馈作用错综复杂,气候变暖如何影响干旱区水热相互反馈作用机制,这将是进一步研究的重点。     

1981—2015年中国西北牧区植被覆盖的时空变化北大核心CSCD

我国西北牧区绝大部分属于中温带干旱半干旱地区,其植被对环境变化极为敏感,也易受人类活动干扰。近年来,西北牧区植被发生了明显变化,影响了农牧业生产和生态建设。因此,亟需进一步掌握国家生态工程和种植业结构调整措施下西北牧区植被覆盖的动态变化特性,为农牧业生产和生态建设提供理论支持。利用1981—2015年8 km×8 km分辨率的GIMMS 3g NDVI产品,采用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验与Hurst指数等方法,研究西北牧区植被覆盖的时空变化特性。结果表明：（1）1981—2015年,西北牧区植被覆盖发生了明显变化,改善面积占总面积的41.9%,其中,2006—2015年植被覆盖改善最明显,占比达到63.7%。（2）11种植被类型均呈恢复趋势,其中栽培植被改善面积占比超过80%,而草原和草丛改善超过60%。（3）35 a来,西北牧区植被覆盖呈正向可持续发展趋势,持续性恢复和稳定不变的面积占总面积的70%以上,其中,2006—2015年持续恢复和稳定不变的面积占总面积的63.8%。国家生态工程和种植业结构调整措施对西北牧区植被覆盖有明显影响,未来该区植被覆盖以持续性恢复为主。     

近50年中国气温变化的区域差异及其与全球气候变化的联系

采用1961-1990年逐年年平均气温资料,运用旋转经验正交函数(REOF),将中国大陆划分为8个气温变化区。之后依据1951-2000年逐月气温和年平均气温资料,采用线性回归和滑动平均等方法分析各个区域的气温变化趋势和特征。最后分析了六个遥相关指数与每个区域年平均气温、冬季气温、夏季气温标准化序列的相关关系,指出中国气温变化与全球气候变化的相关性。研究发现:1951—2000中,我国大陆35oN以北地区年平均气温变暖显著于35oN以南。23-35oN、90-112.5oE即青海南部、西藏东部、四川和云南的西部变冷。所有区域90年代为最暖期,且都存在显著变暖趋势。35oN以北地区冬季的变暖速率显著大于夏季和年平均气温的升温速率。我国的气温变化与全球气候变化有一定程度的相关关系,而且不同季节,响应全球大气变化的区域也不同。     

新疆阿勒泰地区1963—2012年最大冻土深度的时空分布及其对气温变化的响应

利用阿勒泰地区1963—2012年7个气象站的最大冻土深度、平均气温,极端最低气温资料,采用回归分析、相关性检验、Mann-Kendall突变检测、Hurst提出的R/S分析等方法,对阿勒泰地区最大冻土深度的时间演变、空间分布及与气温的关系进行了分析。结果表明:吉木乃站的均方差和变差系数最大;阿勒泰地区最大冻土深度以0.574 cm·a^-1的速度显著减少;年最大冻土深度几乎出现在2—3月;阿勒泰地区的最大冻土深度的突变时间是在1986—1987年,发生了下降趋势的突变,福海和富蕴站没有发生突变;阿勒泰地区年极端最大值、最大值的平均值、平均最大值均出现在青河站;年最大冻土深度与平均气温和极端最低气温呈显著负相关,其相关系数分别为-0.508和-0.293。     

Spatial and temporal variations of vegetation cover and the relationships with climate factors in Inner Mongolia based on GIMMS NDVI3g data

Variation in vegetation cover in Inner Mongolia has been previously studied by the remote sensing data spanning only one decade. However, spatial and temporal variations in vegetation cover based on the newly released GIMMS NDVI3g data spanning nearly thirty years have yet to be analyzed. In this study, we applied the methods of the maximum value composite(MVC) and Pearson's correlation coefficient to analyze the variations of vegetation cover in Inner Mongolia based on GIMMS NDVI3g data spanning from 1982 to 2013. Our results indicate that the normalized difference vegetation index(NDVI) increased at a rate of 0.0003/a during the growing seasons despite of the drier and hotter climate in Inner Mongolia during the past three decades. We also found that vegetation cover in the southern agro-pastoral zone significantly increased, while it significantly decreased in the central Alxa. The variations in vegetation cover were not significant in the eastern and central regions. NDVI is positively correlated with precipitation(r=0.617, P=0.000) and also with air temperature(r=0.425, P=0.015), but the precipitation had a greater effect than the air temperature on the vegetation variations in Inner Mongolia.     

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。     

1961-2010年北方半干旱区极端降水时空变化

采用49个气象站点1961--2010年逐日降水量资料,运用Mann-Kendall非参数检验、滑动T检验和R/S等方法,分析了近50 a来北方半干旱区极端降水事件的时空变化特征.结果表明:近50 a北方半干旱区极端降水指数最大5日降水量(RX5day)、强降水量(R95p)、降水强度(SDII)、连续湿日数(CWD)、连续干旱日数(CDD)、大雨日数(R20)和年总降水量(PRCPTOT)都表现出减少趋势.其中,RX5day和R95p减少趋势通过了0.1以上的显著性水平检验.Hurst指数分析表明,研究区各极端降水指数未来都呈现出减少趋势,其中CWD表现得尤为明显.近50 a来北方半干旱区CDD在1985年和1995年发生突变,而其他极端降水指数在1999-2000年出现了减少的突变.研究区各极端降水指数多年平均值的空间分布格局较为一致,除CDD外其他极端降水指数基本呈现出从西北向东南逐渐减少的趋势.各极端降水指数变化趋势在空间上表现出一定的区域差异性,研究区极端降水指数在东部地区以减少趋势为主,而中部局部地区表现出增加趋势.近50 a来北方半干旱区各极端降水指数(除CDD外)与年总降水量呈极显著正相关关系,极端降水指数对年降水量具有很好的指示作用.     

1982-2012年全球干旱区植被变化及驱动因子分析

基于长时间序列卫星遥感数据GIMMS3g NDVI(1982-2012年),分析了全球干旱区(包括亚湿润干旱区、半干旱区、干旱区和极端干旱区)植被时空变化及其对气候和人文等非气候因子的响应.结果表明:①全球干旱区NDVI总体呈显著增长趋势(P＜0.001),增长速率为0.0005·a-1,略低于全球植被增长速率.显著上升区域和显著下降区域分别占全球植被显著变化区域面积的27.0％和7.7％(P＜0.05).显著退化面积最大区域为半干旱区.②降水作为干旱区植被变化的主要影响因子,主要表现在对干旱区和半干旱区植被的影响上,对亚湿润干旱区和极端干旱区影响较小.③全球不同干旱区植被变化及驱动因子存在较大差异.如澳大利亚南部主要受到季节降水的影响,植被改善;而南美和欧亚大陆中部则主要受到人为因素的影响,植被退化.     

榆林地区植被指数动态变化及其对气候和人类活动的响应

榆林地区是中国典型生态脆弱区,植被生态系统对气候变化和人类活动影响较为敏感。以榆林地区2000—2015年MODIS NDVI为基础,结合气温、降水数据,利用线性趋势法、相关系数、偏相关系数及缓冲区方法,分析了区域NDVI(归一化差异植被指数)动态变化及其对气候和人类活动的响应,结果表明:(1)榆林地区总体上NDVI较小,植被覆盖水平较低。2000—2015年NDVI以每年0.009 6的线性速率递增,空间上主要表现出线性增加趋势,占总面积的97.06%,减少趋势面积较小且主要与人类活动有关,分布在区域西南部山区、城镇附近及中、东部的河流谷地。(2)相关分析表明,榆林地区NDVI与气温以负相关为主,而与降水以正相关为主,反映出干旱、半干旱地区水分是植物生长的主导因子。(3)NDVI变化过程反映出人类活动范围中,市级行政中心缓冲区人类活动强度高于县级行政中心缓冲区。市级行政中心缓冲区范围可划分为5 km以内受人类活动剧烈影响区域、5~9km受人类活动影响递减区域和9 km以外未受人类活动影响区域。     

近54 a中国西北地区气温和降水的时空变化特征

利用中国西北地区1961—2014年191个台站的逐月气温和降水资料,通过线性倾向估计、滑动平均、累积距平、IDW（反距离空间插值）等方法,研究了西北地区气温和降水的时空变化特征。结果表明：近54 a西北地区平均气温呈波动上升趋势,其中冬季的增温速率最大,极端最高、最低气温均呈上升趋势。降水量也呈上升趋势,尤其是近几年上升速度较快。降水主要集中在夏季,进入21世纪后冬季降水增加。多年平均气温较高区域集中在南疆地区、祁连山东南部,其中升温较明显区域集中在准噶尔盆地和天山地区西南部分地区。降水量表现出东多西少的特征,降水量较多区域集中在祁连山东南部,降水量较少区域集中在南疆地区,其中降水增加较明显区域集中在北疆地区、塔里木盆地的西部地区。从西北地区近54 a气温和降水的时空变化可以看出,西北地区有向暖湿转变的趋势。     

近54a中国北方严寒期时空变化特征及其影响因素

利用中国北方269个气象站点1960—2014年逐日平均气温数据,以候均温为统计数据,采用线性倾向估计、Mann-Kendall(M-K)检验、累积距平、Morlet小波功率谱及相关分析等方法,探讨了中国北方严寒期的时空变化特征及其影响因素。结果表明:近54 a来,中国北方各区域严寒期起始候推迟,终止候提前,候数缩短,其中,西北地区起始候推迟最显著,华北地区终止候提前最突出,华北地区候数缩短最长。严寒期空间差异显著,表现为:自南向北,起始候提前、终止候推迟、严寒期延长的趋势更突出;且严寒期变短地区多于变长地区。突变和小波分析表明,北方严寒期在1980s末到1990s初发生了突变,东北、华北和西北地区的严寒期分别存在4.00 a、7.09 a和3.19 a的优势周期。此外,纬度每增大1°,严寒期延长1.30 p;北半球极涡面积指数和亚洲区极涡面积指数是中国北方严寒期变化的重要因素。     

基于SPOT/NDVI华北地区植被变化动态监测与评价

利用1998-2011年SPOT NDVI数据反映华北地区植被覆盖变化情况,结合该地区土地覆盖数据以及1982-2011年84个气象站点的气温和降水数据,分别从时间和空间两个方面对其进行植被动态监测与评价,并简要分析其变化原因。结果表明:1)从时间上来看,华北地区NDVI在1998-2011年总体呈增长趋势,表明该地区植被覆盖情况整体上得到改善,其中,森林和农田NDVI增长最快;2)从空间上来看,华北地区地表植被覆盖得到改善的区域比退化区域面积要大,其中,森林和农田的恢复效果最为明显,而灌丛、草地、沙漠退化面积均超过改善面积,表明华北地区水土流失和荒漠化现象依然严峻;3)在华北地区气候长期趋于暖干化的背景下,华北植被变化与降水变化关系比与气温变化关系密切,表明植被覆盖变化受降水影响较大,此外,人类活动也是引起植被覆盖变化的重要驱动因子。     

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。