1999-2012年三江源区植被净初级生产力及固碳释氧量测评

[目的]估算近14 a三江源地区植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)以及固碳释氧量,为河源区的生态环境建设以及制定碳减排与碳增汇政策提供科学依据.[方法]基于遥感、气象、土地等数据,通过CASA模型、碳排放模型、Sen+ Mann-Kendall模型,分析三江源地区植被NPP及其固碳释氧量的时空变化特征.[结果](1)三江源区植被NPP单位面积多年均值主要集中在0～750 g/(m2·a)之间,约占研究区81.72%;空间分布特征呈东南—西北递减规律,高值分布在海拔较低、河流密集以及林地地区,而高寒地区NPP值相对较低.(2) 1999-2012年研究区NPP物质量年际变化呈增加趋势,增速约为7.26 g/(m2·a),没有通过0.05显著水平检验;年际变化空间特征中,约23.64％呈下降趋势,其中通过0.05置信水平者约占2.3％,主要分布在人类活动较频繁的地区;在受人类活动影响较少且水资源丰富地区呈增加趋势,约占研究区的76.36％,其中30.58％通过0.05置信水平检验.(3)固碳释氧物质量变化中,耕地变化幅度较大,其次是林地和其他用地,牧草地变化波动性较小.与人类活动因素有关,人为因素作用越明显,其变化幅度就越大,反之亦然.[结论]三江源高寒牧草地生态总体改善较好,受人类影响较少,而在海拔较低、河流密集以及人类活动频繁地区生态变化相对较复杂,局部地区存在退化现象,需要进一步加强该地区的生态环境保护建设.     

气候变化背景下羌塘国家自然保护区植被净初级生产力时空变化

基于Miami模型和Thornthwaite Memorial模型，利用西藏羌塘国家自然保护区附近5个气象站1971-2018年气温、降水数据和第五次耦合模式比较计划（CMIP5）多个全球模式历史和未来预估数据，分析保护区附近及保护区气温、降水、植被净初级生产力（NPP）的时空变化特征。结果表明：（1）保护区附近年平均气温从西部到东部渐低，年降水量从西部到东部渐多。年平均气温（T）呈显著升高趋势，年降水量（R）和年蒸散量（E）均呈微弱增加趋势，伴随各站气温NPP（NPPt）呈显著升高趋势，降水NPP（NPPr）呈微弱增加趋势，大部分站点蒸散NPP（NPPe）和标准NPP（NPPb）均呈微弱增加趋势；（2）NPPt从西部到东部逐渐变小，NPPr从西部到东部逐渐变大，NPPe、NPPb从西部到东部先变大后变小。狮泉河、改则站植被NPP限制因子为降水，申扎、班戈站为蒸散，安多站为蒸散或气温；（3）21世纪不同年代NPPt、NPPr、NPPe和NPPb与20世纪所有年代相比均显著增大。保护区NPPt、NPPr、NPPe和NPPb在未来不同排放情景下相对于1960-1990年均明显增加。保护区在近48a和未来气候“暖湿化”趋势下，植被NPP均有所增加，东南部的寒冷湿润地区增加幅度较大，而西北部寒冷干旱地区增加幅度较小。未来气候有利于当地植被NPP提高，从而改善生态环境。     

气候变化对秦岭南北植被净初级生产力的影响（Ⅱ）——近52年秦岭南北植被净初级生产力

根据秦岭南北54个气象站1960—2011年逐日数据,采用周广胜—张新时模型、Penman-Monteith模型、气候倾向率、相关分析和Spline插值等方法分析近52 a气象要素的时空变化特征及其对植被净初级生产力的影响。结果表明：1）秦岭南北多年平均植被净初级生产力由北向南逐步上升,排序为巴巫谷地〉汉水流域〉秦岭南坡〉秦岭以北,各子区植被净初级生产力变化趋势不一,植被净初级生产力上升的站点占本区站点总数的比例顺序为汉水流域〉秦岭南坡〉巴巫谷地〉秦岭以北,秦岭以南地区增加更为明显,生态区23个站点中植被净初级生产力年际波动并不大,介于1.34～1.89之间;2）植被净初级生产力与湿润指数、降水量和相对湿度呈显著水平（P〈0.01）的正相关关系,相关系数排序为降水量〉湿润指数〉相对湿度,降水的增多会促进植被净初级生产力的累积,水分是主要制约因素;3）植被水分利用效率由南向北递减,排序为巴巫谷地〉汉水流域〉秦岭南坡〉秦岭北坡,绝大部分地区呈现不显著的上升趋势,近52 a来,水分利用效率普遍呈上升趋势,但并不显著,整体上维持相对稳定水平。     

黄土高原植被净初级生产力时空变化及其影响因素

为了探明黄土高原地区植被生产力变化的驱动机制,该文基于MODIS传感器获得的MOD17A3数据,分析了黄土高原2000-2010年间植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)的时空变化及其主要影响因素,并借助多元统计分析方法对引起NPP变化的自然和人为因素进行量化分析。结果表明:黄土高原植被总NPP从2000年的119 Tg(以C计)增加到2010年的144 Tg(以C计),年增速4.57 g/(m2·a)(P0.05)(以C计)。黄土高原约91%的区域NPP呈增加趋势,37%的区域增加趋势显著,主要分布在陕西、青海大部分地区、甘肃南部及宁南山区。整个黄土高原近11 a间NPP变化受自然和人为因素共同影响,其中退耕还林还草累计面积、帕尔默干旱指数(palmer drought severity index,PDSI)、耕地面积和人口数量是影响NPP变化的主要因素。退耕还林还草累计面积占四者总贡献率的43%,PDSI占40%,耕地面积和人口数量分别占13%和4%。对区域而言,由退耕还林还草工程引起的土地利用覆被变化是退耕区(陕北、甘肃东南部等)NPP增加的主要因素,而近年来干旱情况的缓解(PDSI呈上升趋势)则是青海、内蒙古等地NPP增加的主要因素。该研究对于黄土高原各区域生态资源管理,以及生态系统的建设具有一定的指导和借鉴意义。     

湖北省鄂州市湿地净初级生产力及固碳释氧量估算

[目的] 估算湖北省鄂州市净初级生产力(net primary productivity,NPP)以及固碳释氧量,探索一种适用于中小尺度上,涉及大量水体的湿地NPP估算方法,为制定相关湿地生态保护政策提供更为准确的数据支撑。[方法] 构建湿地分类模型,将鄂州市湿地划分为浅水地表湿地与深水水体湿地。对浅水地表湿地,采用基于遥感影像的光能利用率模型进行NPP估算;对深水水体湿地,引入叶绿素a与生物量指标,构建回归模型,对湿地水体NPP进行估算。汇总两者的估算结果,得到鄂州市湿地2020年度NPP总量及其空间分布和固碳释氧量。[结果] 鄂州市湿地2020年度净初级生产力总量为2.99×10⁵ t (以C计),CO₂的固定量为4.87×10⁵ t,O₂的释放量为3.59×10⁵ t,整体上呈现南高北低的分布格局。[结论] 采用湿地分类的方法,对深水水体湿地NPP单独进行估算,弥补了基于遥感影像的模型估算方法中对湿地水体部分估算的不足,使估算结果更接近湿地真实水平,采用的模型方法可为类似涉及水体的湿地NPP估算工作提供一种新思路和方法。     

中国植被总初级生产力对气候变化的响应

为理解中国植被GPP的变化规律,基于改进后的EC-LUE模型,分析了中国1982—2016年植被GPP的空间格局、变化特征及驱动因子。结果表明:(1)中国植被GPP年变化范围介于0～3 051.08 g C/(m²·a),总体呈现出南高北低的空间分布特征。高值区主要分布在华南、东南沿海地区,低值区分布在青藏高原、新疆、内蒙古西部等地区;(2)近35 a中国植被GPP整体呈增加趋势,增加速率为2.43 g C/(m²·a)(p<0.05),特别是黄土高原地区植被GPP增加趋势明显,但在东北及东南沿海的部分地区呈显著减少的趋势;(3)中国植被GPP变化与气温和降水呈正相关关系,气温和降水强驱动的面积占比8.1%,气温为主要驱动因子的面积占比25.3%,降水为主要驱动因子的面积占比15.1%,气温和降水弱驱动面积占比8.9%。虽然近年来中国植被固碳能力呈变好趋势,但在未来气候变化存在不确定性的背景下,生态保护工作任重道远。     

主要草原生态系统生产力对气候变化响应的模拟

利用历史气候数据(1961-2010年)和气候情景数据(1961-2100年)驱动CENTURY模型模拟高寒草甸、温性草甸草原、温性草原和温性荒漠4类主要草原生态系统的地上净初级生产力(ANPP),分析考虑和不考虑大气CO2浓度增加的直接效益(以下简称“CO2增益”)未来气温和降水量变化对ANPP的影响.结果表明:(1)1961-2010年,高寒草甸的ANPP呈极显著增加趋势(P＜0.01),与生长季内最低气温上升密切相关;温性草甸草原、温性草原和温性荒漠的ANPP变化趋势不显著,但年际波动较大,均与同期降水量具有极显著的正相关(P＜0.01),而与同期气温的相关性较弱.(2)若不考虑大气CO2增益,在A2和B2情景下2020s(2011-2040年)、2050s(2041-2070年)、2080s(2071-2100年)时段该4类草原生态系统的ANPP相对于基准时段(1961-1990年)的平均增幅分别为4.9％、12.0％、18.6％和3.0％、6.6％、8.9％,其中温性草原的ANPP增幅最大,其次是温性荒漠,而温性草甸草原和高寒草甸的ANPP有增有减,变幅较小.(3)若考虑大气CO2增益,在A2和B2情景下2020s、2050s、2080s时段该4类草原生态系统的ANPP较不考虑大气CO2增益均有显著增加(P＜0.05),平均增幅分别为20.0％、31.8％、45.6％和9.0％、13.7％、18.0％,其中温性草原的ANPP增幅最大,其次是高寒草甸和温性荒漠,而温性草甸草原的ANPP增幅稍小.     

气候变化对红松气候生产力的影响研究

根据植物生长的Logistic曲线推导出计算树木气候生产力的模式,分别利用不同年代气象资料计算分析东北地区红松气候生产力及气候变化对气候生产力的影响结果表明,该区红松气候生产力最高值达288m~3/hm~2,最低值仅为115m~3/hm~2,二者相差1倍以上,不同气候对红松气候生产力的影响明显不同。     

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0.57 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2.65 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。     

咸阳气候变化及其对农作物气候生产力的影响

利用咸阳1960-2009年气象资料,主要应用Thornthwaite Memoriai气候生产力模型、Kriging插值法等对当地近50a气温、降水和气候生产力的时空变化进行分析。结果显示：（1）咸阳近50a暖干化趋势明显,增温突变发生在1994年,降水量减少突变发生在1984年;气候生产力以-70.4kg.hm-2.10a-1的速率减小且在1984年发生突变减少。（2）近50a来,咸阳的年平均气温北低南高,变差系数北部大南部小,气候倾向率东北增温强于其他地区;年降水量北多南少,变差系数北小南大,气候倾向率是西、北部减少趋势大于东南;气候生产力及其变差系数都是由北向南递增,其气候倾向率除旬邑地区略有增长外其他地区都为明显减少趋势。（3）假定不同气候变化情景下分别计算当地气候生产力可知,＂暖湿型＂的气候环境对咸阳农业生产最有利,增产范围为5.89%～11.44%;＂冷干型＂气候环境对农业生产最不利,减产范围为6.3%～13.11%,中西部地区作物增产潜力最大,在49%～62%,咸阳目前的气候暖干化趋势对农业生产不利。     

北京山区刺槐林净初级生产力对气候变化的响应

利用BIOME—BGC模型估算北京山区刺槐林的净初级生产力(NPP),并分析了NPP对不同未来气候情景的响应。结果表明:模型模拟出的NPP总体上低于样地实测值,年际变动率为11.2%,并表现出波浪形年际变化规律;降水量与NPP呈现极显著正相关关系,是NPP年际变化的主要气候因子;CO2的浓度加倍、降水增加对NPP积累起到促进作用,温度增加不利于NPP的积累;降水增加对NPP积累的正向效应不敌温度增加对NPP积累的负向作用,CO2浓度加倍、降水增加对NPP积累的协同促进作用大于温度增加对NPP积累的抑制作用。     

2001-2020年贵州省气候变化及人类活动对植被变化的影响

以MODIS-EVI及同期气候因子及气象干旱指标SPEI作为表征植被和气候时空变化特征的指标,采用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall显著性检验、Hurst指数分析和残差分析等方法探究贵州省2001—2020年植被生长状况对气候变化及人类活动的响应。结果表明：（1）2001—2020年贵州省植被增加的区域面积比为84.97%,主要改善区域以贵州省北部和西南部地区为主,且植被在未来的空间变化趋势上以反持续性增加为主,占据贵州省总面积的69.23%。（2）贵州省植被与气候因子降水呈正相关关系,与气温呈负相关关系,但相关性均较弱,而区域植被生长状况与SPEI间的正相关性大于负相关性。（3） EVI与人类活动在贵州省北部、西部及西南部地区主要以积极的改善作用为主,而在贵阳、遵义及其周边地区则以消极的抑制作用较为突出,整体上研究区内的人类经济活动与植被EVI呈正相关关系。研究结论可为贵州省植被生态保护及其与气候变化、人类活动之间的适宜性研究提供客观的科学理论支撑。     

气候变化对典型草原区牧草气候生产潜力的影响

利用典型草原区45a的气候和牧草产量资料，应用数理统计方法分析了典型草原区气候变化规律及其对牧草气候生产潜力的影响。结果表明：典型草原区气候暖干化趋势明显，45a的年平均气温上升了1．6℃，最近20a上升了0．7℃，年降水量变化总体上呈减少态势，45a中年降水量下降了27mm，最近20a下降了40mm；降水量小是限制该地区牧草气候生产潜力的主导因素，由此造成45a间牧草气候生产力平均下降率为200．2kghm^-2a^-1，该区气候资源利用率也比较低，最近14a的平均值仅为37．3％，尚有60％的潜力可以开发；用气温、降水量与牧草气候生产力建立的气候评估模式通过了0．01信度检验，拟合的平均相对误差〈4．7％，温度与降水对其综合影响为：温度每降低1℃，降水增加1mm时，牧草气候生产潜力分别增加47．9kghm^-2a^-1和12．1kghm^-2a^-1。     

大巴山地区植被覆盖变化及其对气候变化的响应

利用1998—2009年的SPOT VGT-NDVI逐旬数据集,对大巴山地区植被覆盖变化及其对气候的响应进行了研究。结果表明:(1)1998—2009年大巴山地区植被NDVI值变化整体呈显著上升趋势,年平均NDVI值在0.54～0.64之间;大巴山弧形褶皱带植被NDVI值较高,河流附近NDVI值较低;大巴山地区植被覆盖呈显著性增加趋势,在县城城区附近有植被退化迹象,占总面积的0.24%。(2)1998—2009年,提取6种植被类型的NDVI值在四季的变化总体呈上升趋势,尤其是春季NDVI变化显著;不同类型的植被NDVI值大小顺序为:阔叶林>针叶林(冬季为针叶林>阔叶林)>灌丛>草甸>草丛>栽培植被,其中,草甸在四季的变幅最大。(3)在时间尺度上,NDVI与同期、前一个月、前两个月的气温呈极显著相关性,与降水量的相关性不显著。空间尺度上,6月月均NDVI与气温呈负相关的像元数占67%,表明该时段温度升高可能导致蒸发量增大,从而抑制了植物生长。     

气候变化及人类活动对黄河流域植被覆盖变化的影响

黄河流域在我国具有重要的战略地位,是我国重要的生态屏障,定量化评估气候变化和人类活动对黄河流域植被变化影响,对政府管理决策具有重要意义.以黄河流域为研究区,分析1982—2019年归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)时空动态变化,定量计算气候变化及人类...     

气候变化对云南气候生产潜力的影响

利用1961-2009年云南省117个台站年平均气温、降水量资料和Thornthwaite Memorial模型计算分析云南省气候生产潜力(TSPV)的分布及年际变化特征,并模拟了未来气候变化情景下气候生产潜力的变化。结果表明:云南多年平均TSPV值为1439.2g.m-2.a-1,滇西北和滇东北最低,滇西南和滇东南最高;近49a云南全省以及各站的平均TSPV变化的年际变化不显著;云南TSPV利用率较低,实际粮食产量平均只占气候生产潜力的19%。在云南气温明显上升、降水略减少、年际波动大的气候变化趋势背景下,TSPV与降水的相关系数(P0.01)大于气温,说明降水是当地TSPV的主要限制因素;敏感性分析显示,未来如果出现"暖湿型"气候对作物生长最为有利,出现"冷干型"对作物生长最为不利。而趋势分析表明,未来云南易出现"暖干型"气候,这不利于当地的农业生产。     

轿子山国家级自然保护区气候变化特征及对NDVI的影响

轿子山国家级自然保护区保存有最完整的滇中高原植被与生境，是气候敏感性热点地区之一。采用一元线性回归、Pettitt突变检验、Spearman相关系数等方法识别1961—2019年气候要素和极端气候指数变化特征，1999—2016年归一化植被指数（NDVI）时空变化趋势特征及对极端气候指数的响应，旨在辨识轿子山植被变化特征及对极端气候变化的动态响应，以期为保护区的气候风险评估提供参考依据。结果表明：（1）全球变暖下，1961—2019年气候要素（平均气温、日照时间、风速、雾日）变化趋势显著，垂直温度带组合动态变化，2017—2019年基带由南亚热带转为北热带；（2）整体来看，1961—2019年极端气温指数变化率和突变点较极端降水指数显著；（3）1999—2016年NDVI增速随海拔升高降低，以海拔2 736，3 236 m为界，NDVI增长速率的变化率表现为"高—低—高"；（4） NDVI_mean、NDVI_max、NDVI_min对极端气温指数的相关性总体上强于极端降水指数，对暖指数、降水强度指数、极端降水日指数响应最为敏感；（5）如果（极端）气候变化超过植被耐受阈值，则可能抑制植被生长。鉴于未来气候变化的不确定性，有必要进一步识别极端气候变化对保护区NDVI的影响，加强保护区极端气候风险预警、监测和管控。     

气候变化对宁夏自治区中卫市环香山地区气候生产潜力的影响

根据宁夏回族自治区中卫市兴仁气象站1961-2008年逐月气温、降水数据,采用Miami和Thornthwaite Memorial模型模拟了中卫市环香山地区气候生产潜力及其变化。结果表明:(1) 环香山地区气候向"暖干型"方向变化,年平均气温呈明显上升趋势,降水量变化波动大,呈逐年递减的趋势;(2) 温度生产潜力逐年增加,降水生产潜力和气候生产潜力呈波动中减少的趋势;(3) 气候生产潜力与年平均降水量具有着极其显著的线性相关关系,与年平均气温没有明显的相关性,温度生产潜力分别是降水生产潜力和气候生产潜力的2.79和2.35倍,说明降水条件是制约环香山地区气候生产潜力的关键因子;(4) 对未来气候进行情景模拟分析,结果表明环香山地区气候主要以"暖干型"气候为主,这对当地农业生产极为不利,需大力发展节水农业技术以保证农业生产。