基于CSCS的黑河上游潜在植被NPP及其水热关系研究

潜在植被NPP空间分布格局是植被长期适应自然的结果,是NPP与外界环境关系的反映,通过这种关系有助于理解地表碳循环发生的环境背景。本研究利用综合顺序分类法(CSCS)对黑河上游潜在植被进行模拟,通过植被反演计算潜在植被NPP总量以及累积量,探讨了潜在植被NPP与水热因子之间的相关性。结果表明,黑河上游潜在植被类型共有8个类,且具有明显的垂直地带性分布特征。潜在植被NPP积累量分布特征为河流流经的地区高于其他地区,在山区中,随着海拔的上升,NPP积累量呈先上升后下降的趋势,潜在植被的NPP积累量由黑河上游水热分布条件决定的。NPP积累量与≥0℃年积温在寒冷和寒温级内呈正相关,在微温级内呈负相关;与湿润度在干旱、微干、微润和湿润4个等级内呈正相关,在潮湿级内呈负相关。这种分布格局反映了潜在植被对生境和气候变化的多元适应性结构。     

基于CSCS的中国现存自然植被分布研究

植被类型是研究自然植被的基础,CSCS模型的模拟结果反映潜在自然植被的类型及其空间分布。因此,进一步研究基于CSCS模型的现存自然植被类型的空间分布,对CSCS模型在天然草地资源动态监测与评价、草地畜牧业生产管理等方面的应用具有现实意义。在基于CSCS模型确定的中国潜在自然植被图的基础上,结合1∶100万中国植被图和DEM数据,研究了现存自然植被分布范围,并划分了现存自然植被典型区,首次制作出基于CSCS的中国现存自然植被分布图和现存自然植被典型区分布图,对指导CSCS草地类型外业调查样点位置的选择及不同类型植物生物学特征的研究具有重要作用。     

基于NPP与EVI的三江源生态状况评估

为了探究2001-2019年三江源生态状况在时空上的变化特征,基于Mann-Kendall检验法从时空角度对2001-2019年生长季累计增强型植被指数(Enhanced Vegetation Index,EVI),植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)进行趋势变化分析,对三江源生态状况进行评估;通过土地利用类型转移情况对趋势分析研究结果展开进一步验证;最后对NPP与EVI、气候因子(温度和降水)进行相关性分析,探讨NPP变化的主要限制因素.结果 表明:时间尺度上,2001-2019年研究区内NPP和EVI总体呈波动上升趋势;空间尺度上,区域内NPP和EVI明显改善面积占比分别为86.06％和34.26％,大部分区域生态状况得到明显改善.2001-2019年研究区草地面积增加了645.89 km2,植被覆盖度增加,这与EVI趋势分析结果一致.NPP与EVI、温度、降水量均成正相关,其中EVI与NPP相关性最强.     

内蒙古草地生态系统近10年NPP时空变化及其与气候的关系

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。通过改进的光能利用率模型(CASA模型),利用MODIS NDVI数据、土地覆盖分类数据、气象数据等,逐像元模拟2001-2010 年内蒙古草地生态系统NPP的时空变化,分析其对气候因子变化的响应关系。结果表明,1)2001-2010年内蒙古草地多年平均NPP为281.3 g C/(m²·a),空间分布呈由西南向东北递增的趋势,草甸草原、典型草原和荒漠草原平均NPP分别为431.8,288.7和123.5 g C/(m²·a);2) 2001-2010年间内蒙古草地NPP总体上呈上升趋势。NPP上升趋势最明显的草地主要分布在毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地、呼伦贝尔盟和大兴安岭南麓地区,而下降趋势最明显的草地主要分布在阴山山脉和锡林郭勒盟中部的典型草原区;3) 总体而言,降水量是内蒙古草地净初级生产力的主要影响因素。草甸草原NPP与降水量、温度的关系均很密切,而且与温度的相关性更强;典型草原和荒漠草原NPP则主要受降水量控制,其中荒漠草原NPP与降水量的关系更密切。     

基于CASA模型的甘南地区草地净初级生产力时空动态遥感模拟

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。基于地理信息系统和卫星遥感应用技术,利用CASA模型估算了2001-2008年甘南草地NPP,在模型验证的基础上,分析了甘南草地NPP空间分布格局和时间分布特征。结果表明,1)2001-2008年甘南草地多年平均NPP为483.41 g C/(m²·a),大体呈现由西南向东北逐渐减少的趋势,单位面积多年平均NPP在海拔3 000~3 500 m最高,达到497.07 g C/(m²·a);2)甘南草地植被生长季节变化明显,主要生长期集中在第177~240天;3)甘南草地NPP呈现增加趋势,增长趋势最明显的草地类型是低平地草甸类,而沼泽的变幅最小,通过与8年间温度和降水的分析可以看出,影响甘南草地NPP变化的主要驱动力是降水量。     

基于CSCS方法的甘南自然植被NDVI时空分布特征研究

基于综合顺序分类系统(CSCS)模型,利用地理信息系统技术手段,模拟出甘南潜在自然植被类型图,并且结合国际地圈生物圈计划(IGBP)土地覆盖数据集,制作出甘南残存潜在自然植被分布图和残存潜在自然植被典型区分布图。在此基础上,利用2001-2010年MODIS数据分别研究了残存潜在自然植被分布区及其典型区的NDVI年度和月度变化特征。研究结果表明,1) 甘南残存潜在自然植被分布区面积达33 940 km²,占甘南总土地面积的92.53%;2) 残存潜在自然植被典型区主要分布在玛曲县、碌曲县及迭部县部分地区和夏河县北部,在舟曲、卓尼和临潭县分布较少;3) 甘南地区NDVI在2001-2010年期间都呈现出上升趋势,7种植被类型的月最大值出现在7-9月。     

气候变化和人类活动对内蒙古植被净初级生产力的影响

为探究内蒙古植被净初级生产力(Net primary productivity, NPP)的时空格局及其与气候变化的关系。本文利用MODIS NPP数据分析内蒙古2001—2020年植被NPP的时空变化，利用Thornthwaite纪念模型和差值比较法分离气候变化和人类活动对于该地区NPP的影响。结果表明：(1)2001—2020年研究区NPP呈显著的增加趋势(3.29 gC·m^-2·a^-1),NPP总体呈东高西低的空间分布格局，且99.1%的区域NPP呈升高趋势。(2)在植被改善的地区中，大兴安岭地区、研究区西南部主要是由人为主导，研究区中部包括通辽赤峰和锡林郭勒等地区主要由气候主导，其他地区由两者共同作用。在土地退化的区域，多为人为主导。其中，森林主要受人类活动的影响，草地主要受气候变化的影响。(3)人类活动影响的NPP (Human net primary productivity, HNPP)总体呈正值，即人类活动抑制了植被生长，高值区主要分布在研究区的南部，这些地区人为活动对植被的生长抑制更大。     

基于Daycent模型的三江源地区草地NPP估算及其对气候变化的响应

【目的】探求1971-2020年草地NPP的时空变化特征及其与气候因子的关系。【方法】基于Daycent模型估算三江源地区草地NPP,结合同期温度和降水数据,运用多元回归分析法进行分析。【结果】1)三江源地区草地NPP多年的年平均值为168.10 gC/m²,空间上呈现东高西低,南高北低的格局。2)高寒草甸类年均NPP为227.44 gC/m²,高寒草原类年均NPP为117.23 gC/m²。3)当降水量小于450 mm时,温度与草地NPP呈正相关;当降水量大于450 mm时,温度与草地NPP呈负相关。【结论】三江源地区草地NPP呈自东南向西北递减的空间格局;不同草地类型中,高寒草甸类年均NPP大于高寒草原类年均NPP,且高寒草原类年均NPP有显著的增加趋势;三江源地区的草地NPP与降水量呈显著相关关系,温度对该地区的草地NPP也有影响。     

内蒙古不同类型草地NPP时空动态特征及其气候影响因素分析

为揭示内蒙古不同类型草地净初级生产力(NPP)时空动态,探究其与气候因子的相关性,利用2001～2016年遥感数据,气象数据和20世纪80年代中国草地分类数据,采用光能利用率(CASA)模型,模拟获取2001～2016年内蒙古草地NPP,并分析了不同类型草地NPP的时空动态及其对气候因子的响应。结果表明:(1)2001～2016年,内蒙古草地年均NPP为163.9 gC/(m^2·a),空间上呈现东北部高西南部低的特征,年均NPP总量为31.6 TgC/a(1Tg=10¹²g);(2)试验的16年,内蒙古草地年均NPP呈增加趋势增加量为2.1 gC/(m^2·a),年际波动较大;(3)温性草甸草原、热性草丛、低地草甸、山地草甸和沼泽的年均NPP呈显著增加趋势,其他5类呈显著减少趋势;(4)NPP与年均温和年总降水量的相关系数分别为-0.01和0.4;(5)除温性荒漠草原和温性草原化荒漠外,其他类型草地NPP均与温度呈负相关关系,所有类型草地NPP与降水量均呈正相关关系。降水是影响内蒙古草地NPP最主要的气候因子。     

草地综合顺序分类法研究新热点:2008-2020年回顾与展望

草地综合顺序分类法(comprehensive and sequential classification system of grassland,CSCS)经过60多年的不断探索和完善,已成为具有中国知识产权的唯一的可数量化的草地分类系统.特别是2008年任继周等在Rangeland Journal专门著文推介CSCS,开启了CSCS在国内外研究的新高潮.本研究以CSCS作为关键词从Wed of Science及中国知网等科技论文数据库检索得2008-2020年发表的中英文文献分别为48和29篇.通过系统梳理,获得最新的研究成果如下:1)将CSCS与国际公认的Holdridge Life Zone、BIOME4分类体系在全球尺度上进行对比验证,论证了CSCS在草地类型划分方面的突出优势;2)使用数字高程模型数据的坡度、坡向和坡度变化率等因子修正传统空间插值法,引入海拔、坡度等变量的多元回归和残差分析插值法,有效解决高海拔和复杂地形所带来的气候数据插值误差,提高了CSCS的模拟精度,也为深入广泛的应用提供了方法论依据;3)基于CSCS发生学特征,研究草地对全球气候变化的响应.现已在区域、全国及全球尺度上研究草地生态系统对全球气候变化的响应,为进一步的草地精细化分类管理和相关政策制定提供了数据基础;4)热量状况和水分条件的组合是草原现象和过程的本质的因素,以CSCS为理论框架,用分类指标为参数构建草地第一性生产力(NPP)分类指数模型,该模型不仅揭示草地类型与其净第一性生产力的内在联系,也为进一步研究地带性草地类型的生产潜力、草地净第一性生产力的区域分布和全球分布提供了可能.在区域、全国和全球尺度上的比较验证可知,基于CSCS的草地NPP模型已发展成为草地生态系统第一性生产力评估及碳汇计算的新工具.未来CSCS研究亟待开展的工作主要有:1)完善CSCS亚类及型的定量分类体系;2)通过开发CSCS方法在草地营养载畜量和生态服务价值评估等方面的应用,完善基于CSCS框架的草地精细化管理.     

中国天然草地净初级生产力时空分布

利用基于草原综合顺序分类系统（CSCS）的改进CASA模型,估算2004-2008年中国草地净初级生产力并分析其时空分布特征。结果表明：2004-2008年中国草地NPP年平均为489.4 g C·m^-2·a^-1,5年里草地NPP总体呈现增加趋势。草地NPP的积累期主要发生在水、热搭配较好的4-10月,占了全年总量的89.1%。春（3月-5月）、夏（6月-8月）、秋（9月-11月）、冬（12月-2月）四季的草地NPP各自占全年总量的18.6%,59.6%,17.4%和4.5%。由年际、月份—空间和季节—空间的NPP变化可知,适宜的水热搭配是草地NPP积累的关键。中国草地NPP随经度的递增而逐渐增大,随纬度的增大而逐渐减小,但存在一定的波动性,其变化规律与水、热状况的地带性规律相一致。     

基于GIS的中国2大草地分类系统类的兼容性分析

以植被-生境学分类(vegetation-habitat classification system of grassland,VHCS)方法为基础的定性的中国草地分类系统,以及定量的气候-土地-植被综合顺序分类系统(comprehensive and sequential classification system of grassland,CSCS)是我国常用的2大草地分类系统。在实际应用中,因“草原”和“草地”概念的重叠、混淆和交叉,以及定性分类和定量分类的差异,造成了操作上的困扰,研究结果亦不便相互交流。本研究通过2大系统一级单位-“类”的分类指标、名称和属性的对比,分析了2个系统“类”的兼容性,建立了两者间的对应关系,并利用基本同期的CSCS分类图和数字化的中国草地资源图(VHCS),以内蒙古自治区和甘肃省为例,在ArcGIS平台上进行了验证分析。研究结果表明:1)以广义草原或草地概念为基础的CSCS是一个大系统,兼容了以中国为例的VHCS分类系统;2)兼容VHCS的CSCS的类,两者在分类指标、名称和属性方面均能达到统一;3)空间叠置分析表明,若不考虑森林和非地带性类,内蒙古和甘肃区域2个分类系统分类结果的兼容性分别达到61.4%和61.1%;有差异的区域,基本上表现出草地实际调查结果(VHCS)是比原生潜在草地(CSCS)在更恶劣气候条件下的低分类级别的草地类,说明人为干扰已超过了原生草地生态系统的生存阈限,导致草地逆行演替;4)对CSCS与VHCS分类结果的对比分析研究,可科学地揭示人为干扰下草地的演替状态,并明确草地恢复和重建的目标。     

1982-2012年中国NDVI变化及其与气候因子的关系

GIMMS NDVI产品因其长时间序列的优势,一直以来被广泛应用于植被特征分析.本文利用1982-2012年该数据集,研究了我国NDVI时间和空间的分布状况及空间变化率,同时选用双变量相关与偏相关2种方法分析了我国不同植被类型区域NDVI与6种气候因子(年降水量、平均气温、平均风速、平均水汽压、平均相对湿度和日照时数)的相关性.结果表明,全国NDVI的年内变化显著,其中2月下半月数值最小,8月上半月达到峰值.31年间,全国NDVI呈缓慢增长趋势,其年平均增长率为0.0003.针对8种不同的植被类型,其NDVI与6种气候因子的相关性程度不同,总体而言,与年降水量、平均气温、平均水汽压及平均相对湿度多具有正相关性,而与平均风速和日照时数多具有负相关性.     

近百年全球草地生态系统净初级生产力时空动态对气候变化的响应

气候变化是影响生态系统空间地理分布、结构和功能的主要因素。为了从长时间序列大空间尺度上了解气候变化对草地生态系统的影响及其反馈机制,本研究利用综合顺序分类法及分段模型分别模拟了1911-2010年间全球草地生态系统及净初级生产力(NPP)的时空动态,并通过相关性分析揭示草地NPP对不同气候因子的响应。结果表明,在过去的百年间,全球草地面积从1920s的5175.73万km²下降到1990s的5102.16万km²,其中冻原与高山草地类组的面积下降最多,为192.35万 km²,荒漠草地类组、典型草地类组和温带湿润草地类组的面积分别下降了14.31、34.15和70.81万km²,而热带萨王纳类组的面积增加了238.06万km²。在气候变化的影响下,大多数草地类组的重心均向北方移动,在北半球尤为明显。全球草地NPP从1920s的25.93 Pg DW/年增加到1990s的26.67 Pg DW/年。就各草地类组而言,冻原与高山草地类组、荒漠草地类组、典型草地类组、温带湿润草地类组的NPP均呈现下降趋势,分别下降了709.57、24.98、115.74和291.56 Tg DW/年,而热带萨王纳类组的NPP则增加了1887.37 Tg DW/年。从全球尺度来看,降水是影响草地NPP的主要气候因子。总的来说,近百年气候变化对全球草地生态系统产生了深刻的影响,尽管草地NPP呈现增加的趋势,但暖湿化的气候变化对草地生态系统的结构和空间分布产生了不利的影响。     

气候变化与人为活动对三江源草地生产力影响的定量研究

近数十年来在气候变化和生态工程实施的背景下,作为我国重要的生态屏障的三江源地区的气候条件和人为干扰都发生了明显的变化。本研究借助CASA模型和气候生产力模型,结合对土地利用/覆盖变化(LUCC)的分析,定量评估了气候变化、LUCC和草地管理措施对三江源草地净初级生产力(NPP)变化的影响。结果表明,1)2001-2012年间,三江源草地总面积增加了6749 km²,草地的平均NPP下降了5.47%,总NPP下降了5.00%。 2)由新增加的草地带来的NPP总量为1293.12 Gg C,由转出草地带来的NPP总量损失为215.42 Gg C。 3) 2012年气候总NPP比2001年下降了20.27%,而人为总NPP增加了41.51%。12年间气候变化的趋势不利于草地植被的生长,而人为活动对草地植被的负面影响力有明显减弱。4)由气候因素引起的草地总NPP变化量为-165.28 Tg C,而管理措施引起的总NPP变化量为140.03 Tg C; LUCC导致的草地总NPP变化量为2.22 Tg C。草地管理措施的改进对遏制草地退化起到了决定性作用。     

甘肃省草地NPP时空变化及对气候因子的响应

本研究利用MOD17A3 NPP和气象数据对甘肃省天然草原2000—2019年净初级生产力(net primary productivity,NPP)进行动态监测,并利用趋势分析法和变异系数法研究近20年草地NPP时空变化规律与气候因子的响应。结果表明:近20年,甘肃省草地NPP呈波动上升趋势,增速达4.72 gC·m^-2·a^-1·(10a)^-1,草地NPP分布由东南向西北递减;20年间草地NPP呈显著增加趋势的面积占甘肃省草地的75.70%,主要分布在陇中黄土高原、河西走廊、祁连山地大部以及陇南山地;草地NPP变异系数小于0.15的面积仅占40.31%,以山地草甸、低地草甸和高寒草甸为主,草地NPP整体呈现高波动性;草地NPP与降水量的相关性最高,温性草原NPP对降水量的响应最敏感,温性荒漠草原次之,高寒草原对降水响应最低。综上所述,甘肃省草地NPP呈现增长趋势但稳定性低,对降水量的响应强于气温,生态工程对草地NPP具有促进作用,需长期实施。     

我国北方草地净初级生产力时空动态特征及其与水热因子的关系

为探讨我国北方草地净初级生产力（Net primary productivity,NPP）的变化及其影响因子,本研究利用光能利用率模型（Carnegie-ames-stanford approach,CASA）和遥感数据,模拟了2000—2015年我国北方地区的草地NPP时空动态格局,并对其动态变化的稳定性、持续性及其与气象因子的相关关系进行分析。结果表明：2000—2015年间我国北方草地NPP呈显著增长趋势,空间上表现为由东北向西北逐渐降低;草地NPP高值区主要集中在青藏高原东部、新疆北部,低值集中在青海省西南部及内蒙古中部等地;青海东部、甘肃南部和陕北地区的草地NPP呈显著增加,而新疆北部草地NPP显著减少;不同类型草地NPP在研究期限内均呈波动增加的趋势,其中坡面草地增长率最高;我国北方大部分地区草地NPP处于中等波动状态,青藏高原东北部的草地NPP较为稳定;未来青海省南部及东部,黄土高原中部和新疆北部地区的草地NPP将持续显著增加。总体而言,我国北方草地NPP与气温呈负相关关系,与降水呈显著正相关性关系。