气候变化和人类活动对西南喀斯特地貌区植被NDVI变化相对作用

定量厘定气候变化和人类活动对西南喀斯特地貌区植被NDVI变化的相对作用,可为揭示喀斯特地貌区植被NDVI时空演变特征及其驱动机制提供依据。以MODIS NDVI、SRTM DEM、基于站点的气象数据为数据源,建立Theil-Sen Median斜率估计、残差分析、相对作用分析等多数学模型,分析了2001—2019年西南喀斯特地貌区气候变化和人类活动对植被NDVI变化的相对作用,揭示植被NDVI与降水、气温、相对湿度和日照时数的相关性。结果表明:研究时段内西南喀斯特地貌区植被NDVI总体上呈上升态势,植被NDVI变化趋势呈现明显的空间异质性,植被NDVI增加的区域面积远大于减少的区域面积; 研究区植被改善和植被退化均受人类活动的主导。研究时段内西南喀斯特地貌区植被NDVI与降水、气温以及相对湿度整体呈正相关,相关程度依次递减,与日照时数呈负相关。综上可知,研究时段内西南喀斯特地貌区植被覆盖呈改善态势,人类活动可被认为是影响西南喀斯特地貌区植被NDVI变化的主要驱动力,植被NDVI与降水、气温、相对湿度和日照时数的相关系数在空间上呈现明显的异质性。     

顾及时滞效应的西南地区植被NPP变化归因分析

随着社会经济的不断发展,近年来西南地区部分区域生态环境日益脆弱。研究气候变化和人类活动影响下植被净初级生产力（Net Primary Productivity,NPP）时空演变特征,可为监测区域植被生长状况及其对驱动因素的响应机制提供理论依据。该研究以2000－2020年MOIDS NPP数据为基础,结合气象、人口密度、夜间灯光和土地利用类型等数据,使用Theil-Sen Median趋势分析、多重共线性检验、多元回归分析、残差分析和偏相关分析等研究方法,分析2000－2020年西南地区及各地貌单元植被NPP时空变化特征及对气候变化和人类活动的响应特征。结果表明：1）2000－2020年,除青藏高原植被NPP、气候影响下的植被NPP预测值（Predicted Net Primary Productivity,NPPPre,）和人类活动影响下的植被NPP残差值（Residual Net Primary Productivity,NPPRes）呈微弱波动下降外,其余地貌单元植被NPP、NPPPre和NPPRes均呈较明显的波动上升趋势,其中,四川盆地植被NPP、NPPPre和NPPRes波动上升趋势尤为显著,上升斜率分别为7.14、3.72和3.44 g/(m2·a)。2）研究时段内西南地区气候变化对植被NPP上升的影响整体强于人类活动。气候变化影响下,西南地区约45.18%的区域植被NPP呈显著和极显著上升趋势,而人类活动影响下,该占比仅为18.55%。地貌单元上,气候变化和人类活动影响下,四川盆地植被NPP呈极显著上升和显著上升的比例最高,分别为69.42%和50.75%。3）西南地区整体及各地貌单元植被NPP变化主要受温度类因子的主导,相对湿度和大气压强对西南地区植被生长整体具有抑制作用。4）耕地转化为城镇用地是植被NPP下降的重要原因,而非耕地转化为耕地和非林地转化为林地是植被NPP上升的重要原因。整体上,西南地区植被NPP与人口密度和夜间灯光呈不显著相关关系。地貌单元上,四川盆地植被NPP与人口密度和夜间灯光的相关性最高,即四川盆地植被生长受人为活动的影响强于其他地貌单元。研究结果可为区域植被生长监测、生态环境质量评价和林业生态工程效益评估提供理论依据。     

青藏高原不同季节植被NPP空间分异的定量归因

对人类活动量化中考虑区域生态条件的差异,基于季节尺度,利用潜在NPP与实际NPP计算HAII,选取植被类型、高程、坡度等7个自然因子与HAII进行空间分异探测分析,以更细的季节尺度揭示多因子的影响规律。结果表明：在描述青藏高原人类活动对植被NPP的空间分异影响方面,HAII的解释力与显著性均优于人类活动值,其解释力最高为0.714。在多因子影响植被NPP空间分异方面,自然与人为因子均表现出明显季节差异,夏季人类活动解释力最高,春、秋季减弱,冬季则主要受自然因子影响。其中,坡度、温度、法向直射辐射量与散射辐射量在春、秋、冬季表现出单一的驱动影响,植被生存条件较好的夏季,因子出现明显拐点,降水因子的限制阈值随季节变化。因子交互作用中,人类活动、降水、气温及植被类型4个因子之间产生的交互作用是影响青藏高原NPP的主要驱动力。综合人类活动及多个自然因子,在青藏高原植被生态工程建设中,需主要考虑人类活动、降水、气温及植被类型4个因子,各季节主导因子不同。在干旱少雨地区,人类活动应被重点考虑。研究结果可为不同植被生境条件下的区域提供生态系统管理的参考依据。     

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...     

气候变化与人类活动对石羊河流域

从石羊河流域地下水循环的角度,分析了多年气候和人类活动的变化趋势及对地下水动态的影响;运用主成分回归法对影响民勤盆地地下水位动态变化的气候和人类活动因素进行了耦合分析,定量研究了其影响力.研究结果表明:近45 a来,流域平均气温呈现升高趋势,降水量略有增加,蒸发量为波动增加趋势;人类活动通过扩大灌溉面积,提高渠系衬砌率,大量开采地下水改变着地下水的补排条件,人为因素在民勤盆地地下水位动态变化过程中起主导作用,占总影响力的79.12%.受气候变化和人类活动共同作用的影响,流域平原区地下水位大幅度下降,生态环境趋于恶化.     

2000—2019年西南高山峡谷区植被变化对气候变化和人类活动的响应

为了探究中国典型生态环境脆弱区——西南高山峡谷区植被变化对气候变化和人类活动的响应规律,量化气候变化和人类活动的相对贡献。该研究基于2000—2019年归一化差异植被指（normalized difference vegetation index,NDVI）数据集,采用Theil-Sen趋势分析、Mann-Kendall显著性检验和Hurst指数分析了NDVI时空变化特征及未来变化趋势;在此基础上结合气象因子数据集,采用相关性分析和残差分析探讨了NDVI对气候变化和人类活动的响应。结果表明：1）时间尺度上,2000—2019年NDVI总体表现为波动上升趋势,增长速率为0.0046/a。空间尺度上,NDVI呈上升趋势区域面积占研究区总面积85.59%,植被恢复效果明显,且未来NDVI变化还将以上升趋势为主。2）在区域气候暖干化的背景下,NDVI对不同气候因子的响应有所差异,总体上NDVI与气温和太阳辐射呈正相关,而与降雨量呈负相关,气温对NDVI变化的影响力要强于太阳辐射和降雨量,是影响NDVI变化的主要气候因子。3）85.10%区域面积的植被变化受人类活动和气候变化的共同影响,其中人类活动是植被变化的主要驱动因素,气候变化为次要驱动因素,相对贡献率分别为68.67%和31.33%。该研究结果可为西南高山峡谷区未来生态环境建设提供科学依据,助力区域绿色可持续发展目标的实现。     

气候变化和人类活动对吴起土壤侵蚀的影响

通过分析GIMMS和SPOT VEGETATION的NDVI数据,1997年和2007年TM卫星数据,以及吴起降水、径流、输沙量等资料,利用相关分析,回归分析,并建立数学模型,得出结论。发现吴起1999-2007年9 a中NDVI增加了24.4%,退耕前后NDVI比较,冬季的变化较小,植被生长季节的4-10月NDVI有明显的差值,平均相差0.039,9月相差最为明显,达到0.062,其次是5月、10月和8月。与1997年相比,到2007年吴起县有75.15%耕地不再耕种,退出的耕地主要变为草地、林地和果园;林草覆盖率增加显著,由1997年的37.06%提高到2007年的80.60%;高坡度耕地绝大部分实现退耕,>25°的坡耕地80%～90%实现了退耕;低植被覆盖度的土地面积在大幅度减少,相反高植被覆盖度的土地面积在大幅度增加,退耕还林（草）的成绩是显著的,生态环境有了明显的改善。模型计算表明,退耕还林工程产生了较明显的水土保持效益,平均减水效益32%,减沙效益53.6%,土壤侵蚀明显降低。人类活动因素的贡献率远大于降水因素。     

气候变化和人类活动对祖厉河输沙量变化的影响分析

根据祖厉河干流代表水文站会宁、郭城驿、靖远1955—2012年的降水、输沙量资料,分析了祖厉河输沙量变化规律,以及气候变化和人类活动对祖厉河输沙量变化的影响。结果表明,1955—2012年祖厉河输沙量显著减少并仍呈减少趋势,气候变化对输沙量减少的影响很小,人类活动起主导作用,2000年以来人类活动对输沙量减少的影响呈减弱趋势。     

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。     

基于GEE的1982—2021年内蒙古地区植被覆盖度时空动态及气候响应特征

气候变化和人类活动对植被NPP（ net primary productivity,净初级生产力）的驱动作用是全球气候变化背景下的研究热点,并且在不同的时空尺度上尚不能达成共识。中国西北寒旱牧区植被生态系统脆弱,对气候变化和人类活动的响应十分敏感,该研究以青海省乌兰县作为代表性研究区,采用GIMMS-NDVI and MOD-NDVI数据融合构建了长时序归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）数据集,并结合CASA（carnegie-ames-stanford approach）模型获取了研究区1982—2020年植被生长季NPP,利用Sen+MK趋势分析方法探究了研究区植被生长季NPP的时空演变特征,同时采用构建的ADE+Sen量化归因方法对多种气候要素和人类活动的驱动作用进行了定量分析。结果表明,研究区植被生长季NPP多年均值为（205.9 ± 11.5）g/(m²·a)（以C计）,年际变化无显著趋势,不同植被类型的生长季NPP年际波动过程与全域生长季NPP基本一致。在空间上,植被生长季NPP自西向东逐渐增加,年际变化趋势具有明显的空间异质性,且整体以退化为主,平均变化率为−0.151 g/(m²·a²),其中表现出严重退化和轻度退化的面积占比分别达到了31.7%和29.5%。气候变化主导的植被面积占比达85.2%,其贡献值的绝对平均值为1.025 g/(m²·a²),约是人类活动贡献值绝对平均值的2倍,太阳辐射、降水量、平均气温和平均风速均是影响植被生长季NPP动态的主要气候因素。该研究表明研究区植被整体表现为退化状态,气候变化是导致该现象的主导驱动因素。研究结果可为中国西北寒旱牧区植被生态系统的可持续利用和保护提供参考。

     

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。     

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。     

基于气候生产潜力的云南人粮关系及其未来变化

基于云南117个气象站1961?2015年观测实况及全球气候模式模拟的2016?2055年年平均气温、降水量数据,使用Thornthwaite Memorial模型计算并分析云南各地气候生产潜力（Tspv）的时空变化特征,构建并计算Tspv的人口承载力（Tspv-人口承载力）和气候承载力指数。结果表明：（1）云南Tspv呈现明显的纬向分布及垂直分布特征,总体表现为南部高于北部,低海拔地区高于高海拔地区,降水是云南Tspv主要限制因子;（2）1961-2015年全省Tspv仅滇西的部分地区显著增加,滇中局部等地显著减少,其余地区变化不显著,全省平均Tspv年际波动大,在2009年前后发生突变;（3）2006-2015年云南人均粮食供应稳定增长,接近或超过小康型粮食需求,耕地的人口承载力（耕地,人口承载力）逐年增加,但远低于Tspv-人口承载力,即使在极端减产年,Tspv-人口承载力水平仍能满足当前人口、耕地规模下富裕型粮食需求,人粮关系状态为盈余;（4）如果保持现有稳定的人口、耕地及生产力水平增幅,未来不同的排放情景下,云南Tspv及Tspv-人口承载力都将稳定增加,人粮关系状态以粮食盈余为主,且高排放情景下承载力和人粮关系状态水平均优于低排放情景。     

地震灾区植被净初级生产力恢复效应评价

地震等重大灾害的发生,对区域植被及生态环境造成了巨大破坏,植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)能够反映绿色植物的生长状况,进行地震灾区植被NPP恢复效应评价,对掌握震后植被恢复情况和变化趋势具有指导意义。以"5·12"汶川大地震的极重灾区为研究区,选择地震前后3个时期的TM及MODIS卫星遥感数据,结合气象资料等其他数据,利用改进的CASA模型估算了灾区前后三年植被NPP。结果表明,灾后2009年植被NPP总量为9.827亿gC/a,相比灾前2007年减少了31.99%,2011年恢复期相比2009年增长了28.55%,但仍比2007年低12.57%,震后两年,灾区植被净初级生产力有所恢复,但未达到震前水平;从植被NPP空间分布来看,离地震中心越近的地方,植被NPP受到的削减程度越大,其恢复能力越差;经验证分析,评价结果具有较高的可信度,可为相关部门制定灾区生态重建和生态恢复计划与实施提供科学依据。     

苏南地区净第一性生产力对土地利用变化的响应

通过CASA模型对苏南地区1999年和2008年净第一性生产力(NPP)进行估算,分析NPP时空变化及其对土地利用变化的响应,结果显示:①1999-2008年,苏南地区NPP时空变化显著,19个市县的NPP均为减少:昆山减少量最大(以C计)242.04 g/m2,扬中最小(以C计)70.94 g/m2; NPP减少量高值区位于太湖流域,低值区位于苏南西北部.②与1999年相比,2008年6种地类的平均NPP都在下降:建设用地和耕地减幅最大,分别为55.69％、45.74％; NPP减少量高值区耕地和建设用地转化斑块最为突出,低值区减少量主要源于林地和草地的转化.这与太湖流域城市群迅速扩张下农用地转换为建设用地趋势明显的土地利用方式在空间上吻合.③NPP变化与耕地变化的相关性最强,相关系数为0.523.林地-水域、耕地-水域、林地-草地、耕地-草地这4种转换方式下NPP损益较大.     

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。     

滦河流域气候变化与人类活动对径流的影响

以滦河流域为研究区域,应用敏感性分析和双累积曲线法分析气候变化和人类活动对研究区径流变化的影响。结果表明:研究区流域径流存在明显的下降趋势,与基准期(1956—1979年)相比,变化期(1980—2013年)径流量减少了52.59mm(50.43%);滦河流域径流对降水的敏感性系数Q/P为0.336 1,对潜在蒸散发的敏感性系数Q/E_0为-0.123 5,气候变化影响量为22.23mm;滦河流域径流变化过程中,人类活动影响量为32.07mm,其贡献率为57.26%,远大于气候变化的影响39.69%,人类活动的影响是导致滦河流域径流减少的主要因素。     

定量分解气候变化与人类活动对季节径流变异的贡献率

变化环境下径流序列可能发生变异。当前径流变异的贡献率分解研究多集中于年尺度,而对季节尺度的关注不足。以黄土高原典型流域——泾河流域为研究对象,应用小波分析方法揭示其季尺度径流序列的演变规律,采用有序聚类法和累积距平法对其径流序列进行变异诊断,最后采用累计斜率变化率比较法定量分解气候变化和人类活动对其四季径流变异的贡献率。结果表明:(1)泾河流域夏季和冬季径流的周期变化均在20世纪90年代左右有发生转变,均由小尺度周期变化转变为较大尺度周期变化;(2)春、夏、秋和冬季径流分别在1969年、1996年、1985年和1990年发生变异;(3)人类活动对春、夏、秋和冬季径流变异的贡献率分别为50.40%,89.69%,39.14%和84.59%,在夏季和冬季人类活动(主要是水土保持措施的不断深入)对泾河径流变异的贡献占主导地位,且干扰影响了径流的周期变化。