Radiative dryness index and potential productivity of vegetation in China

The Chikugo Model is used to estimate radiative dryness indexes (RDI) and net primary productivity (NPP) of vegetation zones in China by calculating cli-matic parameters. That provides the water-heat equilibrium condition, potential primary production for natural vegetation in various vegetation zones, and their geographical distribution pattern. That could be used as the basis for study the effect of global climate change on ecosystems.     

华北地区植被覆盖变化及其影响因子的相对作用分析

利用GIMMS NDVI数据和气象数据,采用趋势分析、残差分析和相对作用分析对华北地区1981—2006 年植被覆盖时空变化特征进行了分析,并计算了气候变化和人类活动在植被覆盖变化过程中的相对作用.结果表明,1981—2006 年华北地区植被NDVI呈现显著上升趋势,其增加速率为0.009/10 a,但却存在着明显的空间差异,且植被NDVI退化区域面积大于改善区域面积;华北地区植被覆盖变化与干燥度指数和气温有很好的相关性,说明气候变化是影响植被覆盖变化的重要因素;此外,无论在华北地区植被改善区域还是退化区域,人类活动起到的作用都占据了主导地位.在植被改善区,人类活动的相对作用为68.10%,大于气候变化的相对作用(31.90%),在植被退化区,人类活动的相对作用为71.88%,也远大于气候变化的相对作用(28.12%),且气候变化和人类活动的相对作用大小在不同空间位置上表现不同.     

全球CO2倍增对我国自然地域分异及农业生产潜力的影响预测

ＣＯ_２倍增导致全球变暖,并对自然环境产生影响的研究已成为举世瞩目的重大课题。本文在ＩＰＣＣ预告的基础上,分析了气候变化对我国自然地域分异的影响,用６７１个站点资料分析了我国温度带及各自然地区的数量指标、各地区生产潜力及影响生产潜力的因子,将气候变暖增温、温度带北移的界线及降水区向西迁移后干湿地区界线的变化绘制成图,同时预测了农业生产潜力的未来变化。结果表明：全球变暖使我国温暖地区面积增加,半干旱及干旱区水分条件改善,有利于作物生产。     

东北多年冻土区植被NDVI变化及其对气候变化和土地覆被变化的响应

利用1982~2006年的NOAA AVHRR-GIMMS和MODIS 2种数据集的归一化植被指数(NDVI)数据对东北多年冻土区植被NDVI年际动态和空间差异进行分析,并结合气象数据和土地利用/覆被数据分析了植被NDVI对气候变化和土地利用/覆被变化的响应.研究表明,东北多年冻土区植被NDVI值较高,且空间差异明显;森林为该区主要植被类型,NDVI值较高,主要分布于大小兴安岭和伊春地区;草地集中分布于西南部, NDVI值相对较低.东北多年冻土区过去25a间植被生长的变化趋势为:伴随着气温的显著升高和降水量减少,植被NDVI显著下降.较气温而言,降水量是影响植被NDVI的主要因子(r = 0.77, P < 0.01).在气候变化和人类活动的双重作用下,东北多年冻土区植被NDVI在1982~2006年间表现为4个阶段:1982~1990年,植被NDVI虽有小幅波动,但整体上呈持续增加的趋势;1990~1993年,植被NDVI呈迅速下降趋势; 1993~1997年,植被NDVI呈现回升态势,表现出缓慢上升的趋势;1998~2006年,植被NDVI呈现总体下降趋势.不同植被类型表现出不同的NDVI年际变化规律,尤以草地NDVI值波动最大.植被NDVI变化空间异质性显著.气候变化和多年冻土退化影响了东北多年冻土区植被NDVI动态.年均气温升高和年降水量降低影响了植被的生长.从像元尺度来看,研究区植被NDVI与气温和降水均具有较显著的相关性.研究区土地利用/覆被变化的分析结果表明,不同的土地利用类型间的转变对植被NDVI的大小和空间分布产生了重要影响.     

1961—2015年西南区域单季稻生长季气候年型及其生产潜力分析

了解气候变化背景下农作物气候年型以及不同气候年型下作物的生产潜力,对实现农业的可持续发展具有重要意义。基于1961—2015年西南区域单季稻种植区316个气象台站的逐日气象资料和单季稻生产资料,利用异常度概念分析了单季稻生长季的10种气候年型,解析了不同气候年型下单季稻的气候生产潜力,并分析气候变化对单季稻生长季气候年型及生产潜力的影响。结果表明：（1）近55年来西南区域单季稻生长季正常年型发生频次最高,平均21.5次,其次是少雨年型和多雨年型。从空间分布来看,正常年型多出现在云南南部和西北部、四川攀西和四川盆地南部的部分地区,少雨和多雨年型多出现在四川盆地大部和其他省市的部分地区,高温年型多出现在四川攀西地区、云南和贵州的个别地区,低温和寡照年型的空间差异不明显。（2）1961—2015年,西南区域单季稻气候生产潜力平均为7065.6 kg/hm²。与正常年相比,多雨年型气候生产潜力偏高超过10%,少雨年型偏低超过14%,降水是影响单季稻气候生产潜力的最主要因子。（3）气候变暖对西南区域单季稻生长季气候年型变化的影响最为显著。与1961—1990年相比,1991—2015年暖年增加,冷年减少。近55年来西南各省市单季稻气候生产潜力均呈下降趋势,1990年代以来暖年的增加有利于气候生产潜力的提高,而少雨和寡照年的增加是气候生产潜力总体下降的主要原因。     

气候变化背景下人类活动对承德接坝区植被净初级生产力的影响

承德接坝区位于农牧过渡区,对气候变化和人类活动极为敏感.以植被净初级生产力(NPP)作为评价指标,基于Thornthwaite Memorial模型计算潜在NPP和MODIS NPP遥感影像获取实际NPP数据,利用潜在NPP与实际NPP间的差值衡量人类活动作用下NPP的大小,运用Slope趋势和变异系数法分析实际NPP、潜在NPP和人类活动作用下NPP的变化趋势及稳定性分布,并采用相关系数法分析实际NPP与年降水量和年均气温间的相关性,最终量化气候变化和人类活动对该区域植被变化的影响.结果表明,潜在NPP自西北向东南递增,其变化趋势和稳定性均为自西向东递增.实际NPP与年降水量和年均气温呈正相关区域面积占比分别是99.87%和91.66%.该区域99.85%的植被得到改善且变化稳定,主要是由气候因素和人类活动共同主导(99.71%),而植被退化完全是由人为因素所导致(0.15%).     

1954-2010年西南高山地区土壤碳储量时空动态及对气候变化的响应

西南高山地区生态系统类型丰富、地形复杂, 是响应全球气候变化的重点区域,对全球气候变化具有重要的指示作用。研究应用生态系统模型CEVSA(Carbon Exchange betweenVegetation, Soil, and the Atmosphere)估算了1954-2010 年西南高山地区土壤有机碳(Soil Organic Carbon, SOC)的时空变化,分析了其对气候变化的响应。结果表明:①西南高山地区1954-2010 年平均土壤有机碳密度为14.16 kg C·m^-2,在空间分布上,SOC密度自东南向西北递增,与温度显著负相关(r=-0.447,P<0.01),而与降水量相关性不显著;②西南高山地区1954-2010 年SOC 总量变动范围为6.95~7.64 Pg C,增加趋势显著(P<0.05),平均每年增加0.013 Pg C,土壤有机碳密度平均增加26.94 g C·m^-2;③常绿针叶林、常绿阔叶林和草地SOC密度增加趋势均显著,除常绿阔叶林SOC密度与温度相关性不显著外,其他两种植被类型SOC都与年平均温度显著正相关(草地:r=0.527, P<0.01; 常绿针叶林:r=0.501, P<0.01),且3 种植被类型SOC与年降水量均相关性不显著;④由于作为土壤有机碳输入的凋落物产生量对温度不如异养呼吸敏感,所以未来升温条件下,土壤有机碳储量的增速减缓或者呈下降趋势。     

近20年气候变化对西南地区植被净初级生产力的影响

论文利用大气-植被相互作用模型(AVIm²)模拟了西南地区植被净初级生产力的空间分布格局和多年变化,分析了1981-2000年西南地区气候变化对森林、灌丛和草地净初级生产力的影响。研究表明,西南地区植被净初级生产力的空间分布与降水量呈显著正相关,与海拔高度呈负相关。从年际变化来看,西南地区总植被净初级生产力近20年略有上升。近一步分析表明,由于近20年西南地区自然植被分布区域降水量变化具有明显差异,从而使得不同类型植被对气候变化有不同响应特征。在森林分布广泛的地区,气温升高速率为0.037℃/年,降水量变化趋势不明显,模拟的森林植被净初级生产力没有明显变化趋势。灌丛和草地集中区域气温升高速率分别为0.040℃/年和0.034℃/年,年降水量有明显增加趋势,植被净初级生产力有上升趋势。     

豫西山区降水与气温的波动规律研究

根据豫西山区4个国家地面气象观测站1957—2008年的降水和气温数据,运用小波分析和统计分析相结合的方法研究了该地区降水和气温的多时间尺度波动特征。研究结果表明:①近50 a来,豫西山区的年降水量和年均气温均具有复杂的多时间尺度特征,年降水量在4 a和14 a尺度上的周期性波动特征较为明显,而年均气温在8 a和14 a尺度上的周期性波动特征较为明显;②近50 a来,豫西山区的年降水量和年均气温虽然具有明显的周期性波动,但是,使用白噪声功率谱进行显著性对比检验得出的结果表明,它们的主周期的显著性水平普遍较低,可以认为基本属于随机性波动;③近50 a来,在4~12 a的尺度上,豫西山区的年降水量和年均气温具有极显著的负相关性,而且预计未来几年该地区仍然可能延续2006年以来气温偏高降水偏少的气候特征;④小波分析和统计分析都属于经验诊断的范畴,对分析过去气候要素变化的多时间结构特征具有较好的效果。但是,由于它们不涉及因果机理,因此要想准确地预测未来的气候变化趋势,还必须对气候系统当中的复杂变化过程开展深入的机理研究。     

青藏高原东北部气候变化的异质性及其成因

利用1961-2016年西宁等青藏高原东北部13个气象台站气温、降水等气象资料以及国家气候中心发布的南海季风指数、西伯利亚高压指数等大气环流特征量数据,分析近56年来气候变化与高原主体的差异性及其可能的气候成因。研究表明：近56年来青藏高原东北部气候变暖趋势十分显著,年平均气温气候倾向率高达0.39 ℃/10 a,呈现出三次明显的阶梯性增高态势,并于1994年前后发生了由冷到暖的突变,同时具有明显的空间差异性;年降水量及四季降水量均没有明显变化趋势,虽然经历了2002年左右由少到多的变化,但并未出现明显突变,年降水量具有3年、5年的准周期,而年降水日数微弱减少,降水强度呈增加趋势;该区域气候变化的年际波动主要受到东亚季风、高原季风和南海季风的年际振荡及其相互作用的影响,而西风环流的作用并不明显,植被覆盖的恢复既是对2002年以来降水量增加的具体反应,同时也对于气候变暖趋势起到了一定的缓和作用。     

regionalclimate Characteristics of regional climate change and pattern analysis on Ordos Plateau

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＯｒｄｏｓＰｌａｔｅａｕｌｉｅｓｉｎｔｈｅｓｏｕｔｈｗｅｓｔｏｆＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａａｎｄｂｅｌｏｎｇｓｔｏａｍｕｌｔｉ ｐｌａｙｅｒａｎｄｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｅｃｏｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｚｏｎｅ ,ｎａｍｅｌｙ ,ｉｔｉｓａｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｚｏｎｅｏｆａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｃｉｒｃｌｅ ,ｃｌｉｍａｔｅ ,ｇｅｏｌｏｇｙａｎｄｇｅｏｇｒａｐｈｙ ,ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎａｎｄｎａｔｕｒａｌｂｅｌｔ ,ｂｉｏｔａ ,ｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄｃｕｌｔｕｒｅ .Ｉ…     

2000～2020年西南地区植被NDVI时空变化及驱动机制探究

基于2000～2020年MOD13A3 NDVI时间序列、1999～2020年气象数据以及2000年和2020年两期土地利用类型数据,采用Theil-Sen Median趋势分析、 Mann-Kendall显著性检验、多重共线性检验、残差分析和相对作用分析等方法,分析了西南地区植被NDVI时空变化特征及气候变化和人类活动对植被NDVI变化的驱动机制.结果表明,研究时段内西南地区整体及各地貌单元植被NDVI均呈上升趋势,其中,广西丘陵和云贵高原植被NDVI上升趋势最为显著,青藏高原植被NDVI上升趋势最为微弱.气候变化和人类活动影响下西南地区植被NDVI上升斜率分别为0.001 0 a^-1和0.000 6 a^-1.气候变化和人类活动的共同驱动是引起西南地区植被改善的主要原因.西南地区植被改善主要受区域气候条件的控制,植被退化主要受人类活动的影响.总体上,植被NDVI与最低气温、降水、最高气温、可能蒸散率和相对湿度呈正相关,与平均气温、气压、日照时数、温暖指数和湿度指数呈负相关.最低气温、日照时数和降水是影响西南地区植被NDVI变化的主要气象因子...     

不同植被带生态恢复过程土壤团聚体及其稳定性——以黄土高原为例

为分析黄土高原不同植被带植被恢复对土壤团聚体分布特征及其稳定性的影响,以黄土高原从北到南不同纬度梯度分布的3个典型植被类型区域（草原带、森林草原带和森林带）为研究对象,对不同植被类型和恢复年限下的土壤团聚体分布及其稳定性进行了研究.结果表明：不同植被带对土壤团聚体分布及其稳定性影响显著,大于0.25mm团聚体含量（WR_0.25）、水稳性团聚体平均重量直径（E_WMD）、水稳性团聚体几何平均直径（E_GMD）和有机质含量（SOM）整体上均表现为：森林带 > 森林草原带 > 草原带.不同植被带下不同恢复类型对土壤团聚体及其稳定性影响不一,森林草原带表现为灌木 > 草地 > 乔木,森林带则表现为乔木 > 草地.随植被恢复年限增大,各种恢复类型WR_0.25、E_GMD、SOM整体呈逐渐增加趋势,团聚体结构破坏率（PAD）和可蚀性因子（K）呈现相反的变化趋势;分形维数（D）无显著差异.冗余分析表明,植被带对土壤团聚体及其稳定性的影响最大,其次是恢复年限,恢复类型与植被带和恢复年限具有较强的交互作用.本研究有利于加强对区域生态恢复过程机理的认识.     

2000—2015年青藏高原植被NPP时空变化格局及其对气候变化的响应

全球变化背景下,青藏高原作为我国乃至全球气候变化的“天然实验室”,植被生态系统发生了深刻变化。引入重心模型等方法分析和探讨2000—2015年青藏高原植被NPP时空变化格局及其驱动机理,并定量区分NPP变化过程中气候变化和人类活动的相对作用。研究发现：（1）2000—2015年,青藏高原植被NPP年均值总体上呈现从东南向西北递减的趋势。在年际变化方面,近16年植被NPP呈现波动上升趋势,其中在2005年出现上升陡坡,并在2005—2015年表现为高位波动的态势。（2）青藏高原植被NPP增加区（变化率>10%）主要集中于三江源地区、横断山区北部、雅鲁藏布江中下游以及那曲地区的中东部,而植被NPP减小区（变化率<-10%）则主要分布于雅鲁藏布江上游和阿里高原。（3）近16年青藏高原植被NPP重心总体向西南方向移动,表明西南部植被NPP在增量和增速上大于东北部。（4）青藏高原植被NPP与气候因子相关性的地区差异显著,其中植被NPP与降水显著相关的区域主要位于青藏高原中部、青藏高原东南部及雅鲁藏布江流域中下游,而植被NPP与气温显著相关的区域主要位于藏南地区、横断山区北部、青藏高原中部和北部。（5）气候变化和人类活动在青藏高原植被NPP变化过程中的相对作用存在显著的时空差异性,在空间上呈现“四线—五区”的格局。研究成果能够为揭示青藏高原区域生态系统对全球变化的响应机制提供理论和方法支撑。     

Characteristics of regional climate change and pattern analysis on Ordos Plateau

The characteristics of precipitation, temperature and their combination determine the special ecological environment pattern of Ordos Plateau. Analyzing its evolutionary trend attributes to understanding the succession process of the ecological environment of Ordos Plateau and has crucial instructional significance on the ecological restoration research being conducted in this region. Four time scales, arranging from ten days, one month, one season (growing season contrasting to non-growing season)to one year were adopted to analyze the climate data which included nearly 30 years and were collected by eight weather stations on Ordos Plateau. The results indicated that the mean annual temperature and the mean monthly temperature of February, September and December, had increased significantly during the late 30 years. The annual precipitation did not show significant changes but its distribution pattern had changed obviously. The ratio of precipitation of major growing season (May-October)to annual precipitation had increased distinctively, and five counties‘ precipitation reached statistically significant level.And the ratio of precipitation of latter growing season (September)to one year decreased significantly while the ratio of non-growing season (November-next April)to one year changed insignificantly. The results showed that maybe the interaction of increased mean temperature and insignificant change of precipitation in non-growing season was one of the reasons why the desertifieation of the region was deteriorating in recent years. Using some factors closely relating to vegetation succession such as mean annual temperature, mean annual precipitation, distributive pattern of precipitation, mean temperature of the coldest month, mean temperature of the warmest month, precipitation of the warmest month,mean temperature of growing season, precipitation of growing season, potential evapotranspiration(PET) and radiative dryness index( RD1), to synthetically analyze the climate characteristics of Ordos Plateau. The regionalized Ordos Plateau to three synthetical climate types were recognized as follows: Type 1, semi-humid and low evaporation(including Jungar Banner, Dongsheng City and Ejin Horo Banner), Type 11,semi-arid, semi-humid and moderate evaporation(including Uxin Banner and Dalad Banner), Type 111, arid and high evaporation(including Hanggin Banner,Otag Banner and Otog Qian Banner).     

汶川地震灾区不同气候区土壤微生物群落碳源代谢多样性

为探讨汶川地震灾区不同气候区土壤微生物群落功能代谢的变化,采用Biolog-ECO生态板技术,研究了亚热带湿润季风气候和半干旱干热河谷气候未受损区、受损治理区、受损未治理区土壤微生物碳源代谢的多样性变化特征.结果表明,平均颜色变化率(AWCD)在未受损区和受损治理区表现为亚热带湿润季风气候区半干旱干热河谷气候区,在受损未治理区表现为半干旱干热河谷气候区亚热带湿润季风气候区,不同气候区内受损未治理区AWCD值均处于最低水平;亚热带湿润季风气候区土壤微生物的碳源利用类型明显多于半干旱干热河谷气候区,在不同气候类型区内碳源利用种类均表现为受损治理区未受损区受损未治理区的趋势;不同气候区土壤微生物群落碳源代谢多样性特征差异显著,其中多样性指数和均匀度指数均表现为未受损区受损治理区受损未治理区,而受损治理区均具有最高的丰富度指数;土壤微生物群落的碳源代谢特征与土壤养分、地上植被生物量及植被覆盖度具有一定的相关性,表明地震及其次生灾害主要通过对地表植被和土壤环境的作用间接影响土壤微生物群落的碳源利用能力,在不同气候类型区与不同的受损治理情况下土壤微生物群落的碳源代谢特征具有显著差异.     

中国八大经济区GPP变化及影响因子协同机制

以中国和八大综合经济区为研究区,全面分析人文因子、土地利用类型、气候因子和地形因子对植被总初级生产力(GPP)空间分异的影响差异.利用MODIS GPP数据、气象数据、土地利用类型、DEM数据、夜间灯光和人口密度数据等,基于Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall显著性检验和地理探测器模型,在全国和经济区尺度上分析2000～2020年植被GPP时空变化特征,探测植被空间分异的影响因子及影响因子间的协同机制.结果表明,2000～2020年中国及八大经济区植被GPP整体呈波动上升趋势,呈上升趋势的区域占总面积的84.46%,其中,呈极显著上升区域占19.86%,主要分布在黄河中游综合经济区中部和大西北综合经济区东部.影响因子探测结果表明,湿度、日照时数、降水和土地利用类型是中国植被GPP空间分异的主要影响因子,其中,湿度的影响力最高,q值为0.64.经济区尺度上,湿度、日照时数、降水是影响东北、黄河中游、大西南和大西北综合经济区植被GPP空间分异的主导因子,而人文因子对东部和南部沿海综合经济区植被空间分异的影响较大.交互作用探测结果表明,中国植被GPP空间分异主要...     

2000—2020年我国西南地区植被NEP时空变化及其驱动因素的相对贡献

西南地区作为我国重要的生态安全屏障,探究其植被净生态系统生产力(net ecosystem productivity,NEP)的时空演变规律对该地区乃至我国的可持续发展都具有重要意义.基于MODIS数据、气象数据、DEM数据和土地利用数据等,首先,利用改进的Carnegie Ames Stanford Approach (CASA)模型和土壤微生物呼吸方程,估算2000—2020年我国西南地区植被NEP;其次,结合Theil-Sen Median趋势分析、偏相关分析和复相关分析等方法,研究西南地区植被NEP时空变化及其对气候变化和土地利用变化的响应机制;最后,利用基于情境分析的相对贡献分析法,定量评估气候变化和土地利用变化对西南地区植被NEP变化的相对贡献.结果表明：时间上,2000—2020年我国西南地区及其五省份(云南省、贵州省、四川省、重庆市和西藏自治区)生态系统植被NEP均表现为上升趋势,其中,西南地区植被NEP上升速率为4.74 g/(m2·a).空间上,西南地区及其五省份植被NEP呈上升趋势的面积均大于呈下降趋势的面积,其中,西南地区植被NEP呈极显著上升的面积占45.41...     

东北地区参考蒸散量的变化特征及其成因分析

蒸散是水分运动过程中地表热量平衡和水分平衡的组成部分,是影响气候变化的重要一项。进行蒸散量变化的研究,对了解气候变化、探讨水分循环变化规律具有十分重要的意义。论文利用东北地区124个气象站1961—2007年的日气象数据,采用Penman-Monteith方程计算了参考蒸散量,分析了参考蒸散量的变化趋势及其变化原因。结果表明,在这47 a间,东北地区年平均气温以0.38℃/(10 a)的趋势递增,但是参考蒸散量总体上却以4.4 mm/(10 a)的速度递减。在地区分布上,三分之二的地区参考蒸散量呈下降趋势,显著下降的地区集中在辽宁朝阳地区,三分之一的地区参考蒸散量呈上升趋势,主要集中在辽宁南部和吉林东部地区。对有关各气象因子分析表明,影响参考蒸散量的主要因子为日照时数和风速。     

最后间冰期至未来2070s中国潜在自然植被时空分布格局及其对气候变化的响应

潜在自然植被（PNV）对生态环境的修复与重建、自然保护区的规划与建设和农牧业的生产与发展均有着重要的指导作用。研究基于综合顺序分类系统（CSCS）,利用最后间冰期至未来2070s六个时期的温度和降水量数据,模拟中国PNV的时空分布格局及其对气候变化的响应。研究结果表明：（1）CSCS将六个时期中国PNV分别划分为39、37、38、40、40和40类以及10个类组。（2）寒冷干旱型类组主要分布在西北,温暖湿润型和炎热潮湿型则分布在中东部和南方。除冻原和高山草地、冷荒漠、半荒漠和温带森林草地4个类组呈现下降趋势外,其余均为上升趋势。（3）温带森林草地转变为亚热带森林草地的面积最大,占总变化面积的35.4%。（4）CSCS既未包含人类活动影响因素,又能模拟长时间序列的PNV演替。（5）最后间冰期至未来2070s,森林类组向纬度和海拔高度更高的北方及青藏高原移动。研究结果进一步明确了PNV概念的界限,揭示了气候变化对PNV演替的作用机理。