内蒙古地区近25年植被对气温和降水变化的影响

利用1982—2006年内蒙古地区GIMMS-NDVI和降水量、气温数据,分析了不同植被类型对气温和降水变化趋势的影响。结果表明：近25年来内蒙古地区气温整体上呈上升趋势,降水量呈微弱降低趋势,西部荒漠区呈暖湿化趋势,中东部草原、森林等植被类型区呈暖干化趋势;从不同植被类型NDVI与平均气温和降水量的变化趋势率相关分析表明,NDVI值越低,升温趋势越明显,其中春季和秋季各植被类型间NDVI与季均气温升高趋势率呈显著和较显著的相关,夏、冬季关系不明显;植被NDVI越高,降水量减少趋势越明显。基于栅格的NDVI与气温升高幅度、降水变化趋势相关分析表明,年均气温升高幅度基本随NDVI的增加而降低,其中春、夏和秋季的季均气温升高幅度均随NDVI的增加而显著降低,冬季趋势不明显;而年降水量减小趋势率随植被NDVI的增加而显著增加,其中春季和冬季NDVI变化对降水的变化几乎没有影响;夏季和秋季均表现为随NDVI的增加,降水减小趋势率呈增加趋势。     

50年长江源区域植被净初级生产力及其影响因素变化特征

基于长江源区1959—2008年月平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、降水量、风速和日照时数等气候要素资料,应用修订的Thornthwaite Memorial模型计算了50年植被净初级生产力,分析其年际和年代际变化特征及其主要气象因子的影响。结果表明：1959—2008年间,研究区年降水量呈增加趋势,降水量变化曲线线性拟合倾向率每10年为5.685~13.047 mm,春夏季增幅较大;年平均气温呈极显著上升趋势,气温变化曲线线性拟合倾向率每10年在0.240~0.248℃之间,增温率以秋冬季最大;最大蒸散呈增加趋势,年最大蒸散变化曲线线性拟合倾向率每10年在5.073~5.366 mm,春季增幅最大;地表湿润指数也呈增加趋势,年地表湿润指数变化曲线线性拟合倾向率每10年为0.013~0.020,冬季增幅最大,在10年周期时间频率附近,出现了6~8个干湿交替期,20世纪90年代之后为偏湿期,在低频区,1998—2005年有偏干振荡;近50年年NPP变化呈显著上升趋势,NPP变化曲线线性拟合倾向率每10年在97.901~197.01 kg.hm-2之间,2001—2008年NPP较高。影响长江源区NPP变化的主要气候因子是降水量、最大蒸散量和平均最低气温。     

近50年三江源地表湿润指数变化特征及其影响因素

基于三江源区1959—2008年月平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、降水量、风速和日照百分率等气候要素资料,应用修订的Penman-Monteith（P-M）模型计算了最大潜在蒸散量和地表湿润指数,分析其空间分布、年际和年代际变化特征及其主要气象因子的影响。结果表明：1959—2008年间,研究区年降水量呈增加趋势,降水量变化曲线线性拟合倾向率为5.316~13.047 mm.（10a）-1,春夏季增幅较大;最大潜在蒸散量呈增加趋势,年最大潜在蒸散量变化曲线线性拟合倾向率在5.073~10.712 mm.（10a）-1,夏季增幅最大;地表湿润指数变化也呈增加趋势,年地表湿润指数变化曲线线性拟合倾向率0.011~0.026（10a）-1,冬季增幅最大,在15年周期附近,出现了3~5个干湿交替期,1984年之后为偏湿期,在中高频区,1998—2006年有偏干振荡;影响三江源区地表湿润指数的主要因子是降水量、相对湿度和平均最高气温。     

近60年新疆库尔勒市的气候变化特点分析

根据库尔勒市气象局和研究区安装的自动气象站的气象资料,采用滑动平均、距平分析、线性回归等方法,分析库尔勒市近60年的气候变化的基本特征,结果表明：（1）库尔勒市平均温度有4暖3冷的冷暖变化阶段,该地区平均气温呈上升趋势,特别是20世纪90年代以后气温明显增加;近10年的气温变化较大,比前50年的平均值上升了1℃;平均气温存在着明显的线性升温趋势。（2）库尔勒市年降水量变化趋势不是很明显,有2多4少的干湿变化阶段。近10年的降水量与前50年的降水量相比较偏少了2．4mm;年降水量不存在明显的线性变化趋势。（3）库尔勒市平均极端最高最低气温呈上升趋势,60年来该地区最高气温上升率与南疆最高气温上升率一致。近10年的极端最高最低气温与前50年的分别上升0．36℃和1．2℃,最低气温的上升对年平均气温的升高贡献最大。（4）通过比较库尔勒市气象站提供的气象数据和自动气象站提供的数据可以看出,该区域一定程度上受到城市热岛效应和人为干扰,因此需要在城市周边的某些地区安装气象仪器,以提高气象数据的精确性。     

中国不同植被覆盖类型NDVI对气温和降水的响应特征

基于1982—2012年植被生长季(4—10月)GIMMS NDVI 3g数据集、中国气象数据网同时期气温与降水月值0.5°×0.5°格点数据集(V 2.0)和MODIS土地覆盖产品,运用GIS和相关统计方法,对中国长时间较为稳定的8种典型植被覆盖类型(常绿阔叶林、落叶阔叶林、混交林、开放灌丛、多树的草原、草原、作物以及作物和自然植被的镶嵌体)NDVI与气温和降水的时空响应特征进行研究。结果表明,除西南部分地区和西北小部分裸地或低植被覆盖地区外,其他地区多年生长季平均NDVI与平均气温呈显著正相关;西藏南部和华南大部分地区植被NDVI与降水呈负相关,强降水会对植物生长产生一定阻碍作用,其他地区多年生长季平均NDVI与平均降水呈显著正相关;从植被覆盖类型上看,除常绿阔叶林和多树的草原外,其他植被覆盖类型与气温、降水均呈正相关关系,其中落叶阔叶林、开放灌丛和草原与气温和降水均呈较高的正相关,且对气温的响应比对降水强烈;NDVI对气温和降水的响应具有空间异质性,不同植被覆盖类型NDVI与气温和降水的相关性不同,相同植被覆盖类型NDVI在不同地区的相关性也不同,分布在西南地区的常绿阔叶林NDVI与气温呈正相关,而分布在华南、台湾地区的常绿阔叶林NDVI与气温呈负相关,暖湿西南季风可能是造成差异的原因;植被NDVI对气温、降水的响应存在时滞效应,对降水的时滞效应更为显著,不同植被覆盖类型NDVI对气温和降水的滞后期不同,在生长季末期,落叶阔叶林NDVI对气温的响应滞后期约为1个月,西南开放灌丛和华北草原带NDVI对降水的响应滞后期为1—2个月。研究结果可为中国陆地生态环境建设及保护提供理论依据。     

基于SPEI的近50年青藏高原高寒草地自然保护区气候变化研究

青藏高原高寒草地为重要的生态脆弱区,也是3大无人区自然保护区可可西里、羌塘和阿尔金山所在地,由于缺乏气候监测站点,气候变化研究较少。基于自然保护区周边16个气象站点资料,通过1957─2011年逐年的日气候资料,利用3种模型分析了该区域气温与`降水量的时间变化趋势,并利用综合了降水与温度的降水蒸散指数(SPEI)分析了干旱演变的趋势,同时利用Kriging插值法,分析了3大保护区的气候变化的差异。结果表明,近55年以来,最高、最低气温和年平均气温上升趋势明显,Mann-Kendall趋势分析达到极显著性水平,年平均温度增长率为0.71℃/10a。进一步比较了区域平均值法、线性模型与指数模型3种方法下降水量的变化趋势,结果表明,直线模型拟合的结果数值最高,指数模型的变异最大,而平均值法数值低于直线模型拟合的结果,指数模型能够更好的模拟降水量与海拔之间的关系,年平均降水量波动较大,20世纪60年代开始逐渐增加,70年代中期有所下降,但总体上呈现增加的趋势,Mann-Kendall分析趋势显著。降水增加量约为10 mm/10a。SPEI指数表明,近50年来,保护区呈现总体由干向湿发展的趋势。自然保护区内降水量,气温与变幅差异较大,可可西里、羌塘与阿尔金山的气温的平均值分别为1.9、15.4和6.0℃降水分别为261、141和107 mm/a。本研究利用SPEI揭示了保护区气候变化规律,并分析了温度降水的空间变异性,为保护区管理提供依据。     

贵州高原NDVI变化及其对气候变化的响应

中国南方喀斯特地区气候变化加剧,植被对气候变化响应反映十分敏感,动态监测植被变化对区域生态环境保护有重要意义。基于1999—2017年贵州高原遥感数据和气象数据,从年、季、月等不同时间尺度研究了NDVI动态变化及其对降水量、平均地表气温、最高地表气温、最低地表气温、平均气温、最高气温、最低气温、大型蒸发量、平均风速、平均相对湿度、日照时数等气候因子的响应特征。研究表明:近19 a,贵州NDVI以0.007 3 a~(-1)的速率呈显著上升趋势,其中,2011—2017年的上升幅度大于1999—2010年的上升幅度,NDVI变化与最低地表气温、最低气温呈显著正相关;春季、夏季、秋季、冬季NDVI均呈显著上升趋势,春季年增长率最大(0.009 3 a~(-1)),其次依次为秋季(0.007 0 a~(-1))、夏季(0.006 9 a~(-1))、冬季(0.004 6 a~(-1));春、秋季NDVI与最低地表气温呈显著正相关,最低气温影响较大,夏季、秋季NDVI受气温和降水共同影响,冬季NDVI受日照时数影响较大,四季NDVI受气温影响程度大于降水;1—12月NDVI均呈上升趋势,其中,4、5、8、10月呈极显著上升趋势,2、3、7、9、11、12月呈显著上升趋势;2、3月份和11、12月份NDVI在增长,表明生长季有所延长。NDVI与当月气象因子相关程度大于其与前一个月、前两个月的相关程度;气温的当月效应和滞后效应大于日照时数和水分条件的效应。温度对贵州NDVI的影响程度大于水分的影响,气温升高促进生长季延长是贵州高原的重要气候效应。     

内蒙古典型草原文化遗址地区气候变化特征

基于内蒙古成吉思汗陵、元上都和甘珠尔庙3个典型草原文化遗址地区1960—2010年32个气象站点的日值气象观测数据,利用线性倾向估计法和M-K非参数统计检验法对研究区年平均气温、年降水量、干燥度和≥10℃年积温4个气象因子的变化情况进行了比较研究。结果表明,各研究区的气候总体一致呈现暖干化趋势,3个地区51 a来的年平均气温和年积温变化均表现为上升趋势;年降水量总体都在减少,但不同年代区间变化各异。干燥度的多年变化显著性从大到小分别为成吉思汗陵遗址地区、元上都遗址地区和甘珠尔庙遗址地区。从年均气温和年降水的突变检测来看,3个遗址地区的年均气温都有突变现象,表明研究区的年均气温波动剧烈。而成吉思汗陵遗址地区的年降水未检测到突变现象,元上都和甘珠尔庙遗址地区的年降水发生了突变,说明相对于成吉思汗陵遗址地区,这2个区域降水的变化更明显;从时间序列来看,年降水的突变较年均气温要晚。     

锡林浩特草原大针茅返青特征及其与气象因子的关系

植被物候被认为是环境条件、季节和年际间变化最直接、最敏感的综合指示器,也是农牧民确定播种、收割、放牧的重要依据,研究植被物候变化与气象因子的关系已成为热点科学问题。为探明典型草原区牧草返青特征及其与气象因子的关系,以典型草原区优势植物种大针茅(Stipa grandis)为研究对象,通过对锡林浩特草原2014-2017年大针茅返青情况的调查,分析了返青期芽、叶的生长特征;并结合气象资料,对大针茅返青与气象因子进行相关性分析,结果表明,(1)锡林浩特草原大针茅返青期主要集中于3月下旬至4月下旬,且返青期芽、叶生长始期缓慢、盛期较快、末期平缓。(2)1971—2017年锡林浩特草原气温呈上升趋势,降水波动较大,呈递减趋势,较历史时期相比平均提前4.2 d·(10 a)~(1)。(3)大针茅返青过程中,气温与降水为主导因子,4月与春季气温、春季降水与大针茅返青显著相关,其中气温为决定性因子,降水为影响性因子。最低气温与平均气温决定了返青的开始,最高气温与春季降水的多少决定了返青的快慢。该文确定的锡林浩特草原大针茅返青时间及其生长特征可为典型草原区物候期的预测提供基础数据资料;得到的影响大针茅返青的关键气象因子对典型草原区农牧业生产具有重要意义与参考价值。     

横断山区干旱河谷气候变化趋势研究

利用横断山区干旱河谷内20个典型气象台站的长时序逐月气温、降水、相对湿度、日照时间、极端最高气温和极端最低气温等数据,采用线性倾向估计、Mann-Kendall趋势检验以及集中度和集中期等分析方法,研究了横断山区干旱河谷的气候变化趋势.结果表明：（1）全球变化背景下,横断山区干旱河谷平均气温总体呈现升高趋势,升幅为0.11℃·（10 a）-1,较整个横断山区的0.15℃·（10 a）-1略低,冬季升温幅度高于其他季节;（2）金沙江下游的元谋、东川和巧家段河谷呈现持续降温趋势,特别是春季降温较为明显;（3）横断山区干旱河谷降水量呈微弱减少趋势,为-1.48 mm·（10 a）-1,这主要是由于夏季降水减少量超过其他季节降水增加量所致;（4）多数河谷站点年降水量的集中度呈微弱下降趋势,而集中期则有所提前,但不明显;（5）干旱河谷相对湿度和日照时间在近几十年间均呈现减少趋势,相对湿度每10 a约减少0.16百分点,而日照时间则平均每10a减少24.26 h.     

气候因子与植被的时滞相关分析——以广西为例

广西地区地下河发育,地表水缺乏,生态系统脆弱、抗干扰能力低,灾害频繁,森林生态系统严重退化,石漠化程度加剧,属于生态脆弱区域,而植被变化是生态系统对气候变化响应的指示器,其变化研究对该地区生态环境建设具有重要意义。文章基于1999--2010年气温与降水数据和GIMMS．NDVI（GlaobalInventoryModellingandMappingMtudies-NormalDifferenceVegetionIndex）数据集,研究近12年来广西地区植被覆盖时空特征。通过时滞相关分析法,分析研究区不同植被类型受气温和降水的影响,即植被NDVI对气温和降水的响应程度。结果表明,（1）植被NDVI与温度的时滞相关程度强于降水,而响应时间刚好相反,植被NDVI对降水的响应比对温度的响应程度要快。（2）植被NDvI与降水的时滞相关规律呈桂南较弱—桂中较强—桂北较弱,但响应时间刚好相反,即桂南较快一桂中较慢—桂北较快。（3）植被NDvI与温度的时滞相关性变化规律呈由南向北递减,响应时间由南向北变快。（4）植被NDVI与气候因子时滞相关越强,响应的时间就越迟缓,反之越快。（5）不同的植被类型对水热条件响应程度不同,与水热条件时滞相关越强的植被则滞后时间相对越久。     

黄河源区植被生长季NDVI时空特征及其对气候变化的响应

利用黄河源区MODIS/NDVI数据、1∶100万植被类型图和气象资料,分析了该区不同植被类型生长季NDVI时空特征以及与气候因子的关系。结果表明,1）2000—2011年,黄河源区植被生长呈改善趋势,生长季NDVI年际变化率每10 a为＋2.75%,高寒草原、高寒草甸、高寒灌丛生长季NDVI年际变化率分别为每10 a＋2.84%、＋2.65%、＋2.77%。2）黄河源区植被改善面积占全区总面积的29.39%,主要分布在卡日曲和玛曲上游、扎曲流域、布青山南麓、扎陵湖北部和鄂陵湖周边地区。植被退化面积仅占全区总面积的0.98%,主要分布在约古宗列曲东南部山地和卡日曲北部山地。受水热条件控制,植被改善表现为：①植被改善面积南坡大于北坡;②植被改善面积随海拔升高先增加后减小;③植被改善面积随坡度增加迅速减小。3）黄河源区植被生长季NDVI与同期气温和降水分别存在显著正相关性,其中高寒草原和高寒草甸生长受降水影响更为明显,而高寒灌丛生长受气温影响更为明显。气候的暖湿化趋势可能是促使黄河源区植被生长改善的主要原因。     

Scenarios of major terrestrial ecosystems in China

The spatial pattern and mean-center shift of major terrestrial ecosystems, termed Holdridge Life Zones (HLZ), during the periods from 1961 to 1990 (T1), from 2010 to 2039 (T2), from 2040 to 2069 (T3) and from 2070 to 2099 (T4) were analyzed by combining the zonal patterns of climatic change in China and the climatic change scenarios of HadCM2 and HadCM3. The results showed that nival area would decrease rapidly with temperature increase in the future. HadCM2 and HadCM3 predicted that the nival areas might disappear in 552 years and 204 years, respectively. Using both HadCM2 and HadCM3, the five HLZ types with the largest areal extent are nival zone, cool temperate moist forest, warm temperate moist forest, subtropical moist forest and boreal wet forest, which collectively account for more than 50% of China's land mass. Among these five HLZ types, nival zone, warm temperate moist forest and boreal wet forest would decrease continuously, whereas subtropical moist forest and cool temperate forest would increase continuously during the four periods. HLZ diversity and patch connectivity would increase continuously in the 21st century. The shift distances of mean centers of HLZ types simulated using HadCM3 were markedly greater than those simulated using HadCM2, in general. The results from both HadCM2 and HadCM3 showed that boreal wet forest, subtropical moist forest, tropical dry forest, warm temperate moist forest and subtropical wet forest had bigger shift ranges, indicating that these HLZ types are more sensitive to the climatic change scenarios of HadCM2 and HadCM3.     

雅砻江流域生长季植被时空变化特征及对气象因子的响应分析

在全球气候变化背景下,开展植被变化对气象因子的响应研究对流域生态环境保护和水土资源合理利用具有重要的现实意义。以雅砻江流域为研究区,基于1982—2015年GIMMS NDVI数据,首先采用多种数理统计方法揭示生长季NDVI的时空变化特征,基于滞后相关系数法分析NDVI对气象因子的时滞效应,在此基础上建立各像元NDVI与气象因子的主成分回归方程,分析影响NDVI变化的主要气象因子及其贡献率,进而揭示NDVI对各气象因子的响应变化特征。结果表明:雅砻江流域NDVI在年内呈单峰型变化,峰值出现在8月,生长季NDVI年际变化呈不显著下降趋势。流域NDVI自下游向上游逐渐减小,植被退化面积占30%,改善面积占24.28%,中游植被改善和退化面积占比最大,就各植被类型变化而言,针叶林改善比重相对较大,灌丛和草甸退化较为严重。导致流域植被变化的主控气象因子为降水和气温,其对植被变化的贡献率分别为27.68%和26.31%,其中,流域上游及中游北部地区植被变化主要受气象因素影响,中游南部及下游地区植被受气象因子与其他因子(如人类活动)的共同影响。各像元NDVI变化的主控气象因子存在显著差异,降水、平均气温和相对湿度是中上游植被变化的主控气象因子,而降水和日照时数是下游植被变化的主控气象因子。流域植被对各气象因子的响应存在一定的时滞效应,植被对各气象因子滞后响应面积大小顺序为:平均风速>降水>日照时数>平均气温>相对湿度。中上游植被对主控气象因子降水、平均气温和相对湿度的响应主要为当月及滞后1个月;下游植被对主控气象因子降水的响应主要为滞后1个月和滞后3个月,而对主控气象因子日照时数的响应主要为当月。     

Can forest management be used to sustain water-based ecosystem services in the face of climate change?

Forested watersheds, an important provider of ecosystems services related to water supply, can have their structure, function, and resulting streamflow substantially altered by land use and land cover. Using a retrospective analysis and synthesis of long-term climate and streamfiow data (75 years) from six watersheds differing in management histories we explored whether streamflow responded differently to variation in annual temperature and extreme precipitation than unmanaged watersheds. We show significant increases in temperature and the frequency of extreme wet and dry years since the 1980s. Response models explained almost all streamflow variability (adjusted R2 > 0.99). In all cases, changing land use altered streamflow. Observed watershed responses differed significantly in wet and dry extreme years in all but a stand managed as a coppice forest. Converting deciduous stands to pine altered the streamflow response to extreme annual precipitation the most; the apparent frequency of observed extreme wet years decreased on average by sevenfold. This increased soil water storage may reduce flood risk in wet years, but create conditions that could exacerbate drought. Forest management can potentially mitigate extreme annual precipitation associated with climate change; however, offsetting effects suggest the need for spatially explicit analyses of risk and vulnerability.     

中国华南地区持续干期日数时空变化特征

利用华南地区46个地面气象站1960-2012年逐日降水数据,分析该地区各季节持续干期日数的时空分布特征。结果表明：1）近53年来,华南地区春季和夏季的持续干期日数呈波动下降趋势,下降速率分别为0.042和0.108 d·（10 a）-1;秋季和冬季的持续干期日数呈波动上升趋势,上升速率分别为1.911和0.118 d·（10 a）-1。广东省春季和夏季持续干期日数呈下降趋势,下降速率分别为0.171和0.243 d·（10 a）-1;秋季和冬季持续干期日数呈增加趋势,增加速率分别为1.737和0.32 d·（10 a）-1。广西省春、夏和秋季持续干期日数呈增加趋势,增加速率分别为0.109、0.046和2.117 d·（10 a）-1;冬季为减小趋势,减少速率为0.106 d·（10 a）-1。2）华南地区持续干期日数在春季呈从北向南逐渐增多的趋势,夏季呈自西南向东北逐渐增加的趋势,秋季呈自西向东逐渐增加的趋势,冬季呈从北向南逐渐增多的趋势。冬季的持续干期日数是4个季节中最长的,大致在20~44 d。3）华南地区春季持续干期日数变化倾向率在-1.20~1.00 d·（10 a）-1之间,增加趋势最明显的区域是广西省的南部地区,减少趋势最明显的区域是广东省的沿海地区;夏季在-1.00~0.60 d·（10 a）-1之间,呈增加趋势的区域主要位于广西省的中部和南部,呈减少趋势的区域位于广东省大部分地区和广西省的东部;秋季在0~3.50 d·（10 a）-1之间,整体呈现增加趋势,变化倾向率较大的区域主要位于广西省的中部和广东省的东北部沿海地区;冬季在-1.50~2.00 d·（10 a）-1之间,呈增加趋势的区域主要集中在广东省的中南部和东部地区,以及广西的东部边缘,呈减少趋势的区域主要集中在广东省的北部以及广西的中部和西北部地区。持续干期日数增加趋势最明显的季节是秋季。4）持续干期日数与降水量表现出负相关性,与气温和无降水日数表现为正相关性。降水量和无降水日数的变化对持续干期日数的变化起着重要的作用,而温度对持续干期日数的影响比较小。     

1980—2015年青藏高原植被变化研究

青藏高原地形复杂,气候类型独特,是北半球气候变化的调节器。全球气候变化直接影响植被变化,探讨植被变化对了解青藏高原的环境状况及环境保护与恢复具有重要意义。选取青藏高原作为研究区域,基于1980年和2015年的1 km土地利用数据利用转移矩阵研究植被的转换变化,利用1981—2015年的GIMMS-NDVI数据借助趋势分析法分析土地利用未变化区域的植被覆被变化,并通过相关分析法研究植被变化与气候因子的关系。研究表明:1980—2015年,青藏高原植被的转换变化表现为转入面积大于转出面积,植被面积整体增加。植被类型变化的主要表现形式为农作物和草地面积增加,乔木林地和灌木林面积减少;草地的面积变化最大,农作物、乔木林地和灌木林面积变化很小。从不同植被类型和生态分区来看,植被覆被变化表现为农作物面积较小,分布于半干旱地区,NDVI呈上升趋势;乔木林地位于东南部湿润半湿润地区,生长状况呈现退化趋势;灌木林位于东部边缘和东南部的湿润半湿润和半干旱地区,呈退化趋势;草地分布范围最大,生长情况趋于改善。近35年来,青藏高原的植被覆盖整体趋于好转,低覆盖度、干旱半干旱地区趋于改善,高覆盖度、湿润半湿润地区出现退化。研究时段内,青藏高原趋于暖湿化,NDVI变化与年平均气温、年降水量变化呈正相关,对降水变化更为敏感。不同植被类型对气候变化响应不同,农作物相关系数最高。乔木林地与气温和降水变化呈负相关,农作物和草地则呈正相关,灌木林与降水变化呈正相关,与气温变化呈负相关。