长白山东坡植被指数变化及其对气候变化的响应

长白山地处温带针阔混交林的中心地带,对气候变化较为敏感.因此,探讨长白山区落叶松(Larix olgensis)树轮宽度和森林归一化植被指数(NDVI)与气候因子的关系,对于了解全球气候变暖背景下陆地生态系统的响应具有重要意义.以长白山自然保护区东坡为研究地点,利用东坡落叶松树轮宽度指数和选取1982-2006年UMD GIMMS NDVI数据及天池气候数据,在分析树轮宽度及NDVI与气候因子关系的基础上,重点探讨长白山东坡落叶松径向生长与NDVI之间的关系,并利用多元回归分析建立落叶松树轮指数与气候因子及年生物量生长量与NDVI的模拟回归方程.结果显示:(1)1957年以来该区温度呈极显著上升趋势,冬季升温最为显著,降水呈微弱下降趋势.(2)1982-2006年年均、夏季和生长季NDVI均呈缓慢下降趋势.(3)长白落叶松年表特征分析表明其生长对气候敏感,适用于进行年轮气候学分析.(4)NDVI与月平均温度相关性较强,且多以正相关为主,与月降水量多为负相关性.(5)落叶松径向生长受当年生长季的气候因子的影响强于上年,但是显著相关的月份略有差异,并且降水的影响要优于温度.(6)落叶松树轮宽度和年生物量生长量与NDVI以负相关为主,生长季NDVI与树轮年表相关性较差,而非生长季NDVI与年表相关性较好.(7)林分单位面积地上生物量为240.72 t/hm2,2009年林分生物量生长量约为2.91 t hm-2 a-1,即每公顷每年固碳约1.46 t,表明该地区老龄落叶松林仍具有较强的固碳能力.综上所述,在长白山地区,长时间序列的年轮宽度数据并不能很好地反映NDVI的长时期变化,利用树轮宽度指数重建该区NDVI有待进一步研究.     

西大别山百战坪黄山松径向生长对气候因子的响应

研究基于标准的树轮年代学研究方法（样芯经固定、晾干、打磨、交叉定年、测量和标准化等处理）,首次建立了大别山西部的黄柏山百战坪的黄山松树轮宽度标准年表。研究发现,黄山松宽度年表有较高的信噪比SNR和样本解释总量EPS,表明树轮宽度年表中含有较多的气候信息,适合做树轮气候学研究。树轮宽度年表与气象因子关系的研究结果显示,黄山松树轮宽度与上一年10月、12月及当年的5月至9月的气温（包括月均最高气温、月均温和月均最低气温）呈较高的负相关,且在上一年的12月和当年7月月均最高气温和月均温的限制作用较强,而上一年10月月均温限制作用最大,这表明上一年生长季末和当年生长季中的高温通过对水分的影响限制黄山松的生长。树轮指数与当年2月、4月至7月的月降水及月相对湿度（6月份除外）均呈较高正相关,说明在进入生长期前后充足水分对黄山松生长有促进作用,但当降水或相对湿度过大时（如上年8月与当年6月）对黄山松生长就起到一定的限制作用。本研究结果填补了大别山西段树木年轮研究的空白,为该区域树木年轮气候重建研究提供参考和基础数据,也为黄柏山自然保护区今后的森林培育和森林管理提供了一定的理论依据。     

海拔梯度上的植物生长与生理生态特性

环境是植物生存和发展的条件,在各种不同的生境中聚生着特定的植物种类.全球气候变化迅速而显著地改变着高海拔地区的生态环境,这必将导致山地植物生理生态适应性、分布界限等发生变化,这些变化反过来又会对气候变化造成深远影响.因此,研究山地植物的生理生态特性,揭示其对全球气候变化的响应和适应性,具有重要的现实与科学意义.海拔梯度由于包含了温度、湿度、光照等诸多环境因子的剧烈变化而成为了研究植物对全球气候变化响应的理想区域.随着海拔升高,气温下降、大气压及CO2分压降低、光强增加等,植物的生态和生理特征将产生巨大的变化,可能影响到植物种类在海拔梯度上的分布、植物群落的结构组成.一些亟待回答的问题包括:全球气候变化将如何影响高山植物的生长环境?环境变化如何影响植物生理生态适应性?植物群落的分布、结构和组成将发生哪些变化?这些变化又将怎么样影响气候进一步变化?众多的研究报导了树木的生理生态特征、生长速率和生产力等对海拔的响应.本文在总结前人研究的基础上,系统地综述了海拔梯度上温度、水分、光照、土壤等环境因子的差异对高山植物的生长及生理生态特性的影响,以及植被分布的变化,旨在阐明植物对全球气候变化的行为与生理生态响应,以期为该领域的深入研究提供参考.     

自然分布北界的大巴山黄杉树轮气候响应分析

黄杉(Pseudotsuga sinensis)是国家Ⅱ级濒危保护树种,目前基于该树种的树轮气候学研究较少。利用采自陕西省安康市镇坪县的黄杉树轮样芯,建立树轮宽度标准年表,采用Pearson相关方法分析树轮宽度指数与降水、气温、帕尔默干旱指数(PDSI)的相关关系。结果表明:研究区黄杉径向生长主要受降水和温度的影响,其中树轮宽度指数与生长季总降水量呈显著正相关(r=0.386,P0.05),与上一年11月平均最高气温呈显著负相关(r=-0.364,P0.05),与上一年10月PDSI呈显著正相关(r=0.485,P0.01)。此外,在全球变暖的背景下,月平均最高气温可能对黄杉的径向生长起抑制作用。研究黄杉径向生长对气候要素的响应,了解研究区气候变化对黄杉生长的影响,可为相关部门研究该地区的气候变化提供理论基础。     

温带落叶林的植物物候特征及其对气候变化的响应

植被物候是气候变化对生物圈产生长期或短期影响的重要指示因子。气候变化已经明显改变了许多物种的营养生长和繁殖物候,尤其是在温带地区。研究温带森林物候变化及其对全球变暖的响应,对认识森林物种共存,协同进化以及森林保护和经营等有重要意义。通过概述温带森林下物候研究的进展发现,光照和积温是影响木本植物展叶及繁殖物候的关键因素,林下层树木通过更早展叶,以尽量减少生长季林冠层遮阴对下层树木生长的影响,更早时期开花的树木具有从顶部向四周次第开花的时空格局,林冠层树种开花具有较好的同步性。而草本植物的物候通常受融雪时间和冠层动态的影响更大,并且,温带森林下不同生活史对策的草本植物的物候特征对气候变化的响应也不尽相同,存在明显的季节动态。繁殖物候、光照的季节变化、光合特征、授粉成功之间的联系决定了林下不同繁殖特性的草本植物的繁殖成功率。量化的、多指标、多对象的定位监测是精准物候研究的基础,物候变化的机理和建立可预测的物候模型将是未来研究的重点。     

西南喀斯特地区植被变化及其与气候因子关系研究

受气候变化和退耕还林还草工程实施的影响,植被分布产生一定的变化,厘清气候因子与植被生长的关系,可以为生态维护与治理提供参考依据,为生态保护成效评估提供科学基础。选择环江喀斯特区,以中分辨率卫星成像光谱仪(MODIS)卫星遥感250m空间分辨率植被指数NDVI,分析2000-2017年该地区植被变化趋势,利用多元线性回归分析累积降水、温度、辐射等气候因子的影响范围和程度,以残差趋势法厘定植被变化中的人为贡献。结果表明,(1)2000-2017年,环江地区87%的地区植被年均NDVI呈现不同程度的增加趋势,增长率为0.4%a~(-1);主要植被类型农田、森林、草地年均NDVI持续改善,其中森林的改善状况最好。(2)环江地区气候变化整体呈冷湿化。温度、累积降水、辐射对植被年均NDVI的影响情况不同,就环江地区而言,温度、辐射对年均NDVI表现出正影响,且温度影响最大;累积降水与年均NDVI呈负相关。(3)不同植被类型受气候因素的影响不同,在气候因素对植被年均NDVI的解释度较高的地区,农田主要受温度影响,森林和草地主要受辐射和温度的共同影响。(4)环江地区气候因素可以解释8.5%的年均NDVI的变化情况。(5)环江地区除气候因素以外的其他因素对NDVI影响更大。     

自然湿地氮排放与气候变化关系研究进展

受外界环境因素的影响,自然湿地氮循环过程中排放的氮氧化物气体正在全球范围内不断累积,全球气候也正在经历着前所未有的变化,因此,氮氧化物排放和全球气候变化关系成为了近年来国际上重点关心的环境问题。为了厘清两者关系,该文从以下几个方面进行了综述研究,(1)对Web of Science核心数据库和中国知网有关氮排放和气候变化的关键词进行检索,结果表明:近年来关于自然湿地氮排放和气候变化关系的文献数量逐年增多,说明氮排放和气候变化关系已经引起相关学者的重视。(2)自然湿地氮排放对气候变化的影响有直接影响和间接影响。直接影响是通过湿地氮循环过程中排放的温室气体(以N_2O为主)产生的,N_2O的大量排放加速了气候变暖的趋势;间接影响是通过发生氮排放的氮循环与碳循环耦合关系影响产生的,自然湿地系统中不断增加的活性氮使得两大温室气体——二氧化碳和甲烷的吸收和排放发生了变化,从而对气候变化产生了影响。(3)气候变化主要包括温度、降雨、辐射、光照和风速等气候因子的变化,这些变化对湿地的主要氮循环过程——硝化和反硝化过程产生影响,使得氮排放的程度和速率发生变化。文章最后对湿地氮排放和气候变化关系的研究进行了展望,为更好地理解自然湿地氮排放和气候变化关系提供了一定的研究思路。     

近65年来四川红杉径向生长对气候变暖的响应

大量研究揭示全球变暖已经对青藏高原东南缘树木生长产生显著影响,为了解气候变化对林线位置的四川特有树种四川红杉(Larix mastersiana)生长的影响,以黑水县达古冰川四川红杉为研究对象,利用树木年轮学的方法建立树木年轮宽度标准年表,探讨1977年升温突变前后四川红杉径向生长对气候因子的响应差异.结果显示,1977年后,该区域平均气温以0.304℃/10年速率呈现显著上升的趋势,而降水和相对湿度无显著变化趋势;四川红杉径向生长与生长季初期(6月)和末期(10月)及前一年秋季(10-11月)温度呈显著正相关,仅与当年1月的降水和相对湿度呈显著正相关;升温突变后,四川红杉年轮宽度指数与前一年9月和10月以及当年6月和10月平均温度和最低温度的关系由不相关变为显著正相关,而与当年3、5、10月相对湿度的关系由正相关转变为显著负相关;滑动分析结果表明四川红杉径向生长与前一年和当年10月温度仍然保持着相对稳定的显著正相关关系,未表现出"响应分异"现象,而与当年3、5、6、10月相对湿度的负相关关系随时间呈逐渐增强的趋势.因此,在未来气候变化背景下,温度升高将促进四川红杉径向生长,但相对湿度的增加将可能抑制其生长.(图9表1参63)     

川西云杉人工林径向生长对气候变化的响应

大量研究已经发现全球气候变暖将促进川西高原高海拔区域天然林径向生长,然而,目前气候变化对区域人工林生长的影响程度尚不清楚.以道孚县川西云杉(Picea likiangensis var. rubescens)人工林为研究对象,以天然林为对照,采用树木年轮学方法构建树木年轮宽度指数年表,利用相关分析和滑动相关分析方法探讨近40年来人工林和天然林径向生长动态特征及其对气候变暖的响应规律.结果显示,1982-2018年期间,研究区呈现明显的气候变暖特征,年平均气温、最高气温和最低气温均呈现显著上升的趋势,增温速率分别为0.23、0.49和0.22℃/10年,而年降水量无显著变化趋势;川西云杉人工林径向生长对气候变化响应较为敏感,川西人工林径向生长与当年生长季(7-9月)和休眠期(前一年11月至当年4月)的温度呈显著正相关,与当年生长季(7-9月)的相对湿度呈显著负相关,而天然林仅与生长季(6-9月)的温度呈显著正相关,与生长季末期(9月)的相对湿度呈显著负相关;在1982-2018年期间,随着气温升高,人工林径向生长对温度响应的敏感性呈下降趋势,而天然林径向生长对7-9月温度响应的敏感性仍然较为稳定.因此,在未来气候变暖背景下,温度升高将继续增加天然林的生长,而对人工林生长的促进作用会随着对温度响应敏感性下降而逐渐减弱.(图6表1参35)     

高山植物对全球气候变暖的响应研究进展

高山地区被认为是对全球气候变化最敏感的区域之一,气候变暖导致高山生境内生物与非生物环境因子发生不同程度的改变,从而引起高山植物从不同层面作出不同的变化或响应.综述了高山及亚高山高海拔生境内,植物从宏观生态系统层面到微观个体生理层面对全球气候变化进行响应的研究进展.植物由个体自身的生理及形态上产生不同响应,逐步经过"瀑布式上升效应(Cascade effects)",最后引起整个高山生态系统的转变.受局地差异性及物种差异性影响,生物多样性在不同高山地区呈现出或是增加或是减少的趋势;林线及植被向高纬度、高海拔地区扩张;植物间相互关系由协作转向中性乃至竞争;植物物候、繁殖、生物量生产、光合作用、年轮生长、营养结构等方面均呈现出不同的响应模式.这些从微观到宏观的不同响应模式,最终将引起高山生态系统在结构、功能上的改变,进而在很大范围上威胁到高山植物的生存与发展.最后提出该领域未来的研究重点.参147     

Combining a generic process-based productivity model and a statistical classification method to predict the presence and absence of tree species in the Pacific Northwest,U.S.A.

Although long-lived tree species experience considerable environmental variation over their life spans, their geographical distributions reflect sensitivity mainly to mean monthly climatic conditions. We introduce an approach that incorporates a physiologically based growth model to illustrate how a half-dozen tree species differ in their responses to monthly variation in four climatic-related variables: water availability, deviations from an optimum temperature, atmospheric humidity deficits, and the frequency of frost. Rather than use climatic data directly to correlate with a species’ distribution, we assess the relative constraints of each of the four variables as they affect predicted monthly photosynthesis for Douglas-fir, the most widely distributed species in the region. We apply an automated regression-tree analysis to create a suite of rules, which differentially rank the relative importance of the four climatic modifiers for each species, and provide a basis for predicting a species’ presence or absence on 3737 uniformly distributed U.S. Forest Services’ Forest Inventory and Analysis (FIA) field survey plots. Results of this generalized rule-based approach were encouraging, with weighted accuracy, which combines the correct prediction of both presence and absence on FIA survey plots, averaging 87%. A wider sampling of climatic conditions throughout the full range of a species’ distribution should improve the basis for creating rules and the possibility of predicting future shifts in the geographic distribution of species.     

Process-based modeling of species' distributions: what limits temperate tree species' range boundaries?

Niche-based models are widely used to understand what environmental factors determine species' distributions, but they do not provide a clear framework to study the processes involved in defining species' ranges. Here we used a process-based model to identify these processes and to assess the potential distribution of 17 North American boreal/temperate tree species. Using input of only climate and soil properties, the model reproduced the 17 species' distributions accurately. Our results allowed us to identify the climatic factors as well as the biological processes involved in limiting species' ranges. The model showed that climatic constraints limit species' distributions mainly through their impact on phenological processes, and secondarily through their impact on drought and frost mortality. The northern limit of species' ranges appears to be caused mainly by the inability to undergo full fruit ripening and/or flowering, while the southern limit is caused by the inability to flower or by frost injury to flowers. These findings about the ecological processes shaping tree species' distribution represent a crucial step toward obtaining a more complete picture of the potential impact of climate on species' ranges.     

Impacts of changing frost regimes on Swedish forests: Incorporating cold hardiness in a regional ecosystem model

Understanding the effects of climate change on boreal forests which hold about 7% of the global terrestrial biomass carbon is a major issue. An important mechanism in boreal tree species is acclimatization to seasonal variations in temperature (cold hardiness) to withstand low temperatures during winter. Temperature drops below the hardiness level may cause frost damage. Increased climate variability under global and regional warming might lead to more severe frost damage events, with consequences for tree individuals, populations and ecosystems. We assessed the potential future impacts of changing frost regimes on Norway spruce (Picea abies L. Karst.) in Sweden. A cold hardiness and frost damage model were incorporated within a dynamic ecosystem model, LPJ-GUESS. The frost tolerance of Norway spruce was calculated based on daily mean temperature fluctuations, corresponding to time and temperature dependent chemical reactions and cellular adjustments. The severity of frost damage was calculated as a growth-reducing factor when the minimum temperature was below the frost tolerance. The hardiness model was linked to the ecosystem model by reducing needle biomass and thereby growth according to the calculated severity of frost damage. A sensitivity analysis of the hardiness model revealed that the severity of frost events was significantly altered by variations in the hardening rate and dehardening rate during current climate conditions. The modelled occurrence and intensity of frost events was related to observed crown defoliation, indicating that 6-12% of the needle loss could be attributed to frost damage. When driving the combined ecosystem-hardiness model with future climate from a regional climate model (RCM), the results suggest a decreasing number and strength of extreme frost events particularly in northern Sweden and strongly increasing productivity for Norway spruce by the end of the 21st century as a result of longer growing seasons and increasing atmospheric CO₂ concentrations. However, according to the model, frost damage might decrease the potential productivity by as much as 25% early in the century.     

金钟藤的年轮生长量与气候因子的相互关系

分析了金钟藤(Merremiaboisiana(Gagn.)vanOoststr.)的年轮特征,并探讨了它与温度等气候因子的关系。金钟藤的年轮极不规则,有许多自然隆起和裂缝。金钟藤的年轮生长量通过格子法来估算。结果表明金钟藤年轮的年平均生长量与温度呈极显著正相关,与降水、日照时数和相对湿度相关性不显著。罗浮山地区降水和日照时数基本能够满足金钟藤的生长,结合相关研究结果推测:温度可能是金钟藤快速生长的主要驱动因子。     

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。     

A dendroecological study on Pinus nigra Arn. at different altitudes of northern slopes of Kazdaglari, Turkey

This study was carried out to investigate the relationship between tree ring widths of Pinus nigra in Kazdaglari having humid and very humid climatic conditions. Sixty two trees were cut from 24 sampled points from different altitudes in Kazdaglari to measure treering widths. To determine the responses to the climate, correlation coefficients between treering widths and climatic data were calculated during biological years from October of the previous year to September of the current year In lower altitudes, where climate type is humid, spring and summer precipitation affect the growth of tree rings, but they are not statistically limiting factors. In higher altitudes, this effect is weaker. As a result, we can conclude that the negative effects of the drought are still not clear on the Pinus nigra trees under humid and very humid climatic conditions and at the northern slopes in submediterranean mountainous regions in Turkey.     

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。     

Effects of climate change on phenology, frost damage, and floral abundance of montane wildflowers

The timing of life history traits is central to lifetime fitness and nowhere is this more evident or well studied as in the phenology of flowering in governing plant reproductive success. Recent changes in the timing of environmental events attributable to climate change, such as the date of snowmelt at high altitudes, which initiates the growing season, have had important repercussions for some common perennial herbaceous wildflower species. The phenology of flowering at the Rocky Mountain Biological Laboratory (Colorado, USA) is strongly influenced by date of snowmelt, which makes this site ideal for examining phenological responses to climate change. Flower buds of Delphinium barbeyi, Erigeron speciosus, and Helianthella quinquenervis are sensitive to frost, and the earlier beginning of the growing season in recent years has exposed them to more frequent mid-June frost kills. From 1992 to 1998, on average 36.1% of Helianthella buds were frosted, but for 1999-2006 the mean is 73.9%; in only one year since 1998 have plants escaped all frost damage. For all three of these perennial species, there is a significant relationship between the date of snowmelt and the abundance of flowering that summer. Greater snowpack results in later snowmelt, later beginning of the growing season, and less frost mortality of buds. Microhabitat differences in snow accumulation, snowmelt patterns, and cold air drainage during frost events can be significant; an elevation difference of only 12 m between two plots resulted in a temperature difference of almost 2 degrees C in 2006 and a difference of 37% in frost damage to buds. The loss of flowers and therefore seeds can reduce recruitment in these plant populations, and affect pollinators, herbivores, and seed predators that previously relied on them. Other plant species in this environment are similarly susceptible to frost damage so the negative effects for recruitment and for consumers dependent on flowers and seeds could be widespread. These findings point out the paradox of increased frost damage in the face of global warming, provide important insights into the adaptive significance of phenology, and have general implications for flowering plants throughout the region and anywhere climate change is having similar impacts.     

河北省夏玉米气候适宜度及其变化特征分析

采用逐日气象要素和统计方法,建立了河北省夏玉米(Zea Mays)各生育期气候适宜度评价模型,计算了河北省1981—2010年逐年夏玉米各生育期气温、降水、日照、气候适宜度值,并对夏玉米各生育期气候适宜度特征及变化趋势进行了分析。结果表明:夏玉米生长期间气温适宜度最高,日照次之,降水最低且变异系数最大。气温适宜度以夏玉米灌浆期最低,变异系数最大;日照和降水适宜度均以抽雄期最低且变异系数最大。多年适宜度变化趋势为:全生育期日照适宜度明显下降(下降速率为0.047/10a);气温适宜度基本持平;降水适宜度波动较大,无明显变化规律。幼苗和灌浆期气候适宜度呈下降趋势(下降速率分别为0.015/10a,0.024/10a),其中幼苗期气候适宜度下降由期间气温和日照适宜度下降引起;灌浆期气候适宜度下降由日照和降水适宜度下降引起。     

1982-2006年华北植被覆盖变化及其与气候变化的关系

利用1982-2006年GIMMSNDVI数据反映华北地区植被覆盖变化状况,结合1982--2006年该地区85个气象站点的气温和降水数据,分别从年际变化、季节变化和月变化三个时间尺度分析华北地区植被覆盖变化及其与气候变化的关系。结果表明,从年际变化来看,华北植被变化与气温变化关系较与降水关系密切;从季节变化来看,华北地区植被生长在不同季节对水热条件变化的响应不同,春季和秋季植被生长与气温的关系较与降水的关系密切,而夏季植被生长主要受降水的影响;从月变化来看,4月和5月植被变化受气温变化影响较明显,一定程度上说明4月和5月植被生长的NDVI值增加可能是由于气候变暖引起的植被生长季提前产生的;6-9月植被生长与前2个月降水变化关系密切,说明植被生长对降水变化具有一定的滞后性。