1982～2008年东北冻土区植被生长季NDVI对气候变化和CO

利用GIMMS和MODIS两种遥感数据,分析了1982～2008年东北冻土区植被生长季平均NDVI的时空特征.并探讨不同类型冻土区和不同植被类型归一化差值植被指数(NDVI)对气候变化和CO2体积分数增加的响应.研究表明.不同冻土类型区植被生长季NDVI均值从大到小依次为:连续多年冻土区＞大片多年冻土区＞季节性冻土区＞岛状多年冻土区.东北冻土区不同植被类型生长季平均NDVI值由大到小依次为:森林＞灌丛＞沼泽＞农田＞草地,其中森林植被生长季平均NDVI值为0.61,草地为0.46,过去27年间,东北冻土区植被生长季平均NDVI年际变化曲线可分为3个变化阶段:①1982～1990年,小幅上升阶段;②1990～2000年,缓慢下降阶段;③2000～2008年.明显上升阶段.1982～2008年期间,连续多年冻土区及大片多年冻土区植被生长季平均NDVI值呈显著上升趋势((P＜0.05)对于不同植被类型而言,除森林植被NDVI呈显著上升趋势外(P＜0.05),其它植被类型NDVI值无显著变化趋势.过去27年间,东北冻土区年均气温显著升高,年降水量显著下降,CO2浓度显著升高.研究区全区平均NDVI与年平均气温呈显著正相关(P＜0.05),气温是影响东北冻土区生长季植被NDVI的主要气候因子.森林和沼泽湿地植被生长季平均NDVI与年平均气温呈显著正相关,与降水量呈显著负相关(P＜0.05);5种植被类型中仅森林植被受CO2浓度影响显著.年平均气温对不同植被类型的影响由高到低的顺序为:森林＞沼泽湿地＞灌丛＞农田＞草地;降水的影响为:森林＞沼泽湿地＞草地>灌丛＞农田;CO2浓度的影响为:森林＞沼泽湿地＞草地＞农田＞灌丛.关健词:NDVI;气候变化;CO2浓度增加;东北冻土区     

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.     

浓度增加对东北玉米生长影响的数值模拟

以东北玉米模拟模型为基础,对其中的生长子模型进行改进,将CO₂浓度作为整个模型的输入变量,综合考虑气候变化和CO₂肥效作用对东北玉米生长发育和产量的影响。通过对原模型适用性的调整和验证,得出模型模拟的叶面积指数及其他器官干重均有较好的结果,模拟值与实测值基本符合,说明模型适用于东北地区;利用改进的模型分别模拟了仅考虑CO₂对光合作用直接影响、仅考虑CO₂对蒸腾作用直接影响及综合考虑CO₂对光合和蒸腾作用直接影响3种方案下玉米产量形成状况。通过对比分析发现,随着CO₂浓度的上升,3种情况下模拟出的玉米产量都呈上升趋势。但玉米蒸腾作用对CO₂浓度升高的响应更为显著,产量提高明显多于仅考虑CO₂对光合作用影响的情况。     

21世纪以来黄河源区高原湖泊群对气候变化的响应

利用2001~2006年逐年汛前期和汛后期两个时相黄河源区湖泊群EOS-MODIS卫星遥感资料和气候、冻土监测数据,分析了21世纪以来黄河源区高寒湖泊群的最新动态变化,描述了器测时期以来该区域气候的演变背景,揭示了湖泊面积和数量对气候、冻土环境变化的响应。结果表明:近52年来源区出现了气温显著升高、降水量增加和蒸发量增大的气候变化大背景,但2001年以来气候以暖湿为主要特征的同时,蒸发量明显减少,且受气候变暖的影响冻土环境表现出冻土厚度减小、冻结时间缩短等退化趋势;2001~2006年黄河源区湖泊群的最新波动表现为湖泊面积增大、数量增多的一致性变化迹象,这种波动趋势在汛前期表现得较汛后期更为显著,并以湖泊数量的变动最为明显;21世纪以来黄河源区湖泊扩张、数量增大正是同期降水量增大、蒸发量减少和冻土退化加大了地下冰融化水补给量等气候变化的直接结果。     

2000~2020年西南地区植被NDVI对气候变化和人类活动响应特征

研究植被变化及其对气候变化和人类活动的响应机制,对区域生态保护和植被恢复具有重要现实意义.利用MODIS NDVI数据、基于站点的气象数据和土地利用数据,结合Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall显著性分析、残差分析、偏相关分析和复相关分析等方法,基于不同地貌单元,分析2000～2020年中国西南地区植被覆盖时空演变特征及其对气候和土地利用变化的响应特征.结果表明,2000～2020年西南地区植被NDVI整体呈波动上升趋势,上升斜率在空间上呈东南高和西北低的分异格局.气候变化和人类活动对西南地区植被NDVI上升均以促进作用为主,且对广西丘陵植被生长的促进作用强于其他地貌单元.2000～2020年间西南地区植被NDVI与气温和降水呈正相关,与相对湿度和日照时数呈负相关,且温度是影响西南地区植被NDVI变化的气候主导因子.城市扩张在一定程度上减少了区域植被覆盖,但得益于适宜的气候条件以及林业生态工程的实施,西南地区整体植被覆盖以上升为主.研究结果可为西南地区生态保护及经济可持续发展提供科学依据.     

2000～2017年贵州省植被覆盖时空变化特征及其对气候变化的响应

利用MODIS/NDVI数据、近18年来贵州省气象站点数据，辅以时间序列、变化趋势和空间动态变化分析等方法，研究贵州省植被覆盖的时空变化特征；探讨植被覆盖变化对气象因子在地域、变化速率和变化方向方面的时空响应规律。研究结果显示：（1）2000~2017年贵州省植被覆盖呈现显著增加的趋势，增速为0.004/a，夏季NDVI值最高，冬季增加趋势最大；空间上，贵州省植被覆盖格局呈现"南高北低、东高西低"的空间分布特征。在变化趋势上，贵州省植被覆盖呈改善和退化趋势的面积分别占贵州省总面积的94.97%和5.03%。（2）2000~2017年，贵州省气候变化特征是降雨量在年内分布不均，且主要分布在5月至8月；温度在各个季节变化趋势不明显，但是总体呈上升的趋势。气温和降水变化趋势大于零的面积分别占贵州省总面积的98.4%和60.46%，说明在全球暖湿化的大背景下，贵州省大部分地区亦呈温度升高、降水增加的态势。（3）贵州省NDVI与气温的相关性大于降水，但其对降水的滞后性却高于气温。其中，秋季植被受降水影响滞后性最强，其次是夏季。（4）不同气候要素对贵州省植被生长影响具有空间差异性，98.4%的地区NDVI与同期温度均达到正相关水平；NDVI与同期降水并未表现出良好的相关性，但82.63%的地区植被与前一年降水呈正相关水平。植被与降水呈负相关的地区，建设用地、裸地占更大比率，且人类活动在植被变化中的作用不容忽视。     

CO_2和O_3浓度升高及其复合作用对华山松生长及光合日变化的影响

以生长在沈阳市区内的5年生华山松幼树为实验材料,采用开顶箱法,研究高浓度CO2和高浓度O3下华山松生长变化、光合速率的日变化动态以及日光合总量季节变化,进而了解大气CO2浓度升高、O3浓度升高及其复合作用对华山松光合作用及生长的影响.结果表明,①高浓度O3处理后,华山松20～90 d针叶鲜重、干重增长量以及90 d针叶叶长较对照分别降低45.8%、38.9%和15.3%.主侧枝生长与对照相比无显著差异.高浓度O3降低了华山松日光合总量,处理30 d后,针叶净光合速率均显著低于对照,光合速率日变化曲线表现为双峰型,光合"午休"程度强于对照.②高浓度CO2处理后,华山松针叶鲜重、干重20～90 d增长量分别高于对照41.7%和22.2%,而针叶叶长以及主侧枝长未受显著影响.华山松日光合总量高于对照处理,处理30 d、60 d时,净光合速率普遍高于对照.CO2处理90 d时,日变化曲线由双峰变为单峰曲线,极大缓解了光合"午休"现象.③高浓度O3和CO2复合处理后,针叶干重、鲜重增量均低于对照,表明了复合处理后O3伤害的发生,但针叶干重高于O3单因子处理,这表明高浓度CO2可以一定程度上缓解高浓度O3对华山松针叶生长的抑制作用.针叶叶长,主侧枝生长未见明显效应.复合处理后,针叶净光合速率普遍低于对照,华山松日光合总量低于对照而高于O3单独处理,说明高浓度CO2可以通过减缓O3对植物光合的抑制而减少O3伤害.光合速率日变化曲线表现为双峰型.     

模拟氮沉降和CO2浓度增加对三江平原小叶章群落土壤总有机碳和氮素含量的影响

利用开顶气室(Open-Top Chamber,OTC),设置当前大气CO2浓度(370μmol.mol-1)、中等CO2浓度(550μmol.mol-1)和高CO2浓度(700μmol.mol-1)3个CO2浓度水平和不施氮(N1,0g N.m-2.a-1)、常氮(N2,5g N.m-2.a-1)、高氮(N3,10g N.m-2.a-1)3个氮素水平。研究了不同N沉降水平下,大气CO2浓度升高对以三江平原小叶章群落土壤有机碳和氮素含量的影响。结果表明:CO2浓度升高结合氮沉降连续运行两个生长季后,湿地土壤总有机碳含量没有显著变化,说明较短时间内大气CO2浓度升高和氮沉降不会使三江平原土壤有机碳含量产生变化。氮沉降引起各个土层的土壤全氮、铵态氮和硝态氮的含量增加,施氮水平越高土壤氮增加越多,但是全氮增加量不明显,铵态氮随施氮量的增加呈现极显著差异水平(P<0.01)。0～10cm,10～20cm土层土壤全氮、铵态氮的含量随着CO2浓度升高呈现出先增大后减小的趋势。土壤硝态氮含量在10～20cm土层含量变化与土壤全氮、铵态氮的变化趋势相同。说明大气CO2浓度一定程度的增加可以增加土壤的氮素含量,但是过量的大气CO2浓度反而会使得土壤氮素含量减少。     

1980—2014年中亚地区植被净初级生产力对气候和CO2变化的响应

中亚干旱区分布着世界80%以上的温带荒漠,受气候变化影响显著。论文首先收集实验观测数据验证了干旱区生态系统模型（AEM）,然后运用AEM开展数值模拟实验量化研究了1980—2014年中亚净初级生产力（NPP）的时空格局,评估了不同环境因子（降水、温度、CO₂）的相对贡献率及其交互效应。结果表明：过去35 a中亚干旱区年均NPP总量为1 125±129 Tg C（1 T=10¹²）或218±25 g C/m²。哈萨克斯坦北部地区年NPP值较高（349±39 g C/m²）,而南疆地区年NPP值较低（123±45 g C/m²）。1980—2014年间,中亚NPP总体呈减少趋势 [-0.71 g C/(m²·a)],南疆极端干旱区的NPP降低最为显著 [-2.05 g C/(m²·a)]。相较于1980—1984年NPP均值,在1985—2014年中亚区域NPP总体降低了118 Tg（-10%）。其中CO₂施肥效应促进NPP增加了99.7 Tg （+8%）,气温升高的正效应促进NPP增加了35.4 Tg（+2%）,而降水减少导致NPP降低了221 Tg（-18%）。研究区内9%的地区的NPP主要控制因子为温度,主要分布在天山和哈萨克斯坦北部等高纬高寒地区。降水主控区面积占整个研究区的69%,主要分布在荒漠平原特别是南疆等植被受水分限制的区域。CO₂主控区占研究区面积的20%,主要分布在天山中山带森林区和低海拔地区等水热条件好的区域。研究表明新疆南部地区是中亚的关键生态脆弱区,其生态安全面临着气候变化的挑战,但21世纪的升温不大可能因刺激自养呼吸而对中亚区域NPP造成显著影响。