蒙古高原植被时空格局对气候变化的响应研究

发布时间：2020-09-18 19:56

　　近几十年来,全球气候变化及其对陆地生态系统的影响受到了学界的普遍关注。蒙古高原地处欧亚内陆地区,大部分属于干旱半干旱地区,生态环境极其脆弱,对气候变化和外界干扰的响应非常敏感。在气候变化以及人类活动等多种驱动力的共同作用下,近50多年蒙古高原生态系统平衡与稳定受到了严重破坏,生产与生态服务功能明显降低。系统地研究该地区气候变化及其对生态系统的影响,对中蒙俄以及亚洲乃至全球生态安全、经济与社会的可持续发展具有重要意义。本文集成气象数据、卫星TRMM数据和AVHRR NDVI数据,以蒙古高原植被类型区为基础,采用Sen’s趋势、Mann-Kendall检验法、空间插值法、空间趋势分析法、地统计法以及同期与滞后相关分析法,从不同时空尺度上,分析蒙古高原气候(水热条件)和植被生长的时空变化规律,阐明区域气候变化对植被生长的影响,验证TRMM卫星降水数据在区域降水时空规律研究中的适用性。主要结论如下:1)1961-2014年间蒙古高原年平均气温呈显著上升趋势,增幅约2℃,上升速率大约是全球平均气温上升速率的2倍,年降水整体上在减少。1989年之前为相对低温期,90年代暖湿为主,2000年后暖干化明显。季节平均气温均呈显著上升趋势(冬季春季秋季夏季),四季增温速率空间差异不明显(局部地区除外)。受东亚季风、北冰洋气流和西风强度、到达时间及其持续长短的影响,降水变化时空差异显著,春冬降水显著增加,而夏季降水显著减少,秋季降水变化不明显。空间变化结果表明,全年和夏季降水在高原东南部和北部减少显著,东北部、南部和西北部增加;春季降水整体增加,东南部和西北部增加显著;秋季降水在北部和东南部减少明显;冬季降水在北部(东北、北部、西北)和南部增加显著。TRMM卫星降水数据与实测降水数据时空一致性高,可以应用于不同时空尺度的降水变化研究。2)1982-2013年蒙古高原及各植被区生长季(4-10月)区域平均NDVI值均呈增高趋势,不同时期的变化差异显著。不同植被区季节NDVI变化趋势差异显著。春秋季,各植被区NDVI均呈增加趋势(荒漠区除外);夏季,针叶林区、草甸草原区和荒漠区植被NDVI有所下降,而落叶阔叶林区、典型草原区、荒漠草原区和草原化荒漠区植被NDVI有所上升。从季节NDVI变化趋势面积占比来看,各季节表现不同。夏季,植被NDVI除南部、东南部增加之外,大部分地区减少趋势明显;春季,大部分区域植被NDVI呈增加趋势,北部和西北部增加趋势显著;秋季,南部、东南部和周边山地森林区植被NDVI增加趋势明显。3)在不同的时间尺度上,植被对气候变化的响应过程比较复杂。从年际变化来看,多数植被区(针叶林区和荒漠区除外)生长季NDVI与同期降水量显著正相关(p0.05),与生长季平均气温负相关。由此可知,生长季累积降水是驱动蒙古高原多数植被区植被生长状况年际变化的主要因素。从年内变化来看,蒙古高原雨热植被NDVI同期,各植被区逐月NDVI与同期气温和降水量显著相关(p0.05),植被NDVI与气温的相关性大于降水量。从季节响应来看,水分相对充足的植被区(针叶林区、草甸草原区、典型草原区)NDVI受春季(4-5月)气温影响显著,春季变暖对其植被生长具有促进作用;而水分条件不足的植被区(荒漠草原区、草原化荒漠区)NDVI受春季降水影响显著。夏季,草原和荒漠植被变化受降水影响显著,不同植被类型因生理生态特征的差异受降水影响的程度不同,荒漠草原植被生长对夏季降水敏感性最高,其次为草甸草原和典型草原;夏季植被变化受气温的影响不显著,夏季气温上升通过促进水分蒸发而抑制植被生长。秋季,草甸草原植被生长与当季气温变化关系密切(r=0.25,p0.05),秋季气温的上升通过延长生长季促进植被生长。而针叶林区秋季NDVI与当季降水显著负相关(r=-0.32,p0.05),秋季过多的降水通过影响太阳辐射而降低气温,从而抑制植被生长。4)植被生长对气温和降水变化具有一定的滞后效应,尤其对降水的滞后效应显著,其显著性因植被类型和生长阶段的推移而有所不同。各植被类型区(针叶林区除外)6-10月NDVI值与前1个月和前2个月降水量之间正相关。6-9月植被NDVI值与前1个月气温负相关,而4月、5月、10月植被NDVI值与前1个月气温正相关。
【学位单位】：内蒙古大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：Q948
【部分图文】：

植被分区,针茅

主要分布于蒙古高原东西方向的中心地带和蒙古高原东半部分的西端（图2.2 的浅绿色部分），包括内蒙古的通辽市南部、赤峰东半部、锡林郭勒盟中部大部分区域、鄂尔多斯东南部、呼和浩特市南端和乌兰察布市南端以及蒙古国的东方省大部、苏和巴特尔省、肯特南部、戈壁苏木贝尔省、中央省西部和南部、中戈壁省中北部、前杭爱省中部、乌布苏省东北部等地带。荒漠草原区以石生针茅（小针茅）（Stipa tianschanica var. klemenzii）、沙生针茅（Stipaglareosa）和短花针茅（Stipa breviflora）为建群种，主要分布于蒙古高原中南部、中西部的中心地带以及部分西北地区（图 2.2 的绿黄色部分），包括内蒙古锡林郭勒盟西南端、乌兰察

年内变化,生长季,积雪,植被

图 2.3 基于 NDVI 年内变化曲线的生长季累积 NDVI 提取g-season integrated NDVI extraction based on intraannual N部分地区植被在冬季几乎停止生长或被积雪覆盖特征[35, 129]，选取研究区 1982-2013 年生长季 4~10

曲线,距平,滑动平均,年降水量

1961-2014 年间蒙古高原多年平均年降水量为 305.58mm，最大值为 413），最小值为 231.10mm（1965 年），两者相差 182.53mm，标准差为 40.79mm，年动较大。Sen’s 趋势分析发现，年降水量呈微弱下降趋势，速率为-2.30mm/10a（pa）。从年降水量距平及 5 年滑动平均曲线可知，整体上 60 年代至 80 年代末周主，90 年代正距平为主，2000 年以后负距平为主（图 3.1b）。

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