秦岭林线及其对气候变化的响应

发布时间：2016-10-30 18:34

  本文关键词：秦岭林线及其对气候变化的响应，，由笔耕文化传播整理发布。

《西北大学》 2015年

秦岭林线及其对气候变化的响应

马新萍  

【摘要】：IPCC第五次评估报告指出全球气温将持续变暖,并且会给人类社会发展带来影响。秦岭是我国中部地区过渡性质较强的巨型山脉,是中国南北重要的地理分界线,气候、植被垂直带谱分布明显,高山林线是气候变化的监测器,秦岭山地高山、亚高山林线研究对揭示气候变化与陆地植被生态系统的响应与适应具有预警作用和前瞻性意义。本文旨在研究在环境变化大背景下,秦岭山地气候变化趋势及规律、秦岭林线区域植被变化现状及其对气候变化的响应关系,并试图寻找两者之间的定量关系,以预测未来气候变化对秦岭高山林线的影响,并获得了如下进展和结论：(1)55年来秦岭南北坡气温均呈上升趋势,并在上世纪90年代末发生了突变。在季尺度上,秦岭南北坡春季和冬季气温上升较为明显,北坡气温升高趋势略高于南坡,北坡夏季气温呈现不明显的下降趋势,南坡夏季气温略有上升,南坡秋季气温的上升趋势高于北坡。秦岭南北坡春季和秋季气温变化差异随时间变化逐渐增大,冬季和夏季气温变化差异不明显。从空间上看,秦岭北坡气温上升的程度整体大于南坡气温升高的程度,低温的上升在空间上表现十分明显,秦岭北坡突变前有74.31%的区域的气温呈减少的趋势,突变后气温呈显著上升的区域面积已达到95.2%。(2)55年来秦岭南北坡年降水量均表现为不显著的减少趋势,南北坡年降水量的突变时间为1971和1979年。秦岭北坡年降水量的减少程度大于南坡,北坡年降水量的变化率为-11.339mm/10a,南坡降水量的变化率为-4.607mm/10a；季尺度上,春秋季节南北降水量均呈不显著的减少趋势,北坡减少程度略大于南坡,夏冬季节降水量有逐渐增多的趋势,南坡夏季降水量升高的程度大于北坡,冬季北坡降水量增多的程度大于南坡；突变后降水量的减少程度减弱。(3)将遥感影像分类与DEM、NDVI数据结合提取了秦岭典型林线区,发现林线对海拔、气候变化具有较强的敏感性。采用最大似然法对秦岭林线区域进行分类,划分出林线样区的具体范围,利用DEM海拔高度提取与NDVI数据相结合的方法得出林线区的海拔高度：太白山林线海拔主要分布在3400-3450m,牛背梁、冰晶顶和光头山属于秦岭中西部的系列亚高山,其林线高度主要分布在2600-2700m左右的范围。对秦岭山地环境要素对林线影响的敏感性分析研究,发现近几十年来坡向、坡度对林线的影响未表现出规律性,而气温、海拔是影响林线变化的敏感因子。分析发现太白山、牛背梁、冰晶顶、光头山林线区年均温的变化率分别为0.428℃/10a、0.257℃/10a、 0.362℃/10a、0.298℃/10a,并分别于1998年、1990年、1993年和1990年发生突变,表现出随海拔升高,气温突变延后。近33年来随着气温的升高,1980-2013年太白山、牛背梁、光头山、冰晶顶林线区植被面积有所增加而石海、裸岩等有所减少。从空间分析发现太白山林线区域气温整体上升,尤其是西部气温上升达2℃,中东部地区等温线有北移的趋势。(4)秦岭及典型林线区NDVI均表现出上升的趋势,33年来秦岭NDVI突变为2005年,太白山林线区NDVI突变发生于2009年。1982-2013年秦岭山地年NDVI呈上升趋势,变化率为0.036/10a。近32年来,秦岭山地NDVI呈显著上升的面积占到总面积的52.45%,不显著上升区域占到39.75%。即有92%以上的区域NDVI普遍上升,并于2005年发生突变。1998-2013年,太白山、牛背梁、光头山、冰晶顶林线区的NDVI均表现为上升趋势,其变化率分别为：0.014/10a、0.042/10a、0.017/10a、0.02/10a。太白山林线NDVI的突变点在2009年左右,而亚高山林线由于受人为影响(如自然保护区的建立),其NDVI突变点较多。(5)秦岭山地及林线区NDVI对气候变化敏感,与气温的相关性明显高于降水。秦岭南北年最大NDVI与各时段温度及积温既有正响应也有负响应,但7月温度与之达到显著正相关。林线区植被主要受冬季低温的影响并达到显著相关,太白山林线区1-3月气温与3月NDVI呈显著正相关,牛背梁4月、6月、8月的NDVI与1月气温呈显著正相关,光头山2月气温与4月NDVI达极显著相关。(6)秦岭及林线区域植被生长受气温影响存在临界点,7月份月均温超过21.51℃时秦岭局部地区年最大NDVI受到抑制,而太白山林线区植被更多地受低温胁迫控制。秦岭7月月均温与年最大NDVI相关性显著,通过空间定量分析发现,7月份平均气温达21.51℃时,年最大NDVI正变量突然减少,而负变量比例逐渐增加,此临界点后,随气温的上升,可能导致陕西段秦岭山地东部和西南部植被生长受到抑制;而太白山4月NDVI受前一年气温的影响存在一个适应温区(-4.45℃～-1.05℃),小于-4.45℃和高于-1.05℃的气温均对高山林线植被产生负向作用,即太白山林线植被受气温变化影响不同于秦岭,一方面受低温胁迫控制,另一方面气温的持续升高会使林线区耐寒植被受到影响。秦巴山地巴山冷杉的大量死亡可能与之有关。(7)基于BP神经网络模型,对秦岭林线NDVI变化进行预测,未来三年气温变化率超过0.3℃/10a时将对林线区植被产生不利影响。采用BP神经网络模型对秦岭及林线区域的未来NDVI变化进行预测,在秦岭整体气温变化率为0.4℃/10a的情况下,其年均NDVI将会持续下降；太白山、牛背梁林线在气温变化率为0.2℃/10a的情况下,NDVI在未来三年出现降低；光头山林线区域气温变化率为0.1℃的情况下,其年NDVI在未来三年可能开始出现下降,这说明未来气温的持续升高会影响气候-植被生态系统的相互调节作用。

【关键词】：
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S718.5;P467
【目录】：

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本文编号：159313