中国温带地区草地植被动态时空特征及其对气候变化的响应

发布时间：2020-11-14 17:16

　　 草地是全球重要的陆地生态系统,气候变化背景下,草地生态系统面临着巨大风险和挑战。中国温带地区草地是我国草地资源重要组成部分,也是气候敏感区和生态脆弱区,分析中国温带地区草地植被动态时空特征及其对气候变化的响应,对适应气候变化、合理利用草地资源及促进畜牧业可持续发展具有指导意义。本研究基于1982～2015年长时间序列GIMMSNDVI 3g遥感数据、气象栅格数据以及地面实测资料等多种数据,采用遥感物候参数提取和CASA光能利用率模型等研究方法,获取能够反映植被动态的特征变量,包括植被指数、物候期和净初级生产力,结合标准化降水蒸散指数SPEI,分析了气候资源和干旱时空变化特征,明确了草地植被生长对不同时间尺度干旱事件的响应及影响因素,系统分析了草地植被物候期、NPP时空变化特征及其对不同时间尺度气候变化的响应规律,探讨了草地植被生产力和物候变化之间的关系,以期为研究未来气候情景下草地植被动态的可能变化及响应提供理论支持。主要研究结果如下:(1)1982～2015年中国温带地区草地气温显著升高,最低气温增速最为显著;年降水量和总辐射年际波动较大,呈现不显著减少。从季节来看,春季暖湿化,夏季暖干化,秋季辐射减弱,冬季变幅均比较小。全区34年来呈不显著变干,1997年为突变年份,春季、秋季和冬季逐渐变湿。春季和夏季干旱发生范围较大,冬季呈增加趋势,全区轻旱发生频率最高。(2)研究区域年平均NDVI呈显著增长趋势,夏季增幅最大,空间上表现为草地植被NDVI低值区增速明显,NDVI高值区呈显著下降趋势。研究区域NDVI与SPEI空间上显著正相关,短期干旱事件易对夏秋季节草地生长造成影响,春季草地对干旱响应较慢。降水对植被指数与SPEI相关性有显著影响,降水越少,草地对干旱响应越明显,水分和辐射条件则影响响应的快慢程度。(3)遥感物候提取结果表明,全区17%的草地植被返青期显著提前,黄枯期明显推迟和生长季显著延长的区域分别占14%和17%。61%的区域生长季长度由返青期早晚决定。返青期与季前短期气温和长期累积降水负相关,黄枯期与季前短期气温和短期累积降水关系较为密切。气温是不同季前时间控制草地返青期变化的主要因素,大部分地区返青期与当月气温负相关,季前累积降水主要影响黄枯期变化,黄枯期与前1个月降水正相关区域最大。(4)CASA模型模拟结果表明,26%的区域NPP呈显著增加趋势,但全区年际增长不显著。年和季节平均气温与NPP的相关关系大都不显著,水分盈亏是影响不同类型草地植被NPP的主要因子,在夏季影响最为明显,其中SPEI与NPP的相关性较降水更为显著,表明综合考虑水热条件的SPEI指数更能反映草地生产力时空格局变化。(5)草地生产力和物候关系的分析结果表明,全区生长季长度与NPP年际相关不显著,生长季延长、NPP增加的地区主要受气温影响,生长季缩短但NPP增加发生在水热共同影响的区域,由于降水减少,降水显著控制的地区生长季延长或缩短都不利于草地生产力积累。空间上草地生产力随生长季长度先增加后减少,气温越高的地区转折点越晚,年降水较少的区域,草地生长季越长,NPP受水分胁迫明显,降水最少和最多地区的NPP对生长季长度响应波动较小。多数草地植被返青提前有利于春季NPP增加,黄枯推迟促进秋季NPP积累,不同草地类型与全区表现类似。
【学位单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S812
【部分图文】：

地区（沈海花等，２０１６）。本文研宄的草地类型主要包括温带地区较为有代表性的温性草甸草原、??温性典型草原、温性荒漠草原、温性草原化荒漠、温性山地草甸、沼泽化草甸、盐生草甸和温性??草丛等８种草地类型。中国温带地区草地植被分布如图２－１所示。??内蒙古地区草地主要分布在内蒙古自治区，该区位于９７°１２＇￣１２６＜ＷＥ，?３７°２ｆ￣５３°２３＇Ｎ之??间，地处蒙古高原东南部，呈狭长型，南北跨度１７００ｋｍ，东西直线距离２４００ｋｍ，平均海拔在??１０００￣１２００ｍ之间，属于中温带，包含半湿润区、半干旱区和干旱区３个气候区。该区域大部分??地区受东亚季风影响，属于温带大陆性季风气候，气候寒冷干燥，夏季温暖湿润，降水从东北向??西南递减，气温从东北向西南递增（李秋月等，２０１１）。内蒙古地区可利用草场６８１８万公顷，??约占区域土地面积的６０％，占全国草场总面积的２５％以上。受水热分布不均和地形高低起伏等的??影响，该区域从北向南分布着草甸草原、典型草原、荒漠草原和草原化荒漠等４种主要草原类型，??以及山地草甸、沼泽化草甸和盐生草甸等３种草甸类型。??新疆地区草地主要分布于新疆维吾尔族自治区

?．?Ｉ??图２－１中国温带地区草地植被分布图（侯学煜，２００１）??Ｆｉｇ．２－１?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇｒａｓｓｌａｎｄ?ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ＇ｓ?ｔｅｍｐｅｒａｔｅ?ｚｏｎｅ??２．２数据来源??２．２．１气象数据??本文使用的气象数据来源于中国气象数据网（ｈｔｔｐ：／／ｄａｔａ．ｃｍａ．ｃｎ／）以及美国丨；Ｓ｜家海洋和大气??管理局（ＮＯＡＡ）全球日值数据集ＧＳ０Ｄ，包括１９８２￣２０１５年中国温带地区及外延２００ｋｍ范围的??１５??

图２－３掩膜处理后的草地分布栅格图??Ｆｉｇ．２－３?Ｇｒｉｄ?ｍａｐ?ｏｆ?ｇｒａｓｓｌａｎｄ?ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ?ａｆｔｅｒ?ｍａｓｋ?ｔｒｅａｔｍｅｎｔ??程数据??ＥＭ）数据来自美国地质调查局⑴ＳＧＳ）的ＧＭＴＥＤ２０１０数据集，等于９００ｍ），为了与遥感数据在空间尺度上相匹配，对该数据进数据集。同时将气象插值数据和遥感数据以８ｋｍｘ８ｋｍ的数字高便后续开展像元尺度的分析研宄。??处理??度分析草地植被动态对气候变化的响应，需要对气象要素资料进据相匹配。由澳大利亚大学研宂人员利用Ｆｏｒｔｒａｎ语言开发的局部薄盘光滑样条函数统计模型，除一般的样条自变量外，还允

本文编号：2883732