中国植被物候研究进展及展望

本文围绕气候变化背景下的中国植被物候研究,梳理了植被物候对气候变化的响应机制,分析了中国植被物候变化对陆地生态系统碳、水和能量循环的影响,植被物候变化对局地气候的反馈机制以及通过大气环流对气候系统的影响．主要结论:1)中国植被生长季开始日期提前1~6 d?(10 a)–1,结束日期推迟2~5 d?(10 a)–1,生长季显著延长;2)中国中高纬度地区植被对温度的响应明显高于亚热带和热带地区,温度在控制植被物候的过程中起到多重作用,降水主要影响干旱和半干旱地区的植被物候;3)植被生长季延长增加陆地生态系统生产力,增加中国碳汇;4)植被物候变化改变植被的蒸散发量,从而改变我国的流域尺度河流径流;5)在中国大部分地区,植被物候变化对气候系统产生负反馈作用,甚至影响大气环流过程．中国植被物候的研究越来越多,但仍存在亟待解决的科学问题,比如未来中国植被物候研究需要更加关注遥感数据反演精度,明确物候响应气候变化机制的尺度效应,结合机器学习等智能算法改进物候模型提高物候模拟精度,并重视农作物物候,加强物候与森林管理结合研究以提高我国生态系统碳汇能力,积极面对碳中和带来的机遇与挑战．      

Precursory influence of the Antarctic Oscillation on the onset of Asian summer monsoon

The Asian summer monsoon(ASM) begins firstly over the Indo-China Peninsula in early May and over the South China Sea(SCS) in mid-May.The different monsoon onset dates can exert distinct effects on the summer rainfall in Asia.Statistical results indicate that the Antarctic Oscillation(AAO) in the boreal winter has a significant precursory influence on the ASM onset dates.In stronger AAO years,both the Mascarene high and the Australia high in March are stronger owing to the "see-saw" structure of atmospheric circulation over the subtropics and higher latitudes in the Southern Hemisphere,and the tropical intertropical convergence zone(ITCZ) is deeper.Thus,the pressure gradient between the subtropical and tropical regions increases in spring.As a result,the Somalia cross-equatorial flow(SCEF) occurs earlier,strengthens,and enhances the westerlies over the tropical Indian Ocean.The enhanced westerlies impel an eastward withdrawal of the western Pacific subtropical high and intensify the convergence and rising motion at the lower troposphere,accelerating the burst of ASM.Differently,weaker AAO weakens the pressure gradient between the tropical and subtropical regions and delays the establishment of SCEF,resulting in a delayed onset of ASM.This study extends the leading time of seasonal forecast of ASM onset from the previous spring to winter and provides useful information about precursory signals in climate prediction operation.     

苍山东坡植被垂直分布格局研究

 苍山是中国高山植物模式标本的产地之一,具有较完整的植被垂直带谱.在对苍山东坡1966~4092 m沿海拔梯度进行植被调查的基础上,利用地形图和ETM+遥感影像进行苍山东坡植被制图,与数字高程模型(DEM)数据叠加,对苍山东坡植被景观的垂直分布格局进行了分析,并与顶级群落进行了对比.结果表明:苍山东坡绝大部分山体位于2500~3500 m范围.苍山东坡现状植被垂直分布格局明显,具有6个垂直分布带.该垂直植被带谱与顶级群落垂直带谱相比有一定变化.研究结果进一步量化了前人对苍山植被的垂直分布格局所做的定性和半定量的研究结果,找出了两者的差异,并进行了原因分析.     

Spatiotemporal variation in alpine grassland phenology in the Qinghai-Tibetan Plateau from 1999 to 2009

Plant phenology is the most salient and sensitive indicator of terrestrial ecosystem response to climate change.Studying its change is significantly important in understanding and predicting impressively changes in terrestrial ecosystem.Based on NDVI from SPOT VGT,this paper analyzed the spatiotemporal changes in alpine grassland phenology in Qinghai-Tibetan Plateau from 1999 to 2009.The results are enumerated as follows:(1) The spatial distribution of the average alpine grassland phenology from 1999 to 2009 is closely related to water and heat conditions.Accompanying the deterioration in heat and water conditions from southeast to northwest,the start of growth season(SOG) was delayed gradually,the end of growth season(EOG) advanced slowly,and the length of growth season(LOG) shortened gradually.Elevation played an important role in the regional differentiation of phenology,but a dividing line of approximately 3500 m existed.Below this line,the phenology fluctuated irregularly with altitude change,whereas above the line,the phenology is closely related to altitude change.(2) From 1999 to 2009,SOG of the alpine grassland came earlier by six days per decade(R2=0.281,P=0.093),EOG was late by two days per decade(R2=0.031,P=0.605),and LOG lengthened by eight days per decade(R2=0.479,P=0.018).The early SOG,the late EOG,and the extended LOG mainly occurred at the center and east of the Plateau.SOG in most of the Plateau advanced significantly,especially in the eastern Plateau.(3) The inter-annual phenology changes of the alpine grassland in the Qinghai-Tibetan Plateau exhibited significant differentiation at different elevation and natural zones.The inter-annual changes at high altitude were more complicated than that at low altitude.The most significant phenology changes were found in the eastern Qinghai-Qilian montane steppe zone,and non-significant changes occurred in the Southern Tibet montane shrub-steppe zone.     

祁连山不同类型植被物候变化及其对温度的响应

本文基于GIMMS NDVI数据,采用遥感物候法提取了生长季开始日期（SOS）、生长季结束日期（EOS）和生长季长度（LGS）3个植被物候指标,并借助Theil-Sen斜率与Mann-Kendall检验等统计方法和偏最小二乘分析法（PLS）,分析了祁连山不同类型植被物候空间分布规律、时间变化趋势及其对温度的响应．结果表明:1）自东南到西北方向,祁连山植被类型从灌丛逐渐过渡到草甸、草原再到高山植被,物候指标SOS逐渐推迟,EOS逐渐提前,LGS逐渐缩短．2）草甸和灌丛2种植被的物候变化最为剧烈,研究期内该2种植被的SOS均显著提前（分别为0.19和0.25 d·（10 a）?1）,EOS显著推迟（分别为0.20、0.21 d·（10 a）?1）,LGS显著延长（分别为0.39、0.46 d·（10 a）?1）;祁连山全境及主要植被的SOS均在1997—2000年发生转折,EOS和LGS的转折点均发生在2003年．3）上年秋末冬初温度对草甸与灌丛植被SOS具有正向影响,物候期前的春季温度对SOS具有显著负影响;夏秋季温度对EOS和LGS具有显著正影响．此外,最高温对物候的影响显著强于最低温,且在春夏季的个别月份,二者对物候的影响方向不同．植被物候的变化提示当地牧民在牧草种植与放牧上的调整．      

基于Landsat 8影像的南京市热岛效应对植物物候的影响

【目的】在城市化高速发展的今天,城市热岛效应显著。城市绿地可以有效地缓解城市热岛效应,城市热岛由于长期高温作用也会对绿化植物的物候产生影响。该文旨在基于遥感数据,通过对比城市热岛区和非热岛区的植被物候特征研究城市热岛效应对城市绿化植物物候的影响。【方法】对Landsat 8影像数据进行地表温度的反演,划分地表温度等级,对地表温度进行空间分析确定热岛区域,进而选取热岛区域及热岛区和非热岛区植被,并使用中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据作出热岛与非热岛区植被的归一化植被指数(NDVI)曲线,以此分析对比热岛区和非热岛区植被物候的差异。【结果】南京市热岛区植物生长季开始的时间(SOG)比非热岛区早,而热岛区植物生长季结束的时间(EOG)比非热岛区晚; 热岛区植物生长期比非热岛区植物生长期长20 d。此外,研究结果还表明夏季热红外影像更为适合划分热岛区。【结论】绿化植物适应长期城市热岛效应高温的表现为生长季开始的时间提前,结束的时间推后,整个生长季的时间加长。     

内蒙古羊草草原返青期遥感识别方法研究

研究羊草返青期遥感识别方法对于模拟及预测内蒙古草原植被物候变化具有重要意义.为了有效识别内蒙古羊草草原的返青期,本研究基于250m分辨率的MODIS归一化差值植被指数(NDVI)时序数据,首先分别采用双高斯函数、多项式、S-G滤波3种拟合方法对原始NDVI时序数据进行重建,然后进一步分别采用最大斜率阈值法、动态阈值法及滑动平均法对重建的最优NDVI数据进行返青期识别,并利用33个样本点的返青期地面观测数据对遥感监测结果进行了地面验证.结果表明,"基于S-G滤波拟合的滑动平均法"是内蒙古羊草草原返青期的最佳遥感识别方法,可以此为基础开展内蒙古草原主要植被返青期的时空变化规律研究.     

安徽大别山区天然降雨对典型植被水土流失影响研究

基于霍山县水土保持试验站3个径流小区2013—2018年的连续观测数据,分析水土流失月际、年际变化特征,定量探讨不同植被类型（茶树、红芋、桑树）下各降雨（次降雨、降雨等级、降雨雨型）特征指标对坡耕地水土流失的影响．结果表明:1）4和7月为一年中水土流失高峰期;2013—2018年水土流失量变化趋势均表现为先迅速下降,后趋于稳定,到2018年出现上升．2）各降雨因子对于水土流失贡献度由大到小依次为降雨量（P）、降雨侵蚀力（R）、30 min雨强（I₃₀）、降雨历时（t）、60 min雨强（I₆₀）、平均雨强（I）．降雨量是影响产沙量的最重要因素;降雨侵蚀力对乔木和灌木产流影响最大．3）中雨和大雨年际变率最大,大暴雨场次少,但造成的水土流失情况最严重;Ⅰ型降雨是安徽大别山区主要的降雨类型,Ⅲ型降雨场次最少,但水土流失量远高于其他3种雨型,Ⅳ型降雨对水土流失影响最小．      

淮河流域极端降水特征及不同重现期降水量估计

基于淮河流域25个气象站的逐日降水量资料,分析了极端日降水量、极端最大过程降水量和最大持续降水日数3个极端降水指标的时空变化特征,利用广义极值理论估算了重现期降水量.结果表明:在空间上,半湿润气候区有更强极端降水过程,而湿润气候区降水极端性偏小;在时间上,降水偏多的年代,极端降水量和极端降水过程更多,降水偏少的年代,极端降水指标数值偏小;重现期时间尺度存在临界点,在临界点以下,各站重现期降水量都会明显增大,超过临界点,淮河流域上游和南部重现期降水量变化很小,而中游、下游和北部重现期降水量增大明显.     

我国春季降水的分布特征及其与环流异常的关系

利用EOF、小波分析和相关分析讨论了我国春季降水的分布特征及降水异常的环流背景,结果表明:春季降水(3～5月)主要集中在北纬30°以南的中东部地区,而北方则降水稀少,西部降水有增加的趋势,中东部降水有减少的趋势,但不是很明显.EOF1表明长江以南和长江以北的降水呈反向分布,长江以南大范围降水变化的特征时间尺度分别为2,7a和15a,且15a时间尺度变化有明显向较大时间尺度演变的趋势,EOF2表明长江中下游与华南降水呈反向分布,长江中下游大范围降水变化的特征时间尺度分别为2,9a和更大时间尺度,且9a时间尺度变化具有明显的向较小时间尺度演变的趋势.当退居在中太平洋的副高偏强,西伸,副高北侧气压梯度力加大时,有利于长江以南地区降水,当副高偏北,西伸到长江中下游上空,乌拉尔山阻高偏强时,则有利于长江中下游地区降水.     

Response of Zhadang Glacier runoff in Nam Co Basin,Tibet, to changes in air temperature and precipitation form

This paper describes 2007/2008 inter-annual changes in runoff from the Zhadang Glacier located on the northern slope of Nyainqêntanglha Range, Tibet, and analyzes their causes. Precipitation increased by 17.9% in summer months of 2008 compared with the same period in 2007, drainage basin runoff decreased by 33.3%, and glacial meltwater decreased by 53.8%. Change in positive accumulated air temperature explained approximately half of the inter-annual difference in glacial meltwater using a de-gree-day model. This suggests that the glacier is extremely sensitive to changes in air temperature. Energy balance analysis showed that change in glacier surface albedo, considered to be caused by difference in precipitation form, resulted in the large inter-annual difference in glacial meltwater. It was shown statistically that precipitation form in the summer months of 2007 was mainly rainfall which comprised 71.5% of total precipitation, while during the same period in 2008 rainfall accounted for 30.7%, with the majority of precipitation falling as snow. Precipitation form should be considered an independent factor when analyzing glacier sensitivity to climate change or forecasting the runoff from certain glaciers.     

2017年至2019年海北州植被覆盖度时空动态变化分析研究

本文旨在对2017年至2019年海北州的植被覆盖度变化进行分析,获得其相关的时空变化规律。基于2017年至2019年生长季多时相的GF-1 WFV遥感影像,提取植被覆盖度。为了分析不同覆盖度等级的植被的时空变化,本文将植被覆盖度分为全植被、高植被、中植被、低植被和无植被五个不同等级,并在每个等级内结合DEM数据进一步划分为高山、中山、低山进行分析。研究结果表明：(1)对于植被空间分布特点而言,相对于全植被、高植被、中植被和低植被,无植被的面积占比比较少;(2)在空间分布上,针对不同的海拔高度而言,中山区的植被覆盖度较高,低山区次之,高山区的植被覆盖度最少;(3)从年际变化的角度来看,试验区在2017至2018年和2018至2019年期间,均会出现全植被和高植被相互转化的趋势;(4)从同一年度的生长季的分析发现,试验区内的植被覆盖度在6月至8月呈现上升趋势,在8月至9月呈现下降趋势,相对于其他等级,全植被的变化更加符合该趋势。通过本研究,可为掌握海北州植被覆盖度的时空动态变化规律提供支持。     

武汉市植被物候变化规律及影响因素分析

植被物候作为植被生长响应气候变化的指示器,对于研究气候变化以及城市化进程具有重要意义.城市内部植被通常分布破碎,因此公里级的低分辨率遥感影像难以实现植被的精细识别与分析,而十米级空间分辨率的遥感数据在时间分辨率方面又难以满足物候分析的要求.为此,该文基于遥感数据时空融合技术,缓解高时间分辨率与高空间分辨率之间的矛盾,进行城市植被物候变化规律的分析.基于非局部滤波融合方法,生成武汉市空间分辨率30 m、时间分辨率8 d的地表反射率及EVI(增强型植被指数)序列,进一步采用移动加权谐波分析方法对EVI序列进行重建,并通过动态阈值方法提取2006年～2014年武汉市植被物候信息.实验结果表明：1) 武汉市植被由中心向郊区呈现生长期开始时间(SOS)逐渐推迟、结束时间(EOS)逐渐提前、生长期长度(LOS)逐渐延长的空间分布规律,且整体呈现出SOS提前、EOS推迟、LOS延长的时间变化趋势;2) 植被物候和平均气温相关性并不显著,但EOS和LOS受气温年平均日较差影响显著,气温年平均日较差每增加1℃,EOS推迟约12 d,LOS延长约16 d,降水主要影响SOS和LOS,平均降水量每升高100 mm,SOS提前约5 d,LOS延长约9 d.     

河北小五台山海拔梯度上青杨的种群结构和空间分布

通过研究小五台山自然保护区内天然青杨种群的平均胸径、密度、大小级结构以及空间分布格局在不同海拔梯度上的差异,以揭示环境变化对青杨种群特征的影响.结果显示:青杨种群的平均胸径沿海拔梯度表现为N型变化,并在海拔1 600 m达到最小;种群密度在海拔梯度上的变化趋势与平均胸径相反.从整体上看,除海拔1 700 m表现为下降型外,青杨种群大小级结构在其它海拔梯度上都表现为增长型.通过Morisita指数和扩散系数的研究发现,种群空间分布以随机分布和均匀分布为主,以及10 m×10 m是进行青杨格局分析的较合适尺度.同时对种群中大小级植株空间分布的分析结果表明青杨种群的分布格局与种群年龄结构密切相关.此外,环境指标的分析结果表明温度是造成青杨种群在海拔梯度上分布差异的主要环境因子.     

不同降雨条件对江苏高沙土地区水土流失的影响

采用人工模拟降雨法,针对江苏省局部高沙土地区,研究了在不同坡度、雨强及不同植被覆盖条件下扰动高沙土的侵蚀强度和侵蚀特点。结果表明:(1)径流量随坡度的增加而增加;土壤流失量与坡度存在一个临界值;雨强低于80 mm/h时的临界坡度为20°～26.5°;(2)降雨量相等时,径流量随着雨强的增加而增加,入渗量随着雨强的增加而减少;(3)植被覆盖能很大程度地减少径流量和土壤侵蚀量。     

宁杭高铁不同乔木覆盖下侵蚀强度季节差异

高铁线路边坡具有跨度大、跨地貌多、治理耗时长的特点,以宁杭高铁江苏段为例,宁杭高铁已正式运营7年,自然恢复条件下土壤流失现状的调查和研究可以为水土流失的综合治理提供指导意见。对2018年3月—2019年2月典型样地土壤抗冲性、抗剪性、土壤理化性质、侵蚀强度进行了季度监测。选取4处扰动后的缓地样地,以及相邻处的原状样地,样地植被类型主要为刺槐(Robinia pseudoacacia L.)、马尾松(Pinus massoniana Lamb.)、榉树(Zelkova serrata(Thunb.)Makino)、女贞(Ligustrum lucidum),研究表明:①全量元素和有机质变化趋势呈现春夏渐增、秋冬渐衰的趋势。马尾松、刺槐养分水平较高,女贞、榉树养分水平偏低,但养分含量稳定性较优良;②抗冲刷指数与抗剪性指标全年变化趋势为春夏季下降,秋冬季上升,马尾松和刺槐林分抗冲抗剪性较为优良;③夏季土壤侵蚀强度高于春季、秋季、冬季,马尾松和刺槐林分土壤侵蚀强度较小;④土壤含水率、降雨量、降雨强度、全磷含量、抗冲刷系数、抗剪性、草本植被覆盖度和土壤侵蚀强度具有较强的相关性,降雨强度、含水率和日最大降雨量、有机质、覆盖度、抗剪性和抗冲刷系数对土壤侵蚀的贡献率较高。     

老哈河流域NDVI动态变化及其与气候因子的关系

利用1982~2006年GIMMS/NDVI数据,赤峰气象站的气温数据和流域内52个雨量站的降水数据,采用一元线性回归分析、简单相关分析以及偏相关分析方法对老哈河流域内林地、灌丛、草地、耕地4种植被类型NDVI年内和年际变化及其与气温、降水的关系进行了研究.结果表明:老哈河流域NDVI年内变化呈单峰型,年最大值出现在8月份,月NDVI和气温、降水之间均具有显著的正相关关系,且存在滞后现象,林地与灌丛、草地相比,其NDVI受降水影响相对较小,气温对植被年内生长的影响大于降水;1982~2006年流域年均NDVI呈上升趋势,其中20世纪90年代流域植被覆盖水平最好;夏季NDVI与同期和前期的气温呈显著的负相关,与前期降水呈显著的正相关,在老哈河流域夏季气温升高会导致植被覆盖减少,而降水增加有利于植被的生长.     

降雨条件下不同类型植被边坡稳定性的研究

降雨对植被边坡稳定性的影响是目前生态护坡领域研究的热门话题。基于MIDAS GTS/NX,结合张家口地区某边坡工程背景并选取当地常见的护坡植被,针对裸露边坡、高羊茅（Festuca arundinacea）植被边坡、小叶黄杨(Buxus microphylla)植被边坡以及高羊茅-小叶黄杨混合植被边坡四种工况,对降雨条件下边坡内部土体孔隙水压力随时间的变化以及边坡稳定性的大小进行对比分析研究。结果表明：（1）在相同的降雨强度和降雨时长条件下,三种植被边坡的入渗速率均小于裸露边坡,植被边坡相对于裸露边坡有着更好的持水能力。在四种不同类型的植被边坡中,高羊茅植被边坡孔隙水压力增幅最小,位于坡顶、坡面、坡底的土体仍然维持了部分基质吸力,高羊茅植被减小了降雨的影响深度。（2）降雨结束后,高羊茅植被边坡较其他植被边坡安全系数最大,高羊茅植被增加了边坡土体的有效应力,更能有效地提升边坡的稳定性。上述研究旨在为降雨对植被边坡的影响提供参考,为半干旱地区的植被护坡技术提供指导。     

Inter-annual variation of the earth rotation and El Nifio

The relationship between the inter-annual variations of the earth rotation, atmospheric angular momentum (AAM), sunspot number and El Nifio is analyzed.The result shows that the inter-annual variation of the earth rotation responds to the variation of AAM and the pregnancy of El Nino timely. Generally, the inter-annual compohent of the earth rotation will reach zero in a changing process that increases from the negative to the positive extreme before El Nino occurs about half year or more. And the solar activity may have certain influence on the appearance of El Nino. We consider that El Nino will possibly appear around the end of 2001.``     

抚仙湖流域植被景观格局分析

 采用3S技术及结合野外植被样地调查,定量分析抚仙湖流域植被景观结构及各植被景观要素组分在不同海拔、坡向和坡度上的空间分布规律.采用FRAGSTATS 3.3 软件,定量分析了抚仙湖流域10种植被景观类斑的空间分布特征.主要研究结果包括:①自然植被、人工植被、居民点和水体分别占研究区面积的31.74%、35.13%、1.84%和 31.30%;② 旱地集中分布在海拔2 100 m以下;自然植被中,云南松林分布在海拔较低的区域,而华山松林分布于海拔相对较高的区域;③ 针叶林和半湿润常绿阔叶林等森林植被在阳坡、半阳坡地段分布较阴坡、半阴坡少,而半湿润常绿阔叶灌丛和灌草丛在阳坡、半阳坡地段分布较多;④ 自然植被集中分布的坡度区间主要在2°~25°之间.