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．      

河北省植被覆盖变化及对生态建设工程的响应

在分析河北省2000—2015年植被覆盖变化特征的基础上, 结合地形、气候和社会经济数据, 通过构建空间计量模型识别研究区植被变化的影响因素, 进而利用人工神经网络量化生态建设工程对植被变化的影响程度。结果表明, 河北省南部及东北部的植被指数比西北部高, 研究时段内大部分地区植被得到改善, NDVI基本上不变、增加和降低区域的比例分别为15.14%, 61.75%和23.11%。2000年植被NDVI分布的影响因素主要有海拔高度、人均GDP和人口密度, 起消极作用; 2015年影响因素增加降水量和生态建设工程造林量, 起积极作用。生态建设工程对植被NDVI的影响绝大部分为正值, 且多为轻度改善, 显著改善地区分布在承德市和张家口市, 这些地区也是NDVI变化值和生态建设工程造林量(EPA)变化值的热点区域。生态建设工程对NDVI的影响为负值的情况主要出现在张家口市的西北部地区、秦皇岛和唐山市的东部地区以及南部的城市建成区。研究结果可为科学评价河北省生态建设工程绩效提供依据, 为区域生态环境保护和植被恢复提供支持。     

土壤碳储量研究方法及其影响因素

近年来，碳储量问题日益成为全球变化与地球科学研究领域的前沿与热点问题。土壤是陆地生态系统的核心，研究土壤碳储量及其影响因素对正确评价土壤在陆地生态系统碳循环以及全球变化中的作用有重要意义。文章综述了土壤碳储量研究常用的五种统计方法，总结分析了植被、气候、土壤属性以及土地利用方式等多种自然因素和人文因素对土壤碳储量的影响。     

黄土高原的植被建设也应"与时俱进"

目的基于全球环境变化的背景,分析黄土高原存在的土壤干层所引发的植被建设战略和战术问题。方法采用综合集成的方法进行分析论证。结果在宏观战略上提出了植被建设应该与变化了的环境相适应的思想,提出"移位布局"的新思路。在微观对策方面提出植被建设急需解决的科学问题。结论黄土高原的植被建设应遵循"因时制宜"的原则。     

植被—土壤—水文相互作用及生态水文模型参数的动态表述

植被与土壤、水文之间存在复杂的相互作用,是生态水文模型和植被变化生态水文效应评估研究的重点.虽然陆面植被指数等动态变化对流域截留、蒸散发等水量、能量平衡项影响已有较多研究,但植被地下生物量变化如何改变土壤结构和水力特性,进而影响入渗和径流等水文过程研究相对缺乏.本文综述国内外植被变化对土壤、水文动态变化特征研究成果基础上,分析植被变化水文响应的阈值效应和尺度效应、植被变化下的土壤水力参数时变特征定量表述及其与植被、土壤类型以及气候条件的关系.在生态水文模型中,考虑植被因子对土壤水力参数影响的动态表达可以提高植被变化下水文效应模拟和预测的可靠性.     

考虑植被对降雨变化响应的流域水量平衡

为研究降雨变化对流域水量平衡的直接及间接影响,该文基于Eagleson的生态水文最优性理论,建立了植被盖度降雨响应模型,用归因分析法区分了由降雨变化直接引起的水量平衡变化以及植被响应降雨变化对水量平衡产生的间接影响,并在科尔沁地区西拉木伦-老哈河流域对该方法进行了应用。研究结果表明:植被盖度和降雨量之间存在正相关关系,这一关系受到降雨强度和降雨频率的影响。降雨量增加主要增加了蒸散发和非生长季土壤水分蓄变量的占比。降雨量增加对水量平衡各项变化的直接贡献都是正向的,而植被响应降雨后对水量平衡变化产生的间接贡献对除了蒸散发以外的各项均为负向的。蒸发系数和降雨之间的关系受到植被对降雨变化响应的影响。     

2001～2014年贵州省林草植被覆盖度时空变化及其与气温降水变化的关系

运用2001~2014年的MODIS-NDVI数据,结合同期气温与降水数据,研究贵州林草植被覆盖度在14年间的时空变化及其与气温降水变化的关系。结果表明:1)贵州林草植被覆盖度时空变化明显;空间上,植被覆盖度具有明显的经度带性分异,但无明显的纬度带性分异;时间上,植被覆盖度呈曲线上升趋势,由0.73提高到0.82;林草植被覆盖度变化主要发生在高植被覆盖度和极高植被覆盖度之间。2)伴随气温和降水的波动变化,贵州省林草植被覆盖度变化与降水改变有较明显的正相关性,但与气温变化没有明显相关性。3)就植被覆盖度变化与降水相关性的经向分异,可看出,在104.5°E以西地区,越往西,降水变化对植被覆盖度变化的影响越大;在104.5~109°E,越往东,降水变化对植被覆盖度变化的影响越大;在109°E以东地区,越往东,降水变化对植被覆盖度变化的影响越小。4)就植被覆盖度变化与降水相关性的纬向分异,可看出,在25°N以南地区,越往南,降水变化对植被覆盖度变化的影响越大;在25~26°N,降水变化对植被覆盖度变化基本没有影响;在26~27.5°N,越往北,降水变化对植被覆盖度变化的影响越大;在27.5°N以北地区,越往北,降水变化对植被覆盖度变化的影响越小。     

东北地区植被NDVI变化及对气象因子的响应

根据1998-2008年东北地区SPOT-VGT NDVI数据和气象数据,分析了11年来东北地区植被年均NDVI变化及其与气象因子的相关性,并对不同植被生长季NDVI变化及其与气象因子的相关性和滞后性进行了研究.结果表明:近11年来东北地区植被总体状况较好,绝大部分地区植被未发生明显变化;植被年均NDVI受温度、降水影响较为显著,且温度影响程度高于降水,降水影响程度北部地区高于南部;东北地区不同植被生长季NDVI值不同,植被生长状况变化不同,但变化幅度较小;植被生长季NDVI受同期温度和降水影响显著,在旬的尺度上表现更为明显,其中温度对植被影响更大;东北地区植被NDVI对温度的响应存在10～20 d的滞后期,对降水的响应存在约20 d的滞后期.     

陕北黄土高原植被动态变化及其对气候因子的响应

为了研究退耕还林还草工程实施后期,陕北黄土高原地区地表植被变化特征及气候因子对植被变化的影响,采用MODIS NDVI数据,通过像元二分法计算植被覆盖度,结合相关气象站点监测数据,利用线性回归分析、相关系数及显著性检验法,分析了陕北黄土高原植被覆盖度时空变化趋势及其对气温、降水因子的响应。结果表明:研究区植被覆盖度空间分布差异显著,由北向南植被覆盖度由低向高过渡明显,2009—2016年植被覆盖等级的空间转移变化主要发生在北部和中部地区,表现出由中低植被覆盖向中等植被覆盖转移、中等植被覆盖向中高植被覆盖转移的态势。2009—2016年研究区植被覆盖度年际变化速率较小,整体呈平缓增加趋势,中部和南部部分地区有减少趋势但变化趋势不显著。研究区内年植被覆盖度与年降水量、年平均气温的相关系数、偏相关系数均较小,相关性不显著。不同区域的植被覆盖度对气候因子的响应结果不同,在空间上正负相关性共存,研究区北部受年降水量影响较大,而中部受年平均气温影响较大。研究区植被覆盖度对气候因子的响应存在滞后性,生长季的植被生长受同月降水量和前一月平均气温的影响较大,且绝大部分地区均表现为正向相关。     

中国土地利用和植被覆盖度变化对区域气候影响的数值模拟

基于3期土地利用和植被覆盖度资料、高分辨率的驱动场、马赛克的土地利用处理方式,采用区域气候天气研究与预报模式,设计两类试验研究中国土地利用和植被覆盖度变化对区域气候的影响.结果表明:在土地利用试验中,反照率、叶面积指数、发射率和低空云量等影响地表能量及分配,导致土地利用变化对夏季潜热、感热和2 m气温等陆面物理量的影响显著.由于城市地表的不透水性导致城市潜热明显减少,感热和气温增加.土地利用变化对冬季的影响比夏季弱,主要是反照率起作用,尤其是在积雪变化较大的区域.在植被覆盖度试验中,植被覆盖度与叶面积指数一致,后者直接影响植被蒸腾作用和夏季潜热,潜热的变化与植被覆盖度的变化具有较好的空间一致性,感热和气温基本上与潜热变化相反.土地利用和植被覆盖度变化通过改变垂直层温度,影响位势高度,引起风场的异常和降水的变化.     

LUCC视角下神农架地区植被景观特征及其变化研究

分析研究不同LUCC景观在空间和时间尺度上的特征及动态变化具有重要科学价值和实际意义.利用景观生态学方法与地统计学方法分析了1990年、2000年、2005年、2010年、2015年神农架地区LUCC植被景观的生态学指数,探讨了神农架地区LUCC植被景观的统计学特征、多样性特征、异构性特征、复杂性特征.在LUCC理论方法指导下,对神农架地区植被景观的基本特征进行了分析研究,并对神农架地区植被景观特征的变化过程和规律进行了探讨.结果表明,神农架地区LUCC植被景观总体上稳定性非常强;林地类植被景观、草地类植被景观处于稳定向好状态;耕地类植被景观处于缩减紧凑状态,是退耕还林的结果;湿地类植被景观变化表明神农架地区湿地保护还有待加强.     

1990—2010年间我国北方农牧交错带植被覆盖度变化归因

以我国北方传统农牧交错带为研究区,以植被归一化指数(NDVI)表征地表植被覆盖度,对土地利用数据和降水量、气温等气象数据两大类影响因子进行相关性分析.研究发现:1990—2010年该地区主要土地利用类型发生了显著的相互转化,但占优势的仍是草地、耕地和林地,土地利用和景观结构未发生重大变化.研究期间,北方农牧交错带耕地、林地和未利用土地植被覆盖度均有所增加,草地植被覆盖度有所减少.植被覆盖度与年均降水量呈极显著相关性,1990—2010年农牧交错带降水呈减少趋势,植被覆盖度上升趋势明显.植被覆盖度与同期年均气温数据也呈现一定的正相关性,1990—2010年农牧交错带气温变化属于升温趋势,植被覆盖度上升趋势明显.研究表明北方农牧交错带植被覆盖度变化是在全球气候变化和人类活动的双重影响下发生的,土地利用变化和降水、气温气象数据两种因素对植被覆盖度的影响具有明显的地域性特征,土地利用变化因子的影响由于受政策和人类活动的参与而正逐渐占据着主导地位,而气候条件中,气温升高对植被覆盖度具有一定的正相关性,降水量因子在径流量充沛地区影响作用较弱,但在水源缺乏,人类活动干预较少农牧交错带西北地区仍然有着重要的影响作用.     

黄河源区不同植被类型覆盖下季节冻土冻融过程中的土壤温湿空间变化

在对不同植被覆盖度(95%,70%～80%,40%～50%和10%)下的土壤水分(θv)和土壤温度(Ts)进行日观测的基础上,研究了冻融过程中植被覆盖变化对土壤水分分布和温度的影响.土壤温度与水分关系的回归分析表明:土壤冻融过程明显受植被覆盖变化的影响,植被覆盖变化还导致土壤水分和温度的耦合变化.使用了一个土壤水分和温度的耦合模型来研究植被覆盖的影响,结果证明了这一方法的有效性.结果表明:土壤水分对土壤温度的变化范围和幅度都有影响,高盖度下的土壤比低盖度土壤持水性强.此外,在冻结过程中,由于水的热容量大于土壤的,高盖度土壤能够抑制土壤温度的降低幅度,高盖度土壤具有较好的绝热功能.对于黄河源区不同植被类型覆盖下季节冻土冻融过程中的土壤温湿空间变化研究有利于为高寒冻土地区冻土和生态环境的保护及合理利用提供科学依据.     

多源长时序数据分析泰山风景名胜区NDVI 时空变化及其影响因素

为研究风景名胜区植被时空变化及其影响因素,以泰山名胜区为例,基于1988—2018年长时序的Landsat影像数据,计算研究区NDVI,分析植被覆盖的时空变化特征,并结合气候、旅游等数据探索影响区域植被变化的因素.研究发现:1988—2018年间研究区植被整体呈波动下降趋势.空间上,植被退化的面积大于植被增长的面积,在主要景点及旅游路线附近,NDVI明显降低.影响因素方面,气候对植被覆盖度的影响不显著;旅游活动的影响表现为研究区内游客人数逐年上升,旅游活动增强,NDVI呈下降趋势,旅游活动是NDVI随时间变化的主要因素.     

基于地形地貌因子的贵州省NDVI时空变化分析

研究以2001—2015年贵州省植被NDVI为研究对象,结合地形地貌因子,综合分析地形地貌对植被NDVI空间分布、变化特征的影响,并引入Hurst指数对变化持续性进行了探讨。研究表明:①全省植被NDVI总体一般,多位于0.5～0.6之间,整体趋势东南部要高于西北部。②高程、坡度、地貌等对全省植被NDVI影响相对较大,而坡向几乎没有影响,植被NDVI呈下降趋势的区域主要分布在高程500～1500 m、坡度较平缓的地方;高程大于2000 m,坡度在陡坡以上的,植被NDVI变化以增加为主,少有减少区域。③全省反持续性比重仍然较大,空间上主要分布在贵阳、遵义等经济发达的区域,表明这些区域植被覆盖在空间上存在一定的退化风险,在往后的开发利用过程中,需重点加大植被保护措施。     

科尔沁沙地不同演替阶段植被特征及固沙作用

为了解不同措施对退化生态系统植被恢复的作用,采用空间代替时间的方法研究了科尔沁沙地不同演替阶段的植被变化特征,同时探讨了植被的抗风蚀及固沙作用。结果表明,人工植被恢复措施可有效提高沙丘的植被盖度和物种丰富度,多年生植物逐渐取代了一年生植物：沙丘与草场的植被相似性较差：植被的抗风蚀能力随植被盖度的增加而增加。根据目前植被的发展现状,对不同演替阶段的植被保护、管理和恢复提供了科学的指导意见。     

黄土高原植被净初级生产力动态变化研究

植被是陆地生态系统的一个重要组成区域,在区域气候变动和全球碳循环变化中有着重要的角色,而净初级生产力（NPP）是生态系统中进行物质与能量循环所必需的条件,植被净初级生产力的研究已成为生态系统生态学的重要研究领域。本研究采用MOD17A3的数据,运用趋势线性分析的方法、线性回归法,对中国黄土高原地区2000—2015年的陆地植被NPP时空格局和变化情况进行了研究,并研究了影响NPP变化的主要因素,结果显示：中国黄土高原地区植被NPP值在2000—2015年期间变化比较大,总体上呈增加趋势;因受气候变化、人类活动以及地形等因素影响,中国黄土高原陆地植被NPP在不同地区上表现出极为明显的差异,大体上表现出由西至东、由北至南逐渐递增的趋势;2000—2015年来我国黄土高原多数地区的年均植被净生产力与年平均气温、年平均降水量之间均呈现正相关,对植被NPP的影响为正效应。此项研究对我国黄土高原地区生态系统建设的可持续发展具有一定的理论指导意义。     

山西省植被覆盖变化及其影响因素研究

利用1982—2011年遥感与气象数据,分析了山西省植被覆盖变化的时空格局,从气候因子和人类活动两方面定量研究对植被覆盖变化的影响.结果表明,山西省植被覆盖及其年际稳定性呈现出由东南向西北递减的趋势;山西省植被覆盖年际变化空间上存在地域差异,恒山以北区域、各大小盆地植被覆盖增强,吕梁山脉与太行山脉植被覆盖减弱;气候因素对植被覆盖影响较深,温度和降水共同作用于植被覆盖,植被覆盖与温度的相关性比降水更为显著;人类活动对植被覆盖的影响不容忽视,且与海拔具有相关性,低海拔区域表现为负作用,高海拔区域表现为正作用.     

基于结构方程模型的蒸散发归因分析

地表蒸散发是评估气候变化对区域水热循环作用的关键过程.然而,在气候变化和人类活动的双重影响下,植被对蒸散发的定量影响较难衡量.该文利用时间序列分析法探求2001至2019年植被变化的趋势,并利用遥感数据产品和气象要素驱动数据集在海河流域建立了结构方程模型,分离气候变化和植被变化对于蒸散发的影响.结果 表明:研究时段内植...     

青藏高原和内蒙古高原草地全球变化生态学控制实验研究比较

青藏高原和内蒙古高原草地是我国最重要的两大草地生态系统.尽管二者在植被类型、物种组成、气候条件、土壤环境等方面存在差异,但都同样面临着全球气候变化的巨大威胁.针对草地生态系统如何应对全球气候变化这一重要科学问题,国内多个研究单位分别在青藏高原和内蒙古草原开展了一系列的草地原位控制实验.本文主要从模拟增温、模拟降水变化和模拟氮沉降三个方面归纳和总结了在这两类草地生态系统中开展的全球变化控制实验的结果,以期为进一步系统研究全球变化对中国草地生态系统结构和功能的影响提供参考.