【摘 要】
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植被物候与生产力对区域气候变化的响应关系是全球气候变化研究的核心内容之一。黄土高原是我国的生态脆弱区和气候敏感区,分析黄土高原植被物候和生产力变化特征以及对区域气候波动的响应,对该地区合理实施退耕还林(草)政策、有效利用植被资源和促进当地农牧业稳定发展具有重要意义。本研究基于2001~2016年的MODIS NDVI数据,采用动态阈值法提取了黄土高原植被生长季节的起始期和结束期并计算植被的生长季长
【基金项目】
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国家自然基金面上项目“次降雨特征与植被变化对半干旱黄土区土壤水分补充的协同影响(编号:41771558)”; 青年科学基金项目“黄土高原典型稳定植被系统对物候时空变化特征及其气候驱动机制(编号:42007063)”;
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植被物候与生产力对区域气候变化的响应关系是全球气候变化研究的核心内容之一。黄土高原是我国的生态脆弱区和气候敏感区,分析黄土高原植被物候和生产力变化特征以及对区域气候波动的响应,对该地区合理实施退耕还林(草)政策、有效利用植被资源和促进当地农牧业稳定发展具有重要意义。本研究基于2001~2016年的MODIS NDVI数据,采用动态阈值法提取了黄土高原植被生长季节的起始期和结束期并计算植被的生长季长度,结合同期的植被生产力数据和气象观测资料,系统分析了黄土高原植被物候和生产力的时空变化特征及其对不同气候因子的响应关系,并依据植被物候与生产力的多年变化趋势,探讨了两者之间的相互影响关系,本论文主要的研究结果如下:(1)遥感物候的提取结果表明,2001~2016年黄土高原植被生长季开始日期(SOS)集中在4月上旬,开始日期最早小于90 d,最迟晚于160 d。生长季结束日期(EOS)一般在10月下旬,结束日期最早小于280天,最迟晚于第310天。生长季长度(LOS)平均为162天,生长季长度最短小于120天,最长超过200天。植被生长季开始期整体以6 d/10a呈现提前趋势,生长季结束期以2.8 d/10a的趋势推迟,生长季长度以8.8 d/10a呈现延长趋势。黄土高原植被生产力(GPP)多年均值为515.17 g C/m2,空间上表现为东南高,西北低的分布规律。植被生产力整体上以12.76 g C/(m2·a)的速率增加,增长趋势由东南向西北逐渐降低。(2)在时间响应关系上,整体的季前降水量增多和日照时长增加有助于植被SOS提前。气温对植被SOS影响比较复杂,整体上季前气温升高有利植被开始生长,但是10月与2月的平均温度、10-12月的最高温度和11月与1月的最低温度升高会推迟植被生长季的到来。植被EOS受7月份降水影响最显著,7月的降水量增加有利于植被生长季结束日期推迟,而多数月份的日照时长增加则会导致植被生长季提前结束。7月份的平均温度和9月的最高温度升高会导致EOS提前,而9月的夜间最低温度升高则会让植被EOS推迟。(3)在空间响应关系上,黄土高原植被生长季开始期与气候因子的关系主要以负相关为主。黄土高原地区的植被SOS受到温度的影响较大,其中平均温度、日间温度和夜间温度主导植被生长季开始的面积占比分别为26.03%,36.74%和15.35%。植被SOS受季前降水和日照时长控制的区域面积相差不大,主要分布在黄土高原的西南部。植被EOS与日照时长呈不显著负相关,与其他气候因子的关系呈现正相关关系。其中,33.43%的植被EOS受到季前降雨的控制,这些的区域的土地覆盖类型主要以林地为主。18.2%的植被EOS受日照因子控制,总体与降雨的空间分布规律较为一致。植被EOS受三个温度因子控制的区域面积相当,空间上无明显分布的规律。(4)黄土高原平均气温升高不利于植被生产力积累,可能的原因是气温升高会导致水分蒸散发较快,导致植被生长受到水分胁迫。植被生产力与其余四个气候因子呈正相关关系,存在明显的空间分布规律。具体表现为,黄土高原北部的植被GPP主要受到降水变化的影响,黄土高原南部的植被GPP主要受到气温因子的影响。其中最高气温对黄土高原东南部影响较大,而最低温度则主要影响黄土高原西南角区域。日照时长占主导地位的区域面积占比为3.87%,主要以像元的形式分散在青海的高寒区域。(5)植被物候与生产力关系的分析结果表明,74%的区域植被生长季延长有助于植被生产力增加,23.5%的区域LOS缩短反而会促进GPP增加。植被生长季开始期提前会促进71%区域的春季植被生产力增加,21.5%的区域植被春季生产力会因为植被SOS推迟而增加。研究区植被以EOS推迟、GPP增加为主体,占研究区面积的67.3%,而EOS提前、GPP增加的区域,占研究区面积的28.8%。
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