城市化背景下植被物候动态变化及驱动因素_洪辛茜.pdf filename-=utf-8''城市化背景下植被物候动态变化及驱动因素_洪辛茜.pdf
《城市化背景下植被物候动态变化及驱动因素_洪辛茜.pdf filename-=utf-8''城市化背景下植被物候动态变化及驱动因素_洪辛茜.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《城市化背景下植被物候动态变化及驱动因素_洪辛茜.pdf filename-=utf-8''城市化背景下植被物候动态变化及驱动因素_洪辛茜.pdf(10页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、应用生态学报 Chinese Journal of Applied Ecology ISSN 1001-9332,CN 21-1253/Q 应用生态学报网络首发论文应用生态学报网络首发论文 题目:城市化背景下植被物候动态变化及驱动因素 作者:洪辛茜,孙涛,陈利顶 DOI:10.13287/j.1001-9332.202309.019 收稿日期:2023-02-28 网络首发日期:2023-06-29 引用格式:洪辛茜,孙涛,陈利顶 城市化背景下植被物候动态变化及驱动因素J/OL 应用生态学报.https:/doi.org/10.13287/j.1001-9332.202309.019 网络首发
2、网络首发:在编辑部工作流程中,稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶段。录用定稿指内容已经确定,且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期刊特定版式(包括网络呈现版式)排版后的稿件,可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合出版管理条例和期刊出版管理规定的有关规定;学术研究成果具有创新性、科学性和先进性,符合编辑部对刊文的录用要求,不存在学术不端行为及其他侵权行为;稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、出版的技术标准,正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外
3、文字母、法定计量单位及地图标注等。为确保录用定稿网络首发的严肃性,录用定稿一经发布,不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容,只可基于编辑规范进行少量文字的修改。出版确认出版确认:纸质期刊编辑部通过与中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有限公司签约,在中国学术期刊(网络版)出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版,以单篇或整期出版形式,在印刷出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为中国学术期刊(网络版)是国家新闻出版广电总局批准的网络连续型出版物(ISSN 2096-4188,CN 11-6037/Z),所以签约期刊的网络版上网络首发论文视为正式出版。应用生态学报 城市化背景
4、下植被物候动态变化及驱动因素1 洪辛茜1,2 孙 涛3 陈利顶1,3,4(1云南大学生态与环境学院,昆明 650091;2云南大学国际河流与生态安全研究院,昆明 650091;3中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室,北京 100085;4中国科学院大学,北京 100085)*通信作者 E-mail:L 摘要 快速城市化会对植被物候带来显著影响,但当前影响城市植被物候时空变化的因素仍不清楚。本研究以京津冀城市群为研究区,采用 5 种拟合方法构建归一化植被指数曲线,通过阈值法获取京津冀城市群 20012019 年的城市植被物候特征,比较城市建成区与山区的春季和秋季物候,在此基础上
5、分析降水、气温以及城市地表温度对植被物候的影响。结果表明:20012019 年,京津冀城市群城市建成区植被生长季开始日期(SOS)平均比山区早 16.88 d,城市建成区植被生长季结束日期(EOS)比山区晚 12.22 d。研究期间,京津冀城市建成区植被 SOS 逐步延迟,而山区 SOS 逐步提前,并且城市建成区物候的变化率比山区快,因此二者 SOS 的差值随时间变化而显著减小(-0.58 d a-1);秋季物候方面,城市建成区和山区 EOS 都表现为延迟趋势,但二者差值随时间变化并不显著(-0.10 d a-1)。城市建成区地表温度对 SOS 的贡献与气温较为接近;而山区地表温度对 SOS
6、的贡献仅为气温的 1/2,说明城市内部的热岛效应和气温共同影响城市植被物候的变化,并且二者贡献几乎相等。本研究结论有助于理解城市化对植被物候动态变化的作用,可为进一步评估城市植被碳汇潜力提供参考。关键词 物候;城市化;气温;地表温度;降水 DOI:10.13287/j.10019332.202309.019 Dynamic changes and driving factors of land surface phenology under the background of urbanization HONG Xinqian1,2,SUN Tao3,CHEN Liding1,3,4 (1Sc
7、hool of Ecology and Environmental Science,Yunnan University,Kunming 650091,China;2Institute of International Rivers and Eco-security,Yunnan University,Kunming 650091,China;3State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology,Research Center for Eco-environmental Sciences,Chinese Academy of Sciences,B
8、eijing 100085,China;4University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100085,China)Abstract Rapid urbanization would have significant impacts on vegetation phenology.However,the current factors influencing the spatiotemporal changes in urban vegetation phenology are still unclear.We used five fitti
9、ng methods to construct normalized difference vegetation index(NDVI)curves in the Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration as the study area,and obtained the phenology characteristics of urban vegetation in the Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration from 2001 to 2019 by the threshold method.We c
10、ompared the spring and autumn phenology in urban built-up areas and hilly areas,on which the effects of precipitation,air temperature,and land surface temperature(LST)on vegetation phenology were analyzed.The results showed that from 2001 to 2019,the start of the growing season(SOS)in urban built-up
11、 areas in the Beijing-Tianjin-Hebei agglomeration was on average 16.88 days earlier than that in hilly areas,and the end of the growing season(EOS)in urban built-up areas was 12.22 days later than that in hilly areas.During the study period,the SOS of vegetation in urban built-up areas of the Beijin
12、g-Tianjin-Hebei region had been gradually delayed,while in hilly areas was gradually advanced,and the rate of change of phenology in the urban built-up areas was faster than that in the hilly areas.Therefore,the difference between the SOS of the two areas decreased significantly over time(-0.58 d a-
13、1).As for the EOS,the urban built-up areas and hilly areas both showed a trend of delayed,but the differences between the two was not significant with time(-0.10 d a-1).The contribution of LST in the urban built-up areas to SOS was close to that of air temperature,收稿日期:2023-02-28 基金项目:国家自然科学基金项目(422
14、30718,41901217)资助。作者简介:洪辛茜,女,1997 年生,博士研究生。主要从事城市生态遥感研究。E-mail: 网络首发时间:网络首发地址:2023-06-29 12:09:26https:/ 应用生态学报 while the contribution of LST in hilly areas to SOS was only 1/2 of that of air temperature,indicating that the heat island effect and air temperature within the city jointly influenced th
15、e change in urban vegetation phenology,and the contributions of both were almost equal.The results could help to understand the role of urbanization in the dynamic changes of vegetation phenology and provide a reference for further assessment of the carbon sink potential of urban vegetation.Key word
16、s phenology;urbanization;air temperature;land surface temperature;precipitation.全球气候变化背景下植被生长受到影响,而植被物候变化又会对陆地生态系统产生广泛的影响,如固碳能力、粮食生产量、植物花粉传播等1-3。近年来,由于人类活动增强,快速城市化对植被物候也产生了显著且复杂的影响4。许多研究表明,城市市区春季植被物候明显早于自然山区5-7,而城市市区的秋季物候则晚于周边的乡村地区8-9。但在城市化发展进程中,气候变化和城市化如何交互影响植被物候还缺乏定量研究。在自然因素方面,影响植被物候的气候因子主要是气温和降水。
17、一般认为,气温是年际植被春季物候变化的主要驱动因子5,10,而秋季物候则与降水的相关性更强11-12。一般情况下,气温与生长季初日(the start of the growing season,SOS)呈负相关,即温度越高,SOS 越提前;降水与 SOS 多表现为负相关关系,降水越少,SOS 会出现延迟;降水与生长季终日(the end of growing the season,EOS)呈现正相关关系,降水越多,EOS 越推迟13-16。但在干旱和半干旱地区,降水在影响植被物候方面比气温的作用更显著17-18。此外,太阳辐射、地形和海拔高度等自然因素也会对植被物候产生影响19-20。城市化
18、过程改变了地表覆盖,由此造成城市局域环境发生改变,对城市植被物候产生影响。快速城市化增加了大量不透水面,导致气温和地表温度升高,形成热岛效应,并且城市范围内降水的频次和总量也会随之发生变化21-22。温度和降水等气候因子变化会引起复杂的生物物理过程变化,从而影响到城市植被物候,如城市相对于农村的春季植被物候提前和秋季植被物候推迟的现象23-24。此外,城市中的大气污染和夜间灯光对植被物候产生影响。有研究表明,由于城市大气污染会减少光照,进而导致 SOS 延迟和 EOS 提前25-27;城市中夜间灯光会导致城市植被 SOS 提前和 EOS 推迟28-29。多因子的耦合作用使得城市植被物候变化规律
19、比自然区域的植被更加复杂。长期的城市化对植被物候的持续累积影响如何?气候变化对城市中植被和自然山区植被物候的影响是否存在差异?目前尚缺乏清晰的认识。本研究以京津冀城市群地区作为研究区,获取 20012019 年时间分辨率为 8 d 的归一化植被指数(NDVI)数据集,通过 5 种拟合方法构建了 NDVI 曲线以确保植被物候结果的可靠性,比较分析了城市建成区和自然山区物候的时空变化特征及其影响因子,探究城市化对植被物候的影响,拟回答以下问题:1)城市中植被春季物候提前的趋势是否会持续?2)20012019 年城市化对物候变化影响有多大?1 研究地区与研究方法 1.1 研究区概况 京津冀城市群位于
20、华北平原,属温带季风气候,四季分明,夏季炎热多雨,冬季寒冷干燥。该区地势西北高、东南低,土地利用类型以耕地和林地为主,耕地占比达 45.5%30;森林覆盖率为27.3%,平原区森林覆盖率为 11.7%,植被类型主要为暖温带落叶阔叶林和温带针叶林。该区人口和社会经济发展迅猛,2019 年该区城镇人口 7543.3 万,占全国的 8.9%;地区生产总值为 84580.1 亿元,占全国 GDP 的 8.5%。京津冀地区城市化发展迅速,城市建设用地面积由 2001 年的 1931 km2增加到 2019 年的 3379 km2,增幅达 75%;2019 年的城镇化率为 66.7%,高于全国平均水平(6
21、0.6%)。本研究选取 9 个山区覆盖广的城市为研究对象,为了减少城市区域边界的不确定性,基于谷歌地球提取 2000 年研究区的城市边界,山区选取远离人类活动干扰的林区,每个城市均匀选取 5块自然区域以减少误差(图 1)。洪辛茜等 城市化背景下植被物候动态变化及驱动因素 3 图 1 京津冀城市群地区地势图和典型样区分布 Fig.1 Topographical map and distribution of typical sample areas of the Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration.图中红圈为 2000 年影像上的城市建成区,绿圈为
22、远离人类活动的自然山区 The red circle represented the urban built-up areas based on the 2000 image,and the green circle represented the natural hilly regions,which was far away from intense human activity.1.2 数据来源及处理 气温和降水数据来源于国家气象中心,在研究对象附近共选择 42 个气象站点。本研究使用 5 年滑动平均法处理气象数据,获取研究年限内每年春季(3、4、5 月)和秋季(9、10、11 月)的平
23、均气温和降水数据。地表温度(LST)数据来自 8 d 合成的 MOD11A2 产品,空间分辨率 1 km(https:/lpdaac.usgs.gov/products/mod11a2v006/);NDVI 数据来自 8 d 合成的 GLOBMAP 产品,空间分辨率为 500 m,从 MODIS 地表反射率产品 MOD09A1 的红波段和近红外波段反射率计算得到,对产品已进行精确的云检测31,并利用三次样条帽盖算法(locally adjusted cubic-spline capping,LACC)进行时间序列插值填补空缺值、重建季节曲线32。1.3 植被物候提取 通常植被生长曲线伴随着噪声
24、,造成数据异常和缺失等问题,对植被物候提取造成干扰,因此,有必要对植被生长曲线进行平滑重构。本研究通过 Python 包中的 Convolution、Gaussian、Lowess、Polynomial 和 Spectral 共 5 种方法对 NDVI 曲线进行平滑,确保平滑结果的可靠性;平滑后将 NDVI曲线进行线性插值形成日平均值。最后,使用动态阈值法提取 SOS 和 EOS 出现的日期。本研究选择重构 NDVI 曲线 9.18%的动态阈值识别 SOS 和 EOS。9.2%的阈值已经被证实能有效识别植被生长转变33。植被物候提取公式如下:NDVISOS=(NDVIMAX-NDVIMIN1)
25、9.18%+NDVIMIN1(1)NDVIEOS=(NDVIMAX-NDVIMIN2)9.18%+NDVIMIN2(2)式中:NDVIMAX是 NDVI 生长曲线的最大值;NDVIMIN1是 NDVI 生长曲线在叶片从萌发到成熟过程中的 NDVI 最小值,位于 NDVI 生长曲线的左端;NDVIMIN2是 NDVI 生长曲线从叶片成熟期到衰老的 NDVI 最小值,位于 NDVI 生长曲线的右端;NDVISOS是 SOS 日期对应的 NDVI 值;NDVIEOS是 EOS 日期对应的 NDVI 值。1.4 数据处理 使用 Origin 软件,探究植被物候与气候因子(气温、地表温度和降水)的相关关
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 城市化背景下植被物候动态变化及驱动因素_洪辛茜.pdf filename-=utf-8''城市化背景下植被物候动态变化及驱
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。
链接地址:https://www.zixin.com.cn/doc/386952.html