黄土高原植被物候时空变化及其与季节性干旱的关系_黄莹.pdf filename-=utf-8''黄土高原植被物候时空变化及其与季节性干旱的关系_黄莹.pdf
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1、 收稿日期:基金项目:江西省高校人文社会科学研究项目青年项目()作者简介:黄莹(),女,江西赣州人,讲师,硕士,研究方向为生态经济:【水土保持】黄土高原植被物候时空变化及其与季节性干旱的关系黄 莹,吴丽娟,赵 刚(江西科技学院,江西 南昌;山东大学 土建与水利学院,山东 济南)摘 要:为了揭示季节性干旱对黄土高原植被物候的影响,基于 年的 、气温、降水数据,提取黄土高原地区植被生长季始期、植被生长季末期 和标准化降水蒸散发指数,采用 趋势分析法、突变点检验法探究黄土高原植被 和 的时空动态变化情况,采用高阶偏相关分析法对不同植被类型 和 与季节性 的相关性进行分析。结果表明:黄土高原植被 在
2、年开始发生突变,由推迟趋势转变为提前趋势,平均变化倾向率为 ;在 年开始发生突变,由提前趋势转变为推迟趋势,平均变化倾向率为 ;当年春季干旱和年初冬季干旱会导致次年植被 推迟,上年夏秋季干旱会导致次年植被 提前;当年春季干旱和上年夏季干旱会导致植被 推迟,上年秋季干旱和年初冬季干旱会导致植被 提前。关键词:植被物候;生长季始期;生长季末期;季节性干旱;降水蒸散发指数;黄土高原中图分类号:文献标志码:引用格式:黄莹,吴丽娟,赵刚黄土高原植被物候时空变化及其与季节性干旱的关系人民黄河,():,(,;,):,(),()(),:),),),:;联合国政府间气候变化专门委员会()第五次报告指出全球几乎所
3、有地区都出现了地表温度持续上升现象,年以来全球干旱地区面积每 增加约,未来 中国北方极端温度事件发生频率将显著提高并影响生态系统的稳定性。植被物候是反映气候变化的响应指标,在气候快速变化背景下物候变化会影响植物群落中不同物种间相互作用,因此研究干旱与植被物候的关系对应对极端干旱事件具有重要意义。植被生长季始期()和植被生长季末期()在决定生长季长度和控制碳氮方面有同等重要的作用。研究表明:植物往往会根第 卷第 期 人 民 黄 河 ,年 月 ,据前一个物候的变化来调整后一个物候的时间,暖化的春季是中国温带生态系统、青藏高原和北美北纬地区 提前的主要影响因素,澳大利亚在湿润和干旱年份的物候差异明显
4、,气候变暖导致北半球 提前、推迟,干旱事件是影响植被物候变化最严重的气象灾害,生长季开始前积温诱导的干旱导致中国东北草原 推迟和 提前、春季干旱推迟了草地和农田的、秋季干旱提前了草地,干旱严重影响黄土高原生态环境和农业的健康持续发展。尽管已有大量学者对植被物候进行了研究,但目前黄土高原不同植被类型物候对干旱敏感性响应的差异尚不明确,对黄土高原植被物候时空变化机理的研究还有待深化,因此笔者基于 年 数据,提取黄土高原植被 和 并分析了其时空动态变化情况、与季节性降水蒸散发指数 的相关性,旨在揭示季节性干旱对黄土高原植被物候的影响,为应对极端干旱和水分胁迫研究等提供参考。研究区概况与研究方法 研究
5、区概况黄土高原东起太行山、西至日月山、南临秦岭、北临阴山,地处东亚和南亚夏季风的边缘地带,植被对季风活动强度较为敏感。黄土高原从东南部到西北部年降水量由 降至 ,年降水量的 集中在 月;气温昼夜变化幅度大,冬季干冷、夏季湿热、秋季降温快、春季升温快,年平均气温由西北部 提高到东南部;全年太阳辐射充足,年日照时间 ,年太阳辐射总量约为 ;植被类型分带与年降水量分带密切相关,从东南部到西北部依次为森林草原、典型草原、沙漠草原、草原荒漠带。黄土高原降水分布不均、蒸发量大、水资源严重短缺,植被覆盖度低,水土流失和土地退化严重。数据来源与处理()归 一 化 植 被 指 数()。本 研 究 采 用 年 (
6、源于西部环境与生态科学数据下载中心网站:)提取黄土高原植被 和,其空间分辨率为 。虽然 数据有一定局限性,但它是可用于提取植被特征的时间序列最长的 数据。采用 滤波方法对 序列数据进行去噪处理,以避免云导致的错误峰值。()气候数据。基于逐月格点降水和温度数据(源于国家气象科学数据中心网站:)提取反映干旱程度的标准化降水蒸散发指数(),具体方法参见文献。用 个月尺度和 个月尺度的 分别反映干旱的季节性(冬季为 月和上年 月,春季为 月,夏季为 月,秋季为 月)变化特征、年际变化特征。基于 软件将 插值为 分辨率的网格数据。()植被类型数据。把黄土高原植被类型分为栽培植被、林地、沼泽、灌木、草地、
7、荒漠,各类植被面积数据源于中国植被图(万)数据集元数据,该数据集是反映我国自然资源条件及生态地理环境的重要基础图件,被广泛应用于各类科学研究工作中。()高程数据。基于 分辨率的数字高程模型(源于中国科学院资源环境科学数据平台:)提取高程数据,重采样为 分辨率,作为气象数据插值时的协变量。研究方法()物候期的提取。将 曲线上升阶段距离最小值为最大值与最小值间距离的 的时间点定义为植被,将 曲线下降阶段距离最大值为最大值与最小值间距离的 的时间点定义为植被,、均用一年中距年初(月 日)的天数表示。物候期提取方法有阈值法、滑动平均法、最大比率法等,本研究采用动态阈值法提取每个像元植被 和,具体方法参
8、见文献。()趋势分析和突变点检验。采用 趋势分析法(具体方法参见文献)和()突变点检验法(具体方法参见文献,),探究黄土高原植被 和 的时空动态变化情况。()相关性分析。采用高阶偏相关分析法对不同植被类型 和 与季节性 的相关性进行分析,具体方法参见文献。结果与分析 黄土高原植被物候的年际变化趋势 年黄土高原植被 和 年际变化趋势见图,和 突变点 检验曲线见图。由图()可以看出,年和 年分别是研究时段黄土高原植被 最晚年份和最早年份,呈提前趋势,线性变化倾向率为 ;由图()可以看出,年(表明 以推迟趋势为主,其中 年、年 显著推迟),年之后(说明 以提前趋势为主,其中 年之后提前趋势显著),和
9、 曲线相交人 民 黄 河 年第 期于 年,即 年为 开始突变的年份。图 黄土高原 和 年际变化趋势 由图()可以看出,年和 年分别是研究时段黄土高原植被 最早年份和最晚年份,呈推迟趋势,线性变化倾向率为 ;由图()可以看出,年(说明 以提前趋势为主),年之后(说明 以推迟趋势为主,其中 年后 推迟趋势显著),和 曲线相交于 年,即 年为 开始突变的年份。图 黄土高原 和 突变点 检验曲线 黄土高原植被物候空间变化情况根据 突变点检验结果,把 年作为 突变年份、把 年作为 突变年份,探究不同时段 和 的时空分布特征。黄土高原植被 各时段均值空间变化情况见图。由图()可以看出,年 从西北向东南逐渐
10、提前,空间分布格局与水热资源空间布局具有一致性。统计分析表明:年有 的 大于 ,零星分布在黄土高原干旱和半干旱地区;有 的 集中在 ;极端最早值()主要分布在海拔较低的关中盆地和河南省。由图()可以看出,年 在毛乌素沙地、鄂尔多斯高原较 年提前,其他地区 与 年基本保持一致。图 黄土高原植被 各时段均值空间变化情况人 民 黄 河 年第 期 黄土高原植被 各时段均值空间变化情况见图。由图()可以看出,年 从西北向东南逐渐推迟。统计分析表明:有 的 集中在,有的 大于(零星分布在黄土高原东南部半湿润区域);极端最小值()集中在干旱的毛乌素沙地、鄂尔多斯高原、陇中高原和关中盆地,这些地区植被主要为草
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