【摘要】：氣候變化顯著改變了區(qū)域乃至全球的生態(tài)系統(tǒng)。植被物候作為植被生態(tài)系統(tǒng)的關鍵參數(shù)之一,在全球變暖的背景下,也發(fā)生了顯著的變化。植被物候變化直接反映了生物圈對氣候變化的響應。同時,植被物候期的改變會影響植被的蒸騰、光合作用以及植被生產(chǎn)力,進而影響整個陸地生態(tài)系統(tǒng)的能量流動、碳循環(huán)與水循環(huán)等。地面和遙感觀測均表明,在過去的幾十年,植被春季物候表現(xiàn)出了明顯的提前趨勢。然而,針對秋季物候的研究還較為缺乏,影響植被秋季物候的因素還尚未探明。為此,論文利用GIMMS NDVI3g數(shù)據(jù)和MODIS的NDVI、EVI數(shù)據(jù),基于中點法和double logistic曲線擬合法分別反演了北半球1982-2015年和2001-2015年的植被生長結束期(end of growing season,EOS),對比了不同方法和數(shù)據(jù)源計算出的EOS的差異,分析了EOS的空間分布特征和時間變化趨勢,以及EOS與季前溫度、降水的相關性。并且,從不同尺度詳細探討了植被秋季物候期對晝夜溫度的響應差異,建立了基于晝夜溫度的生長度日(DN_(GDD))模型,并對2081-2100年的北半球植被秋季物候期的變化趨勢進行了預測。另外,隨著氣候變暖,青藏高原的積雪環(huán)境發(fā)生了顯著的變化,而這些變化勢必會對高寒植被的整個生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。因此,研究還基于MODIS遙感數(shù)據(jù)提取了青藏高原2000-2015年的植被生長開始期(start of growing season,SOS)、生長季長度(length of growing season,LOS)和NDVI最大值(NDVI_(max)),以及積雪持續(xù)時間(snow cover duration,SCD)和融雪期(snow cover melt date,SCM),分析了高寒植被生長對積雪變化的響應。所得主要結論如下:(1)基于不同植被指數(shù)和不同方法計算的生長結束期存在差異,整體上利用NDVI提取的生長結束期要晚于EVI的提取結果,擬合法計算的生長結束期要早于中點法的結果,并且MODIS數(shù)據(jù)的計算結果整體上要早于GIMMS3g數(shù)據(jù)的結果。但從年際變化來看,在兩者重合的時間范圍內(2001-2015年),表現(xiàn)出一致的變化趨勢(R~2=0.63)。(2)季前溫度和降水對EOS的影響較大,但在不同氣候條件和植被類型中存在明顯的差異。北方寒冷地區(qū)的植被EOS與溫度有顯著的相關性,但在2000年以前負相關的區(qū)域居多,而2000年以后則表現(xiàn)為正相關。降水與干旱地區(qū)EOS有顯著的正相關,而在寒冷地區(qū)則以負相關為主。(3)地面站點以及基于GIMMS3g和MODIS的遙感觀測均表明,絕大部分植被的秋季物候期對白天溫度和夜間溫度的變化存在相反的響應,但在熱帶地區(qū),秋季物候與晝夜溫度同為正相關或負相關的情況較多。在較為濕潤和寒冷地區(qū),植被生長結束期與白天溫度正相關、與夜晚溫度負相關;而在相對干旱的地區(qū),白天溫度升高會使生長結束期提前,夜晚溫度升高會使生長結束期推遲。(4)建立了基于晝夜溫度的生長度日(DN_(GDD))模型,與閾值模型和傳統(tǒng)GDD模型相比,DN_(GDD)模型考慮了植被對晝夜溫度變化響應的差異性,對植被秋季物候期的預測精度顯著提高。分別利用GDD模型和DN_(GDD)模型對北半球2081-2100年的秋季物候進行了預測,在不同的排放情景下,DN_(GDD)模型的預測結果均早于GDD模型,并且在熱帶植被和地中海植被中表現(xiàn)得更為明顯。(5)青藏高原地區(qū)高寒植被的物候期受積雪變化影響顯著。在高原的東部地區(qū),積雪持續(xù)時間的增加和融雪期的推遲會導致植被生長開始期延后,生長季長度縮短。但是,在東北部、中部和西南邊緣地區(qū)卻表現(xiàn)出相反的關系。積雪也會在一定程度上影響夏季植被的長勢,在大部分地區(qū),冬季積雪持續(xù)時間的增加會使NDVI_(max)增大,而融雪期提前則會導致NDVI_(max)的減小。不同植被類型和不同水熱條件是導致植被生長對積雪變化響應差異的主要原因。積雪持續(xù)日數(shù)對高寒草原生長開始期和生長季長度的影響要比其他植被類型顯著,但融雪期對高寒草原的影響在不同氣候條件下會存在相反的效果。干旱地區(qū)植被的NDVI_(max)受積雪變化影響明顯,而濕潤地區(qū)的NDVI_(max)與積雪的相關性不大。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院遙感與數(shù)字地球研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P467;Q948
【圖文】：

變化的響應機制。1.3.2 技術路線根據(jù)上述研究內容，本研究的技術路線包含兩部分內容。對于北半球秋季物候的研究，首先利用 GIMMS NDVI3g 數(shù)據(jù)和 MOD13C1 植被指數(shù)數(shù)據(jù)，提取北半球長時間序列的植被生長結束期。同時，篩選地面物候觀測資料，剔除異常值，整理出葉變色期數(shù)據(jù)。然后研究秋季物候期的空間分布特征和時間變化趨勢，以及影響因素，并分析在不同氣候分區(qū)和不同植被類型中的差異。最后建立秋季物候模型，對未來秋季物候的變化趨勢進行預測。對于青藏高原植被物候對積雪變化響應的研究，首先利用 MODIS 數(shù)據(jù)分別獲取青藏高原 2001 到 2015 年的植被物候信息和積雪物候信息，然后分析高寒植被物候期對積雪變化的響應，并分析在不同植被類型、不同生態(tài)地理單元和不同水熱條件下的響應差異。技術路線如圖 1.1 所示。

且經(jīng)過了較為嚴格的預處理，一定程度上消除了云、水、大氣、陰影等的影響。在研究青藏高原植被物候對積雪變化的響應時，使用的則是 MOD13A1 產(chǎn)品（第六版本），該產(chǎn)品的空間分辨率提高到了 500m。2.1.2 地面物候觀測數(shù)據(jù)本研究搜集了歐洲、中國和韓國的葉變色期數(shù)據(jù)，站點分布如圖 2.1 所示。歐洲物候觀測網(wǎng)從 1868 年開始進行物候觀測，覆蓋 25 個國家共 19608 個站點，包括 78 個物種。中國物候觀測網(wǎng)始建于 1963 年，分布在 42 個地區(qū)，觀測植被超過 100 種。韓國物候數(shù)據(jù)獲取自 Park et al.（2017）的研究論文中，包括雞爪槭（Acer palmatum）和銀杏（Ginkgo biloba）兩種植被，觀測時間范圍為 1989 2007。我們首先根據(jù) Schaber 和 Badeck（2002）提出的方法對異常數(shù)據(jù)進行剔除，而后選取觀測時間至少有 15 年的物種和站點。最終，包含 24 個物種共 14536 條葉變色期數(shù)據(jù)被用于本研究中。

數(shù)據(jù)可從 http://digital.csic.es/handle/10261/153475 免費獲取。2.1.7 其他輔助數(shù)據(jù)（1）氣候分區(qū)數(shù)據(jù)北半球氣候類型復雜多變，為了研究不同氣候條件下植被物候的變化，本研究使用了 K ppen-Geiger 氣候分類圖（圖 2.2）。全球尺度系統(tǒng)性的氣候分類系統(tǒng)最早是由 Wladimir K ppen 在 1918 年提出的，雖然過去了 100 年，但這套分類系統(tǒng)仍然被氣候變化領域的研究人員廣泛使用。本研究中使用的是最新版本的K ppen-Geiger 氣候分類圖，該版本基于 1986 2010 年的氣象要素制作而成（Kotteketal.，2006），K ppen-Geiger 氣候分類符號及其所代表的氣候類型如表2.2 所示。K ppen-Geiger 氣候分類系統(tǒng)具有標準嚴格、界限明確、應用方便的優(yōu)點，其根據(jù)簡單的溫度和降水指標就可以確定不同的氣候類型，并且基本適用于森林、草原、苔原、沙漠等各種景觀帶。

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 楊柏娟;王思遠;常清;孫云曉;尹航;汪蕭悅;;青藏高原植被凈初級生產(chǎn)力對物候變化的響應[J];地理與地理信息科學;2015年05期

2 葛全勝;戴君虎;鄭景云;;物候學研究進展及中國現(xiàn)代物候學面臨的挑戰(zhàn)[J];中國科學院院刊;2010年03期

本文編號：2792861