【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(guān)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(duì)氣候變化的響應(yīng)。同時(shí),植被物候期的改變會(huì)影響植被的蒸騰、光合作用以及植被生產(chǎn)力,進(jìn)而影響整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)、碳循環(huán)與水循環(huán)等。地面和遙感觀(guān)測(cè)均表明,在過(guò)去的幾十年,植被春季物候表現(xiàn)出了明顯的提前趨勢(shì)。然而,針對(duì)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(diǎn)法和double logistic曲線(xiàn)擬合法分別反演了北半球1982-2015年和2001-2015年的植被生長(zhǎng)結(jié)束期(end of growing season,EOS),對(duì)比了不同方法和數(shù)據(jù)源計(jì)算出的EOS的差異,分析了EOS的空間分布特征和時(shí)間變化趨勢(shì),以及EOS與季前溫度、降水的相關(guān)性。并且,從不同尺度詳細(xì)探討了植被秋季物候期對(duì)晝夜溫度的響應(yīng)差異,建立了基于晝夜溫度的生長(zhǎng)度日(DN_(GDD))模型,并對(duì)2081-2100年的北半球植被秋季物候期的變化趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。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(shì)必會(huì)對(duì)高寒植被的整個(gè)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(zhǎng)開(kāi)始期(start of growing season,SOS)、生長(zhǎng)季長(zhǎng)度(length of growing season,LOS)和NDVI最大值(NDVI_(max)),以及積雪持續(xù)時(shí)間(snow cover duration,SCD)和融雪期(snow cover melt date,SCM),分析了高寒植被生長(zhǎng)對(duì)積雪變化的響應(yīng)。所得主要結(jié)論如下:(1)基于不同植被指數(shù)和不同方法計(jì)算的生長(zhǎng)結(jié)束期存在差異,整體上利用NDVI提取的生長(zhǎng)結(jié)束期要晚于EVI的提取結(jié)果,擬合法計(jì)算的生長(zhǎng)結(jié)束期要早于中點(diǎn)法的結(jié)果,并且MODIS數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果整體上要早于GIMMS3g數(shù)據(jù)的結(jié)果。但從年際變化來(lái)看,在兩者重合的時(shí)間范圍內(nèi)(2001-2015年),表現(xiàn)出一致的變化趨勢(shì)(R~2=0.63)。(2)季前溫度和降水對(duì)EOS的影響較大,但在不同氣候條件和植被類(lèi)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(guān)性,但在2000年以前負(fù)相關(guān)的區(qū)域居多,而2000年以后則表現(xiàn)為正相關(guān)。降水與干旱地區(qū)EOS有顯著的正相關(guān),而在寒冷地區(qū)則以負(fù)相關(guān)為主。(3)地面站點(diǎn)以及基于GIMMS3g和MODIS的遙感觀(guān)測(cè)均表明,絕大部分植被的秋季物候期對(duì)白天溫度和夜間溫度的變化存在相反的響應(yīng),但在熱帶地區(qū),秋季物候與晝夜溫度同為正相關(guān)或負(fù)相關(guān)的情況較多。在較為濕潤(rùn)和寒冷地區(qū),植被生長(zhǎng)結(jié)束期與白天溫度正相關(guān)、與夜晚溫度負(fù)相關(guān);而在相對(duì)干旱的地區(qū),白天溫度升高會(huì)使生長(zhǎng)結(jié)束期提前,夜晚溫度升高會(huì)使生長(zhǎng)結(jié)束期推遲。(4)建立了基于晝夜溫度的生長(zhǎng)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(duì)晝夜溫度變化響應(yīng)的差異性,對(duì)植被秋季物候期的預(yù)測(cè)精度顯著提高。分別利用GDD模型和DN_(GDD)模型對(duì)北半球2081-2100年的秋季物候進(jìn)行了預(yù)測(cè),在不同的排放情景下,DN_(GDD)模型的預(yù)測(cè)結(jié)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(shí)間的增加和融雪期的推遲會(huì)導(dǎo)致植被生長(zhǎng)開(kāi)始期延后,生長(zhǎng)季長(zhǎng)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(guān)系。積雪也會(huì)在一定程度上影響夏季植被的長(zhǎng)勢(shì),在大部分地區(qū),冬季積雪持續(xù)時(shí)間的增加會(huì)使NDVI_(max)增大,而融雪期提前則會(huì)導(dǎo)致NDVI_(max)的減小。不同植被類(lèi)型和不同水熱條件是導(dǎo)致植被生長(zhǎng)對(duì)積雪變化響應(yīng)差異的主要原因。積雪持續(xù)日數(shù)對(duì)高寒草原生長(zhǎng)開(kāi)始期和生長(zhǎng)季長(zhǎng)度的影響要比其他植被類(lèi)型顯著,但融雪期對(duì)高寒草原的影響在不同氣候條件下會(huì)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(rùn)地區(qū)的NDVI_(max)與積雪的相關(guān)性不大。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：P467;Q948
【圖文】：

變化的響應(yīng)機(jī)制。1.3.2 技術(shù)路線(xiàn)根據(jù)上述研究?jī)?nèi)容，本研究的技術(shù)路線(xiàn)包含兩部分內(nèi)容。對(duì)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(zhǎng)時(shí)間序列的植被生長(zhǎng)結(jié)束期。同時(shí)，篩選地面物候觀(guān)測(cè)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(shí)間變化趨勢(shì)，以及影響因素，并分析在不同氣候分區(qū)和不同植被類(lèi)型中的差異。最后建立秋季物候模型，對(duì)未來(lái)秋季物候的變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。對(duì)于青藏高原植被物候?qū)Ψe雪變化響應(yīng)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(duì)積雪變化的響應(yīng)，并分析在不同植被類(lèi)型、不同生態(tài)地理單元和不同水熱條件下的響應(yīng)差異。技術(shù)路線(xiàn)如圖 1.1 所示。

且經(jīng)過(guò)了較為嚴(yán)格的預(yù)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?qū)Ψe雪變化的響應(yīng)時(shí)，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(guān)測(cè)數(shù)據(jù)本研究搜集了歐洲、中國(guó)和韓國(guó)的葉變色期數(shù)據(jù)，站點(diǎn)分布如圖 2.1 所示。歐洲物候觀(guān)測(cè)網(wǎng)從 1868 年開(kāi)始進(jìn)行物候觀(guān)測(cè)，覆蓋 25 個(gè)國(guó)家共 19608 個(gè)站點(diǎn)，包括 78 個(gè)物種。中國(guó)物候觀(guān)測(cè)網(wǎng)始建于 1963 年，分布在 42 個(gè)地區(qū)，觀(guān)測(cè)植被超過(guò) 100 種。韓國(guó)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(guān)測(cè)時(shí)間范圍為 1989 2007。我們首先根據(jù) Schaber 和 Badeck（2002）提出的方法對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，而后選取觀(guān)測(cè)時(shí)間至少有 15 年的物種和站點(diǎn)。最終，包含 24 個(gè)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(fèi)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(lèi)型復(fù)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(lèi)圖（圖 2.2）。全球尺度系統(tǒng)性的氣候分類(lèi)系統(tǒng)最早是由 Wladimir K ppen 在 1918 年提出的，雖然過(guò)去了 100 年，但這套分類(lèi)系統(tǒng)仍然被氣候變化領(lǐng)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(lèi)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(lèi)符號(hào)及其所代表的氣候類(lèi)型如表2.2 所示。K ppen-Geiger 氣候分類(lèi)系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格、界限明確、應(yīng)用方便的優(yōu)點(diǎn)，其根據(jù)簡(jiǎn)單的溫度和降水指標(biāo)就可以確定不同的氣候類(lèi)型，并且基本適用于森林、草原、苔原、沙漠等各種景觀(guān)帶。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

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

2 葛全勝;戴君虎;鄭景云;;物候?qū)W研究進(jìn)展及中國(guó)現(xiàn)代物候?qū)W面臨的挑戰(zhàn)[J];中國(guó)科學(xué)院院刊;2010年03期

本文編號(hào)：2792861