發(fā)布時間：2020-08-20 12:11

【摘要】：全球溫度變暖加劇,不僅引發(fā)氣候條件快速變化,而且對生物圈、水圈、土壤圈、大氣圈之間的物質(zhì)能量循環(huán)產(chǎn)生重要影響,進而對人類的生存環(huán)境構(gòu)成嚴峻的威脅。降水條件的改變對全球變化具有重要的指示作用,而認識陸地生態(tài)系統(tǒng)對降水的反饋作用,也將進一步加深對全球變化的認識,從而為應(yīng)對全球變化可能造成的危害如陸地生態(tài)系統(tǒng)的失衡、人類糧食安全問題和災(zāi)害性天氣事件等提供預(yù)警和預(yù)防策略。在多源長時間序列遙感數(shù)據(jù)的支持下,本研究首先探明熱帶雨季的時空變化特征,進一步探討降水季節(jié)變化對熱帶稀樹草原植被的影響。具體研究內(nèi)容如下:一、利用TRMM、CHIRPS、GPCC和MSWEP日降水數(shù)據(jù),分析全球降水季節(jié)性特征,包括定義雨季區(qū)域和提取降水季節(jié)性因子(雨季降水、雨季降水占年降水的比例、雨季個數(shù)、雨季起止時間和長度),分析雨季因子的空間分布特征以及其在不同產(chǎn)品間的時間序列差異,同時,探討雨季起止時間和長度與雨季降水量的關(guān)系。二、以薩赫勒(Sahel)為研究區(qū),在CHIRPS日降水數(shù)據(jù)和NDVI(MODIS,2001—2015年)數(shù)據(jù)支持下,基于空間尺度分析了不同降水梯度下降水季節(jié)性因子(雨季起止時間和降水天數(shù))和雨季極端天氣因子(降水強度、極端降水比例和最大持續(xù)干旱天數(shù))對植被生物量(ANPP)的影響。三、以熱帶稀樹草原為研究區(qū),利用CHIRPS和GIMMS-3gNDVI長時間序列觀測數(shù)據(jù)(1982—2015年),基于時間尺度探討了降水季節(jié)性因子(雨季起止時間、雨季長度和雨季降水量)對生長季NDVI年際變化的影響及其關(guān)系隨時間的變化。四、以熱帶稀樹草原為研究對象,利用氣象數(shù)據(jù)(CRU和CHIRPS)和植被數(shù)據(jù)(GIMMS-3gLAI和VOD),探討了極端降水頻次增多對熱帶稀樹草原生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響。本文的主要研究結(jié)論如下:1、本研究利用GAM(Generalized additive models)模型模擬日降水觀測值的變化,采用信息準則(Akaike information criterion,AIC)值對其進行擬合優(yōu)度評價,發(fā)現(xiàn)了 AIC值適用于提取全球范圍內(nèi)的雨季區(qū)域,具體表現(xiàn)為全球雨季區(qū)主要分布在亞馬遜雨林、澳大利亞北部、亞洲南部、南非和北非等大部分地區(qū)。在雨季區(qū)域,雨季降水占年降水比例均值為82±10(%),雨季降水和雨季長度均表現(xiàn)出由赤道向兩側(cè)遞減的變化趨勢,而雨季起止時間則在南北半球表現(xiàn)出相反的變化規(guī)律(即北半球雨季開始在上半年,雨季結(jié)束在下半年;南半球雨季開始在下半年,雨季結(jié)束在上半年)。此外,基于不同降水產(chǎn)品的雨季參數(shù)在各典型雨季區(qū)(巴西中部、Sahel、非洲南部和印度)表現(xiàn)出較高的時間序列變化一致性,但基于GPCC的雨季降水量在Sahel和非洲南部與其他三種產(chǎn)品表現(xiàn)出較大的差異性。雨季起止時間和長度與雨季降水具有顯著相關(guān)性,表明雨季特征參量(雨季起止時間和長度)對降水變化具有指示作用,其中,雨季降水與雨季長度相關(guān)性最強(具有顯著性的象元個數(shù)n = 35 754,均值r = 0.58),而與雨季開始時間為負相關(guān)(n = 26 521,r=-0.45)。2、基于空間尺度分析Sahel地區(qū)的生長季ANPP(由生長季NDVI之和表示)和季節(jié)降水指標(雨季起止時間、降水天數(shù)、降水強度、極端降水量和持續(xù)干旱天數(shù))的關(guān)系,研究發(fā)現(xiàn)在年降水量為100—300 mm yr-1的干旱區(qū),ANPP對季節(jié)性降水指標的變化不太敏感,而半干旱地區(qū)(年降水量為300—700 mm yr-1)的植被生物量受到多數(shù)雨季指標的影響,特別是降水天數(shù)和雨季起止時間。此外,研究分析了 Sahel地區(qū)降水指標影響植被生長變化的關(guān)鍵節(jié)點,研究表明生長季ANPP會受到連續(xù)干旱天數(shù)14的強烈負面影響,同時指出降水強度在13 mm day1時,最有利于作物的生長(即獲取最佳ANPP)�？偠灾�,雨季的降水天數(shù)和雨季的起止時間等季節(jié)性降水指標對Sahel地區(qū)植被生長具有重要的調(diào)節(jié)作用,同時,暗示著在模擬此類地區(qū)植被初級生產(chǎn)力時需要考慮降水分布變化的影響。3、基于長時間序列的降水和植被數(shù)據(jù)探討雨季指標對熱帶稀樹草原植被生長季NDVI的影響,分析結(jié)果表明:降水季節(jié)指標(雨季起止時間、雨季長度和雨季降水量)均對熱帶稀樹草原植被生長季NDVI產(chǎn)生重要影響,除雨季開始時間與生長季NDVI呈負相關(guān),其他雨季指標(雨季結(jié)束、雨季長度和雨季降水量)均與生長季NDVI呈正相關(guān),其中,雨季降水量對生長季NDVI的影響高于其他雨季指標。生長季NDVI受雨季指標影響顯著的地區(qū)主要分布在雨季降水量低于約為900 mm yr-1的具有明顯雨季特征的干旱地區(qū)。此外,研究表明生長季NDVI對雨季指標的敏感性在過去的30年里發(fā)生了顯著的變化,其中,在Sahel地區(qū)表現(xiàn)出顯著的下降趨勢,這對未來研究具有重要的啟示作用。4、基于極端降水頻次增加對熱帶稀樹草原生態(tài)系統(tǒng)造成影響的假設(shè),本研究結(jié)果表明,在過去30年里同時期同區(qū)域出現(xiàn)極端降水頻次增加和草本植被(由生長季LAI最大值表示)對年降水依賴程度顯著降低的現(xiàn)象,表明熱帶稀樹草原生態(tài)系統(tǒng)在近幾十年來發(fā)生了顯著變化。具體表現(xiàn)為,21%的熱帶稀樹草原(面積為205 675 km2)出現(xiàn)了草本植被對降水敏感性的顯著(p0.05)減弱,其中的35%區(qū)域出現(xiàn)了木本植被覆蓋度和極端降水頻次同時增加的現(xiàn)象,即共有23%的熱帶稀樹草原(面積為218 700 km2)的木本植被覆蓋度(增長率為5.5%)和極端降水的增加表現(xiàn)出時空一致性。這些變化表明氣候變化引起了熱帶稀樹草原生態(tài)系統(tǒng)中木本植被和草本植被共存關(guān)系的改變。綜上所述,本研究提出一種新的識別雨季區(qū)域的客觀方法,在此基礎(chǔ)上分析了全球尺度下降水季節(jié)因子的時空變化特征,并指出季節(jié)參量變化能夠指示雨季降水的變化,增強了關(guān)于全球變化對降水變化影響的認識;從空間尺度到時間尺度系統(tǒng)地分析了降水季節(jié)因子對熱帶稀樹草原植被生物量和生長狀況的影響,指出了除雨季降水量以外的雨季因子(如雨季起止時間和雨季長度等)對植被的影響;最后,研究指出熱帶稀樹草原生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在過去的幾十年里發(fā)生了顯著變化,提出了極端降水頻次增多有利于熱帶稀樹草原上木本植被生長的觀點。由此可見,在全球變化的背景下,雨季區(qū)域降水條件發(fā)生了顯著變化,其不僅影響陸地植被生物量和植被生長狀況,而且進一步影響著陸地生態(tài)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。本研究對深入理解全球氣候變化及其對陸地植被圈的影響具有重大貢獻和指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：Q948;P426.6
【圖文】：

當前定義全球雨季區(qū)域方法主要依據(jù)有１）根據(jù)盛行風向與風速（Ｒａｍａｇｅ，１９７１）逡逑和２）降水年內(nèi)變化即夏季降水與冬季降水的比值（Ｗａｎｇ邋ａｎｄ邋Ｄｉｎｇ，邋２００８），而根據(jù)逡逑該定義得到的全球雨季區(qū)域如下圖１．２所示，全球雨季區(qū)主要分布在東南亞、印度逡逑？邐尼西亞至澳大利亞、非洲南北防線沿赤道附近以及美洲南北方向沿赤道附近，其所逡逑屬溫度帶主要為亞熱帶區(qū)域（圖１．２ａ）。根據(jù)季風的特點即每年盛行風方向發(fā)生逡逑改變，夏季濕潤的海洋空氣易被季風吹向大陸而形成降水，進而導(dǎo)致雨季的出現(xiàn)。逡逑同時，運用８５０邋ｈＰａ煒向風，通過定義雨季西風指數(shù)（ＭＷＩ，Ｍｏｎｓｏｏｎ邋ｗｅｓｔｅｒｌｙ逡逑ｉｎｄｅｘ）和測量年平均緯向風速，也可以確定熱帶季風區(qū)為雨季區(qū)域（圖Ｉ．邋２ｂ）。逡逑對中國雨季特征的探宄為了解中國氣候特征奠定基礎(chǔ)，同時也是認識中國氣候逡逑季節(jié)變化和東亞季風對中國氣候影響的基本問題。中國東部地區(qū)（中國雨季區(qū)，圖逡逑３逡逑

邐南京大學(xué)博士學(xué)位論文邐逡逑２、方法應(yīng)用：主要包含研宄中構(gòu)建的新方法（如雨季區(qū)域提�。┖统Ｒ�(guī)統(tǒng)計逡逑方法。值得注意的是，植被生長季由雨季的起止時間來確定，即將雨季前后加減逡逑１５天的期間定義為植被生長季。此外，部分統(tǒng)計方法沒有在圖中標出，如偏相關(guān)逡逑回歸和嶺回歸分析以及變量趨勢線的去除等。圖１．３中以虛線方框標注應(yīng)用方法。逡逑３、中間變量或最終結(jié)果的產(chǎn)生：中間變量主要為研宄實施過程中得到的中間逡逑參數(shù)（如雨季因子，包含雨季起止時間、長度、雨季降水量和持續(xù)干旱天數(shù)等），逡逑結(jié)果部分對應(yīng)各章節(jié)的研宄結(jié)果，在圖１．３中主要由實線方框標注。逡逑｜氣象曑分析｜邐丨植被0分析｜逡逑

劃分出具有相對一致的生態(tài)綜合特性的區(qū)塊。Ｏｌｓｏｎ邋ｅｔａｌ．，邋（２００１）等根據(jù)全球制定的逡逑生態(tài)群落保護計劃以及各類生物群落的綜合特性和環(huán)境條件等，提出了以生物群落逡逑為單位的完整的全球生態(tài)地理區(qū)劃圖（圖２．２）。逡逑Ｉ

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 董建軍;牛建明;張慶;康薩如拉;韓芳;;基于多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)的典型草原遙感估產(chǎn)研究[J];中國草地學(xué)報;2013年06期

2 李素英;李曉兵;鶯歌;符娜;;基于植被指數(shù)的典型草原區(qū)生物量模型——以內(nèi)蒙古錫林浩特市為例[J];植物生態(tài)學(xué)報;2007年01期

3 孫力,安剛,丁立,沈柏竹;中國東北地區(qū)夏季降水異常的氣候分析[J];氣象學(xué)報;2000年01期

本文編號：2797959