西南地区植被覆盖变化及对不同时间尺度气候特征的响应分析

来源 :西北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luomingasdf
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植被是陆地生态系统的主体,也是连接大气、土壤和水分等自然要素的―纽带‖,在全球变化研究中充当―指示器‖的作用。全球范围内许多生态系统正在受到气候变化的影响,特别是温度升高的影响。作为陆地生态系统最重要的组成部分,植被对气候变化的响应尤为显著。发展监测与预测陆地生态系统变化的模式,找出应对全球变化不良影响的策略、方法和途径,以达到预警、调节和最大限度地减小全球变化不良影响的效果,已经成为当前迫切需要解决的问题。本次研究以西南五省作为研究对象,采用1999—2012年NDVI数据作为植被覆盖变化的基础数据,结合该时间段的月平均气温和月降水量,运用GIS和RS技术以及通过MATLAB软件编程,分析了西南地区1999—2012年的年际时空变化特征,结合同期气温和降水以及SPEI,探讨了植被覆盖变化的影响因素的变化特征及与其变化的相关性;并且通过分析春夏秋冬四季NDVI的时空变化特征,从时间和空间两方面研究西南地区植被生长季的变化特征,分别与气温和降水作相关性分析,并探讨其可能的原因;最后研究西南主要植被类型对不同时间尺度气候特征的响应。研究结果表明:(1)过去14a西南植被NDVI变化趋势整体上呈现波动增加趋势,线性增加速率为6.9%/10a,增加速率明显高于全国。同时变化趋势显著,通过0.001显著性水平检验。7种植被类型的NDVI和西南地区的变化趋势基本一致,均呈波动上升,且所有植被类型的NDVI变化趋势达到极显著性水平(P<0.001)。灌木林的标准差最低,其NDVI变化最平稳,没有较剧烈的波动。阔叶林的标准差最高,NDVI变化相对较为剧烈。近14a来西南地区地表植被覆盖整体表现为改善状态,改善的区域面积远大于退化的区域面积。严重退化区在研究区分布极少,仅占整个研究区面积的1.18%。植被退化区主要集中分布在横断山地北部、四川盆地东部、云贵高原中部。在西南的大部分地区Hurst指数普遍大于0.6,具有很好的可持续性,NDVI值将保持现在的变化趋势,植被覆盖状况将进一步改善。结合变化趋势与持续性综合分析,西南地区植被覆盖变化将以良性发展为主。不变区域占整个研究区面积较少,且可持续性较差;强持续性的退化区和弱持续性的改善区应值得关注,二者面积之和高达7.0778×104km2,约占研究区面积5.61%。退化&强持续性区域主要分布在横断山地中北部、云贵高原中西部、若尔盖高原中部、四川盆地北部与若尔盖高原交接的等零星小块区域;改善&弱持续性的区域在横断山地和广西丘陵分布较广,若尔盖高原其次,云贵高原最少。在7种植被类型中,草原的退化&强持续性区域面积最大,针阔混交林的改善&强持续性区域面积最大。(2)通过气温、降水、SPEI的多年线性趋势表明,该区气温呈缓慢增加趋势,降水和SPEI均呈减少趋势,西南地区的气候近14a呈暖干化趋势。在空间变化方面,西南地区气温呈现东减西增的空间格局,绝大部分以增温为主。降水和干旱化的空间特征呈南减(干)和北增(湿)的变化特征,年平均气温的线性趋势大部地区均为较明显的上升趋势,降水减少和干旱化面积则相反,占绝大部分比例。植被NDVI和气温、降水、干旱指数的正相关和负相关共存。NDVI减少的部分区域与温度的变化保持相一致,也出现了相应的减少,但显著性水平较低。西南地区地表植被覆盖及海拔地貌不同,与降水相关性的差异较大。SPEI和NDVI没有相关性。(3)在全球气候变暖的大背景下,西南地区近14a的四季平均气温均呈上升趋势,但四季变化趋势的幅度及特征各不相同。其中夏季上升趋势最为明显,秋季次之,冬季变化相对最小。与其相反,西南地区平均降水春秋冬三季近14a均呈下降趋势,夏季呈增加趋势。近14a我国西南地区植被覆盖的动态变化呈现了季节特征,虽然逐季节NDVI均呈现上升趋势,但变化幅度及特征各不相同。其中春季NDVI上升趋势最为显著,冬季NDVI上升趋势相对最不显著,以生长季提前为主要特征。在空间方面,近14a各季节气温和降水的变化趋势存在明显差异。针对四季气温的空间特征来看,西南地区温度的季节变化主要以变暖为主要特征,降水季节以大部分地区减少为主要特征。生长季提前为主的地区面积最大,春季和秋季两种增加形式为主的地区75%以上,说明生长季的提前和植被生长季的延长是近14a以来西南植被对全球变化响应的主要方式,同时生长季的提前是最主要的方式,该区接近一半的植被具有此特征。分别对7种植被类型的NDVI变化的季节差异进行了分析研究表明春季所有植被类型的平均NDVI都呈显著增加的变化趋势,同时除农林交错植被以外增加速率均大于其他季节,表明14a来全球变化对西南大部分植被的影响主要是植被生长季的提前。(4)该区大多数植被的生长与5—9个月尺度的SPI有很好的相关性(r>0.50),草原在较长时间尺度上(9—12个月)相关性较好,植被生长的变化不仅由当年降水决定还与上一年的降水有关。不同植被类型的生长对干旱的响应存在差异,阔叶林相关性最好,r=0.60–0.70。针叶林次之,r=0.50–0.60。草原最小r=0.20–0.35。树种对干旱响应的变化表明应对干旱的措施和功能阈值。相比抗旱较弱的阔叶林,耐旱的针叶林相关性较低,可能与其具有更好的、更深的储水系统有关,这能够缓解树木生长对短期的水资源短缺的负面影响。研究结果表明,草原对干旱的响应有更高的生长可塑性等,其与其他植被类型相比,较低的相关性表明其对水分限制有更好的抵抗性。同时,农林交错植被也容易受到干旱的影响。本次研究中西南地区植被的生长对干旱的最好相应是春末季节和夏季月份,这表明该区植被的生长取决于春季和夏季累计水分亏缺。同时研究发现在该地区植被生长和干旱的相关性在小于6个月尺度上较低,说明该区的植被对短期干旱有适应能力。
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