中国北方不同类型植被对干旱的响应及未来植被覆盖度变化趋势研究

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植被是连接水分、大气和土壤的重要纽带,容易受到水分亏缺条件的影响,因此,植被生长是生态系统变化的重要指标。中国北方主要为干旱和半干旱气候类型,干旱频率较高,干旱程度较大,同时在全球变暖的背景下,北方地区未来水分条件随气候变化容易发生较大改变。因此,分析干旱对中国北方植被的影响规律,并基于未来气候变化条件下,准确预测未来植被动态变化特征对了解未来植被的特点具有重要的意义。本研究采用降水和参考作物蒸散量指标描述气候变化,采用标准化降水量蒸散指数(SPEI)描述气象干旱变化,采用归一化植被指数(NDVI)描述植被动态变化。在此基础上,分析了1982-2015年植被动态变化特征;研究了不同季节的植被对气象干旱变化的响应规律以及植被变化与降水和参考作物蒸散量的相关关系;通过历史气象和植被数据资料构建植被预测模型,预测了未来2020-2100年在RCP 4.5和RCP 8.5两种温室气体排放情景下的植被动态变化特征。主要结论如下:(1)中国东北地区不同月份的植被覆盖变化较大,夏季植被覆盖度较高,冬季植被覆盖度较低。华北地区不同年份的植被覆盖变化较大;西北地区植被覆盖变化较小。人类活动对植被动态有影响,从1982-2015年中国北方的植被类型转变的面积占总面积3.21%。(2)在生长季,寒温带针叶林和落叶阔叶混交林区域的植被与气象干旱普遍呈现负相关关系,暖温带落叶阔叶林、温带草原和温带荒漠区域的植被与气象干旱普遍呈现正相关关系。中国北方的植被普遍与降水在春季和夏季呈现正相关的关系,在秋季呈现负相关关系。不同季节的植被与参考作物蒸散量均呈现正相关的关系,且春季和夏季的相关程度较大。(3)覆盖程度较高的林地植被对干旱变化呈现负相关,草地和农田植被对干旱变化呈现弱负相关。植被覆盖程度高和植被类型较丰富地区的植被对干旱变化的抵抗能力较强。通过多元回归方程构建的植被动态预测模型可以较为准确的预测植被动态变化,模型评价参数在不同季节的决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和标准均方根误差(NRMSE)的均值分别为0.77、0.04和11.05%。(4)在RCP 4.5和8.5情景下,降水量和参考作物蒸散量均增加且RCP 8.5情景增加量大于RCP 4.5情景,在中国北方来普生长季的植被覆盖程度未遍增加,且RCP8.5情境下的植被覆盖增加程度大于RCP 4.5情景。未来春季东北平原和华北平原的植被覆盖将出现降低,而东北和华北平原植被主要以农田植被为主,因此未来春季的水分条件可能影响作物产量。未来寒温带针叶林、落叶阔叶混交林和暖温带落叶阔叶林区域的植被覆盖增加程度较大,温带草原和温带荒漠区域的植被覆盖增加程度较小。
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