【摘 要】
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为了科学评价气候变化和退耕还林还草背景下黄土高原林草措施的可持续性,开展黄土高原蒸散发（Evapotranspiration,ET）与植被变化响应关系研究,提出能够维持黄土高原植被可持续性演替的植被恢复阈值与恢复潜力对未来黄土高原植被生态建设具有重要的现实意义。本文基于1960-2018年实测水文气象要素数据、2000-2018年MOD13 A1 EVI、GRACE和PML＿V2 ET遥感产品,利
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为了科学评价气候变化和退耕还林还草背景下黄土高原林草措施的可持续性,开展黄土高原蒸散发（Evapotranspiration,ET）与植被变化响应关系研究,提出能够维持黄土高原植被可持续性演替的植被恢复阈值与恢复潜力对未来黄土高原植被生态建设具有重要的现实意义。本文基于1960-2018年实测水文气象要素数据、2000-2018年MOD13 A1 EVI、GRACE和PML＿V2 ET遥感产品,利用Slope趋势分析和F检验法阐明了黄土高原地区植被变化和蒸散发变化时空变化特征;并用相关分析法和残差法探明了气象因子与人类活动对植被变化的影响,以及气象因子和下垫面变化对蒸散发的影响作用;基于水量平衡原理与多元逐步回归法构建了蒸散发与增强型植被指数（Enhanced Vegetation Index,EVI）的最优响应关系模型,定量估算了不同降雨情景下黄土高原林草植被覆盖度恢复阈值与恢复潜力。主要研究结果如下:（1）2000-2018年黄土高原EVI时空变化显著,对气象要素响应敏感。黄土高原多年平均EVI为0.17,呈东南向西北递减的空间分布格局。2000-2018年植被EVI呈显著增加趋势,年际增长速率为0.0024/a,86.96%的区域EVI呈显著增长（P＜0.05）,增长较快的区域主要分布在黄土高原东南部。不同季节年均EVI表现为夏季＞秋季＞春季＞冬季,增长速率为夏季（0.0046/a）＞秋季（0.0024/a）＞春季（0.0013/a）＞冬季（0.0012/a）。不同土地利用类型EVI表现为森林＞农田＞灌草,且不同季节年际增长速率存在显著差异。2000-2018年黄土高原降雨、温度、日照时数、饱和水汽压差呈现增加趋势,且均与植被呈现正相关;相关系数分别为降雨（0.28）＞温度（0.25）＞饱和水汽压差（0.13）＞日照时数（0.04）;人类活动对植被EVI变化的平均影响为0.0011/a。（2）PML＿V2 ET产品基于Flux通量站点观测值与水量平衡公式验证的误差分别为4.5 mm/8d、34.3 mm/a,产品精度优于MOD16 A2 GF ET。2000-2018年黄土高原ET时空变化显著,受到植被和气象要素的共同作用。黄土高原多年平均蒸散发为445.36 mm,呈现由东南向西北递减的空间分布格局。2000-2018年ET呈显著增加趋势,年际增长速率为4.47 mm/a,62.76%的区域ET呈显著增长（P＜0.05）。不同季节年均ET表现为夏季＞春季＞秋季＞冬季,变化速率为夏季（2.37 mm/a）＞春季（1.65 mm/a）＞秋季（0.70 mm/a）＞冬季（-0.35 mm/a）。植被、降水、温度、饱和水汽压差与蒸散发呈现正相关,而日照时数与蒸散发呈现负相关,相关系数分别为0.54、0.30、0.20、0.05和-0.09,非植被下垫面（水土保持工程措施）对黄土高原蒸散发增加产生促进作用,为0.43 mm/a。（3）黄土高原蒸散发与植被响应关系具有明显的空间分异性。黄土高原蒸散发与植被的响应关系形式分为:仅EVI与ET相关;EVI和EVI×Cj（气象因子）与ET相关;EVI和EVI~2与ET相关;EVI、EVI~2和EVI×Cj均与ET相关,分别占黄土高原面积的36.45%、24.33%、24.34%、14.88%。模型R~2大小为0.66,73.35%的区域通过显著性检验（P＜0.05）;平均RMSE均为44.5 mm。（4）黄土高原林草植被覆盖度恢复阈值与恢复潜力对降水变化敏感。丰、平、枯水年黄土高原林草植被覆盖度平均恢复阈值分别为71.5%±5.7%、55.6%±5.7%和22.4%±5.7%;平均恢复潜力分别为9.4%±5.7%、-6.4%±5.7%和-39.7%±5.7%。（5）黄土高原林草植被覆盖度恢复潜力与干旱指数的变化紧密相关,存在明显的空间异质性。丰、枯水年情景下,林草植被覆盖度恢复潜力均随着干旱指数增加分别呈先增加后减少、先减少后增加的变化趋势,而在平水年情景下则随着干旱指数增加呈缓慢下降趋势。不同降水情景下,干旱指数2.5-4区间的林草植被覆盖度恢复潜力变化最为剧烈。不同林草植被类型的恢复潜力为:灌草＞森林。
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