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2001-2019年长江中下游农业干旱遥感监测及植被敏感性分析

武汉大学学报（信息科学版） 2022年第8期47卷 1245-1256,1270页

作者：尹国应张洪艳张良培武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079 地球空间信息技术协同创新中心湖北武汉430079

长江中下游地区是中国最重要的粮食产区之一,近年来,由于极端天气影响,长江中下游地区的农业生产时常受到干旱灾害威胁。利用植被条件指数(vegetation condition index, VCI)、温度条件指数(temperature condition index, TCI)及植被健... 详细信息

长江中下游地区是中国最重要的粮食产区之一,近年来,由于极端天气影响,长江中下游地区的农业生产时常受到干旱灾害威胁。利用植被条件指数(vegetation condition index, VCI)、温度条件指数(temperature condition index, TCI)及植被健康指数(vegetation health index, VHI)对2001-2019年长江中下游地区农业干旱的时空演变情况进行监测,探究长江中下游地区VCI、TCI在VHI指数中的最优权重比例,挖掘不同植被对干旱的敏感性差异,同时基于气候变化背景分析长江中下游六省一市的干旱趋势。结果表明,VCI和TCI指数能够分别反映地区植被生长异常和热量异常;当VCI和TCI的权重分配比为7∶3时,VHI指数能够结合两种指数的特点,在长江中下游地区农业干旱监测上更有优势;不同植被对干旱的敏感性不同,在长江中下游地区,农作物对干旱的敏感性最高,森林最低,草地介于二者之间;在气候变化背景下,近20年来,长江中下游地区呈现逐渐湿润的趋势,干旱风险逐步降低,其中湖北、湖南、安徽、江西和浙江等地湿润趋势明显,而江苏和上海地区湿润趋势较弱,在极端气候下仍存在一定的干旱风险。相关结果能够为长江中下游地区各省市旱情预警及抗旱措施制定、区域农业生产管理提供参考。

关键词：农业干旱监测植被条件指数温度条件指数植被健康指数植被敏感性气候变化长江中下游地区

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秦巴山区主要生物气候指标的时空格局与植被敏感性

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自然保护地 2023年第2期3卷 90-103页

作者：李想徐晓明张芳张雪芹中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟院重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

秦巴山区地处我国南北气候过渡带,是气候变化的敏感区和生态环境的脆弱区,也是全球变暖背景下研究植被对气候响应的热点区域。本文选取89个气象站点的观测数据和植被遥感数据作为研究对象,给出1982—2015年秦巴山区年均温、年降水量、... 详细信息

秦巴山区地处我国南北气候过渡带,是气候变化的敏感区和生态环境的脆弱区,也是全球变暖背景下研究植被对气候响应的热点区域。本文选取89个气象站点的观测数据和植被遥感数据作为研究对象,给出1982—2015年秦巴山区年均温、年降水量、积温等10个生物气候指标的时空格局,并基于地理探测器和相关分析探讨了植被对生物气候指标的敏感性。秦巴山区生物气候指标的时空分布特征包括:1)山区年均温由东南向西北递减,年降水量由南向北递减,两者均由低海拔向高海拔递减;2)积温、积温日数和温暖指数的分布表明,山区东部热量条件最优、西部较差,最暖月均温分布格局与温暖指数高度一致;3)山区干燥度由南向北递增,干旱频率由西向东递增;4)生物气候指标随时间变化的特征为热量条件显著改善,水分条件不显著地改善,水热组合条件有变干旱的趋势,区域干旱频率增加。生物气候指标的变化影响了山区的植被覆盖。一方面,反映高温或热量总量的指标和干旱频率对植被分布的解释力较高;另一方面,植被与积温的相关性最显著,大部分站点的植被变化受热量指标影响,水分和水热组合指标主导低纬度地区植被变化。研究结果可为我国南北过渡带的植被变化预估和生态可持续性保护提供理论支撑。

关键词：生物气候指标气候变化归一化植被指数植被敏感性地理探测器秦巴山区

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中国植被对气候变化的敏感性定量分析

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生态学报 2025年第5期45卷 2412-2423页

作者：张韬略姜亮亮刘冰刘睿肖作林刘文利重庆师范大学地理与旅游学院重庆401331 重庆师范大学化学学院重庆401331 地理信息系统应用研究重庆市高校重点实验室重庆401331

随着全球气候变化日益加剧,极端气候频发,严重威胁着植被稳定性。目前,植被敏感性研究通常以定性研究为主,且常常忽略了气候变化对植被的累积滞后效应。因此,考虑气候变化对植被的累积滞后效应下,定量分析植被对气候变化的敏感性,旨在... 详细信息

随着全球气候变化日益加剧,极端气候频发,严重威胁着植被稳定性。目前,植被敏感性研究通常以定性研究为主,且常常忽略了气候变化对植被的累积滞后效应。因此,考虑气候变化对植被的累积滞后效应下,定量分析植被对气候变化的敏感性,旨在为预防区域植被退化提供理论支撑。利用AVHRR NDVI3g数据、ERA5-Land数据,运用自回归模型方法,考虑气候对植被的累积滞后效应,计算植被对气候变化的敏感性,并探讨中国植被对气候变化的敏感性时空变化特征。研究表明,不同气候区气候因子(降水、太阳辐射、气温)对植被的累积滞后影响存在差异。在湿润区,因降水充沛,降水对植被的累积滞后时效长达3个月,而在半干旱区,由于降水较少,降水对植被的累积滞后时效缩减到1个月。中国大部分植被受太阳辐射的累积滞后影响时效为2到3个月,而南方湿润区森林受气温的累积滞后时效为3个月,半干旱区草地受气温的累积滞后时效仅为1个月,而东北森林和华中耕地受气温的累积滞后时效为当月。中国92.60%的植被敏感性较低,对外界干扰具有一定的抵抗力。然而,7.40%的植被敏感性极高,主要分布在华东湿润区和东北半湿润区,这些地区植被生长易受气候变化影响,面临着较大的退化风险,均被视为生态脆弱区。在空间上,华东湿润区的耕地敏感性常年较高,而半干旱区的植被敏感性随季节波动变化明显,在春季的敏感性最大。季节尺度上,在春季,西藏、内蒙古高原北部等地区的草地敏感性指数达到最大值,而在夏季,植被敏感性较高地区主要集中在华中湿润区耕地,中国植被的敏感性强弱在空间分布上具有明显的异质性。因此,定量分析植被对气候变化的敏感性,有利于为中国生态环境保护以及减缓气候变化不利影响等决策提供科学依据。

关键词：植被敏感性气候变化累积滞后效应中国

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中亚不同植被生产力对干旱事件的敏感性

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生态学报 2024年第24期44卷 11331-11346页

作者：吴光明姜亮亮刘文利李奇锦重庆师范大学地理与旅游学院重庆401331 重庆师范大学地理信息系统应用研究重庆市高校重点实验室重庆401331

在全球变暖背景下,干旱事件频发。亚洲中部干旱区的干旱事件频发引起植被退化问题日益严重,对实现联合国土地退化“零增长”目标构成了严峻挑战。然而,中亚植被生产力对干旱事件敏感性仍缺乏了解。基于此,使用土地利用数据、ERA5-Land... 详细信息

在全球变暖背景下,干旱事件频发。亚洲中部干旱区的干旱事件频发引起植被退化问题日益严重,对实现联合国土地退化“零增长”目标构成了严峻挑战。然而,中亚植被生产力对干旱事件敏感性仍缺乏了解。基于此,使用土地利用数据、ERA5-Land和干燥指数等数据,利用游程理论、敏感性计算以及提升回归树(BRT)模型等方法,研究中亚植被生产力对干旱事件的敏感性,揭示了SPEI3—12间干旱事件的基本特征以及干旱事件期间植被异常的时空变化,使用BRT模型量化了干旱基本特征对植被敏感性的相对重要性。研究结果表明:(1)随时间尺度增加,除干旱间隔和干旱次数减少外,其他干旱特征均逐渐增加,尤其在半干旱、半湿润地区发生了更频繁,严重程度更高的干旱事件,干旱严重度在SPEI12时高达25.11;(2)随时间尺度变化,植被初级生产力(GPP)异常值在SPEI12时低至-30,其中在半干旱、半湿润地区的哈萨克斯坦西部、中亚中东部及南部土库曼斯坦东部,受影响更明显。而GPP异常值在箱型图SPEI3—12间存在差异,耕地出现异常负值中位数最低值,稀疏植被GPP异常值波动变化最大;(3)不同植被对干旱事件的敏感性随时间尺度增加而逐渐减少,在中亚半干旱和半湿润地区,尤其是耕地和稀疏植被表现出更高的敏感性。BRT模型表明,干旱严重程度是影响植被变化最重要因素,在模型中,草地和林地对SPEI3—12间干旱严重度的敏感性均值分别达到37.41%和31.70%。因此,了解植被生产力对干旱事件的敏感性,尤其在生态脆弱地区,将有助于为植被退化的防治提供决策参考。

关键词：植被敏感性干旱事件不同植被类型游程理论中亚

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1982-2015年中国植被覆盖变化及其对气候变化的敏感性分析

1982-2015年中国植被覆盖变化及其对气候变化的敏感性分析

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作者：姜萍兰州大学

学位级别：博士

全球气候变暖已对人类社会、经济以及生态系统造成了巨大威胁。作为陆地生态系统的主体,植被具有调节全球碳平衡、涵养水源、保持水土、调节气候等功能,是全球气候和陆地生态环境变化的指示器。但在气候变化的持续冲击以及不断加剧的人... 详细信息

全球气候变暖已对人类社会、经济以及生态系统造成了巨大威胁。作为陆地生态系统的主体,植被具有调节全球碳平衡、涵养水源、保持水土、调节气候等功能,是全球气候和陆地生态环境变化的指示器。但在气候变化的持续冲击以及不断加剧的人类活动等多重影响下,中国陆地植被的覆盖状况已经发生了显著而又复杂的变化。因此,研究中国植被变化过程及其与气候变化和人类活动等外界干扰的响应关系具有重要意义。然而,以往研究在深入了解我国植被覆盖演变过程、植被覆盖变化的归因分析,以及评估植被对短期气候异常的响应敏感性等方面还存在不足或缺失。鉴于此,本研究基于归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）数据、气象数据、土地覆盖/利用数据以及DEM等多源资料,采用变化趋势分析、BFAST断点检测算法、植被敏感性指数（Vegetation Sensitivity Index,VSI）计算模型、移动窗口等方法,从不同时空尺度研究1982～2015年中国气候、植被覆盖的变化特征,提取并探讨植被覆盖变化的突变特征,揭示植被对月尺度气候变化的敏感性及其年际变化规律,并量化分析植被敏感性变化的气候驱动力及其演变特征,从动态角度揭示我国植被覆盖变化的影响机制,并定性地探讨人类活动在其中发挥的作用。本研究所取得的主要结果如下:（1）1982～2015年中国年均气温呈显著增加趋势,增温趋势率为0.291℃/10a（p<0.01）;降水量年际间波动较大但整体变化趋势不显著;地面辐射量呈现出先降后增的阶段性变化,与“全球变暗”和“全球变亮”现象相一致。其中,气温、辐射量在1990～2000年间波动最为剧烈。中国气候变化的区域差异明显,增温幅度在干旱区最大、湿润区最小;降水量仅在干旱区呈现增势;辐射量在各气候区中均表现出明显的阶段性变化。空间上来看,气温呈东南热西北冷的纬向地带性分布,同时表现出自东南向西北升温加速的变化趋势,西北地区温度上升趋势最大;降水量大体上呈现东南高、西北低的分布特点,但整体变化趋势并不显著;辐射量具有西高东低的分布格局,且大部分地区地面总辐射量显著增加,尤以青藏高原地区增幅最大。（2）与SPOT-VGT NDVI数据的一致性对比分析表明,GIMMS NDVI3g数据在开展中国植被覆盖的长期演变过程分析中具有较高的适用性。基于GIMMS NDVI3g数据的分析表明,1982～2015年中国陆地植被覆盖呈持续增加趋势,增加速率为0.7×10-3/a,但变化速率因植被类型不同而存在差异。整体上,中国植被NDVI呈现东南高、西北低的空间分布格局。中国约67.9%的植被NDVI呈现增加趋势,其中增势显著的植被面积占比达37.0%（极显著增加占27.1%、显著增加占9.9%）,主要分布于黄土高原地区以及中南部的大部分区域;中国32.1%的植被区域NDVI有所下降,且多集中在北方高纬度山区和青藏高原东北缘等地区。各植被类型中,农作物NDVI的增加趋势最为突出,草地、灌木与针叶林其次;各气候区中,NDVI变化强度的排序为半干旱区>湿润区>干旱区>半湿润区,表明植被覆盖状况的变化与植被类型及区域气候条件密切相关。（3）基于BFAST断点检测算法的研究证实了中国植被NDVI时序变化中突变性的存在,但不同区域NDVI发生突变的可能性不尽相同。中国78.7%的植被经历过较为剧烈、显著的变化,其中以黄土高原为主的西北、华北等地区植被发生突变的频率更高,青藏高原西部及黄河流域次之,而华南地区NDVI变化趋势最为稳定和持续。对断点发生时间、类型和显著性的检测表明,1999～2000年是中国NDVI时序出现突变的高发期,且突变主要发生在华北、西北和西南等地区,这也与我国大规模生态工程实施的时期与范围相吻合;断点类型以由增转减（33.1%）和呈负中断的增势（32%）为主,二者大致分别分布在胡焕庸线的西、东两侧;2000～2012年间,NDVI呈正向趋势转变的比例由66.5%降至53.5%。分区统计表明,草地、耕地中NDVI发生突变的概率更高,森林的稳定性最高,但不同地区NDVI发生突变的植被主体存在差异,如东部平原地区中NDVI突变主要来自于耕地植被,而华北、西北和西南地区则来自于草地植被。突变类型分析表明,农耕植被主要呈现稳定增加的单调趋势变化,但39.4%的草地出现长势逆转。基于稳定、非稳定植被类型的分区统计表明,不稳定植被NDVI时序发生短时、大幅变化的可能性高于稳定植被类型,但2000年后稳定植被中断点发生率在大幅增加,而不稳定植被中断点数量的增速持续减缓。（4）中国植被对短期气候变化的敏感性具有明显的空间异质性,西南地区大部、中南地区局部以及部分高海拔山区植被敏感性较高,而西北和华北地区大部、西南地区西部等地区敏感性较低。植被敏感性

关键词：中国植被覆盖 NDVI 气候变化断点检测植被敏感性演变规律

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CMIP6模式关于中国叶面积指数对温度和降水变化敏感性的模拟能力评估

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大气科学 2024年第5期48卷 1961-1977页

作者：王丹云曾晓东宋翔中国科学院大气物理研究所国际气候与环境科学中心北京100029 天津市气象灾害防御技术中心天津300074 中国科学院大学北京100049 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044

评估地球系统模式对气候和植被的模拟能力是利用地球系统模式研究植被对气候变化响应的基础。基于观测和遥感数据,本文评估了第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中18个全球耦合模式对中国生长季温度、降水和叶面积指数(Leaf Area Index,... 详细信息

评估地球系统模式对气候和植被的模拟能力是利用地球系统模式研究植被对气候变化响应的基础。基于观测和遥感数据,本文评估了第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中18个全球耦合模式对中国生长季温度、降水和叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)的模拟性能。我们基于多元线性回归模型定量了植被对温度、降水的敏感性,对CMIP6模式关于植被敏感性的模拟能力进行定量评估。研究结果表明:(1)大部分模式可较好地模拟生长季温度、降水和LAI的气候态空间分布特征,但普遍高估全国平均LAI,且各模式对气候和植被变化趋势的模拟结果存在较大偏差;(2)与观测数据相比,模式关于LAI对温度和降水的敏感性符号模拟能力均表现出对正值区的模拟优于对负值区的模拟,并且典型脆弱区植被敏感性大于中国区域植被敏感性,模式对植被敏感性幅度及其与气候场对应关系的模拟方面存在较大偏差;(3)基于模式在生长季的温度、降水、LAI及其敏感性方面的综合排名,四个模拟性能最佳的模式分别为CanESM5–CanOE、INM–CM5–0、IPSL–CM6–LR和MPI–ESM1–2–LR。

关键词： CMIP6 温度降水叶面积指数植被敏感性历史模拟评估

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中国半湿润半干旱区全新世森林演化及其驱动因子

中国半湿润半干旱区全新世森林演化及其驱动因子

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作者：印轶北京大学

学位级别：博士

在全球气温升高和干旱趋势加剧的背景之下，正确理解和评估气候快速变化和长期变化对陆地生态系统的不同影响及陆地生态系统的相应反馈具有非常重要的理论和现实意义。现代生态学一般在几十年或更短的时间尺度上研究气候变化与植被动态... 详细信息

在全球气温升高和干旱趋势加剧的背景之下，正确理解和评估气候快速变化和长期变化对陆地生态系统的不同影响及陆地生态系统的相应反馈具有非常重要的理论和现实意义。现代生态学一般在几十年或更短的时间尺度上研究气候变化与植被动态的交互影响，然而由于木本植物较长的生活周期和固着的生活方式，几十年的时间尺度远短于森林的寿命和更新周期，难以讨论森林植被对气候变化响应的长期累积效应。湖泊沉积序列提供了较为稳定和连续的过去环境变化信息，对于揭示长时间尺度下气候-植被-土壤系统的交互作用和植被响应气候变化的时滞等问题有着独特的优势。　　本文选择中国北方半湿润-半干旱区为主要研究区，探讨全新世以来该区域植被对气候变化的响应过程和特点。森林草原交错带穿越这一气候过渡区域，处于太平洋季风的尾闾区，降水量在400mm左右波动，接近森林分布的干旱极限;这一区域是我国防风治沙和未来造林的重点区域，研究长时间尺度森林植被演化和土壤性状对气候变化的响应特点对于制定合理的植被恢复对策有着较为重要的参考价值。　　本文基于干湿过渡地带四个高分辨率湖泊沉积剖面和搜集整理的区域剖面孢粉数据库，在下述三个层面上探讨了全新世森林植被对气候变化的响应特点:在流域尺度上，基于湖泊沉积物的多种代用指标分析了地带性的陆生植被与非地带性的水生和湿地植被对气候变化的不同响应特点;在区域尺度上，综合多剖面孢粉数据、结合遥感植被指数，分析了过去森林覆盖度变化对气候变化的响应特点和可能存在的反馈;在生物群区水平上，运用多剖面孢粉数据和其它独立古气候指标，讨论中国北方主要树种在不同生境下对气候变化响应的模式和敏感性差异，分析生物和非生物因子对植被-气候响应关系的影响。　　主要结论如下:　　1.湖泊水文条件和湿地植被对中全新世极端干旱事件的响应快速而剧烈，表现为受阈值控制的非线性响应，而地带性的陆生植被由于地形和土壤的缓冲作用对极端事件表现出了较强的抵抗性和稳定性;粒度指标较好地指示了干旱事件触发的局地风沙活化过程，土壤粗化和风沙活动强度比区域植被类型变化表现出了更强的不可逆性。　　2.基于15个高年代分辨率剖面重建的全新世中国北方半湿润半干旱区森林覆盖度的变化表明，该区域自全新世初期(～12kaBP)到6.1kaBP，树木覆盖度持续增加，而在6.1kaBP之后显著下降。千年尺度上，研究区森林覆盖度的变化主要受东亚季风强度影响下的降水量变化控制。同时，重建结果与模型结果对照表明，森林覆盖变化对气候特别是温度变化，可能具有反馈作用，森林衰退产生的降温效应可能促使了中国南方和北方全新世以来温度的不均匀变化。　　3.在温带半湿润半干旱区域，植被对气候因子的响应可能是受阈值控制的:在全新世上半段(12-5kaBP)，植被演化的主要气候驱动是温度上升，而在全新世中晚期(5kaBP至今），植被变化的主要气候驱动是降水减少。植被演化对长期气候变化趋势的响应具有一定的时滞，作为该区域顶极树种的松属和栎属响应时滞较长，而作为先锋树种的桦属对长期气候趋势变化响应不是非常显著，而草原植被响应较快，没有明显时滞。　　4.全新世以来，气候变化过程总体上控制着区域植被的变化，但其它因子也起着不可忽视的作用:生物和地形因子的影响，增加了区域植被适应气候变化的能力;土壤条件的影响，增加了植被响应气候变化的时滞和惯性，也造成了一定的不可逆影响;人为活动在一定程度上影响了晚全新世以来的植被格局;火干扰在本研究区对植被动态没有表现出显著的驱动作用，可能是由于纬度较高和雨热同期造成的。

关键词：森林草原交错带气候-植被-土壤系统植被敏感性半湿润半干旱区驱动因子

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中国北方沙区典型植物群落对气候波动的响应

中国北方沙区典型植物群落对气候波动的响应

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作者：朱娅坤北京林业大学

学位级别：硕士

气候变化正在广泛影响着全球的生态系统。对于荒漠生态系统来说，由于水分的限制，贫瘠的土壤和稀疏的植被等因素，可能使其对气候变化更为敏感，因此掌握气候变化对荒漠生态系统的影响是对沙区土地保护和植被重建的迫切需要。本研究以... 详细信息

气候变化正在广泛影响着全球的生态系统。对于荒漠生态系统来说，由于水分的限制，贫瘠的土壤和稀疏的植被等因素，可能使其对气候变化更为敏感，因此掌握气候变化对荒漠生态系统的影响是对沙区土地保护和植被重建的迫切需要。本研究以中国北方沙区不同气候区中的9种典型植物群落为研究对象，通过对1982～2015年的地面气象数据（气温和降水量）和遥感影像数据(NDVI)的分析，探讨了植物群落与气候要素之间的关系，并利用植被敏感性指数(vegetation sensitivity index，VSI)评估了不同植物群落对气候波动响应的差异。结果显示:\n (1)在1982～2015年间的生长季中，中国北方沙区的平均气温呈显著增加趋势，亚湿润干旱区的增加速率最大(0.036℃/yr)，极端干旱区最小(0.021℃/yr);就季节而言，春季气温增加速率最大，夏季次之，秋季最小。对于降水来说，年际变化和季节分配上都没有明显的变化趋势。在过去34年，亚湿润干旱和半干旱区的植物群落，相较于干旱区和极端干旱区，其NDVI年际变化趋势较为明显，且NDVI的增大主要体现在春季和夏季。\n (2)不同气候区的NDVI与气候要素的关系不同。植被生长季的NDVI与气温的正相关性，随气候干旱程度的增加而减弱。在亚湿润干旱区，NDVI与气温呈正相关的比例超过80％;在极端干旱区，正相关的比例仅50％。而不同气候区的NDVI与降水呈正相关的比例均较高（超过60％）。对于季节来说，NDVI与不同季节的气温关系不同，NDVI与春、秋季气温的相关性要强于夏季;在降水方面，春、夏、秋三个季节的降水与NDVI的关系都比较密切。另外，在NDVI与气温、降水的关系上，不同气候区的同种植物群落存在较大的差异，如榆树（Ulmus spp.）疏林、沙蒿(Artemisia desertorum)群落、红砂（Reaumuria songarica）群落。\n (3)不同植物群落对气候波动响应的敏感性不同。半干旱区的沙蒿群落、油蒿(Artemisia ordosica)群落以及干旱区的红砂群落、白梭梭（Haloxylon persicum）群落和梭梭（Haloxylon ammodendron）群落，其VSI相对较低，而亚湿润干旱区的樟子松(Pinus sylvestris ***)林、榆树疏林以及半干旱区的榆树疏林和锦鸡儿（Caragana spp.）灌丛，其VSI相对较高。从气温和降水对VSI的贡献来看，在大多数植物群落的VSI计算中，降水的贡献都大于气温的贡献。\n 本研究就荒漠生态系统中不同气候区不同植物群落对气候要素变化的响应进行了系统性的研究，并利用植被敏感性指数评价了不同植物群落对气候波动的响应。研究结果表明，1982～2015年，在气温增加趋势明显及降水没有明显趋势的气候变化背景下，不同气候区的NDVI趋势不同，且NDVI与气候要素的关系因气候区而异，相较于灌木和小灌木，乔木和大灌木对气候波动更为敏感。这些结果说明，在中国北方沙区，应该考虑和制定不同的植被保护策略，以阻止土地退化，东部沙区（呼伦贝尔、科尔沁和浑善达克沙地）的樟子松林和榆树疏林较容易受到气候波动的影响，在这些区域应当谨慎实施大面积的以乔木为主的生态恢复与重建工程。研究结果有助于理解气候波动对荒漠生态系统植被的影响，为气候变化下，预测未来荒漠生态系统的响应提供帮助。

关键词：荒漠生态系统植物群落气候波动植被敏感性

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干旱极限条件下温带森林对气候变化的敏感性

干旱极限条件下温带森林对气候变化的敏感性

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作者：何思源北京大学

学位级别：硕士

由于气候的干旱化，全球许多地区出现的森林的衰退。在温带森林分布的干旱极限，森林与草原交错分布，植被格局和动态对水分过程非常敏感。量化这种敏感性对于认识森林植被响应气候干旱化的机理以及模拟未来气候变化背景下森林的动态具... 详细信息

由于气候的干旱化，全球许多地区出现的森林的衰退。在温带森林分布的干旱极限，森林与草原交错分布，植被格局和动态对水分过程非常敏感。量化这种敏感性对于认识森林植被响应气候干旱化的机理以及模拟未来气候变化背景下森林的动态具有非常重要的意义。\n 本文分别从温带落叶阔叶林干旱林线树木个体、森林草原交错带森林群落以及温带森林和草原生物群区三个水平入手，探讨植物功能类型和生态系统对水分的时空变化的响应，试图揭示森林分布和生长对气候变化的敏感性，预测干旱林线未来可能的动态。\n 在个体水平上，干旱极限下树木高生长受到水分限制，不与径向增长同步进行，树高与水分利用效率(WUE)的关系表明矮化是为维持蒸腾需求并满足光合同化产物分配，达到水分有效利用。由于决定WUE的光合速率和蒸腾速率分别受到土壤湿度和空气湿度的影响，干旱林线形成的背景是区域水热组合。\n 在群落水平上，降水和植被类型影响土壤粒径，进而影响土壤水分的时空格局，决定了干旱林线的林草格局。阔叶林下细的土壤质地条件对水分的吸持和砂质土壤的水力特征有利于提高水分有效性。阔叶林下土壤水分的季节波动反映了森林生长前期土壤储水的主要作用。\n 在生物群区尺度上，森林和草原NDVI对季节性气候因子具有时空响应，用LPJ-DGVM动态植被模型模拟的森林分布格局和生产力对不同气候变化趋势下季节性气候因子的响应敏感性，以及对极端干旱的程度、频率和持续时间的响应特征结果表明，森林覆盖度和年净第一性生产力对生长前、中期气温和降水响应敏感，敏感性在气候暖干化方向，气候变化趋势剧烈以及气候变化程度大时更强，在降水和气温波动50％以上时敏感性趋同。当出现持续的干旱时，季节性干旱程度越大，植被生产力越低，夏季干旱的影响最严重；连季干旱的对生产力的影响大于单季干旱；干旱频率和持续时间主要对后期生产力的恢复产生影响，频率低、持续时间短的干旱事件后生产力恢复能力强，但这种恢复力会随时间而衰减。

关键词：干旱极限植被敏感性水分利用效率土壤含水量温带森林气候变化

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半湿润半干旱区全新世森林覆盖变化及其对气候变化的响应与反馈

半湿润半干旱区全新世森林覆盖变化及其对气候变化的响应与反馈

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中国地理学会2012年学术年会

作者：印轶刘鸿雁北京大学城市与环境学院生态学系

在全球气温升高和干旱趋势加剧的背景之下,正确理解和评估气候快速变化和长期变化对陆地生态系统的不同影响及陆地生态系统的相应反馈具有非常重要的理论和现实意义。现代生态学一般在几十年或更短的时间尺度上研究气候变化与植被动态... 详细信息

在全球气温升高和干旱趋势加剧的背景之下,正确理解和评估气候快速变化和长期变化对陆地生态系统的不同影响及陆地生态系统的相应反馈具有非常重要的理论和现实意义。现代生态学一般在几十年或更短的时间尺度上研究气候变化与植被动态的交互影响,然而由于木本植物较长的生活周期和固着的生活方式,几十年的时间尺度远短于森林的寿命和更新周期,难以讨论森林植被对气候变化响应的长期累积效应。湖泊沉积序列提供了较为稳定和连续的过去环境变化信息,对于揭示长时间尺度下气候-植被-土壤系统的交互作用和植被响应气候变化的时滞等问题有着独特的优势。中国北方半湿润-半干旱区处于太平洋季风的尾闾区,接近森林分布的干旱极限,对气候变化过程响应敏感。同时,这一区域是我国防风治沙和未来造林的重点区域,研究长时间尺度下森林植被演化和土壤性状对气候变化的响应特点对于制定合理的植被恢复对策有着较为重要的参考价值。本文首先运用多元线性回归、现代类比法和神经网络三种统计模型分别基于461个样点建立了现代表土花粉和遥感获取的森林覆盖度(tree cover,MODIS)之间的定量关系,经39个现代湖泊表层沉积物孢粉和对应样点森林覆盖度对相应模型进行检验之后,综合研究区内25个年代分辨率较高的沉积剖面孢粉数据,定量重建了中国北方半湿润半干旱区全新世以来的森林覆盖度变化。对区域平均森林覆盖度变化的分段线性回归表明,该区域森林覆盖自全新世初期(～12 ka BP)到早中期(6.1 kaBP)持续增加,而在6.1 ka BP之后显著下降。森林覆盖变化和其它独立古气候指标(石笋δ18O指示的古降水变化,以及多代用资料、多点集成全国古温度数据)的相关与偏相关分析表明,全新世早期研究区森林覆盖度变化的主要气候驱动是温度上升;而在全新世中晚期,森林覆盖度变化的主要气候驱动是降水减少。同时,中晚全新世北方显著大于南方的降温过程与这一幅度森林覆盖变化情景下大气环流-地表反馈动态模型(GCMs)中模拟的温度变化效应非常一致,表明森林覆盖变化对气候,特别是温度变化可能具有较强的反馈作用:森林衰退通过增加地表反照率和气溶胶浓度,产生一定的降温效应,平衡了碳动态的升温影响,并可能促使了晚全新世中国北方比南方更大的降温幅度。

关键词：气候变化全新世孢粉植被敏感性气候反馈

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