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地表植被是全球气候变化的敏感指示剂,通过参与陆地和大气间能量、水分及碳交换,深刻影响生态系统的稳定性。气候因子强烈地影响着植被物候(植物生长过程的特定季节节点)。物候变化也广泛地影响陆地生态系统和人类社会,如改变全球碳、水和氮循环,物种交换,作物产量和疾病分布等。遥感技术的发展打破了传统物候观测的时空局限性,为大范围植物物候监测提供了新的技术手段。我国新疆属典型的温带大陆性干旱气候,生态环境极为脆弱,植被对环境变化的响应较敏感。由于其特殊的地理位置,区域内生态系统的稳定性对我国乃至中亚生态系统的稳定性起着至关重要的作用。本研究主要运用遥感和GIS技术,基于8d合成的MODIS MOD09A1反射率产品数据,采用Logistic函数拟合法和曲率极值法相结合的方法提取了2001-2015年新疆典型植被的生长季开始时间(Start Time of Growing Season,SOS)、结束时间(End Time of Growing Season,EOS);分析了15年间新疆典型植被物候的时空变化特征;结合2001-2014年新疆地区的气温和降水数据,探讨了新疆典型植被物候变化对气温和降水变化的敏感性,揭示了新疆典型植被对区域气温和降水变化的响应方式和反馈机制。主要研究结论包括: (1)植被NDVI时空变化特征 2001-2015年新疆典型植被的平均归一化植被指数(Normalized Vegetation Index,NDVI)分布具有显著的地带性差异。南部昆仑山地区植被NDVI较小,天山及阿尔泰山两处山地的森林NDVI较大。南部昆仑山地区植被NDVI变化幅度较小,天山山脉西段部分草地、天山以北准噶尔盆地以南的部分农田以及塔城地区的部分农田NDVI变化幅度较大。2001-2015年新疆各植被NDVI时间变化特征均不显著且变化趋势不一致。其中,农田NDVI随时间变化呈增加趋势,混交林、落叶针叶林、灌木和草地NDVI随时间变化呈减小趋势,常绿针叶林和落叶阔叶林NDVI的时间变化趋势极不显著。 (2)植被物候的遥感监测 基于遥感提取的植被物候期与观测统计值的误差普遍小于16d。其中,57%植被SOS的提取误差绝对值小于8d;93%植被SOS的提取误差绝对值小于16d;平均误差为8.2d;RMSE为10.2d;r值为0.69(p<0.001)。62%植被EOS的提取误差绝对值小于8d;91%植被EOS的提取误差绝对值小于16d;平均误差为8.1d;RMSE为10.4d;r值为0.59(p<0.001)。 (3)植被物候时空变化特征 2001-2015年新疆典型植被平均物候期的空间分布具有显著的地域特征。植被SOS总体表现为从南向北延迟的趋势,植被EOS总体表现为从南向北提前的趋势且与植被SOS的空间分布相对应,植被生长季长度(Length of Growing Season,LOS)总体表现为从南向北缩短的趋势且与植被SOS及植被EOS的空间分布相对应;15年间新疆典型植被SOS和EOS年际波动情况较小,植被LOS年际波动情况略大于植被SOS和EOS年际波动情况。 2001-2015年新疆除农田外其他植被的SOS时间变化特征均呈现提前趋势,其中,灌木SOS的提前趋势最大,提前程度为0.71d/yr(R2=0.12,p=0.21),农田SOS呈延迟趋势,延迟程度为0.47d/yr(R2=0.30,p=0.04)。不同类型植被的EOS时间变化特征不一致,常绿针叶林、落叶阔叶林、混交林及农田呈提前趋势,落叶针叶林、灌木及草地呈延迟趋势。其中,农田的提前趋势最明显,为0.39d/yr(R2=0.34,p=0.02),草地的延迟趋势最大,为0.39d/yr(R2=0.17,p=0.13)。除农田其他植被的LOS均呈延迟趋势,其中,灌木的延迟趋势最大,为0.97d/yr(R2=0.13,p=0.19),而农田的提前趋势为0.86d/yr(R2=0.46,p=0.006)。 (4)植被物候对气温和降水的响应 2001-2014年新疆典型植被SOS与预生长季(上年11月-当年4月)平均气温总体呈负相关关系(78.5%),21.4%呈正相关关系;植被SOS与预生长季累积降水普遍呈正相关关系(75.8%),24.0%呈负相关关系。2001-2014年预生长季(当年5月-当年10月)平均气温对典型植被EOS的影响不一致,二者45.5%呈负相关,54.2%呈正相关;降水变化对EOS变化的影响也不一致,二者45.1%呈负相关,54.5%呈正相关。