中国北方地区植被覆盖时空变化特征及对气候因子和干旱的响应

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在气候变化和人类活动的共同影响下,全球的植被覆盖状况逐年发生变化。相较于植被覆盖良好的中国南方地区,中国北方地区的植被更易受到气候变化的影响。本文基于1982-2015年间的GIMMS NDVI 3g数据和中国北方地区及周边的342个气象站点的气温和降水数据,并结合标准化降水蒸散指数SPEI,通过空间分析方法研究了中国北方地区的气候因子和干旱的时空变化特征、植被NDVI值的时空变化特征以及植被覆盖对气候变化的响应。本研究得出的主要结果有:(1)研究区只有新疆天山地区在研究时间段内出现了不显著的气温逐年降低的情况,其他地区年均气温均表现出逐年上升的情况,年均气温上升的速率约为0.2℃-0.6℃/10a。研究区的降水呈现出西北地区匮乏,东南地区充沛的空间分布特征,在本文所研究的34年间研究区年降水量的变化速率为-0.52mm/10a,且存在着季节差异,除了夏季降水量逐年减少外,其他季节降水量均呈现逐年增加的趋势,但变化均不显著(P>0.05)。通过对研究区SPEI时间变化分析可得出,研究区的干湿变化主要分为两个时间段,第一个阶段为1982-1996年,这个阶段SPEI的均值为0.32,SPEI的变化率为-0.01/10a,呈现出逐渐由湿润向干旱的转变,第二个阶段为1997-2015年,这个阶段SPEI均值为-0.23,SPEI的变化率为0.22/10a,呈现出由干旱逐渐向湿润的过渡,干旱的情况有所缓解。(2)中国北方地区植被NDVI呈现波动上升的趋势,增速为0.004/10a,变化显著(P<0.01)。通过对年均植被NDVI值变化的M-K检验结果分析,可将研究区植被NDVI值的变化分为4个不同的阶段:1982-1989年呈上升趋势,NDVI变化率为0.0111/10a(P<0.05),这个阶段植被覆盖情况改善的地区主要分布在华北平原、辽河平原和大兴安岭北部地区;1989-2000年呈上升趋势,NDVI变化率为0.0016/10a(P>0.05),在这个阶段内研究区植被改善和退化的地区交错存在,植被覆盖改善和退化的程度均不明显;2000-2006年呈下降趋势,NDVI变化率为-0.0010/10a(P>0.05),这个阶段内研究区植被呈现出退化的趋势,出现严重退化的地区主要分布在长白山地区、小兴安岭、大兴安岭北部地区和新疆天山地区;2006-2015年呈极显著上升趋势,NDVI变化率为0.0018/10a(P<0.01),在这个阶段内研究区植被覆盖又呈现出逐渐恢复的状况,植被覆盖出现明显改善的地区主要位于黄土高原地区和内蒙古高原东部地区。(3)研究区植被NDVI值受到气温和降水的协同影响,植被NDVI值与气温和降水呈正相关的面积远大于与呈负相关的面积。植被NDVI值与SPEI-12和SPEI-24的相关系数分布大致相同,也就说,北方大部分地区的植被对上一年周期的降水响应明显。天然草地植被对SPEI-12的相关性较高,说明草地植被的生长状况是由生长季前12个月的积累降水驱动的。天然林地植被对SPEI-24的相关性较高,说明更长时间周期内的降水状况更能影响到林区植被的生长状态。在植被NDVI值与较短时间尺度SPEI-3的响应中发现,春季农作物对SPEI-3的响应更显著,夏季草地植被对SPEI-3的响应更显著。
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