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全球变化已是不争的事实,气候的变化必定对陆地植被生长活动产生影响,植被生长活动的变化对全球能量流动和物质循环有反馈作用,而物候变化是植被生长活动状况的重要表征。中国北方草地资源丰富,是欧亚草原的重要组成部分,在北半球中高纬地区的水、热、碳循环研究中有着重要的科学地位,而且,中国北方草地植被物候的变化,对区域涵养水源、土壤保持、维护生物多样性和生态系统平衡等诸多方面有着重要意义。 论文基于不同来源的NDVI时间序列数据的空间一致性和时间相关性,对GIMMS NDVI和SPOT-VGT NDVI进行融合,根据目前常用的植被物候遥感提取方法,结合草地植被生长模型,基于NDVI累积时间曲线,构建了一种计算效率高、精度较好的草地植被物候反演模型——iNDVI-Logistic模型。利用该模型,本文提取了1982-2012年中国北方草地植被的三个关键物候期参数: Start ofSeason-SOS、End of Season-EOS和Length of Season-LOS,在此基础上,分析了草地植被物候的空间分布,并利用最小二乘算法,探讨草地植被关键物候期的时间变化;另外,论文基于近地面气象与环境要素再分析数据集—ITP,研究了中国北方草地区域气温、降水和太阳总辐射三个气候要素在31年间的时空格局。论文着重对草地植被物候期参数与气候变化关系的空间分异和时间差异做了详细阐述,从而明确了不同地区、不同时间段内影响草地植被生长的主要气候要素,为有针对性的制定草地植被保护政策和开展生态研究提供了理论前提。 本文的主要结论如下: 1.GIMMS NDVI和SPOT-VGT NDVI数据集具有很好的空间一致性和时间相关性,利用二者月NDVI最大值之间的线性关系,可以对这两种不同来源的NDVI数据集进行简单的转化,转化后的数据可以作为研究长时间植被物候特征的基础遥感数据集。 2.中国北方草地植被生长季开始日期具有明显的空间异质性,从南向北逐渐延后,但主要集中在120-150天之间;生长季结束日期主要集中在250-280天之间,存在从南向北逐渐延后的空间变化规律;受生长季开始和结束日期的影响,1982-2012年间,中国北方草地植被生长季持续时间主要集中在110-150天之间,且逐年空间分布格局比较一致,内蒙古中部和黄土高原地区草地植被生长季持续时间较长,而呼伦贝尔地区和青海高原地区草地植被的生长季持续时间较短。不同类型的草地植被物候期存在差异,与主要分布在高海拔地区的草地植被相比,低海拔地区的草地植被生长季开始时间早,结束时间晚,生长季持续时间较长。 3.1982-2012年,研究区草地植被物候的时间变化不明显,SOS、EOS和LOS的变化率分别为0.056 d/a、0.093d/a和0.037d/a,且存在空间差异,呼伦贝尔地区和新疆北部部分地区草地植被的生长季开始日期有明显的延后趋势,变化趋势为2-4d/31a(p<0.01),而三江源地区和锡林郭勒地区草地植被SOS提前趋势比较明显,提前趋势为2-1d/31a(p<0.01);呼伦贝尔地区草地植被生长季结束日期的提前趋势比较显著,为1-2d/31a左右(p<0.05),但黄土高原中部草地植被生长季结束日期出现比较显著的延迟,变化趋势为1-2d/31a左右;受SOS和EOS变化的影响,呼伦贝尔地区和新疆北部的草地植被生长季长度的缩短趋势比较显著,变化趋势集中在0-2d/31a(p<0.01),而黄土高原中部部分地区及青海高原草地植被生长季长度有明显的延长趋势,延长趋势超过2d/31a,说明该地区草地植被生长活动增强。 4.1982-2012年,我国年际增温趋势十分明显,为0.051℃/yr(p<0.001),显著高于世界上其他地区,尤以夏季增温幅度最大;降水总体变化趋势不明显,但秋季降水的增加趋势比较显著;太阳辐射没有明显的变化。气候要素的变化在区域和季节上存在差异,东北地区气温的增加主要来自夏季气温的升高,除青海高原外,研究区大部分地区在冬季的增温幅度并不明显;31年间,中国北方草地区域降水的变化存在明显的空间差异,西北地区降水的增加主要是由于夏季降水的增多,而夏季降水的减少使得东北地区更加干燥,青海西南部降水的变化主要表现为春夏两季降水的增加;太阳辐射量在夏季的变化趋势比较显著,除青海高原东南部以及甘肃南部外,研究区秋季太阳辐射的没有显著变化,而新疆地区的太阳辐射在冬季有比较显著的减少趋势。 5.中国北方草地植被SOS变化主要受气温和降水的影响。气温对干旱的西北内陆与高寒的青海高原的草地植被生长季开始日期的影响比较显著,但不同地区,气温变化对草地植被物候期开始日期的作用机制并不一致。气温的升高造成西北内陆草地植被物候开始日期的延后,尤其是夏秋两季气温的升高对草地植被生长的抑制作用更明显,但气温的升高有利于青海高原草地植被生长提前,尤其是春季和夏季气温的变化对该地区草地植被生长季开始日期的促进作用比较明显,另外,上一年冬季气温的升高对呼伦贝尔地区和内蒙古中北部草地植被的生长季开始日期的提前也有显著的促进作用。干旱的内蒙古中部、黄土高原地区,降水是影响草地植被生长季开始日期的关键因素,尤其是夏季降水的变化对黄土高原草地植被生长活动的影响更加显著,水资源丰富的黄河沿岸,随着降水的增加,草地植被生长季开始日期有延后趋势,但干旱地区降水的增加,可以促使草地植被提前进入生长季;夏季降水的变化对东北地区草地植被生长季日期也有显著影响,降水减少造成该地区草地植被生长季开始日期延后。 6.1982-2012年间,研究区西部草地植被EOS主要受气温变化的影响,而东北地区草地植被EOS的变化受降水的影响比较明显。在黄土高原中部和内蒙古中南部,气温的升高有利于草地植被生长季结束日期的延迟,其中以夏季和秋季气温的升高对黄土地区草地植被生长季结束日期的延迟促进作用最为显著,青海高原秋季和上一年冬季气温的升高明显的促使草地植被生长季结束日期延后;而东北、内蒙古呼伦贝尔地区以及内蒙古河套平原的西部地区草地植被生长季结束日期的变化与年降水量的偏相关性相对比较显著,尤其是春季降水的增加会造成上述地区草地植被生长季结束日期的延迟,另外,黄土高原秋季降水的变化也有利于草地植被生长季结束日期的延迟。