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在过去的一个多世纪里,全球地表平均温度升高了约0.89℃,全球变暖已成为不容质疑的科学事实。增暖情况在欧亚大陆中高纬地区存在“放大效应”,该区域是全球气候与环境变化最显著的地区之一。植被是陆地生态系统的重要组成部分,其在陆气相互作用中扮演着重要角色,并且植被在生长季(春季)对气候变化有很强的敏感性,可作为气候变化研究中最直接的生物指示器。因此,研究欧亚中高纬这一增暖显著区内,春季植被生长状况的变化及其气候成因,对于理解植被气候相互作用机理,提高植被变化的预测能力具有重要意义。回顾以往植被对气候变化响应的研究工作,大多从植被生长所需要的温度、降水等基本要素的角度出发开展研究,考虑到气候变率模态对上述要素有着直接的影响,故本文采用美国国家海洋和大气局(NOAA)公开发布的1982-2015年植被卫星遥感资料——归一化植被指数(NDVI)和各气候要素场的逐月再分析资料,结合气候统计的方法,从区域和局地尺度综合分析了三十多年来,欧亚中高纬地区春季植被的时空变化特征,并研究了北大西洋涛动(NAO)、北极极涡、厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)等气候变率模态与该区域春季植被生长状况年际变异的关系及相互作用机理。主要的研究工作和结论如下: 1、欧亚中高纬地区春季植被的时空变化特征及相关影响因子 通过EOF分析可知,1982-2015年欧亚中高纬地区春季植被生长最主要的空间特征为“全区一致”型,其次为由东至西呈现“负-正-负”型;二者对应的时间系数均呈现显著的年际及年代际变化特征。其中,NDVI第一主模态可能与前期冬季北半球中高纬气候系统有关,第二主模态可能与低纬热带海洋异常有关。 2、冬季北大西洋涛动(NAO)对春季欧亚中高纬植被生长的影响 1982-2015年冬季NAO活动与春季欧亚大陆中高纬地区的植被生长关系密切,二者相关系数为0.38,通过显著性检验,即冬季NAO正位相有利于春季欧亚中高纬地区植被生长。具体而言,当冬季NAO处于正位相时,异常西风为欧亚大陆中高纬地区带来北大西洋暖湿气流,暖春较常年提前到来且增温显著,因此春季欧亚中高纬地区NDVI出现正异常,负位相反之。 3、冬季北极极涡活动对春季北欧亚地区NDVI模态的影响 冬季北极强极涡事件发生时,在欧洲-贝加尔湖地区春季NDVI场出现正异常,而西伯利亚区域则呈现显著负异常中心,说明冬季北极极涡活动对于春季北欧亚不同区域的植被生长影响状况不一致。分析结果表明,冬季北极极涡活动可能通过两种途径影响春季北欧亚地区NDVI模态的变化:欧亚大陆中高纬积雪“北正南负”的异常模态与北大西洋海温“三极子”异常模态,进而通过影响不同区域气候要素变化,最终造成春季北欧亚地区NDVI模态的变化。 4、冬季厄尔尼诺-南方涛动事件对春季欧亚中高纬植被生长的影响 冬季ENSO可以通过遥相关影响春季欧亚中高纬地区植被生长,并且不同类型的ENSO事件对于春季欧亚中高纬不同区域的植被生长影响程度各不相同。其中,春季俄罗斯东部地区植被生长受ENSO事件影响结果最为显著且相对独立,二者的相关系数高达0.51,通过显著性检验。但在ENSO冷暖位相中,春季俄罗斯东部地区NDVI场的响应则呈现出明显的非对称性:在El Ni(n)o事件爆发后的春季出现大范围NDVI负异常,而在La Ni(n)a事件爆发后的春季NDVI场上并未表现出明显的NDVI正异常,只是略微增长,且结果未通过显著性检验。 进一步分析结果表明,造成这一现象的原因除了ENSO自身的非对称性以外(El Ni(n)o时期热带东太平洋SST异常振幅为+1.05℃,La Ni(n)a为-0.82℃),最直接、主要的原因可能是由于ENSO在不同位相时期引起不对称环流场,进而通过影响各气候要素变化导致NDVI场的不对称响应:在El Ni(n)o期间,孟加拉湾对流活动异常减弱激发出向极Rossby波列,俄罗斯东部位于此异常波列最北部的大型异常气旋西侧,伴随着强劲的北风及西北风异常,将西伯利亚冷空气输送至此,气温因此出现显著负异常,不利于植被生长;而在La Ni(n)a期间,环流场上并没有显示出从热带北上影响欧亚中高纬天气气候的遥相关信号,此时俄罗斯东部地区主要受微弱的偏南风影响,因此小幅增温不明显,NDVI也仅略微增长。