中国亚热带常绿阔叶林区域NPP对干旱的响应

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在全球变暖,干旱频率和程度都显著增加的背景下,本研究分析了亚热带常绿阔叶林区域的植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)及其对标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)和自校正帕默尔干旱指数(Self-calibrating Palmer Drought Severity Index,scPDSI)这两种干旱指数的响应,旨在了解干旱事件和NPP在研究区域的时空变化特征,为该区域近年来水分盈亏情况及植被净初级生产力变化情况提供参考。研究主要通过CASA模型、Arc GIS、ENVI、R语言、Mann-Kendall突变分析等方法对数据进行处理和分析,共计算了2000~2015年亚热带常绿阔叶林区域的SPEI、scPDSI和NPP。在对数据分析后主要得到以下几个结论:(1)SPEI与scPDSI均适用于亚热带常绿阔叶林区域的干旱分析,其中scPDSI在判断干旱等级时表现得比SPEI敏感;SPEI与scPDSI在时间变化上均显示研究区有干湿交替变化的情况,且两种指标变化趋势相似;空间分布上SPEI判断的干旱情况面积比scPDSI判断的面积小。在两种指标都判断为干旱的气象站点中,24%的站点在两种干旱指标下等级划分结果一致,剩余的76%中,有16%的站点是SPEI结果严重于scPDSI,84%的站点是scPDSI严重程度高于SPEI。(2)CASA模型估算结果适用于亚热带常绿阔叶林区域的NPP时空分布特征分析;2000~2015年期间,研究区内NPP多年平均值为745 g C·m-2·a-1,NPP年际变化趋势不明显,但NPP在空间分布上有明显的地域性,NPP高的地方主要出现在一些山脉地区,如横断山脉、大巴山脉、武夷山脉和南岭。通过标准差判断的NPP离散程度来看,离散程度高的地区与NPP高的地区出现重合,说明NPP高的地方,其数据变化幅度也大,NPP比较不稳定,面临的生态风险也会较高。(3)在亚热带常绿阔叶林区域,无论是SPEI还是scPDSI的结果都显示干旱对NPP造成约7.2%的下降幅度。SPEI中下降幅度最高的是中度干旱,造成NPP平均下降幅度为12.72%,scPDSI中下降幅度最高的是重度干旱,造成NPP平均下降幅度为11.04%;独立干旱事件和连续干旱事件均会导致NPP的下降,连续干旱事件下降幅度大于独立干旱事件,连续干旱时间越长,NPP变化时间也越长;另外,NPP在对干旱事件的反馈时间存在滞后,研究区内63%的面积存在滞后1~3年的响应情况,其中,不同的植被类型NPP对干旱的滞后响应存在差异。常绿阔叶林、常绿针叶林、落叶阔叶林和灌丛中大面积的NPP对干旱存在1~2年滞后时间;疏林干旱指数与当年NPP相关系数最高的面积占研究区域总面积的23%;草地滞后1~2年的总面积占研究区域总面积的61%。
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