青藏高原植被对气候变化及人类活动的响应研究

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青藏高原是气候变化的敏感区与热点,对区域乃至全球气候产生重大影响。近几十年来,青藏高原正在变暖变湿,然而植被作为陆地生态系统的重要组成部分,对高原气候暖湿化极其敏感。植被归一化指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)以及植被净初级生产力(Net primary productivity,NPP)是表征植被状况的重要变量,能够很好的反映植被对于气候变化的响应特征。本研究主要基于GIMMS NDVI(1982-2015)、SPOT NDVI(2000-2018)以及MODIS NPP(2000-2018)等遥感数据,分析了青藏高原植被时空分布特征及变化趋势。利用气温降水数据,分析了青藏高原气温降水空间分布特征及变化趋势,通过多种相关性分析方法,揭示青藏高原植被对气候变化的响应。最后,利用了LPJ模型(Lund-Potsdam-Jena Model)模拟NPP与遥感NPP进行残差计算,构建植被变化不同情景,分析了气候变化及人类活动对于青藏高原植被变化的相对作用。主要结论如下:(1)青藏高原1982–2018年植被总体呈变好趋势。GIMMS NDVI、SPOT NDVI以及MODIS NPP多年均值空间差异较大,均呈西北向东南逐渐递增的空间格局,整体均呈不同程度增加趋势。林地GIMMS NDVI主要呈减少趋势,草地GIMMS NDVI总体呈增加趋势。而耕地、林地及草地SPOT NDVI大部分地区都呈现显著增加趋势,面积占比分别为58.78%、75.47%以及39.22%。耕地、林地与草地MODIS NPP主要呈增加趋势。从年际变化上看,1982-2015年GIMMS NDVI年均值呈浮动轻微上升趋势,多年均值为0.35。2000-2018年SPOT NDVI年均值整体呈现不显著持续上升趋势,多年均值为0.35。2000-2018年MODIS NPP多年年均值为143.33 g C·m2·y-1,整体变化幅度不大。(2)青藏高原1982–2018年整体呈现暖湿化趋势。1982-2018年气温均值空间分布不均衡,高原东部及东南部气温较高(>0℃),中西部气温均值较低(<0℃),2000年前后显著增温区域空间有所转移,整体上呈现出显著的增温趋势。青藏高原多年均温为-1.7℃,并以0.5℃每十年速度变暖。青藏高原降水空间上具有干湿分明的特点,年降水量整体呈东南向西北递减。高值区主要分布在青藏高原林芝地区南部及川西藏东区域(>1000 mm)。年降水量400 mm以上的区域主要分布在祁连山脉、果洛那曲高原山地区以及藏南高山区。青藏高原年降水量均值为398.87 mm,年际变化呈现波动增加趋势,高原正在慢慢变湿。(3)青藏高原植被变化主要与气温呈正响应关系。GIMMS NDVI和MODIS NPP与气温呈正相关关系。SPOT NDVI与气温和降水都呈现出正相关,但SPOT NDVI与气温的相关系数高于降水。从偏相关分析来看,1982-2015年GIMMS NDVI与气温的偏相关更明显,44.59%区域表现为正偏相关,8.78%和7.29%区域表现出显著与极显著正偏相关。2000年至2018年SPOT NDVI同样表现出对气温的正偏相关(49.26%),且主要分布在高原东部区域。50.44%区域的MODIS NPP对气温表现为正偏相关,45.49%区域对降水表现出负偏相关。(4)青藏高原重大生态工程区土地覆盖类型主要以林地和草地为主。青藏高原的天然林保护工程、“三北”防护林工程及退耕还林工程实施以来,工程区内林地及草地面积小幅降低。退牧还草工程实施以来,林地面积小幅降低,草地面积整体增加。此外,建设用地在各个工程区都有所增加。青藏高原的土地利用类型转移整体表现为:草地的转入及转出面积最大,1980-2000年草地净转入面积3122 km2,2000-2015年草地净转出面积2217km2。(5)通过构建青藏高原植被变化的不同情形,利用残差法定量分离气候变化与人类活动对植被变化相对作用。结果表明:2000-2018年,青藏高原植被主要以气候因素主导的恢复为主,NPP增加总量达23.28 Tg C,面积占比64.85%。植被退化主要影响因素为人类活动,NPP减少总量为6.92 Tg C,面积占比25.4%。人类活动对青藏高原海拔3000米以下区域影响较大,该区域植被主要以人类活动主导的退化为主,植被NPP减少总量达4.17Tg C,面积占比50.29%。本研究对青藏高原植被变化及驱动因素进行了分析与评价,但对于评估的准确性、不确定性的量化以及时空分辨率等有待提高。另外,未来研究中应融入更多环境因素及社会因素指标,提高模式预测准确性,完善评估框架,为政策和决策的制定提供可靠的建议。
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