气候变化对三峡库区(重庆段)植被净初级生产力影响研究

来源 :重庆师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:eric7272
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本研究采用了重庆市2000-2015年MODIS NDVI、气温、降水、太阳辐射、植被类型等月尺度数据,并根据CASA模型反演得到了研究时段内重庆市各月的植被净初级生产力(NPP),通过统计分析、线性回归、相关性分析等,对重庆市16年间植被NPP的时空变化规律及其植被NPP与主要气候因子间的响应关系进行了详细研究分析。研究得出以下结论:1)2000-2015年这16年间,重庆市NPP年际变化规律主要表现为呈波动状态缓慢上升趋势,其植被NPP年均增加速率为0.7022/a。其中峰值出现在2003年、2008年,谷值出现在2001年、2006年、2009年。因此将16年间的植被NPP年际变化分为5个变化阶段,包括两个上升阶段,分别为2001-2003年、2006-2008年;其次包括两个下降阶段,分别为2000-2001年、2003-2006年;2008-2015年为变化趋势较稳定阶段。峰值出现的年份内重庆市均未出现明显的极端天气,气候条件良好,温度、降雨量及其太阳辐射等气候因子间分配比较均匀,恰好适宜植被的生长,从而使这些年份内的NPP值达到比较高的水平。而谷值出现的年份主要受到夏季伏旱天气的影响,从而使植被的光合作用效率降低,NPP值也由此降低,如2001年与2006年。2000-2015年间植被NPP随季节变化的规律为,季节平均NPP由高到低分别是夏季(228.09 g C/m2)>春季(133.72 g C/m2)>秋季(117.33 g C/m2)>冬季(51.94 g C/m2)。同时,冬季与夏季NPP值呈现逐渐上升趋势,其上升速率为1.01 g C/m2、0.0078 g C/m2,而春、秋季节均呈现出不同程度的下降趋势,其下降速率分别为0.216 g C/m2、0.168 g C/m2。夏季NPP达到最高值,约占全年NPP值的43%。主要在于夏季的光、水、热同期,达到植被的最佳生长条件,从而使植被在夏季的生产力达到最高。春季雨水充沛,且光照条件良好,其植被NPP仅次于夏季。秋冬季节,重庆市地区多云雾,光照条件较差,其植被NPP值较低,尤其在冬季,NPP值仅为春季的1/3,夏季的1/4。2000-2015年植被NPP的月际变化规律为各月份NPP值变化呈抛物线变化,植被主要生产力集中在5月到9月,其NPP量约占全年NPP总量的65%。2)不同类型植被的NPP值存在较大的差异,其由高到低分别为阔叶林(804.35g C/m2)>针阔混交林(719.07 g C/m2)>针叶林(650.26 g C/m2)>灌木(544.37 g C/m2)>草地(362.44 g C/m2)>耕地(342.58 g C/m2)。影响植被NPP的原因除了气候变化导致的NPP值降低或升高以外,不同植被类型由于其自身对环境的适应能力的不同,如不同植被类型的叶面积大小不同,就会影响其吸收太阳有效辐射的效率,从而影响该类型植被NPP值。3)重庆市植被NPP的年际空间分异特征为,渝东北地区植被NPP总体较高,以城口、巫溪植被NPP为最高,因渝东北地区以山区为主,城市开发面积较小,森林覆盖密度广,人为干扰因素相对较少,且年均降水量丰富。其次,渝东南植被NPP值也保持较高水平,仅次于渝东北地区,其中南川、潜江等区县植被NPP均较高。而主城及周边地区NPP总体偏低,是由于该区域工业、农业较为发达,城市建设面积较大,人为活动影响较大。在对不同季节植被NPP的分析过程中发现,重庆市各季节植被NPP的空间分异规律与其年均NPP值的空间分异规律相一致,其主要由于重庆市整体范围偏小,在其经纬度覆盖范围内,气候的变化对于重庆市内部的局地气候影响甚小。4)植被NPP与各气候因子(气温、降水、太阳辐射)的年际相关关系为,在2000-2015年16年间,重庆市年平均温度、年总降雨量及年太阳总辐射量均呈现出波动变化状态,其中,年均气温和年降水量呈现上升趋势,而年太阳总辐射量呈下降趋势,但其总体波动范围均较小。年均气温保持在17-18℃范围左右,年降水量维持在1100-1200mm范围左右,年太阳总辐射值则保持在4000MJ/m2上下波动。各气候因子的极值主要出现在2001年及2006年这种典型的极端天气出现的年份里。重庆市植被NPP与气温、降水量、太阳辐射的相关性从大到小分别为:相关性(NPP-年降水量)>相关性(NPP-年太阳总辐射)>相关性(NPP-年均气温)。从年际变化规律上看,重庆市NPP与降水量、太阳辐射量之间呈正相关关系,而NPP与气温呈现负相关关系。NPP与年均气温、年降水量、年太阳总辐射的相关系数分别为0.2、0.5、0.05,因此降雨量对于植被NPP的影响较大,说明在植被生长过程中,水分充足尤为重要,而温度的高低对于植被生长的影响则相对较小。5)从季节尺度分析植被NPP与各气候要素间的相关关系,春季,重庆市植被NPP与气温、降水量呈正相关关系,而与太阳辐射值呈现负相关关系,春季气温开始回暖,促进植被的生长,而随着降雨量的增多,雨热同期,从而使植被NPP快速升高;夏季,在16年间,平均温度在25℃以上,个别年份达到30℃,夏天雨水充沛,其降雨量在243.66mm-655.13mm范围内,太阳辐射量平均为1467.51 MJ/m2。植被NPP与气温、太阳辐射值呈负相关关系,NPP与温度间的相关性较小,夏季气温对植被的生长状态影响甚小,但太阳辐射值与NPP的相关性较大,而与降水量呈较显著的正相关关系,此时植被NPP与降雨量、太阳辐射、气温之间的相关性依次减小;秋季,重庆市降雨量在193.99mm-408.25mm之间,其平均气温为18.37℃,温度变化幅度较小,平均太阳辐射量为811.99 MJ/m2。重庆市秋季日照时数减少,而气温和太阳辐射是植被生长所必不可少的气候条件,从而影响植被NPP,因此植被NPP与温度、太阳辐射呈正相关关系,秋季由于雨水偏多,当水分过量时也会影响植被的生长状态,因此,在秋季植被NPP与降水量呈负相关关系;冬季,重庆市平均气温为8.09℃,其波动范围较小,冬季气温相对较高。重庆市冬季受云雾影响,日照时数非常少,其冬季平均太阳辐射量为619.75MJ/m2,其降雨量在37.97mm-86.84mm之间,其植被NPP与气温、太阳辐射呈现正相关关系,与降水量呈负相关关系。6)将本研究采用CASA模型所估算的NPP值与MOD17A3的NPP数据产品进行简单的相关性分析得出,结果表明本研究结果与其NPP产品相关性较高,因此从侧面证明了本研究结果具有较高的可靠性。
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