西南地区干热复合事件的演变及其对植被的影响

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21世纪以来,全球范围内高温和干旱同时发生的频率增加,由高温和干旱引发的干热复合事件可能对水资源、能源安全、粮食安全和生态系统等带来更大的负面影响。近年来,干热复合指数构建与影响评估成为了当前气候变化的研究热点。而西南地区是极端复合事件发生频率和空间范围增加最为明显的区域之一。同时,西南地区是我国最大的陆地碳汇区,但该地区极端干热复合对植被的影响机制尚未明晰,干旱和高温是否会对该区的植被产生叠加的负面影响还未可知。因此,探究干旱和高温复合下西南地区植被绿度、结构和功能的损失概率,有望为气候变化下理解复合干热事件及其对植被的影响提供有用的见解,为干热复合事件的适应与减缓提供科技支撑。本文选取西南地区(云南、四川、贵州和重庆)作为研究区域,基于月降水、月最高气温和月土壤湿度资料,计算标准化降水指数SPI、标准化温度指数STI和标准化土壤湿度指数SSMI,基于Copula函数提出了三种干热复合指数:SCDHI、SSMHI和SSMDHI,识别了不同等级的干热复合事件的频次、烈度、历时和强度,探明了干热复合的趋势变化。采用条件概率和Copula函数搭建了干热复合条件下植被影响评估概率模型,基于归一化植被指数NDVI、叶面积指数LAI和总初级生产力GPP数据揭示了研究区植被的变化,量化了不同等级的干热条件对植被绿度、结构和功能的影响。本研究取得的主要成果如下:(1)采用Copula联合函数,构建了气象干旱和高温复合的干热复合指数SCDHI、土壤湿度亏缺和高温复合的干热复合指数SSMHI以及三者复合的指数SSMDHI,通过与SPEI及文献资料、气象灾害年鉴记录的典型干热复合事件进行验证,表明所构建的干热复合指数是可靠的。(2)采用游程理论识别干热复合事件的特征。云南、四川和重庆地区发生气象干旱和高温复合的次数总体上大于发生土壤湿度亏缺和高温复合的次数;干热复合事件的发生年份多集中在2005年以后,频次最多的是2006年、2009年、201 1年和2013年;研究区在1982~2015年间干热复合事件的平均历时整体较短,大部分区域都在2~4个月左右;考虑SSMHO3时干热复合事件的平均烈度整体上大于SCDHI3、SSMDHI3的情景,在区域上云南地区的烈度整体大于其他区域;最高强度的重度干热复合事件主要发生在2005年以后。(3)采用Copula函数和条件概率,计算不同干热条件下NDVI/LAI/GPP小于等于某一阈值的概率,厘清了干热复合条件对植被的影响:相较于NDVI和GPP,LAI受干热条件的负面影响更大;在区域上,云南地区的植被绿度、结构和功能最易受到干热复合条件的影响,其次是四川;在时间上,每个月都有不同区域的NDVI/LAI/GPP受到干热复合胁迫的影响,损失概率最高的月份为:3月~5月、7月、11月(NDVI),1月、2月、11月(LAI),8月(GPP);在干旱和高温的复合类别上,植被绿度和结构在2~3月受到土壤湿度亏缺和高温复合的影响最大,在8月受到气象干旱和高温复合的影响最大,在10月受到三者复合的影响最大。(4)西南地区虽然处于湿润气候区,但干热复合有加剧的趋势。然而干旱和高温并没有完全对该区植被产生叠加的负面影响,对于高海拔地区,干旱高温有利于植被生长。基于绿度、结构和功能能够较为全面的评估干热复合对植被的影响。干热时期云量较少带来的辐射增加导致叶面积指数下降,但对植被总初级生产力却是有利的。
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