【摘 要】
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土壤水分是连接土壤—植被—大气陆地水文循环的重要组成部分,是影响陆地生态系统的重要因素。在全球大面积植被变绿的背景下,探究植被变绿对全球土壤水分的影响对维护生态系统稳定和保护生态恢复工程可持续性都具有重要意义。为了定量评估植被变绿对全球土壤水分的影响,本文使用MODIS NDVI数据与GIMMS NDVI数据构建线性模型,将GIMMS NDVI时间跨度延长至2020年。并且分析了1982～2020
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土壤水分是连接土壤—植被—大气陆地水文循环的重要组成部分,是影响陆地生态系统的重要因素。在全球大面积植被变绿的背景下,探究植被变绿对全球土壤水分的影响对维护生态系统稳定和保护生态恢复工程可持续性都具有重要意义。为了定量评估植被变绿对全球土壤水分的影响,本文使用MODIS NDVI数据与GIMMS NDVI数据构建线性模型,将GIMMS NDVI时间跨度延长至2020年。并且分析了1982～2020年全球的土壤水分和植被的空间分布状况、变化趋势以及相关性。其次,本文对全球1982～2020年NDVI值呈上升趋势的地区进行逐像元的突变检验,从而得到全球植被变绿的突变时间点。再次,本文在逐像元尺度上构建植被-土壤水分随机森林模型,通过模型预测得到逐日尺度仅由植被变绿引起的土壤水分变化量,定量评估植被变绿对全球土壤水分变化的影响。最后,本文通过不同的气候带条件和不同的地形条件,分析了植被变绿对全球土壤水分变化影响的差异。本文得出的主要结论如下:（1）1982～2020年全球土壤水分以下降趋势为主,在不同深度上全球土壤水分呈下降趋势的面积约占总面积的64%。NDVI以上升趋势为主,呈上升趋势的面积约占总面积的68.92%。土壤水分与NDVI整体呈负相关关系,呈负相关关系的区域主要分布在赤道附近,随着土层深度的增加,负相关面积整体上随之增加。（2）从全球尺度来看,植被变绿对土壤水分均值的影响随时间尺度不同而不同。在月尺度上,植被变绿导致土壤水分均值在6～10月下降,在1～4月和11～12月上升。在季节尺度上,植被变绿导致土壤水分均值在植被生长季、夏季和秋季土壤水分下降,春季和冬季均值上升。在年尺度上,植被变绿导致全球土壤水分出现先下降后上升的变化趋势。植被变绿总体导致土壤水分变异系数下降,在不同土层深度上,植被变绿导致0～7cm和7～28cm土层土壤水分变异系数减小,28～100cm和100～289cm土层土壤水分变异系数增加。（3）在不同气候带下,植被变绿对土壤水分的影响表现出较大的差异。在热带地区,植被变绿总体导致土壤水分均值上升,而在干旱气候带地区,植被变绿则导致土壤水分均值下降。在亚热带、温带、寒温带和极地带地区,植被变绿导致土壤水分均值总体上在月尺度和季节尺度上下降,在年尺度上导致土壤水分均值先下降后上升。植被变绿总体导致不同气候带的土壤水分变异系数下降,不同气候带之间的差异主要体现在0～7cm和7～28cm土层土壤水分变异系数下降量上,温带、寒温带地区和极地带地区土壤水分变异系数下降主要集中在夏季,其余气候带则变化较为平稳。（4）在不同地形条件下,在低海拔地形区内,植被变绿主要导致浅层土壤水分（28～100cm和100～289cm）均值减少,而在高海拔地形区内,植被变绿则导致深层土壤水分（0～7cm和7～28cm）均值增加。在年内,植被变绿主要导致上半年的月份和季节土壤水分均值下降,下半年的月份和季节土壤水分均值上升。在年尺度上,1993～2018年内植被变绿导致低平原和极高山地形的土壤水分均值下降,低山和中山地形土壤水分均值上升,丘陵和高山地形土壤水分均值变化平稳。植被变绿总体导致所有地形的土壤水分变异系数减小,在月和年尺度上植被变绿均导致0～7cm和7～28cm土层土壤水分变异系数减小,28～100cm和100～289cm土层土壤水分变异系数增加。季节尺度上植被变绿总体导致所有土层土壤水分变异系数减小。本文的结果在全球尺度上定量评估了植被变绿对土壤水分变化的影响,该结果能够为全球生态系统保护、生态恢复工程可持续发展提供一定的理论参考和建议。
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