【摘 要】
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近百年来气候变化对水资源、生态环境及社会经济发展等方面均产生了深远影响,植被的生长与分布受气候变化影响较大,是气候变化的敏感指示器,与气候变化关系密切,植被与降水、气温变化间的响应是当前科学界的重要研究内容,但多数研究仅是定性的响应,定量的响应关系研究较少,西北内陆河流域更是如此。西北内陆河流域地域广阔、涵盖气候类型较多、地形地貌复杂多样,气候变化、植被变化的研究具有典型性和代表性。揭示研究区气候
【基金项目】
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国家重点研发计划(2017YFC0404305); 国家自然科学基金项目(51869016); 内蒙古自治区“草原英才”工程;
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近百年来气候变化对水资源、生态环境及社会经济发展等方面均产生了深远影响,植被的生长与分布受气候变化影响较大,是气候变化的敏感指示器,与气候变化关系密切,植被与降水、气温变化间的响应是当前科学界的重要研究内容,但多数研究仅是定性的响应,定量的响应关系研究较少,西北内陆河流域更是如此。西北内陆河流域地域广阔、涵盖气候类型较多、地形地貌复杂多样,气候变化、植被变化的研究具有典型性和代表性。揭示研究区气候因子、植被的时空变化规律和特征,并定性定量分析植被对降水、气温变化间的响应,不仅可以丰富有关全球气候变化的研究成果,亦可为未来生态环境改善提供科学依据。本文以西北内陆河流域为研究区,利用研究区及其周边地区的93个气象站点1951~2018年月平均气温、平均最低气温、平均最高气温、降水以及2000~2018年归一化植被指数(NDVI)月数据,采用回归分析、气候倾向率、像元二分模型、相关分析、偏相关分析等方法,充分揭示气候因子、植被多年时空变化特征以及定性与定量分析二者变化间的响应关系。得出主要结论如下:1.研究区大部分地区降水量呈上升趋势,空间分布呈现出西北、东南多,中间少的格局,在天山北麓以北地区年际降水量的增加速率最快(0.16mm/年),但其变化程度并不剧烈;在吐鲁番盆地以及周边地区多年降水量则呈下降趋势(-0.04mm/年),但变化程度却较为剧烈。整体上,研究区多年1~4月和11~12月降水量呈西北多,东南少的空间分布格局,5~10月东南及西北地区降水量均较多,其余地区则降水量较少;四季降水量均呈增加趋势,以夏季增加速率最快,秋季次之,增速最慢的为春季,其中夏季德令哈降水量增加速率最快(1.15mm/年),春季托里降水量则呈明显较少趋势(-0.28mm/年)。2.研究区大部分地区三类气温均呈上升趋势,平均最低气温上升速率最快(0.011℃/年),平均最高气温次之(0.068℃/年),平均气温最慢(0.047℃/年),其中以平均最低气温在青海湖附近上升速率最为明显(0.075℃/年),平均最高气温在塔里木盆地周边则表现出略微下降趋势,但下降幅度并不显著(-0.005℃/年),三类气温均在天山北麓以北和柴达木盆地以南地区气温上升速率最快,且变化程度较为剧烈;平均气温夏季升温最快(0.073℃/年),平均最高气温和平均最低气温冬季升温最明显(0.027℃/年、0.061℃/年);生长季平均气温以0.029℃/年的速率上升,平均最低气温和平均最高气温上升速率分别为0.036℃/年、0.022℃/年。3.2000~2018年研究区NDVI整体呈上升趋势,空间布局呈现出西北、东南多,中间少的格局,年内表现为单峰变化趋势,8月份达到全年最大值,2月份为全年最小值。天山北麓以北植被长势逐渐变好,而天山北麓以南地区则呈轻微下降趋势。研究区西部植被由南向北逐渐变好,东部则由北向南逐渐变好。4.2000~2018年研究区低覆盖、中低覆盖及中覆盖植被分别以0.006/年、0.0022/年、0.0008/年的速率增长,裸地面积快速减小(-0.009/年)。天山北麓以及青海湖地区中、高覆盖植被自每年4月起缓慢增加,到8月达到最大,9~12月植被覆盖面积逐渐减小;生长季裸地呈现出快速减少的趋势(-0.0053/年),其他四类植被盖度均表现为增加趋势,以低覆盖增加速率最快(0.0027/年),中覆盖植被次之(0.0014/年),高覆盖增加最缓慢。5.在年际尺度下,植被与降水呈现显著正相关面积最大,而与三类气温呈现正(负)相关面积相差不大,表明随着降水的增加植被长势向好发展;在月尺度下,随着气温升高,植被长势变好,但过高的气温则会抑制植被生长;植被与三类气温偏相关系数在天山北麓以北、河西走廊东部、塔里木盆地南部等地区通过显著正相关检验的面积较大;将植被分为五个等级,当降水、气温在一定范围变化时,植被响应于一定的范围,例如在年际尺度上,降水、平均气温、平均最低气温、平均最高气温分别在83.4~112.7mm、11.9~14.9℃、1.9~5.3℃、9.06~12.3℃之间变化时,NDVI响应于0.105~0.11之间。
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