亚热带植被覆盖度和净初级生产力时空演变及气候驱动

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植被覆盖度(Fractional Vegetation Cover,FVC)是反映地表植被生长分布及区域环境质量的重要指示参数,其在评价区域生态系统结构和功能方面具有重要的作用,而亚热带植被在全球生态系统碳循环以及维持系统碳平衡中的作用越来越受到人们的重视。中国亚热带地区植被类型复杂多样且分布广阔,四季生长,生物多样性丰富,是我国主要的农林生产基地;同时,区域内也存在着林分质量普遍较差,森林生产力、产出率都比较低等突出问题,并且亚热带植被及其生态功能对全球气候变化非常敏感。因此,监测亚热带地区FVC的时空演变特征,阐明FVC对气候变化的响应规律,探讨气候变化背景下FVC对植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)的影响机制,对亚热带地区植被的可持续经营和生产力的提高、环境保护以及资源的合理配置等方面都具有重要的参考意义。本研究以中国亚热带植被为研究对象,以2001-2018年的MODIS地表反射率(MOD09A1)等遥感数据作为数据源,利用像元二分模型获取亚热带地区的FVC并分析其时空演变特征;然后,结合同时期气象数据,利用偏相关分析法和偏导数模型分析气候因子对FVC的影响;最后,基于MODIS土地覆被类型、叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)和气象等数据驱动BEPS模型,模拟2001-2018年亚热带地区植被的NPP,并分析气候变化背景下亚热带FVC对植被NPP时空演变的影响。通过研究主要得到以下3个方面的结论:1、亚热带FVC时空动态变化特征方面。(1)2001-2018年我国亚热带地区的FVC呈显著增长趋势,且年际变化波动整体较小,基本保持在一个较为稳定的状态。(2)从FVC的空间分布格局上看,亚热带东部地区的植被覆盖水平整体都高于西部地区;亚热带地区有超过70%的区域FVC为高覆盖和中覆盖,其中,FVC近20年来呈增加趋势的区域面积比例为76.28%,而有23.72%的区域FVC呈减少趋势。2、亚热带FVC对气候因子的响应方面。(1)偏相关分析结果显示,年均最低温和年降水量对亚热带地区FVC的增长产生积极影响的区域分别占研究区面积的62.06%和55.26%,而亚热带地区有58.12%的区域呈现出年均最高温对FVC有消极影响。(2)基于偏导数模型的贡献分析结果表明,年均最低温是影响中国亚热带FVC动态变化的主要气候贡献因子,且影响各地区FVC变化的主要气候因子不同,部分地区FVC变化还会受到多个气候因子的共同作用。3、气候变化背景下亚热带植被NPP时空演变及其对FVC的响应方面。(1)近20年来亚热带植被NPP整体呈现“南高北低、东高西低”的空间分布格局。(2)从时间上看,亚热带植被NPP的年均值随时间整体呈上升趋势,且变化波动较为稳定。(3)年均最低温是影响亚热带地区植被NPP动态变化的主要气候贡献因子;其中,亚热带地区分别有53.05%和71.17%的区域呈现年均最高温和年降水量对植被NPP有积极影响,而有56.20%的区域呈现年均最低温对植被NPP有消极影响。(4)亚热带地区植被NPP与FVC之间的平均相关系数为0.04,其相关性在空间上存在“南正北负、东正西负”的分布差异,并且中覆盖区和高覆盖区的FVC与植被NPP之间的相关性最强。
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