2000-2013年西昆仑山植被对气候变化的响应及其时空差异研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 11次 | 上传用户:liuqingq
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地球正在变暖已成为无可争议的事实,自上世纪以来,气候变化逐渐成为政府、科研人员和公众所关注的焦点,着重研究气候变化的科学也成为国内外学者积极参与的课题之一。气候变化给地球生态系统带来的变化是巨大的,而植被作为生态系统中最敏感与最脆弱的一环,对气候变化的响应机制为很多科研学者所关注。西昆仑山地区位于我国最西端、青藏高原西北部,属于典型的高寒干旱地区,生态脆弱,植被受气候影响程度高,其处于青藏高原与西北干旱区的过渡地带,由于海拔高、气候干燥的特点使得植被区系有别于周边地区,目前关于西昆仑山地区气候变化下植被生长状况的研究较少,西昆仑地区植被近年来如何变化,植被生长对气候变化如何响应,西昆仑的植被变化及对气候的响应特征与周边地区是否存在差异,等等问题仍待进一步的研究。本文利用TERRA卫星MODIS-NDVI数据,结合该地区DEM数字高程模型、TIM影像及气温和降水量数据,依据一元线性回归模型、相关分析原理,研究了2000-2013年共14年间西昆仑山植被整体及不同植被类型的年NDVI最大值的时空分布特征和变化趋势及其与气候因子(气温和降水量)、地形要素(海拔、坡向、坡度)的关系,探讨了在当前气候变化的背景下,西昆仑山地区植被变化对气候变化的响应机制及与地形因素的关系,为青藏高寒区生态保护及植被恢复提供了参考价值和借鉴意义。以下为研究内容和主要结论:利用ENVI软件和ArcGIS软件空间分析模块,计算了西昆仑山地区2000-2013年NDVI年最大值的时空分布及变化趋势。结果表明:整体上,西昆仑山在近14年来植被变化是稳定的,NDVI值略有上升趋势,但并不显著,NDVI呈现出“上升-下降-再上升”的变化特征,自2003年开始下降,至2009年下降为最低值,随后逐渐增大,在2012年达到峰值。从NDVI最大值的空间变化趋势来看,2000-2013年西昆仑山地区植被整体表现出稳定的变化趋势,整个研究区植被稳定区面积最大,占有植被地区面积的83.24%,广泛分布在西昆仑山内部,其次为植被改善区,占总面积的14.7%,主要分布在西昆仑山北侧靠近塔里木盆地的山地地区、西昆仑山西部塔什库尔干河谷地区和西昆仑山东南部玉龙喀什河、喀拉喀什河上游这些原本植被状况比较好的地区,植被退化区面积最小,仅占植被总面积的2%,在整个研究区呈零散、碎屑状分布。利用气象数据格点资料,分析了2000-2013年西昆仑山地区各月份气温和降水量的变化情况。结果表明:在14年的时间中,气温的变化主要呈现出波动性,存在相对的高温和低温年份,整体没有显著变化特征,降水量同样表现出上下波动的变化特点,有微弱增长趋势,但是不显著,年际间的波动幅度较大。结合NDVI与气象数据,运用相关分析的方法,分析了西昆仑植被整体NDVI年最大值与生长季气温和降水量的关系,随后又分析了各个月份气候因子与NDVI最大值的相关性。结果显示:植被NDVI最大值与生长季内5-8月平均气温表现出不显著的负相关性,与5月份气温的负相关性通过了显著性检验,由于西昆仑春季降水量偏低,这一时期持续的增温会加速土壤水分蒸发导致干旱,影响植被的生长。植被NDVI最大值与5-8月降水表现出不显著的正相关性,各个月份降水对NDVI的影响存在差异,前一年12月到2月以及7月份的降水与植被NDVI最大值呈显著负相关性,其他月份呈不显著正相关性,这可能是由于降水增加导致气温降低,影响植被的生理活动,对植被生长造成负面作用。利用青藏高原植被分类数据,对西昆仑山地区的植被类型进行了重分类,划分为荒漠、高寒草甸、高寒草原和无植被地段四类。三种植被类型中,荒漠面积最大,占研究区总面积的52.26%,高寒草原次之,占总面积的11.9%,高寒草甸占总面积的2.95%。三种植被类型的NDVI年最大值年际变化均呈现不显著的增加趋势,表现为“上升-下降-上升”的特点。在研究时段内,草原植被类型表现比较稳定,其次是草甸,荒漠的变化幅度最大.。三种植被类型的变化在空间分布上均以稳定区为主,改善区面积次之,退化区比例最小。荒漠植被稳定区的面积比例最小,退化比例最高,体现了西昆仑山荒漠植被的脆弱性。三种植被类型在对各月份气候因子的响应上并未存在差别。三种植被类型都表现出与5月份气温负相关性显著,在降水方面,三种植被类型都表现出与冬季降水以及7月份降水呈显著负相关关系,其他大部分月份呈不显著正相关关系。沿西昆仑山脊线将研究区划分为南坡、北坡两个区域,对比分析了2000-2013年南北坡植被生长状况,以及气候状况的差异,探讨了两个区域植被对气候变化的响应,南坡降水量略高于北坡,气温远低于北坡,由于气候背景的差异,南坡北坡植被表现出明显的不同,北坡植被状况好,高寒草甸、高寒草原有较大面积的分布,植被NDVI有不显著上升趋势,南坡植被状况差,主要是荒漠类型植被,NDVI的增长趋势通过检验,但是增长率非常小结合植被变化趋势以及研究区DEM数据,讨论了植被变化在海拔、坡度、坡向上的分布。海拔2400m以下的区域,改善面积占很大比例,除此之外其他海拔地区,稳定区的面积都大于改善区面积,大于退化区面积,2800m以上,三种变化趋势面积比例保持稳定。西昆仑山植被大部分生长在坡度小于300的地区,植被改善区主要集中分布在坡度小于10°的地区,植被退化区主要分布在坡度小于20°的地区。西昆仑山植被改善区更多分布在山地的东坡至北坡(NE~ESE)之间,植被退化区更多分布在山地的西坡至南坡(W~SSW)之间。这可能是由于阴坡受太阳辐射少,土壤水分更易于保存,从而利于植被改善。
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