大兴安岭气候和霜冻变化对植被变绿速率的影响研究

来源 :东北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yu0426
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作为人文和气候因素对地表环境影响的动态指示器,植被通过影响地表和大气之间的能量平衡,在气候、水文和生物循环等方面发挥着重要作用。最新遥感数据观测到的植被指数呈现增加趋势,表明全球植被正在不断变绿,而森林植被的模式很大程度上取决于温度、降水、太阳辐射、土壤条件和CO2浓度。目前,以变暖为主要特征的气候变化对生态系统带来了巨大影响,例如:降低霜冻的发生频率和延长中高纬度植被的生长季周期。因此,气候变暖会减少植被遭受霜冻的次数,但生长季延长使植被更容易暴露在霜冻中。同时,植被物候和光合初级生产力的变化导致植被变绿速率发生改变。大兴安岭是中国对气候变化最为敏感和最早做出响应的地区之一,且该地区植被变化显著。科学分析该区域植被变绿速率与气候的关系以及霜冻对不同植被变绿速率的影响,有助于了解该区域植被生长状况,能够为理解区域植被对气候变化的响应提供有用参考。本研究以不同生态地理分区和不同植被类型区为基础。首先,基于气象站点数据分析研究区气候时空分布及变化趋势。其次,使用NOAA气候数据记录归一化植被指数数据,采用S-G滤波法拟合其年生长曲线,用于估算1982-2019年大兴安岭地区生长季植被变绿的速率并分析其时空变化。最后,以温度和降水为气候要素,以霜冻天数和霜冻强度为霜冻指标,探讨从春季开始到植被生长季旺季开始的时间段内气候变化对植被变绿速率的影响,以及霜冻对植被变绿速率的影响。结果表明:(1)大兴安岭地区生长季植被平均变绿速率为0.79×10-2/d,空间区域差异较小。变绿速率较快地区主要分布在以落叶针叶林、稀树草原和混交林为主的植被密度较大且海拔较高的地区;变绿速率较慢地区主要集中在草地。研究区内75.7%的植被变绿速率呈现减慢趋势,仅南部草地的变绿速率呈加快趋势。(2)大兴安岭地区的气候在生长季呈现微弱变暖、变湿趋势,减慢了植被的变绿速率。气候变暖使SOS提前幅度大于SOP,植被持续变绿时间延长,导致植被变绿速率减慢;另外,由于植被涵养水源能力在坡度和海拔较高地区受到限制,影响植被春季生长的主要因素是温度,增加的降水量反而会对植被生长造成不利。温度对植被变绿速率的影响在不同生态分区和不同植被类型之间差异较小,但均为显著负相关;降水对植被变绿速率的影响仅在草原生态系统中较为显著。(3)大兴安岭生长季内霜冻天数的减少和霜冻强度的减弱整体加速了植被变绿过程。霜冻强度与霜冻天数保持了良好的空间一致性,均呈负向变化趋势。霜冻对不同生态分区植被变绿速率的影响不同,其对北段山地落叶针叶林区和北段西侧森林草原区的植被变绿速率的影响较其他两个分区更为显著。总体上看,霜冻天数的减少和霜冻强度的减弱加速了森林生态系统的植被变绿速率,但减缓了草原生态系统的植被变绿速率。(4)霜冻天数的减少和霜冻强度的减弱整体加速了植被变绿过程,但研究区内的植被变绿速率整体仍呈负向趋势,原因有二:一方面,气候变暖导致SOS提前幅度大于SOP,植被变绿持续时间延长;另一方面,植物在休眠期间所需的低温是缩短植被变绿时间的必要条件,但气候变暖导致冬季气温上升,植被休眠期间寒冷条件的刺激不足。
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