中亚干旱区植被物候研究

【摘要】植物物候是反映环境条件对气候变化响应的最直观、最敏感的生物指示器。亚洲中部干旱区是全球最大的非地带性干旱区,是全球生态系统和水资源系统最脆弱的地区之一。气候变化背景下中亚区域的生态环境问题已严重制约了中亚各国经济与社会的发展,并引起国际社会广泛关注。而中亚干旱区正是当前全球植被物候研究较为薄弱的区域,在植被物候变化、植被物候模型及物候与气候变化的关系等方面的研究成果都非常有限。在中亚干旱区开展空间尺度植物物候研究对理解区域陆地生态系统对气候变化响应程度具有重要的意义。本研究基于长序列多分辨率遥感数据分析了中亚干旱区的近30年物候时空变化情况,在物候观测数据缺乏的情况下结合遥感数据和气候数据构建干旱区典型植被物候模型并以此模拟未来气候变化下的典型植被类型的物候变化趋势。主要的结论有：(1)基于1982-2006年GIMMS(GlobalInventoryModelingandMappingStudies)和1999-2012年SPOTvegetation长时间序列植被指数数据,采用动态阈值法反演得到过去30年中亚地区植被物候数据集；同时利用Man-Kendall趋势检验和Theil-Sen斜率方法,定量分析了研究区植被物候的空间变化情况,最后结合土地利用覆被数据和数字高程模型(digitalelevationmodel,DEM)分析了不同土地覆被类型和不同高程带下植被物候变化情况。结果表明：①1982-2006年中亚干旱区植被开始期和停止期在空间尺度上没有发生整体的显著提前或延迟,但局部地区有较显著的变化；②1999-2012年中亚干旱区的植被开始期和停止期在空间尺度上也没有发生整体的显著提前或延迟,研究区95%以上的区域的开始期和停止期没有发生显著变化；③结合土地利用覆盖数据的分析表明：各种土地覆被类型差异明显,农用地的生长季开始期提前最明显,混合林的生长季停止期推迟最显著,各种植被类型中,除灌木和稀疏植被外均表现出生长期延长的趋势；结合DEM的分析表明,2000-3000m高程带内的物候变化最明显；④GIMMS和SPOT植被物候参数对比发现：二者生长季开始期相关程度最好,而停止期和生长季长度相关性较差；在空间上表现为植被覆盖度高区域的相关性要高于植被覆盖度区域的相关性。(2)研究在中分辨率成像光谱仪(moderateresolutionimagingspectroradiometer,MODIS)影像提取的250m的物候空间数据基础上,结合前人对气候要素时空变异的相关结论,建立了一套在气象站点周围选择相对纯净像元来构建干旱区不同植被物候模型的方法。基于该方法,以MODIS的空间物候数据和气象站点数据,在经典植被物候模型和干旱区植被物候的最新研究成果基础上,构建了11种预测开始期物候模型和4种停止期物候模型,在粒子群优化算法的支持下,完成了荒漠草地,高山草地与落叶阔叶林的模型拟合与精度评价,并以此为基础分析了温度、降水和光周期等因素对不同植被功能型的物候产生的差异性影响。在综合考虑拟合与评价精度后,最终确定了草地的最优模型为温度-降水改进模型(Temperature-precipitationmodifiedmodel),落叶阔叶林的最优模型为替代(AlternativeModel)模型,其平均精度能够达到8d左右。结果表明本研究提出的模型构建方法改进了气象数据和植被物候的空间匹配,提高了利用遥感数据构建物候模型的精度。(3)基于中亚地区历史气候变化特征和未来气候变化趋势的相关研究成果,研究以温度和降水作为控制因子,设定了9种未来气候变化情景。将气候变化情景数据作为输入,结合建立的荒漠草地和落叶阔叶林的开始期物候模型,分析了荒漠草地和落叶阔叶林在未来30年不同气候变化情景下的开始期变化情况。结果表明,研究区的荒漠植被和落叶阔叶林开始期有不断提前的趋势,但在不同的气候情景下其变化幅度有所不同,荒漠草地开始期平均提前天数将在5-10天,落叶阔叶林开始期则提前5-20天。
【作者】马勇刚；
【导师】陈曦；张弛；塔西甫拉提·特依拜；
【作者基本信息】新疆大学，自然地理学，2014，博士
【关键词】气候变化；遥感；物候模型；干旱区；中亚；

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