祁连山草地植被NDVI变化及其对气温降水的旬响应特征

本文利用SPOT VGT-NDVI数据和旬气温、降水数据,分析了祁连山草地植被NDVI时空变化趋势及其 对气温、降水的旬响应特征。结果表明：①1999年-2007年祁连山草地植被NDVI呈缓慢增加趋势。典型草原和平 原草地植被年均NDVI和生长季NDVI增加速率高于高寒草甸草地和沙漠草地。祁连山草地植被NDVI增加和减少 的面积分别为6 9776km²和1 5928km²,植被NDVI增加的区域分布在冷龙岭、拉脊山、大通山、达坂山、青海南山、走 廊南山、托来山、托来南山等地区,减少的区域分布在乌鞘岭、大通河、石羊河、黑河、北大河、疏勒河等河流河谷以 及青海湖周边地区;②祁连山草地植被NDVI年内月和旬变化曲线均呈单峰型;③祁连山地区气温变化对草地植被 NDVI的影响强于降水,气温、降水与草地植被NDVI的最大相关性滞后期都为2旬左右。春季和秋季NDVI对气温 和降水响应的滞后期较短,而夏季响应滞后期较长;④气温是影响典型草原生长的主要因素,夏季降水是影响植被 生长期内植被生长的重要因子。温度是高寒草甸草地生长的限制因子,而降水量则是沙漠草地、平原草地的生长 限制因子。     

近12年来黄土高原植被覆盖对年内水热条件的响应

基于1999-2010年SPOT-VEGETATION旬值NDVI数据,通过经改进的时滞偏相关等方法,并结合该地区降水量和气温数据,解释植被覆盖年内变化对气候要素的响应.结果表明: ①年内植被覆盖变化与气温的变化较为一致,气温较降水对年内植被生长影响强烈;②植被覆盖低、降水量小、气温低的地区与降水量的年内相关强,滞后时间集中于0旬~3旬;③植被覆盖与气温的年内相关程度不受降水量与气温空间分布的影响,滞后时间集中于2~3旬与8~9旬;④水热组合较好的植被覆盖高的地区,植被覆盖均对降水量与气温的年内响应敏感,相反则敏感程度降低,气温对黄土高原植被覆盖的年内影响占主导地位,农业生态区与山地森林生态区植被覆盖年内变化主要受气温的影响,降水影响不明显;⑤黄土高原西北部和西南部降水或气温的单独影响不利于植被生长,黄土高原西北部,环境干旱,植被稀疏,其植被覆盖与降水量的年内相关较强,但是植被生长相对于其他地区较为迟缓;黄土高原西部,植被覆盖与气温的年内相关程度相对不明显且迟缓.主要是由于黄土高原西北部和西部,降水或气温远低于黄土高原平均水平,而在单气候因素影响下植被生长会受到抑制造成的.     

中国黄土高原气候暖干化及其对生态环境的影响

应用中国黄土高原7省51个代表性气象站1961年～2000年主要气象要素观测资料和1956年～2000年黄土高原中部主要河流的年径流量,采用EOF和其他数理统计方法研究了黄土高原气候和径流量变化特征及其对生态环境的影响,结果表明:中国黄土高原年平均气温呈明显的上升趋势,年平均气温以每年0.026℃/年的速度上升,增温速度大于全国同期增温速度;年降水量和植物生长季降水量均呈递减的趋势,年降水量递减率为-2.095mm/年,递减率高于全国同期值;年平均气温和夏季平均气温变率呈增大趋势;黄土高原中部7条主要河流径流量呈明显的下降趋势,年河流径流量以每年0.4851×108m3/年的速度下降.气候暖干化导致土壤含水量下降,风沙加大,植物存活率降低,植被覆盖率下降,地表土质更趋疏松,是黄土高原区域生态环境趋于恶化的重要原因.     

黄土高原地区降水资源特征及其对植被分布的可能影响

选取了黄土高原 4 1个站点 1 96 1年～ 1 990年的月降水资料 ,计算并分析了黄土高原地区多年平均年降水量、年内各个季节的降水分配比例、年降水变率和离差系数等分布特征 ,同时对黄土高原不同地区光热水资源的耦合特征和土壤水分在雨季恢复的程度进行了分析。结果表明 :森林地带分布在黄土高原东南部和立地条件好的山地 ;荒漠草原带分布在水热资源缺乏的西北部 ;森林草原过渡带和典型草原带分布在森林带和荒漠草原带之间 ,是黄土高原地区的主要植被地带。最后 ,给出了林草适宜分布区域及其受限区域 ,可为当前黄土高原植被生态恢复与建设提供参考     

气候变化和人类活动对洮河流域植被动态的影响研究

通过逐象元回归和一致性检验构建1981-2010年间洮河流域NDVI序列,整编同期气温、降水等资料,采用Sen斜率、主成分、相关性及回归残差分析等方法,就洮河流域不同地理-生态区间植被动态的时空特征及所受气候变化和人类活动的影响进行研究。结果表明,1981-2010年期间,洮河流域植被动态总体增强且空间分异明显,甘南高原植被动态增强幅度高于黄土区。从植被季节变化的趋势和幅度来看,甘南高原主要表现为植被萌发期提前,黄土区表现为萌发期提前和枯萎期延迟。在气温和降水所代表的水热要素与NDVI之间构建植被动态预测模式,率定和校验期精度良好,能够反映不同生态-地理区间植被动态与气候变化之间的数量关系。总体来看,洮河流域植被变化由气候和人类活动共同驱动,气候模式输出和残差分析结果表明,洮河流域植被动态受气候因素的影响显著,气候变化对洮河流域植被活动增强的贡献率超过90%。     

太白山地区7月NDVI多尺度周期变化及其对气候因子的响应

多尺度周期变化是植被研究的重要前沿问题之一,对揭示植被系统变化规律及其复杂性具有重要意义。本文基于太白山地区树轮宽度年表重建的近172年的7月NDVI资料数据,采用集合经验模态分解法（EEMD）对其在不同时间尺度上的变化特征及其对气候因子的响应进行了分析,结果表明：①太白山地区南北坡7月NDVI呈微弱的非线性上升趋势,北坡/南坡NDVI分别具有3.3 a/3.5 a、8.1 a/8.8 a的年际尺度周期,以及18 a/19.1 a、36 a/34.4 a和64.8 a/68.8 a的年代际尺度周期。②重构的年际尺度变化较好地呈现了NDVI原始序列的波动细节,而年代际尺度变化则揭示了不同时期内NDVI的增减交替变化。北坡NDVI的年际尺度波动较大,而南坡NDVI的年代际尺度波动略强。③在年际尺度上影响NDVI的主要因素是降水,年代际尺度上影响NDVI的主要因素是气温。④北坡NDVI变化主要受水分因素控制,而南坡NDVI则受热量因素影响更为明显。分析太白山地区NDVI的多尺度变化及其影响因素对研究太白山地区植被生长的变化特征具有重要意义。     

黄土高原长武县域植被变化季相趋势及影响因素

黄土高原地区植被生长改善情况已被广泛证实,评价县域季节尺度的植被覆盖变化及影响因素有助于针对性识别植被改善时空效果。本文基于2000-2012年MODIS NDVI数据和Sen+Mann-Kendall模型,对陕西省长武县季相植被覆盖变化趋势的影响因素进行分析,研究结果显示:①2000-2012年长武县的NDVI值呈波动上升趋势,增速为0.064/10a,其中2000-2004年增加最为明显;②长武县植被覆盖总体增加,呈减少趋势区域主要分布在城镇化和工业化快速发展的县城周边;平缓波动趋势区域在空间分布上较集中于北部耕地;③2000-2012年间长武县夏季植被改善情况最为显著;秋季植被改善状况次之;春季改善状况较夏秋弱,北部区域植被覆盖减少像元数增多;④气温和降水的变化促进了植被改善,其中在年际尺度降水为主要影响因素;在季相尺度春季降雨对植被生长具有最显著作用;月际尺度降水的改变对植被生长的影响较小,而气温因素对植被生长的影响较大。不仅退耕还林工程对长武县植被改善有积极影响,农用地撂荒对植被恢复的作用也值得考量。     

1961-2013年华北晋冀山地和黄土高原区树木生长季变化趋势

为预测气候变化下的森林植被生长季特征变化,本文基于华北晋冀山地区和黄土高原区两个区域44个气象站1961-2013年日气温数据,分析了华北湿润半湿润地区两个区域树木生长季特征的变化趋势。定义生长季开始时间为当连续5天日平均温度≥5℃,选第5天作为生长季开始时间;生长季结束时间为当秋季连续5天日平均温度<5℃,选第5天作为生长季结束时间。结果表明:①1961-2013年晋冀山地区和黄土高原区以及两个区域整体树木生长季开始时间呈现显著提前趋势,变化速率分别为-1.7d/10a、-2.1d/10a和-1.9d/10a;树木生长季结束时间均呈现显著延后趋势（p<0.05）,变化速率分别为0.9d/10a、1.1d/10a和1.0d/10a;研究区树木生长季长度表现出明显的延长趋势,晋冀山地区和黄土高原区以及两个区域整体的树木生长季长度时间变化速率分别为2.6d/10a、3.2d/10a和2.9d/10a,树木生长季长度分别延长13.3d、16.4d和14.8d;②1961-2013年,海拔对树木生长季指标的影响,除了对晋冀山地区的树木生长季开始影响不大以外,对于两个研究区的其他树木生长季指标均有显著影响;研究区树木生长季指标（生长季开始时间,结束时间和生长季长度）与春季和秋季气温都显著相关;③1961-2013年,树木生长季开始时间变化趋势在整个研究区空间上大部分呈提前趋势,树木生长季结束时间大部分呈延后趋势和树木生长季长度的变化趋势在空间上则大部分呈延长趋势。     

黄土高原地区植被覆盖变化的时空差异及未来趋势

利用黄土高原1982年-2006年GIMMS—NDVI数据,以投影寻踪分类评价法、标准差、线性趋势分析和Hurst指数为基础,分析了黄土高原NDVI的变化趋势,并且预测了该研究区植被覆盖变化总体趋势及其空间分异。分析结果表明：①近25年来黄土高原植被覆盖变化波动程度较高,但植被覆盖是向着改善的方向发展的。2002年以后NDVI波动程度总体上在减小,意味着近年来植被覆盖整体情况趋于稳定改善的状态;②近10年黄土高原的Hurst指数的均值为0．7195,数值较高,但存在明显差异,东部的Hurst指数高,西部Hurst指数相对较低;黄土高原地区植被覆盖时间序列主要表现为可持续性,即持续改善或者持续退化。在现有基础上,未来的地表植被覆盖改善区有向北部扩展的趋势;退化区有向南部扩展的趋势;③各种植被类型的Hurst指数除城市外平均值均为0．5〈H〈1,即为可持续性序列。其中,林地可持续性最强,除城市外的其他土地利用次之,草地最弱。     

黄土高原丘陵沟壑区乡村可持续振兴模式

新中国成立以来,黄土高原生态治理取得了举世瞩目的成就,但局部地区人-地-粮食矛盾日益凸显。2018年中央一号文件提出"关于实施乡村振兴战略的意见"。文章结合多年的研究基础,剖析了黄土高原丘陵沟壑区社会可持续发展面临的问题与挑战,提出了黄土高原丘陵沟壑区的可持续振兴模式:生态、生产与社会耦合发展,即山顶削峁建盆地,发展果业和药材生态园;山腰构建草灌复合生态系统;山下适当治沟造地发展设施农业;小流域源头科学建设水库,为山上药果园区和设施农业提供滴灌水源,从而构建黄土高原丘陵沟壑区山水林田湖生态景观格局。为建成治理有效、生态宜居、产业兴旺、生活富裕、乡风文明的黄土高原丘陵沟壑区社会主义新农村提供范式。     

黄土高原生态工程的生态成效

黄土高原是世界上水土流失最严重的地区,也是我国水土保持和生态建设的重点地区。20世纪80年代以后,国家在该地区先后开展了小流域治理工程、水土保持重点工程、退耕还林(草)工程、淤地坝建设和坡耕地整治等一系列生态工程,对土壤侵蚀控制、生态建设等均起到了良好作用。为全面评价该地区生态工程的生态成效,以野外站不同尺度监测及生态系统关键过程长期研究为基础,利用多种模型和统计分析方法,在地块—小流域—行政区和典型生态工程—典型样区—侵蚀和地貌区等不同尺度上,对土地利用和植被覆盖变化、土壤侵蚀动态变化、河流径流和输沙量动态变化以及社会经济结构动态变化进行了综合分析与评估。结果表明,黄土高原地区水土流失范围明显缩小、水土流失程度显著减轻,区域生态状况向良性发展、社会经济发展迅速。但局部地段(如陡坡耕地)水土流失仍然严重、生态环境仍然比较脆弱,治理形势依然严峻。据此,从该地区生态建设的内容、学科建设重点、监督和政策机制、产业结构调整等方面提出了该地区生态工程后期建设的方向和对策。     

黄土高原土地生产力区域特征分析

土壤侵蚀是黄土高原最为严重的环境问题之一。该文在CIS支持下,利用基于侵蚀条件下的土地生产力模型研究了黄 土丘陵沟壑区一副区、二副区和北部风沙区的3个典型小流域的土地生产力状况,并针对3个小流域所在区域的位置、地形、地貌特征、气候和土壤特性以及土地利用的特性等几个方面的差异性和共性进行了讨论,并从区域的角度分析了3个研究区域土地生产力的特点和差异性。研究结果表明,由于地形、气候等因素的影响,黄土高原内部不同区域土地生产力的差异性非常明显,表现为风沙区1634.59kg/hm²>黄土丘陵沟壑区一副区(14411.89kg/hm²)>黄土丘陵沟壑区二副区(1006.77kg/hm²)。     

黄土高原生态系统服务变化对人类福祉的影响初探

近年来在多种因素驱动下,黄土高原生态系统服务功能发生显著变化,对农民基本生产和生活产生重要影响。本文通过农户问卷调查和参与式农村评估,了解农户对生态系统服务变化的认知和态度,采用多指标评估法对农民福祉的变化进行分析,并探讨二者的关系。研究发现,劳动机会、水源、粮食和空气是当地与农民福祉最为相关的生态系统服务功能,其中劳动机会和粮食供给功能发生显著下降。不同地区农民福祉总体差异不显著,但福祉要素如收入水平、生产资料满意度、资源获取能力和营养获取能力存在差异。生态系统服务状况、收入来源和交通条件等是造成福祉要素差异的主要原因。1999年-2009年,固原农民福祉由31.5增至48.6,但总体水平仍然偏低。收入提高是导致福祉变化的重要原因,生产资料满意度下降是制约农民福祉提高的关键因素。本研究尝试对生态系统服务和人类福祉的关系进行定量分析,对以改善民生福祉、维护生态系统可持续性为目标的各类相关研究都具有重要意义。     

1982年至2003年藏北高原草地生态系统NDVI与气候因子的相关分析

本文利用1982年～2003年GIMMS每15d合成的归一化植被指数(Normalized Difference VegetationIndex,NDVI)数据集和藏北高原8个气象站1981年～2003年逐月气象资料,用相关分析研究了NDVI与6个气候因子的相关性及其时气候因子的时滞响应情况,同时计算了气温、降水和风速3个气候因子与NDVI的偏相关系数.结果表明:①除噶尔和改则之外,6个站的NDVI与同期月均气温、月均最高气温、月均最低气温、月均相对湿度和月降水量都呈高度正相关(P<0.001),其中与月均最低气温的相关性最好,NDVI与当月降水量的相关系数为那曲>索县>安多>当雄>班戈>申扎;月均风速与藏北高原草地NDVI呈高度负相关(P<0.001;当雄除外,为D<0.05);②NDVI对气温和降水的响应有滞后效应:改则和噶尔NDVI对气温滞后3个月,其它6个站滞后1个月;噶尔NDVI对降水的滞后期为2个月,其它7个站均滞后1个月;申扎和改则(噶尔)NDVI对空气湿度分别滞后1和2个月,其它5个站无滞后;那曲、安多、班戈和申扎NDVI对降水的累积滞后期为1个月,当雄和索县为2个月,改则和噶尔为4个月,NDVI对降水响应的累积滞后相关系数从东到西呈降低趋势;③除改则和噶尔之外的6个站NDVI变化受气温的影响大于降水;在气温-降水-风速组合下,除改则和噶尔之外的6个站NDVI第一相关因子仍是气温,但索县、那曲、班戈和申扎属于气温-风速-降水驱动型,安多和当雄属于气温-降水-风速驱动型.藏北草地NDVI与气候因子的相关性受植被类型、海拔、年降水量和年平均风速的影响.     

黄土高原社会-生态系统变化及其可持续性

在全球变化和人类活动驱动下,社会系统与生态系统均处在不断加剧的动态变化中,揭示二者之间的互馈机制是保持和增强系统弹性以及可持续性的科学基础。黄土高原地区是中国人口、资源、环境矛盾最集中的区域之一,也是黄河重要的产水区和绝大部分泥沙的来源区。合理布局黄土高原土地利用格局,协调黄土高原水土保持和黄河下游水资源利用与泥沙控制,是黄土高原地区和黄河流域可持续发展的重大需求。本文立足于国际社会-生态系统耦合研究前沿和可持续发展与生态建设的国家需求,综述了区域社会系统与生态系统的互馈机制和社会-生态系统的耦合模拟的研究进展,总结了黄土高原社会-生态系统的变化过程和驱动机制,认为发展社会-生态系统动态机制分析方法和稳态转换识别方法,建立耦合社会系统与生态系统的土地利用权衡与优化模型,是推动社会-生态系统耦合研究理论与方法创新、为黄土高原的可持续发展提供科学依据的重要途径。