黄土高原干旱时空变化及对植被物候的影响

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhanranran
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干旱是发生较为频繁,破坏力很强的重要气象灾害。在气候剧烈变化背景下,干旱问题更加突出。同时作为研究气候与植被间相互关系的重要手段,植被物候已经发生一些显著变化。近年来,黄土高原气候在季节尺度上暖干化趋势加剧,该区的干旱特征以及植被物候与气候因子之间的关系可能变得更为复杂。准确认识干旱变化特征以及干旱半干旱区植被物候与气候的交互作用,对研究当地生态系统如何响应气候变化有重要意义。本研究基于1901-2100年高分辨率的气温与降水数据,得到12个月时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI),分析黄土高原历史与未来不同情景下干旱的时空变化特征。并利用MODIS的MOD13A2产品中的归一化植被指数(NDVI)时间序列数据,通过动态阈值法与双逻辑斯蒂法提取2001年至2018年植被物候信息来研究黄土高原植被物候时空变化特征,进一步分析气候因子时滞与累积效应对植被物候影响。主要结论如下:(1)1901-2017年,SPEI指数的年际变化趋势未达到显著性水平,无显著突变年份。在95%的置信水平下,2018-2100年三个RCP情景下的年均SPEI均呈显著下降的变化趋势,下降速率分别为0.120/10年,0.096/10年,0.206/10年。历史时期无重旱发生,在1965,1997年发生中旱,1941年发生极端干旱,共有41年出现轻旱。未来时期的干旱发生总年数增加,其中中旱发生年数明显增多。表明未来时期黄土高原气候整体上趋于暖干化。(2)黄土高原不同等级干旱发生频率具有明显的空间变化特征。1981-2010年,黄土高原中部轻旱、重旱发生频率较高。2018-2100年,黄土高原主要以发生轻旱为主。在RCP8.5情景下,与其它地区相比,西北部在未来两个时间段内,极端干旱发生频率较高,气候变化将增加极端干旱发生频率空间分布的差异。与历史时期相比,在本世纪末30年80.81%-95.11%的区域发生无旱到轻旱的等级转换。西北部干旱加重,7.21%-19.00%的区域将发生无旱至中旱的干旱等级转换。(3)黄土高原植被生长季开始时间(SOS)从东南到西北呈现出逐渐延迟的趋势,生长季结束时间(EOS)呈现出由四周向内部逐渐延迟的趋势,生长季长度(LOS)除了南部较长外,其他地区空间差异不明显。从空间变化趋势来看,黄土高原中部地区,草地的SOS呈显著提前趋势。西南部作物SOS呈显著延迟趋势。黄土高原东部部分作物EOS显著延迟。(4)同时考虑气温与SPEI的时滞与累积效应可以解释更多的SOS、EOS变化,平均解释度分别为81.11%,75.47%。相较于不考虑时间效应的情况,解释度提升范围为4.02%-42.94%,16.61%-33.32%对于不同的植被类型SOS、EOS的变化。同时考虑气温与SPEI的时滞与累积效应,植被SOS响应气温的滞后、累积月份变化范围为0.48-1.86,1.41-4.01。响应SPEI的滞后、累积月份变化范围为0.91-1.74,2.97-5.01。EOS响应气温的滞后、累积月份变化范围为1.15-1.50,2.08-2.49响应SPEI的滞后、累积月份变化范围为1.38-1.89,1.95-4.92,其中郁闭灌木林SOS响应气温与SPEI时滞与累积效应的滞后时间较短,响应气温、SPEI的滞后月份分别为0.48,0.91。主要分布在东南区域的郁闭灌木林EOS响应气温的累积时间较短,为2.08个月。落叶阔叶林EOS受到较长时间尺度累积干旱的影响,为4.92个月,并且响应干旱的滞后时间最长,为1.89个月。(5)植被SOS与东南部植被EOS的主导气候因子是气温。气温主导区域所占面积比例分别为51.16%,18.25%。植被的SOS与气温之间表现为正相关,负相关的区域,所占面积比例分别为35.68%,35.06%。除了西部高海拔地区,分布在黄土高原中部,中西部和北部大多数植被SOS与气温之间表现为正相关。在西部和东南部部分植被SOS与气温之间表现为负相关关系。在黄土高原中东部,东北部部分植被EOS与气温之间表现为正相关,在中部和东部部分植被EOS与气温之间表现为负相关关系。SPEI主导区域所占面积比例为3.21%,2.03%。在区域分布上较为零散。气温与SPEI对草地SOS或EOS的影响具有空间差异性。
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