干湿过渡区植被生长对气候变化的响应

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植被与大气之间存在复杂的多尺度的相互作用和反馈机制,植被生长对不同气候因子变化的敏感性不同。近年来以“全球变暖”为主要特征的气候变化及其引发的一系列环境问题已经引起了社会各界的广泛关注。气候变化对植被结构和功能产生显著影响,植被对气候变化的响应具有明显的区域特征。中国干湿过渡区域自然条件复杂,探究该地区植被生长对气候变化的响应过程和机理,预估未来植被面临的气候变化风险,对深入理解全球变化及其影响具有重要意义。  本研究聚焦干湿过渡区,以叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)和净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)表征植被生长状况,结合遥感数据、气候观测数据和模型模拟数据,利用多种统计分析手段刻画过去植被生长和气候变化特征;综合时间和空间维度,探明植被与不同气候因子的时空相关规律,揭示植被生长对过去气候变化的响应机制;考虑气候与非气候因素的相对贡献,识别植被显著变化区域的驱动因素;建立气候变化风险评价方法,完成不同情景下植被生产力的风险模拟和分析,为预测未来陆地生态系统变化和制定气候变化适应政策提供科学参考。主要结论有:  (1)干湿过渡区植被年平均叶面积指数在1982-2010年期间呈显著增加趋势,增加显著的地区占研究区面积的将近三分之一(28.58%),春秋两季对年平均LAI的增加趋势贡献较大。近30年干湿过渡区大多数地区年平均气温上升趋势显著,降水变化的空间差异明显,年降水量显著下降地区主要位于内蒙古东部,季节差异主要体现为夏季降水显著减少和冬季降水显著增加。  (2)偏相关分析和奇异值分解的结果显示,干湿过渡区LAI与气候变量场之间存在较强的耦合相关性,华北地区升温对植被生长具有明显促进作用,内蒙古东部降水的减少则对植被生长产生抑制。年均LAI与气温和降水显著正相关区域分别占研究区的15.3%和26.1%,植被生长受春季升温的有利影响较强,其显著正相关面积达到31.29%,夏季降水变化主要对植被产生不利影响。  (3)干湿过渡区植被变化是气候与非气候因素综合作用的结果,基于多元线性回归和残差趋势法,对过去30年LAI显著变化来说,非气候因素主导的LAI显著增加区域(7.94%)大于气候因素的影响范围(7.04%),气候因素主导的LAI显著减少区域(2.08%)大于非气候因素的影响范围(1.15%)。其中非气候因素对植被生长的正向作用主要位于东北平原和黄土高原中北部。  (4)未来多模式预估的干湿过渡区气候变化在高排放情景下干旱倾向明显,不同情景的干湿变化空间差异显著。21世纪中期至远期,干湿过渡区植被NPP损失的风险范围将可能逐步扩大、同时风险程度加重。2071-2099年风险总面积在RCP8.5情景下可能达到75.71%。干湿过渡区东部平原和内蒙古东部草原区是主要的风险区域,未来增温和干旱化可能共同对植被生长产生较大的负面影响。
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