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《兰州大学》 2017年
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新疆地区草地NPP和物候对气候变化的响应研究

张仁平  
【摘要】:分析植被物候与净初级生产力对气候变化的响应一直是研究全球变化的核心内容之一。新疆草地生态系统极为脆弱,对气候和环境变化的影响十分敏感,在新疆地区开展草地物候和净初级生产力及其对气候变化的响应有着独特的意义。本文选择新疆地区草地为研究对象,利用实测数据、气象数据、遥感数据等多种数据源和模型模拟相结合的方法,开展了草地植被物候和净初级生产力的空间格局、变化趋势以及对气候变化的响应研究,定量分析了人类活动和气候变化对草地净初级生产力的影响,以及草地净初级生产力和物候的互作关系。研究结果表明:1)基于ANUSPLIN软件及位点、海拔等信息的插值算法是新疆地区温度和降水的最优插值方法,其降水的平均绝对误差(MAE)、相对误差(MRE)和均方根误差(RMSE)的值分别是7.29mm、2.17和12.14mm,温度的MAE、MRE和RMSE的值分别是2.17℃、0.45和2.15℃。在2001-2014年期间,新疆地区年均温度和年降水均呈现上升趋势,上升速率分别达到0.34℃/10a和3.1mm/10a。2)当雪深30cm时,AMSR2雪深产品高估了当地雪深,台站雪深30cm时,AMSR2雪深产品则低估了当地雪深。改进后雪深模型的反演精度提高明显,其中,基于AMSR2_A亮温数据改进的雪深模型精度最高,平均误差(BIAS)和RMSE分别为2.5cm和6.9cm。3)草地植被物候多年均值由低海拔到高海拔呈现出明显的区域性差异。海拔每升高1000m,返青期推迟13天,枯黄期提前7天,生长季长度缩短20天。新疆不同草地类型的返青期在第100~136天,枯黄期在第256~291天,生长季长度在122~190天。新疆草地返青期整体呈现提前趋势,返青期提前速率为0.11d/a,草地枯黄期呈推迟趋势,推迟速率为0.14d/a。生长季长度呈延长趋势,生长季长度延长速率为0.25d/a。4)春季气温的上升会促进返青期提前,但是1月份气温的上升不利于草地返青。春季降水不利于海拔较高区域的草地返青,如高寒草甸、山地草甸和温性草甸草原。1月份的降水不利于大部分区域(除高海拔区域)的草地的返青。3月份和4月份较厚的雪深不利于草地返青,其它月份的雪深对草地返青期影响不明显。积雪消融越晚,草地返青越迟。5月份到10月份的气温的升高均有利于枯黄期的推迟,9月份之前的降水对于大多数草地枯黄有延迟作用,但9月份的降水会导致大部分草地枯黄期的提前。5)CASA模型基本可以反映新疆地区草地植被实际NPP(NPP_A)。2001-2014年期间,新疆草地NPP_A平均值为102.49 gC m-2yr-1。新疆NPP_A的空间分布格局具有如下特点:山区NPP_A高于盆地NPP_A,北疆NPP_A高于南疆NPP_A。降水能够促进新疆地区草地NPP_A增加,其中,夏季和秋季的降水对草地NPP_A的影响最为明显,温度对新疆地区草地NPP_A影响不大。6)新疆草地NPP_A增加的区域占草地总面积的69.7%,草地NPP_A减少的面积占草地总面积的30.3%。人类活动主要驱动了草地NPP_A的增加,人类活动和气候变化对草地NPP_A减少的作用相差不大。对于三种不同草地类型来说,草原NPP_A增加和减少的面积比例基本相等(约各占50%),气候和人类活动对草原起着类似的作用(约各占25%);荒漠草地NPP_A增加的面积占荒漠草地面积的82.8%,其中人类活动引起的荒漠草地NPP_A增加的面积占荒漠草地面积的70.1%;然而,草甸NPP_A减少的面积占草甸面积的67.7%,人类活动导致的草地NPP_A减少的面积占草甸总面积的49.5%;在32.3%的草甸NPP_A增加的面积中,由气候变化引起的NPP_A增加的面积占草甸总面积的26.1%。7)新疆草地物候和净初级生产力的关系比较复杂,草地返青主要对春季NPP_A有明显的影响。草地枯黄期和秋季NPP_A有一定的关系,但不明显。生长季长度越长,春季NPP_A越高。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S812

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