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1982-2015年全球植被时空演变特征及其影响因素分析

杨钰杰  
【摘要】:植被是生态系统的主体,在生态系统的物质循环、能量流动和生物地球化学循环中起着关键的作用,能在一定程度上反映生态系统的情况。植被对气候变化很敏感,植被动态及其对气候变化的响应已被认为是全球变化的核心问题之一。然而,在全球气候和生态环境迅速变化的背景下,过去几十年来,全球植被是改善还是退化,变化的面积多大,速率多快,是否发生了突变,在未来可能会怎么变化,以及植被演变的驱动因素等尚不清楚。本文以1982—2015年叶面积指数(Leaf Area Index,简称LAI)数据为基础,采用Mann-Kendall突变检验法、Theil-Sen中值趋势分析、Mann-Kendall显著性检验和重标极差(R/S)分析法来量化植被的突变特征、演变趋势和趋势的持续性等特征。利用基于像元的Pearson相关分析法和偏相关分析法探讨了植被与温度和降雨的关系,用残差分析法区分了人类活动和自然因素对植被的影响。得出以下主要结论:(1)近34年来全球植被改善显著。年尺度上,LAI总体以0.0045/a的速率上升(R~2=0.7954),无显著的突变点,LAI显著改善趋势的面积(50.31%)远大于显著退化趋势(9.48%)。在月尺度上,除9月份退化面积相对较大以外,其他月份LAI改善面积均大于退化区域面积。(2)未来植被退化趋势显著。可能有高达53.27%的地区LAI会退化,主要分布在赤道气候带和冷温带气候带内,仅28.89%的地区LAI可能会改善。还有1.50%的区域未来趋势可能会保持不变,有16.33%的区域未来变化趋势不确定。(3)温度对植被的影响大于降雨。全球分别有97.90%和56.44%的区域温度和降雨呈现上升趋势。两者与LAI的相关性和偏相关性都具有一定的互补性。当月温度对生长季LAI的影响大于上月温度,上月降雨对LAI的影响均大于当月降雨,表明LAI对降雨有一定的滞后性。(4)人为因素对植被的影响大于自然因素。全球有31.30%的区域受自然因素影响较大,有68.70%的区域LAI更容易受到人为因素的影响,其中有54.78%的区域的LAI受人类影响可能会改善,有13.92%的区域可能因人类活动而退化。(5)LAI数据和NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)数据具有一定的一致性。虽然在表征植被的基本不变区域、改善区域和植被与气象因子的偏相关关系时存在一些差异,不过两者均展示了植被改善区域大于退化区域,总体上植被受温度影响的面积大于降雨。从整体来看,近几十年来全球植被是在改善的,但未来可能会出现大面积的退化现象,特别是在冷温带气候带内。人为因素对植被的影响大于自然因素,自然因素中温度对植被的影响大于降雨,人为因素中土地利用变化和管理对植被的影响较大。LAI数据和NDVI数据在表征植被的总体变化趋势和影响因素方面具有一定的一致性。


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