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秦岭植被物候期及遥感生长季的变化研究

贺映娜  
【摘要】:秦岭-淮河一线是中国大陆南北方的地理分界线,秦岭山地南北坡的地理地貌、气候生态有着巨大差异,而淮河南北岸却不存在这种显著差别,因此严格意义上来说,淮河只是秦岭在我国东部大陆的延伸线,秦岭才是我国南北方的区域分界线,同时也是气候和地理的重要分水岭。 本文采用临近秦岭山地(陕西境内)的西安站8种木本植物1963-2008年的物候观测数据,研究区1998-2009年SPOT VGT遥感影像,及8个地面气象站点1960-2010年的日气温数据集,在分析了研究区植被物候生长季在过去46年的变化趋势的基础上,研究NDVI时序模拟遥感生长季的变化情况,并进一步以NDVI时序验证物候生长季的周期更迭和变化趋势;利用气温日值分别与物候生长季和NDVI时序做相关系数,深入探究气温对生长季变化的影响关系和滞后时效问题。 (1)46a间物候生长季的变化特征 在气温突变年1989年之前,即1960-1989年这30年中,8种植物的生长季始期平均提前了1.8d(r=0.72),生长季末期推后了1.0d(r=0.49)。不同植物的生长季始期提前幅度有所差异,其中春季垂柳的提前趋势最为显著,为2.4d/26a(r=0.52);在气温突变之后的1990-2009年的20a中,生长季始期提前了1.1d(r=0.44),依旧是垂柳的提前幅度最为显著,为2.9d/20a(r=0.70),该时期的生长季末期变化趋势不如11960-1989年明显,其平均值推后了0.6天(r=0.31)。 (2)气温对物候生长季的影响关系及时滞 生长季始期的气温在1960-1989年内升温明显,30a内升高了0.75℃(r=0.98),生长季末期的气温升高了0.38℃(r=0.99);气温突变点之后的1990-2009年,生长季始期的气温增幅0.30℃/20a(r=0.92),生长季末期气温下降了0.18℃/20a。 采用有效积温这一参数来分析气温与生长季始期的关系,发现:无论是在气温突变前或突变后,有效积温日与生长季始日均呈同步一致的变化趋势。通过皮尔逊相关分析,突变前后两个时段的有效积温日与生长季始日的相关系数为分别为:0.782、0.812,且均通过了0.01水平上的检验,呈极显著相关;气温对大部分植物展叶盛期的影响以滞后21天为主,对垂柳和山桃以滞后18天为主。 (3)基于NDVI数据模拟遥感生长季的变化趋势 以1998-2009年的NDVI时序数据为基础,平滑移动平均法模拟生长季的变化趋势显示:前期(1999-2001年)的生长季始期为第9旬,末期为第28旬,中期(2003-2005年)的生长季始期为第8旬,末期为第29旬,后期(2007-2009年)的生长季始期为第7旬,末期为第29旬。生长季长度在前期、中期、后期分别为19旬、21旬、22旬,说明生长季长度在逐步延长。 NDVI均值法模拟的结果显示:前期生长季始期为第12旬,末期为第28旬,中期的生长季始期为第10旬,末期为第30旬,后期的生长季始期为第10旬,末期为第30旬;生长季长度分别为16旬、20旬、20旬。根据研究区特征和所选数据限制,平滑移动平均法所得结论更为准确。2种方法的结果均显示出研究区的生长季开始日呈现提前趋势,末期呈现推后趋势,虽然幅度不同,但整体趋势却相当一致。 在年内变化上,着重研究了生长季始期气温与NDVI的关系,发现该时期气温对NDVI的影响存在2-3旬的时滞效应,2旬为极显著相关,3旬为显著相关时滞,这说明研究区内植物开始复苏,NDVI迅速升高的日期,与之前的2-3旬气温有显著的关系。也可以理解为,NDVI显著升高的突变点取决于在这之前2-3旬的气温状况。 (4)基于NDVI的遥感生长季表征物候生长季的研究 在1998-2009年中,前期、中期、后期的NDVI突变点分别为0.42、0.45、0.46,突变点的升高反映在地面植被的物候期变化上,就是春季物候始期的提前。若NDVI时序增高,则生长季始期呈提前趋势,生长季末期有延迟趋势,若NDVI时序降低,则代表生长季始期有延后趋势,生长季末期有提前趋势。用12年中NDVI数值分析,当NDVI值高于0.43时,说明遥感生长季始期到来,地面植被大部分进入返青高峰期,地表绿度面积大幅增加,可被遥感监测明显识别。随着NDVI序列曲线达到年际最高值,随之逐步下降至NDVI=0.41时,大部分植被进入叶变色期,地表绿度面积急剧减少,NDVI值大幅下降,物候期进入末期。


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