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基于遥感的新疆NPP时空变化特征及其影响因素分析

高原  
【摘要】:植被作为陆地生态系统的重要组成部分,在地-气系统的能量和物质交换中扮演着重要角色,也是全球碳循环过程中的关键环节。但是,气候变化对陆地生态系统碳循环过程产生了重要影响,而植被净初级生产力(NPP)作为植被生态生理过程的重要参数,它的动态变化成为全球变化背景下碳循环的重要研究内容。由于遥感技术具有波段范围广、空间分辨率高和携带信息丰富等特点,对于研究植被生态环境变化应用价值高。作为气候变化敏感区和生态脆弱区的新疆,冰川面积退缩、草场退化和荒漠化等生态环境问题日趋严重,研究该区域NPP的动态变化对认识西北干旱区气候变化与碳循环有重要意义,而以往研究多以气候资料来模拟气候潜在生产力,不能反映NPP的实际变化情况,并且缺少对影响NPP变化的因素分析。因此,本文基于新疆2000?2010年MODIS Terra/MOD17数据集和51个标准气象台站近11a气温与降水资料,结合植被类型、DEM及土地利用/覆被变化(LUCC)等数据,分析了新疆植被净初级生产力(NPP)。利用ArcGIS自然分裂法把NPP在11年的回归斜率?slope分为5类,探讨了新疆NPP的时空变化特征,并从不同生态功能区和市、县行政区两方面分析了新疆NPP变化的区域差异。进一步利用气候倾向率、空间分析、叠置分析与相关分析等方法,提取了不同海拔高度和不同植被类型的NPP,得到了研究区气温、降水与NPP相关系数和土地利用类型,综合分析了新疆2000?2010年NPP的变化。本文主要结论如下:(1)2000?2010年新疆NPP总体在波动中呈减小趋势。其中,NPP最大在2003年,为155.8 g C/m2·a;最小在2008年,为132.2 g C/m2·a;11a平均NPP为145.6 g C/m2·a。研究区NPP呈增加趋势的面积小于呈减少趋势的面积,倾向率为-36.7?27.4 g C/(m2·10a)。其中,阿尔泰与天山山区、南疆渭干河与阿克苏河流域为NPP减少最多区域,减少面积达1.12?105km2,占总植被区的29.15%;而NPP增加主要位于天山北坡绿洲带、叶尔羌河绿洲、喀什噶尔河绿洲与和田河流域,面积为1.02?105km2,占总植被区的25.79%。(2)近11a来,新疆NPP具有北疆大于南疆,西部大于东部的空间分布特征。其中,最大值在石河子,NPP达193.9 g C/m2·a,而南疆的阿图什最小,NPP仅为87.7 g C/m2·a;全疆以西部伊宁年均NPP最高,达267.4 g C/m2·a,而东部吐鲁番NPP最低,仅为85.6 g C/m2·a。(3)通过海拔高度、植被类型、气温与降水及LUCC类型对新疆NPP的影响分析得出:①NPP最高值带在海拔1150?2650m,为混交林、山地针叶林等林地植被,NPP平均为190.8 g C/m2·a,且在1700m时NPP最大,达222.3 g C/m2·a;次高值落在海拔50?100m的吐鲁番盆地,NPP为162.1 g C/m2·a;随后,当海拔处在2650?5850m时,NPP随海拔升高而减小,与新疆山地植被垂直带谱由高山草地→高寒草甸→裸岩带→冰雪带的变化相一致。②不同植被类型NPP差异显著,表现为:混交林常绿针叶林、作物落叶针叶林落叶阔叶林草地灌丛。③与气温、降水的相关分析表明,新疆NPP与气温呈弱的负相关关系,表明气温对NPP的影响不大;与降水呈显著正相关关系,相关系数为0.74(p0.001),反映降水是影响NPP的主要气候因子,对NPP的增加有促进作用。④土地利用/覆盖变化(LUCC)研究表明,近11年来,研究区耕地与草地面积减少,建设用地及未利用土地面积显著增加,是导致新疆NPP减少的主要原因。此外,城市化指数的变化、绿洲人口迅速增加、城市化进程加快等社会经济活动也是新疆NPP减少的重要驱动力。


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