NWIPB OpenIR
青藏高原气候变化及其对高寒植被影响的空间差异性
徐维新
Subtype博士
Thesis Advisor古松
2011-05
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Degree Discipline生态学
Keyword青藏高原 气候变化 植被变化 空间差异 Ndvi 阶段变化
Abstract气候变化背景下,生态系统对气候变化的响应与适应已成为研究的热点。青藏高原平均海拔超过4000 米,是全球生态系统中最独特的一个地理单元,其脆弱的高寒植被生态系统对气候变化的响应非常敏感。近几十年青藏高原地区出现了显著的变暖,并已对植被产生广泛而深刻的影响。由于地域广阔,气候条件、生态系统类型多样,青藏高原植被变化及其对气候变化的响应存在显著的空间差异,植被变化的主导影响因子也随地区而异。因此,针对青藏高原高寒植被生态系统变化及其对气候变化的响应研究,应充分考虑和突出其空间区域的差异性,划分区域、逐区讨论。
本研究利用1961-2007 年青藏高原地区66 个气象站地面观测的温度和降水数据,将高原划分为5 个气候变化典型区域;分析了高原区域气候变化的空间差异性,并以1982-2006 年逐月卫星观测归一化植被指数(NDVI)时空数据,讨论了不同区域植被变化的时空差异。基于气温、降水、湿润指数、0-20cm 层地温和人口与牲畜存栏量数据, 采用简单相关、特征根回归和逐步回归的三步筛选方法,分析了各区域植被变化的主导影响因子,揭示了不同分区植被变化及其响应的阶段性差异和时间敏感性,为深入研究高原不同区域植被对气候变化、人类活动的响应提供了理论依据。主要结论如下:
1)本研究综合高原水分和热量指标,采用REOF 方法,完成青藏高原气候变化典型空间分区的基本划分。在此基础上,依据REOF 分解各特征向量场空间分布与方差解释率,结合分区内海拔、地形、植被覆盖等条件,完成典型分区的合并与修订,把青藏高原划分为5 个气候变化典型空间区域:青海北部区、长江源藏北区、西藏南部区,以及偏东部的黄河上游区和藏东南川西区。近50 年青藏高原升温显著,升温率达到0.373/10a,且变暖趋势在进入21 世纪后更为显著,但升温主要体现在最低气温的增加上。空间上,青藏高原气候变化存在显著的差异,北部升温较南部明显,西部升温较东部明显。季节上,秋冬季增温强而春夏季增温弱。降水量年际波动大,但总体略呈增加趋势。青海北部区、藏东南川西区降水呈增加趋势,以黄河上游区的部分地区减少明显。气候变化阶段性特征明显且区域差别大。藏东南川西地区1984 年时出现显著升温,长江源藏北地区和青海北部地区显著升温大致以1987 年为界,西藏南部和黄河上游则更晚。各地区1998 年后出现较一致的显著偏暖趋势,大部地区有暖湿化倾向。2)定量探讨了植被变化的时空差异,结果表明,1982-2006 年青藏高原植被变化区域差异显著,有些地区植被生物量出现明显增加趋势,而有些地区呈现显著下降趋势。
植被生物量增加显著的区域主要为位于青海北部和长江源藏北地区,且主要发生在植被覆盖度低、长势较差的区域。青海北部自上世纪90 年代初呈显著上升趋势,进入21 世纪前6 年平均植被生物量比上世纪80 年代、90 年代分别高出43kg/hm2、72kg/hm2,是青藏高原地区植被生物量增加最显著的地区。长江源藏北地区总体呈先降后升的变化特征,其植被生物量进入21 世纪后呈明显增加趋势,而其西部偏北的低植被覆盖区增加最明显。三江源中东部和果洛东南部两个地区也出现了明显增加现象。值得注意的是,三江源中东部地区植被在2004 年后出现转折性增加趋势,不仅出现异常显著的增加,且急剧跃升到一个显著偏高的水平。
在青藏高原植被覆盖条件较好的东部和南部大部地区,植被生物量呈现出不同程度的下降趋势,其中东部边缘的藏东南川西地区和黄河上游地区下降趋势明显。地理位置越向东,离高原边缘越近,下降趋势越明显,东部边缘最大减幅达到4%/a。黄河上游地区植被生物量由上世纪80年代的2289 kg/ hm2下降到90年代的2225 kg/ hm2,至21世纪初,迅速下降的趋势得到遏止,植被恢复迹象初露端倪。西藏南部地区呈现先升后降变化特征。三江源地区植被下降的区域主要分布在可可西里、唐古拉山乡,以及泽库和玛多地区。
3)研究时段内,一些区域的植被变化并不是呈现单一的上升或下降趋势,而是表现为明显的阶段性变化特征:西藏南部地区植被变化的阶段性特征显著,植被生物量呈先升后降的变化趋势,并可划分为1982-1993 年上升阶段和1994-2006 年的下降阶段;可可西里唐古拉区,1982-1994 年植被上升趋势显著,1996-2006 年进入明显下降阶段;三江源中东部地区则在1982-2003 年总体缓慢上升,但在2004 年后出现转折性显著增加趋势;果洛东南部1982-1993 年植被覆盖度相对较低,而在1994 年后则升至相对较高水平。除青海北部和西藏南部地区的高原大部地区,无论其植被变化趋势如何,在2003 年
后均表现出明显的转折上升趋势。特别是在三江源中东部地区,2004 年后出现突然跃升,植被恢复迹象明显。
4)不同区域植被对气候变化的响应不同。进一步的研究发现,有些地区植被对热量变化较敏感,而有些地区对水分变化较敏感。其中,长江源藏北地区7-8 月气温是影响其植被生物量的最主要因子,气温升高有利于植被生物量的增长。而黄河上游区3-7 月气温增加不利于植被生长。三江源大部地区植被变化受热量的主导,且气候变暖促进了这些区域植被的增加;然而,青海北部植被更多地受降水的影响,5-9 月降水量偏多有利于植被增长。藏东南川西地区则主要受6-9 月降水量的影响,水分偏多对植被生长不利。三江源北部地区对水分条件响应敏感,降水增多明显促进植被生长。此外,植被对气候因子的响应在一些地区表现出明显的阶段性差别。在西藏南部,1982-1993 年,4-8 月降水量是植被变化的最主要影响因素,1994-2006 年4-6 月和3-7 月平均气温升高对植被产生明显不利影响。三江源中东部地区则在1995 年后,植被对3-7 月0cm 地温响应的敏感性显著加强。可可西里唐古拉区, 1982-1994 年植被对5-9月0cm 地温响应显著,1996-2006 年则主要与8-9 月平均气温和超前1 年的牲畜数量密切相关。而藏东南川西地区植被与6-9 月降水量的关系在上世纪90 年代后明显变弱。5-9 月降水量对青海北部植被的影响作用,也在上世纪90 年代中期后出现减弱趋势。但杂多西部地区与5-7 月20cm 地温的关系在90 年代中期后趋于显著。
5)研究时段内,大部地区人类活动对青藏高原植被变化的影响有明显加剧趋势。上世纪90 年代中期以前,西藏南部地区植被变化受人类活动的影响程度较轻,但此后负面影响明显提高,加剧了该区植被生物量的下降趋势。三江源区的泽库、杂多西部、玛多地区和可可西里唐古拉地区是受人类活动影响严重的地区,其影响程度也有相似的阶段性变化特征。但在三江源中东部地区,近几年牲畜数量的下降是促进该区域植被恢复的一个重要原因。
Subject Area生物科学
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://210.75.249.4/handle/363003/3460
Collection中国科学院西北高原生物研究所
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GB/T 7714
徐维新. 青藏高原气候变化及其对高寒植被影响的空间差异性[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2011.
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