气候变化背景下祁连山地区植被覆盖度和净初级生产力的时空变化研究

摘要

全球气候变化已成为不争的事实，近百年来，全球的平均温度升高了0.74℃，并预计在本世纪末期还会有所提升，日降水极端值的出现次数正随着全球气候变暖的加剧而增多，气候变化速度不断地加剧，持续性的气候变暖已经改变了季节的分布模式，正在深刻地影响着全球生态系统，通过生态群落转变，饮用水源改变，农业生产等等多种方式影响着生态系统的稳定性和功能。众多科学家都认为在北半球中-高纬度地区的气候变暖现象更加明显，因此气候变化对这些地区的生物变化的影响更加广泛和深刻，并且已对高山生态系统产生了巨大的影响。理解气候变化背景下生态系统结构和功能的响应特征对于面向减缓和适应对策的生态系统管理具有基础意义。
　　作为评价生态系统状况的指标，植被覆盖度不仅能反映陆地生态系统的总体状况，还能为森林系统的管理，火灾防护等提供基础信息，而净初级生产力(Net primary productivity,NPP)作为评价生态质量和生态平衡的一个重要指标，也是判别碳汇/源的关键因素之一，并且，植被NPP产品主要是食物和材料，可提供大量的食物和材料，是应对全球人口增长的重要基础，因此，在全球各地都有很多对植被覆盖度和NPP在不同尺度上的研究。
　　祁连山地区位于我国西北部，处于青藏高原、黄土高原和内蒙古高原的交汇地带，地理条件独特，是我国西北地区重要的生态屏障和水源涵养区，其生态系统对全球气候变化极其敏感，然而对该地区关于植被覆盖度和NPP的研究很少，所以，开展该地区的植被覆盖度和 NPP及其对气候的响应显得尤为重要。本文主要利用MODIS数据和气象站点数据，基于CASA模型，结合ArcGIS、Envi、Origin等软件和统计回归等方法，对祁连山地区2001-2012年的植被覆盖度和NPP进行了系统的分析，并研究了 NPP与年均温度(MAT,Mean annual temperature)，温度季节性分布(TSD,temperature seasonal distribution)，年均降水(MAP,Mean annual precipitation)，降水季节性分布(PSD,precipitation seasonal distribution)之间的关系。
　　祁连山地区平均植被覆盖度为39.56%，呈波浪增加趋势，并在2007年达到最大，年内植被覆盖度的峰值主要在5月和6月；混交林的年均植被覆盖度最大，其次为常绿针叶林、农田、落叶阔叶林、灌丛、草地和荒漠，在主要生长季节，农田的植被覆盖度增速最快；从空间分布情况来看，祁连山地区的植被覆盖度总体呈东高西低的状态，祁连山东南段的大通、互助、湟中、湟源和天祝县的植被覆盖度最好；趋势分析结果表明，植被覆盖度有增加趋势的面积大约是减有小趋势面积的1.6倍，其占比分别为61.62%和38.38%，说明祁连山地区植被总体趋于良好的增加趋势，没有植被覆盖度显著减小（slope<0,P<0.05）的区域，植被覆盖度显著增加（slope>0,P<0.05）的面积不多，为431公顷；植被覆盖度随海拔变化，植被覆盖度随海拔变化特征呈先增加后减小，在第三海拔等级（3057-3956m）其覆盖度达到最大，达到53.09%。
　　12a祁连山地区植被平均NPP为426.24gCm-2a-1，总量均值为6.12+E13gCa-1，总体属于上升趋势，NPP最大值大部分都出现在6月；落叶阔叶林NPP最大，其次是混交林、农田、草地、常绿针叶林、灌丛和荒漠，从空间分布来看，总体呈东高西低、南高北低分布；NPP有增加趋势的面积大约是有减小趋势面积的2倍，其比例分别为66.78%和33.22%，显著性检验表明，祁连山地区NPP显著减小（slope<0,P<0.05）和显著增加（slope>0,P<0.05）的面积分别为381.25公顷和1800公顷；多年平均NPP和NPP总量都随海拔升高呈先增后减的状态，并且都在第3海拔等级达到最大；从面积上而言，降水比温度对NPP产生的影响更为显著，且大部分都是积极促进作用；通过线性模拟和回归分析，结果显示祁连山地区整体 NPP与降水的关系更为密切，即对降水的响应更为强烈；祁连山地区整体NPP与温度变化有极显著关系，其中与MAT负相关，与TSD正相关，MAT和TSD对各植被类型都有显著性影响；与降水变化有极显著关系，其中与MAP正相关，与PSD负相关；MAP对混交林NPP没有显著性影响(P>0.05),对其他植被类型都有极显著或显著的积极影响。

目录

声明

1前言

1.1研究背景及意义

1.2植被覆盖度研究进展

1.3 NPP及其模型研究进展

1.4研究内容

2研究区概况

2.1 地理位置及地形地貌概况

2.2 植被概况

2.3 气候概况

2.4 土壤概况

2.5 行政区划

3数据与方法

3.1 数据来源与处理

3.2 CASA模型简介

3.3 方法

3.4 模型验证

4结果与分析

4.1 2001-2012a祁连山地区土地利用/覆盖变化

4.2 2001-2012a祁连山地区植被覆盖度时空变化

4.3 2001-2012年间祁连山地区植被NPP时空变化

4.4植被NPP对气候要素的响应

5.1结论

5.2讨论

参考文献

致谢