西南地区植被对于极端干旱和长期变干响应的差异性研究

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在全球变暖的背景下,植被对气候变化的响应研究是当前重点关注的问题。一方面植被在全球尺度上呈现出广泛的变绿趋势,即植被绿度指数呈现年际增长的趋势。另一方面,干旱化以及极端事件又对植被生长产生着严重的抑制作用。因此,关注植被对气候变化的响应问题需要从对短期极端事件和长期气候趋势两个角度综合分析。中国西南地区地处湿润区,自然资源丰富,但同时该地区生态系统对气候波动与人类活动较为敏感。特别是该地区出现过严重的干旱事件,对植被造成了较为严重的影响。而且该地区气候变化也具有较为明显的趋势性,为此,本研究选择西南五省市作为研究区,研究该地区植被对短期极端事件和长期气候变化的响应情况,特别是极端干旱事件是否足以影响到植被的长期变化趋势这一问题。气温与降水数据采用中国气象局基于站点观测插值的得到的格点数据集,并计算了标准降水蒸散发指数(SPEI),研究中选取了1、6、12月三个尺度的SPEI。植被指数选择了叶面积指数(LAI)与增强植被指数(EVI)研究植被状态。选择1982-2016年作为研究期,其中极端干旱期选择2009-2010年。计算并分析西南地区气候的年际、生长季和季节变化特征与空间分布特征。通过选择2009年9月至2010年的西南地区发生的大旱事件进行典型分析,分析西南地区LAI和EVI大旱期间的数值和距平值的时空变化特征,来厘清植被对于短期干旱事件响应的特征;并进一步基于LAI和EVI数据来研究对植被的长期变化趋势;最后分析了LAI与气象因素、多尺度SPEI之间的相关性,研究西南地区植被对于长期气候变化的响应特征。研究结果表明:(1)研究期间,西南地区总体偏干,尤其是云南、贵州和四川三省交界处,这些区域的SPEI01、SPEI06和SPEI12指数都为负值,呈干旱状态。1982年以来西南地区增温显著,温度增长率为0.032℃yr-1,春季温度的上升趋势最大,秋季次之,夏季温度的上升趋势最小;相反,研究期间西南地区年降水量减少,下降率为-1.028 mm yr-1(p<0.1)。SPEI01、SPEI06和SPEI12三个尺度的干旱指数整体上都呈下降趋势,年下降率分别为:-0.006 yr-1、-0.011 yr-1和-0.015 yr-1,且都通过了0.1显著性检验,表明西南地区长期处于变干状态。空间气候变化趋势上,西南地区的温度整体呈上升趋势,上升率由东向西递增,降水量为下降趋势,降水由东南向西北递减。研究期间西南大部分地区SPEI01、SPEI06和SPEI12都下降,尤其是四川、重庆和云南全境,这表明西南地区研究期间变得更加干旱。干旱指数仅在贵州东部和广西南部微弱地增加,表明小部分地区变湿润,但这未影响西南地区整体上长期处于变干趋势。(2)西南地区极端干旱期间(2009年9月-2010年5月),2010年2月西南地区SPEI01数值达到最低,数值达-1.605,这是西南地区干旱最严重的时候,达到极端干旱水平,同期的植被并未受到最严重破坏,LAI的数值也没有达到最低值,说明在极端干旱事件中,植被受到了干旱的抑制,但并没有对植被产生毁灭性的破坏。由EVI的时间变化曲线说明在极端干旱事件中,植被的确受到干旱的影响,植被生长趋势出现暂时性停滞。但是随着干旱的持续,植被的生长状况并没有受到阻碍,变褐趋势并未持续太久。2010年2月,西南整个地区非常干旱,甚至在云南、贵州和广西三省交界处发生了特大干旱,但当月的LAI并不是最小值,云南、贵州和广西的LAI距平值均为正值。因此植被变化对干旱的反应是不同步的,而且很可能受到上个月干旱的影响。旱情最严重的大旱期间,植被受到干旱的影响,植被变化产生下降趋势,但下降的趋势并未持续太久。(3)综合分析西南地区植被对于短期极端干旱事件和长期气候变干趋势的响应发现,在极端干旱事件的影响下,植被短暂的受到破坏,但该地区极端干旱事件对植被影响较小;而西南地区植被长期变绿趋势并未受到短期干旱事件的影响。因此植被对于不同时间尺度变干事件的响应具有较大的差异性。研究期间,西南地区的LAI和EVI数值增加,整体上呈显著上升趋势,上升率分别为1.034×10-2 m2 m-2yr-1和3.451×10-3 yr-1,说明西南地区显著变绿。植被的长期变绿趋势并未受到极端干旱事件影响而改变。研究期间西南地区全境内LAI和EVI都有所增加,但整体变绿。计算得到LAI与各气象因素和SPEI的相关系数,研究期间西南地区植被与温度的相关系数最大,其相关性为十分显著的正相关。西南地区年均LAI和年均温的相关系数为0.71(p<0.1),说明增温有利于西南地区植被生长,所以西南地区植被生长主要受到温度影响。
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