中国北方生态地理过渡带及相邻区域的植被动态及其与气候因子的关系

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生态地理过渡带的研究涉及到多学科、多领域,人们从不同的角度进行特定领域的研究或多种学科相互结合、渗透,进行综合性的分析和研究,并成为当前学术界研究的热点和前沿领域。目前大量研究主要集中在对生态地理过渡带基本特征的探索,将其作为一个特殊区域用来研究全球变化、生物入侵等热点问题,研究更多的集中在生态学领域的微观的研究,地理学视角下的综合研究不多见。本研究提出以下科学问题:(1)与周边区域相比,生态地理过渡带的植被和气候因子时间序列特征,如序列确定性和可预测性、时间序列的空间依存性及其距离衰减规律,是否具有明显的特征差异?(2)植被动态和气候因子之间的关系,包括在时间关系中的同步与滞后和空间关系上的非平稳性等,是否也在生态地理过渡带区域表现出显著不同于周边区域的特征?(3)在全球变化背景下,植被覆盖显示出的生态地理过渡界线如何移动,及其与气候事件之间的关系是什么?围绕以上问题,分别采用了定量递归分析、互信息熵、联合递归分析、地理加权回归模型和空间小波分析等模型开展研究,结论如下:  (1)在生态地理过渡带区域的NDVI时间系列的确定性相对高于周边区域;而NDVI时间系列的可预测性在生态地理过渡带内数值上表现为过渡,而在空间分布上更为离散。从NDVI时间系列的确定性上看,其空间格局受到年均温、年降水量和干燥度指数等气候变量的影响,尤其是干燥度对NDVI时间系列递归确定性率的空间格局影响是非线性的,生态地理过渡带对其关系产生了影响。植被动态和气候因子变化在空间上具有普遍性的互相依存关系,但相似度随着距离衰减,衰减规律大致遵循对数形式,但也表现出衰减关系的非线性。在生态地利过渡区域,互信息随距离衰减的定量关系产生了变化。  (2)在植被和气候的时间响应关系上,生态地理过渡带内NDVI和气候序列,尤其是降水序列之间的同步性指数明显高于周边区域,表明在过渡带内水分条件对NDVI的变化影响更为显著;在空间响应关系上,结果显示,植被和气候因子之间的关系在空间上是非平稳的,且具有尺度依赖性。无论是地理加权回归模型的回归截距还是回归系数,以及相关系数都具有很强的空间变异性。通过对系数的空间格局的分析,可知在生态地理过渡带区域,植被指数对气候因子尤其是降水量的响应更加敏感。  (3)采用通过空间小波变换获取多尺度模极大值定位过渡带的方法,通过位于不同样带上的定位点的年际变化特征的分析,以及与气候变化数据的关联分析,结果表明生态地理过渡带具有不稳定性,随着气候条件的变化而具有摆动性;在不同区段摆动的幅度不一致,总体上定位点在生态地理过渡带内摆动的幅度较大,在湿润地区内的定位点的摆动的幅度较小;而以样带代表的不同区段的生态地理过渡带年际变化特征与气候事件具有高度的一致性。  本研究在回答提出的科学问题的同时,采用了部分新方法,提供了分析生态学地理学变量时间序列及其空间依存和序列同步模式的可能方法,同时为未来的气候变化和植被动态分布和空间关系的非平稳和尺度依存等问题研究提供思路。研究结论可以帮助我们更好地理解复杂的植被和气候因素之间的关系,在预测不同气候变化情景下植被覆盖的动态特征,以及制定相应生态政策提供了参考,因此具有积极而重要的科学和实践意义。
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