塔里木河流域植被物候格局及其影响因素研究

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植被物候作为植被对外部环境表现出适应性变化的周期性特征,是生态系统变化的重要指标。因此,植被物候的反演与变化监测有利于全面探索全球环境与气候变化对生态系统的作用机制。随着遥感技术的快速发展,它弥补了传统台站物候观测缺乏空间代表性的不足,被广泛应用于区域尺度的植被物候长时间序列监测。塔里木河流域地理条件庞杂多元,生态环境极其脆弱。生态监测站和气象站分布不均,导致塔里木河流域的物候监测存在局限性。本文选择对环境变化敏感的塔里木河流域植被作为研究对象,使用遥感与地理信息系统等信息处理技术对塔里木河流域的长时间序列植被指数进行重建,通过重建的植被指数时间序列,进行植被物候参数相关反演和提取,分别获得植被返青期、枯黄期与生长季长度,对其进行时空特征及变化趋势分析,进一步探究多种因素对植被物候的影响。主要结论如下:(1)通过植被物候参数反演方法,提取塔里木河流域的物候参数,并在此基础上分析各参数的垂直、水平地带性分异特点及年际变化趋势。2000-2019年,植被返青期主要集中在每年的第80-170天(3月20日-6月20日),在空间上呈由西北向东南逐渐延迟的分布格局。植被陆续进入枯黄期的时间在第290-330天(10月10日-12月)之间,且流域东北部晚于西南部。研究区植被物候变化在高低不同海拔带分异明显。2000-2019年,塔里木河流域植被返青期总体上以0.5d/10a的速率呈略微延迟趋势,且存在一定空间差异。研究区植被平均枯黄期以2.3d/10a的速率呈显著延迟趋势。植被枯黄期呈延迟趋势的地区主要分布在流域中西部及东北部边缘。且在植被返青期呈提前趋势的地区,枯黄期也表现为明显提前趋势。(2)研究气候因素对塔里木河流域植被返青期与枯黄期的影响,进而探究研究区植被物候变化的主要影响因素。植被返青期受气温控制的地区主要集中在流域西南部,随着气温上升,返青期呈显著提前趋势;植被返青期受降水控制的地区主要分布在流域东北部及西北部,降水增加会显著促进植被返青期;返青前相对湿度的下降会造成植被环境及植被本身的水分流失,这对流域东部植被返青的发生存在一定的延迟作用。植被枯黄期受气温影响显著地区主要为流域西南部,当气温上升时,枯黄期呈显著延迟趋势;在植被生长过程中,降水的增加会促使植被枯黄期延迟,尤其在流域东北部;夏秋季相对湿度对流域东缘及西南局部地区的植被枯黄期控制作用较大,相对湿度增加会造成植被枯黄期的显著延迟。(3)通过转移矩阵方法分析塔里木河流域不同时期不同土地利用类型的植被物候变化,获得不同土地利用的植被物候特征及土地利用变化对植被物候的影响。2000-2019年,塔里木河流域的耕地平均返青期呈延迟趋势,林地、草地平均返青期呈提前趋势。塔里木河流域的草地平均枯黄期呈延迟趋势,耕地平均枯黄期延迟趋势比草地低,而林地平均枯黄期呈提前趋势。50%的不同土地利用转移类型的植被平均返青期变化率为正值,表明全区半数的植被返青期总体上呈延迟趋势。大约60%的不同土地利用转移类型的植被平均枯黄期变化率为负值,表明全区大多数土地利用类型的植被枯黄期呈提前趋势。(4)影响植被返青期变化的主要因素有海拔、上一年冬季降水和上一年冬季气温。其次是春季降水、春季相对湿度等。交互探测器结果阐释了双因子叠加在一定程度增强了彼此单独对植被物候的影响。上一年冬季降水与春季相对湿度和海拔,春季降水与上一年冬季气温、春季相对湿度和海拔,上一年冬季气温与春季相对湿度和海拔,均表现为非线性协同作用,表明春季相对湿度、海拔增强了上一年冬季降水对返青期的影响,上一年冬季气温、春季相对湿度和海拔增强了春季降水对返青期的影响,春季相对湿度和海拔增强了上一年冬季气温对返青期的影响。因此,可将春季相对湿度、海拔、上一年冬季气温作为辅助因子监测植被返青期变化。影响植被枯黄期变化的主要因素有秋季相对湿度、海拔和夏季气温。其次是秋季降水、夏季相对湿度等。各因子的交互作用表明,秋季降水与夏季气温、夏季相对湿度和海拔表现为非线性协同作用,表明夏季气温、夏季相对湿度、海拔增强了秋季降水对枯黄期的影响。于是,可将夏季气温、夏季相对湿度、海拔作为辅助因子进行植被枯黄期变化监测。
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