植被夏季生长峰值的时空变化及影响机制研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘莹 |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 吴朝阳 |
| 关键词 | 生长峰值 物候 影响机制 昼夜温 降水频率 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 气候变化深刻的改变了陆地生态系统的结构和功能。植被生长峰值和物候是生态系统的关键参数，对气候变化敏感。其变化可能影响植物的光合作用和蒸腾作用，进而改变陆地生态系统的碳氮水循环和能量流动。目前，植被物候的长期观测记录较为完善，受到了广泛的关注，而关于生长峰值的研究相对缺乏。多项研究表明，植被在夏季的碳吸收控制着全年的碳固存，对生态系统碳循环有重要作用。因此，深入探究生长峰值的变化趋势，影响机制以及对生态系统碳积累的影响，有助于构建更加可靠的生态系统模型，提高在未来气候变化下生态系统生产力的预测。 本研究使用了多源数据（地面通量数据、近地面物候相机数据和遥感植被指数）探究了生长峰值对净生态系统生产力（Net Ecosystem Productivity，NEP）的调控作用。在不同尺度，系统比较了生长峰值和物候解释NEP时空变化的能力，以及在不同生态系统的差异。进而探究了生长峰值的变化和驱动机制。本研究选用了两种长时序的遥感数据产品GIMMS NDVI3g（1982-2015）和 MODIS EVI （2000-2020），提取了美国本土（北半球>30°N地区和青藏高原）植被生长峰值。结合碳通量数据和多种气象资料分析了植被生长峰值的时空分布格局，比较了气候变化、二氧化碳浓度和氮沉降对生长峰值的贡献程度。在发现温度和降水更强作用的基础上，进一步研究了生长峰值对昼夜温和降水频率的响应模式，在不同植被类型和气候区的差异以及可能的作用机制。主要结论如下： （1）生长峰值较物候更能解释森林生态系统NEP的时空变化，具体表现为生长峰值（光合作用的最大值（GPPmax）和呼吸作用的最大值（RECOmax））较物候与NEP的年际变化的相关性更高，而GPPmax比物候更能控制NEP的空间变化。本文构建的最大碳吸收指数（Maximum Carbon Uptake Index，MCUI）可以较好的模拟NEP的时空变化，解释了90%以上的NEP的空间变化，同时对落叶林和混交林地区NEP的年际变化具有很好的解释力。 （2）利用遥感植被指数，物候相机以及通量站点数据，进一步验证了生长峰值较物候指标更能解释NEP的年际变化，尤其是在落叶林，常绿林，农田和稀树草原生态系统。而物候更能影响草地生态系统的碳积累。另外，生长峰值较物候更能解释NEP的空间变化。 （3）在1985-2015年间，在美国本土NDVImax呈现上升的趋势，平均增长速率为0.012/十年。气候变化（65.2%）对NDVImax的贡献程度大于大气组分变化（24.1%）。降水是控制NDVImax变化最为重要的因子，尤其在灌木和草地等干旱的生态系统。温度和[CO2]上升加剧夏季干旱，降低NDVImax。氮沉降和NDVImax呈显著正相关。云量的增加通常会降低NDVImax，而在干旱的生态系统，则会增加NDVImax。 （4）北半球（>30°N）的NDVImax（1982-2015）和EVImax（2000-2020）呈现上升的趋势，增速分别为0.008/十年和0.012/十年，在39.7%和32.0%区域的NDVImax和EVImax显著上升。三套数据得到了一致的结果，即生长峰值（GPPmax，NDVImax和EVImax）对昼夜温的响应相反。在绝大多数生态系统和气候类型，生长峰值和夜间温度（Tmin）正相关，而与白天温度（Tmax）负相关。而在受温度限制的高纬度地区（>70°N），Tmax增加和Tmin降低促进生长峰值增加。昼夜温对土壤水，蒸散和饱和水汽压的相反影响，为生长峰值对昼夜温度的相反响应提供了合理的解释。 （5）在1982-2015年间，青藏高原的NDVImax总体上呈现上升的趋势，增长速率为0.024/十年，显著上升的区域占30.1%。春夏季的降水量（Ptotal）和降水频率（Pfreq）均呈增加趋势，而降水频率的空间分布与NDVImax更为接近。在控制Pfreq后，Ptotal对NDVImax的作用显著下降，主要分布在较为干旱的区域。而此在区域Pfreq对NDVImax的控制作用更强。Pfreq的增加改善了土壤湿度，降低了白天温度，同时增加了夜间温度，缓解了干旱胁迫对植被生长的影响，为Pfreq对干旱/半干旱地区的生长峰值更强的控制作用提供了合理的解释。 综上所述，本论文探究了生长峰值对NEP的时空变化的影响。进而，分析了植被生长峰值的变化趋势，比较了气候变化与大气组分变化对生长峰值的贡献程度。重点研究了生长峰值对昼夜温以及降水频率的响应模式，以及可能的控制机制。这一研究加深了我们对生长峰值如何响应环境变化，以及对生态系统碳循环影响的认识，有利于改进生态系统模型以及促进未来气候变化下碳循环的模拟。 |
| 学科主题 | 地图学与地理信息系统 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 135 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/186901]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘莹. 植被夏季生长峰值的时空变化及影响机制研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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