西伯利亚植被变化及其与气候变化的关系
文献类型：学位论文
| 作者 | 史尚渝 |
| 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 | 于静洁 ; 王平 |
| 关键词 | 气候变化 土地覆盖变化 植被变化 累积和时滞效应 数值模拟 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 植被是陆地生态系统的重要组成部分，在能量循环、水循环和碳循环中扮演着重要角色。当前全球变暖背景下，深入研究植被对气候变化的响应和反馈，对于理解和解释生态系统功能和结构的变化具有重要意义，同时也可以为完善生态系统监测、应对极端气候事件提供一定科学依据。西伯利亚地域广袤，人口稀少，气候变化是该地区植被变化的主要驱动因子，且受“北极放大”影响，西伯利亚的气候变化速率远超全球平均水平，该地区的植被变化因此也成为气候变化对陆地生态系统影响的典型案例。本研究基于ERA-Land气象数据和MODIS土地覆盖数据，从不同时空尺度，分析了西伯利亚地区的气候变化和土地覆盖变化特征；使用叶面积指数（Leaf Area Index，LAI）表征植被，基于BFAST（Break For Additive Seasonal and Trend）突变检验和三次样条函数，分析了植被的时空变化和物候变化特征；同时使用随机森林回归和偏相关分析，揭示了植被对不同时间尺度气候因子响应的差异，并对植被变化进行归因分析，探讨了未来情景下的植被变化；最后，基于PML（Penman–Monteith-Leuning）模型和WRF-Noah（Weather Research and Forecasting）模型，使用去趋势分析法和数值模拟实验，量化了植被变化对蒸散发和气温的影响。主要结果如下：1.1981-2020年，西伯利亚地区气候变化的主要特征为暖湿化。气温的平均趋势率为0.41°C/10a，趋势率的空间变化特征为自西南向东北递增，即越冷的地区升温越快；各季节气温变化差异较大，春季升温最快，而冬季升温不明显。降水的整体呈增加趋势（0.85mm/10a），其中春夏两季增加较快，秋冬两季则无明显变化，趋势率的空间变化特征呈自西向东递减趋势，表现为越湿润的地区降水增加越明显，即空间上干湿差异变大。太阳辐射的平均趋势率为0.06W/m2a，年内仅夏季呈显著增加趋势，其余季节变化较小，趋势率的空间变化特征为自南向北递减，即低纬度地区太阳辐射增加更为明显。2001-2020年，西伯利亚的土地覆盖变化的主要特征为：林地和林草混交地向北扩张；北部苔原面积减少；南部的林草混交地向草地退化，而北部的草地逐渐演替为林草混交地。2.1981-2020年，西伯利亚植被的主要变化特征为植被变绿，变绿加速和生长季（Length Of Season，LOS）延长。研究时段内，43.8%的区域LAI呈显著增加趋势，平均趋势率为0.02/10a，植被变化的突变年集中在1993-1998年，突变发生主要为植被变黄（LAI突然降低），突变后植被变绿加速。植被的返青期（Start Of Season，SOS）和落叶期（End Of Season，EOS）分别呈提前和推迟的趋势，两者的趋势率分别为-0.39天/a和0.35天/a。3.气候变化是西伯利亚地区植被变化的主要驱动因子，能够解释61%（R2=0.61）的植被变化。生长季（Growing Season，GS）内，59.1%的区域均观测到了气候因子的时间效应，平均累积效应和时滞效应时长分别为3.47个月和0.77个月，且气候因子的时间效应在植被变黄期（Later of Growing Season，LGS）较变绿期（Early of Growing Season，EGS）更明显。生长季的不同阶段，各气候因子的影响存在明显差异：气温在EGS和LGS分别表现为正相关和负相关；降水则相反，在EGS和LGS分别为正相关和负相关；太阳辐射在不同阶段均呈正相关。在未来不同情景下，植被均呈变绿趋势，SSP1-2.6和SSP2-4.5情景下，LAI的增幅分别为14.6%和16.3%，SSP5-8.5情景下增幅达40.1%，苔原地区LAI的增幅最大，草地和林地增幅较小。4.植被变绿增加了区域的蒸散发（ET），降低了气温。1981-2020年，植被变绿是ET变化的主要驱动因子，对ET的贡献为2.23mm/10a，具体影响为增加了植被蒸腾（2.74mm/10a），减少了土壤蒸发（-0.52mm/10a）。WRF-Noah数值模拟结果表明，2000-2015年，植被变化对年均气温的贡献为-0.08°C/10a，各季节中，植被变化在春季（0.05°C/10a）和冬季（0.09°C/10a）表现为增温效应，夏季（-0.11°C/10a）和秋季（-0.08°C/10a）为降温效应。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 157 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/186924]  |
| 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 | 史尚渝. 西伯利亚植被变化及其与气候变化的关系[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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