蒙古高原植被活动及对气候变化的响应
文献类型：学位论文
| 作者 | 白燏 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 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 | 李胜功 |
| 关键词 | 蒙古高原 植被活动 气候变化 干旱 地表参数 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 蒙古高原是欧亚大陆温带草原的重要组成部分，在东亚乃至全球碳循环中发挥至关重要的作用。近几十年来，气候变化和人为干扰及其相互作用导致蒙古高原生态系统对气候变化的响应在空间和时间上的变化更趋复杂。蒙古高原植被动态、趋势、空间格局及其影响机制仍不清楚。此外，气温上升也使全球碳循环面临着极大的干旱风险，对陆地碳汇的预测也带来了高度的不确定性。因此，陆地生态系统如何应对干旱也成为了近年来的重大科学问题。此外，气候变化影响植被活动的变化，反之植被活动变化也在一定程度上对气候产生反馈。 为此，本论文以蒙古高原为研究对象，基于总初级生产力（GPP）、归一化植被指数（NDVI）、叶面积指数（LAI）、日光诱导叶绿素荧光（SIF）等多种卫星植被数据集，以及气温、降水、辐射、饱和水气压差（VPD）、地表反照率（Albedo）、蒸散发（ET）、地表温度（LST）等环境变量数据集，运用趋势分析、归因分析等统计方法，研究了蒙古高原近几十年植被活动变化及其对气候变化的响应，干旱对植被的影响，以及植被变化对地表生物地球物理参数的影响。主要结果和结论如下： （1）全面分析了蒙古高原植被活动变化的长期趋势。基于多种卫星遥感植被数据集（GPP、净初级生产力（NPP）、NDVI、LAI和植被覆盖度（FVC）），从植被绿度、植被生产力、植被结构和植被覆盖度多个角度全面分析了蒙古高原植被生长的年际变化情况。结果表明，自1982年以来，GPP、NPP和NDVI呈上升趋势，而LAI和FVC呈下降趋势。五种指标在定量蒙古高原植被生长和退化程度时存在显著差异，整个蒙古高原只有3.4%的区域呈现出一致的趋势（0.1%退化和3.3%增长）。其中，蒙古高原的中部植被无显著变化趋势，显著退化的区域主要分布在蒙古国中部，显著增长的区域主要分布在内蒙古的东南部。此外，在进行一致性分析时发现，与NDVI相比，LAI与NPP的变化情况呈现出更高的一致性。 （2）研究了蒙古高原植被活动的年内动态、夏季植被活动的时空格局和驱动机制。基于植被数据集（GPP、SIF和NDVI）和环境变量（气温、降水、辐射、风速、VPD、土壤水分），全面分析蒙古高原植被活动的时空变化规律及其对气候变化的响应。蒙古高原夏季植被活动的空间格局呈现明显的异质性，东北部和北部植被活动较强，而东南部植被活动较弱。这一空间格局与降雨和土壤水分的空间格局一致，但与辐射的空间格局相反。2001–2020年蒙古高原夏季植被活动主要呈现增加或不变的趋势。夏季植被活动与温度主要呈正相关，而与VPD和深层土壤水分主要呈负相关。此外，植被活动趋势与风速、太阳辐射和深层土壤水分的变化趋势密切相关。目前，温度还是影响植被活动的重要因素，但是水分供应对植被活动趋势有着很大的贡献。 （3）探究了蒙古高原植被生产力和植被结构对季节性干旱的响应。基于GPP和LAI数据，研究植被生产力和植被结构对季节内和季节性干旱（气象干旱）的响应，量化干旱频率和干旱强度对它们的影响。结果表明，干旱对GPP和LAI的影响因季节和植被类型而异。夏季干旱对植被活动的影响最大（GPP和LAI的标准化异常中值分别为–0.72和–0.4），春季干旱的影响最小。干旱并不一定会导致GPP和LAI的降低。干旱强度和干旱频率对植被活动的影响也因研究对象而异（GPP和LAI），秋季干旱发生频率对GPP的影响更大（相对重要性超过70%），而干旱强度对LAI的影响更大（相对重要性约60%）。此外，研究还发现气象干旱对大气干旱的同步发生率高于土壤干旱。 （4）明晰了蒙古高原植被生长峰值的变化情况及其对干旱的响应。基于GPP、气温和降水数据，计算得到总初级生产力峰值（GPPmax）、GPPmax出现的时间（TGM）和度量干旱的指标标准化降水蒸散指数（SPEI），探究蒙古高原干旱对GPPmax的滞后效应和累积效应。结果表明，1982–2018年，平均GPPmax为336gC·m−2，以每年0.32gC·m−2的速度减小；平均TGM在第197天，年际变化不大。蒙古高原35.3%的区域出现了干旱的时滞效应，16.3%的区域出现了干旱的累积效应。由于其独特的气候条件和植被类型，植被活动对干旱的响应因植被类型、地理位置等因素相关，但大多出现在较短的时间尺度上。 （5）量化了蒙古高原植被活动对主要地表生物地球物理参数的影响。基于LAI、Albedo、ET和LST数据，分析了蒙古高原植被活动和地表参数的时空变化规律，量化了植被活动在生长季不同阶段对地表参数影响的差异，尤其关注了植被活动变化速度对地表参数变化速度的影响。结果表明，几乎所有生长季月份的植被活动都在增强，且生长季初期和后期植被生长速度加快。ET呈现出与LAI类似的变化模式。相比之下，生长季内月Albedo和LST的变化没有LAI和ET显著。植被活动对地表参数的影响因植被类型和生长阶段而异，随着植被活动的加速，植被对地表参数的影响可能会从不同方式相互抵消。蒙古高原作为一个独特的地理和生态系统单元，其生态环境、气候特征和人类活动模式都具有独特性。对该地区的研究可以将全球植被变化模式与局部尺度的地区特异性相结合，有助于了解不同生态系统对气候变化的响应以及生态系统之间的相互作用。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 172 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209269]  |
| 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 | 白燏. 蒙古高原植被活动及对气候变化的响应[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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