过去20年北半球植被物候对干旱和暖事件的响应
文献类型：学位论文
| 作者 | 林少植 |
| 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 | 葛全胜 ; 王焕炯 |
| 关键词 | 暖事件 干旱 暖干事件 北半球 物候 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 在全球变化背景下，更多地区正遭遇更频繁和严重的极端气候事件。极端气候事件如干旱和暖事件等对植被物候的影响可能超出利用平均态气候因子预测的幅度，并进一步改变生态系统结构和功能。目前极端气候事件对植被物候的影响及驱动机制已成为物候学与全球变化领域的研究热点。本论文以北半球自然植被（>23.5°N）为研究对象，开展以下工作：（1）基于过去40年高分辨率格网气象数据，采用标准化降水蒸散指数（SPEI）阈值法和温度阈值法分别识别干旱和暖事件，并根据两者的重合时段识别复合的暖干事件，分析极端气候事件相关指标（强度、持续时长、频次等）的时空变化特征；（2）基于表征绿度的增强型植被指数（EVI）和表征光合作用的日光诱导叶绿素荧光（SIF）遥感数据，使用多种遥感物候提取方法获得2000–2020年间北半球植被的生长季开始期（SOS）、峰值期（POS）、峰值强度（PV）和结束期（EOS）的时空分布格局，通过极端事件发生年份与正常年份的物候期差异，评估干旱和暖干复合事件对物候期的影响，并对比不同生物群区间的差异；（3）构建随机森林模型探究植被物候对干旱和暖事件的响应敏感性随生物和环境因子的变化；（4）结合长时间序列总初级生产力（GPP）产品，分析SOS和EOS变化对当季GPP变化的作用，量化暖干事件引起的生长季长度变化（ΔGSL）和PV变化（ΔPV）对年GPP的影响及其在生物群区间的差异。论文所得主要结论如下： （1）1981–2020年期间，干旱和暖事件及其复合的暖干事件发生频次、强度和持续时长等指标在研究区域内均呈显著增加趋势，且近20年的增加趋势更强，但其时空变化特征在季节间存在差异。夏季暖事件的平均频次（1.94次）和强度（31.4℃）最高，且频次的年际增长趋势（0.022次/年）强于其他季节。冬季暖事件的平均频次（1.22次）和强度最低（11.1℃），但持续时长最长（18.7天），且持续时长的年际增长趋势（0.203天/年）强于其他季节。干旱平均强度在四季间基本一致（1.65–1.67），但冬季干旱强度的年际增长速率最快。就复合事件而言，夏季暖干事件的平均频次（1.70次）和占比（25.8%）在四季中最高，冬季暖干事件平均频次（0.83次）和占比（17.3%）最低，但持续时长和强度的年际变化趋势强于其他季节。 （2）过去20年，北半球植被各物候期呈现不同的时空变化格局。从空间分布看，自南向北SOS和POS变晚，EOS变早，PV减少。但基于EVI数据和基于SIF数据得到的物候期（以下标表示）也存在差异，其中SOSEVI早于SOSSIF，POSEVI晚于POSSIF，EOSEVI晚于EOSSIF。从年际变化看，SOSEVI和SOSSIF均呈显著的提前趋势，且SOSEVI提前速率更高；POSEVI和POSSIF均呈不显著的提前趋势；PVEVI和PVSIF都呈显著增强趋势；EOSEVI和EOSSIF都呈显著延后趋势，且EOSEVI的延后速率更快。 （3）北半球植被各物候期对干旱和暖干复合事件的响应存在差异。在干旱事件的单独影响下，植被以SOS延后、POS提前、PV衰减以及EOS提前的响应为主，而复合的暖干事件会加剧干旱的影响。基于EVI和SIF提取的物候对干旱和复合事件的响应存在差异。除PV外，SOSEVI、POSEVI和EOSEVI对极端气候事件的响应强于SOSSIF、POSSIF和EOSSIF。在草原和沙漠生物群区中，干旱年与常年相比的SOS延后幅度、PV削弱幅度以及POS和EOS的提前幅度强于其他生物群区，表明干旱地区的植被对水分胁迫更敏感。 （4）植被物候对干旱和复合事件的响应幅度主要受背景气候（年最高温Tmax、年最低温Tmin、平均太阳辐射强度Rad）以及极端年与正常年的二氧化碳浓度差（ΔCO2）影响。Tmax和Tmin高的区域，物候对极端事件的响应（以Δ表示）更强，如ΔSOSEVI（正值）更大，ΔEOS（负值）和ΔPV（负值）更小，但ΔPOS与背景温度无明显关联。在Rad低和ΔCO2较高的区域，SOS的延后幅度、PV的削弱幅度和EOS的提前幅度都更加接近0，表明低辐射和高ΔCO2的区域，植被对干旱的抵抗能力更强。 （5）生长季长度和PV在极端气候事件下的变化（分别表示为ΔGSL和ΔPV）与GPP变化（ΔGPP）均呈显著正相关关系。ΔPV对ΔGPP的影响大于ΔGSL，表明极端气候事件主要通过调控PV而非生长季长度影响生态系统生产力。不同生物群区ΔGPP对ΔPV响应的敏感度不同，在草原和沙漠生物群区中偏强，在阔叶林生物群区中偏弱，表明干旱地区植被的ΔGPP对ΔPV更敏感。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 220 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209318]  |
| 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 | 林少植. 过去20年北半球植被物候对干旱和暖事件的响应[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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