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Spatio-temporal variation of vegetation phenology in the Northern Tibetan Plateau as detected by MODIS remote sensing

藏北高原植被物候时空动态变化的遥感监测研究


利用遥感数据提取的植被物候格局及时空变化特征能很好地反映区域尺度上植被对全球变化的响应。目前关于青藏高原地区植被物候的少量报道基本上是基于物候站点的观测记录展开分析的。该文基于非对称高斯拟合算法重建了藏北高原2001-2010年的MODIS EVI (增强型植被指数)时间序列影像, 然后利用动态阈值法提取整个藏北高原2001-2010年植被覆盖的重要物候信息, 包括植被返青期、枯黄期与生长季长度, 分析了植被物候10年间平均状况的空间分异特征以及年际变化情
况, 并结合站点观测记录分析了气温和降水对植被物候变化的影响, 结果表明: (1)藏北高原植被返青期在空间上表现出从东南到西北逐渐推迟的水平地带性与东南高山峡谷区的垂直地带性相结合的特征, 近60%区域的植被返青期提前, 特别是高山地区; (2)植被枯黄期的年际变化不太明显, 大部分地区都表现为自然的年际波动; (3)生长季长度的时空变化特征由植被返青期和枯黄期二者决定, 但主要受返青期提前影响, 大部分地区生长季长度延长; (4)研究区内不同气候区划植被物候的年际变化以那曲高山谷地亚寒带半湿润区和青南高原亚寒带半干旱区的植被返青期提前和生长季延长程度最为明显; (5)基于气象台站数据分析气候变化对物候的影响发现, 返青期提前及生长季延长主要受气温升高的影响, 与降水的关系尚不明确。

Aim Estimating regional variation in vegetation phenology from time-series remote sensing data is important in global climate change studies. However, there are few studies on vegetation phenology for the Qinghai-Tibet Plateau and most are based on field records of stations.
Methods We utilized the dynamic threshold method to explore vegetation phenological metrics (greenup date, length of season and senescence date) of typical grassland in the Northern Tibetan Plateau. We used time-series TERRA/MODIS EVI data for 2001-2010 reconstructed by the asymmetric Gaussian function fitting method to analyze spatial pattern and differentiation of vegetation phenology and its inter-annual variation and to examine the relationship between phenological variation and climate changes.
Important findings The spatial pattern of date of vegetation greenup was embodied by transition from southeast to northwest and vertical zonation in the mountainous topography of the southeast. The vegetation greenup date in approximately sixty percent of the northern Tibetan Plateau had advanced, especially in high mountains. Interannual variation of vegetation senescence date was not obvious, and most of the region had natural inter-annual fluctuations. The variation of growing season length is influenced by greenup and senescence dates, but was chiefly affected by advanced greenup date lengthening the growing season. Among the four different climatic zones in the study area, the mountain and valley Nagqu sub-arctic and sub-humid zone and the southern Qinghai sub-arctic and semi-arid zone had the most apparent advanced greenup date and prolonged growing season. Based on measured data from weather stations, increased temperature appears to be a critical factor contributing to earlier greenup and prolonged growing season; however, the relationship between precipitation fluctuations and phenological variation was unclear.


全 文 :植物生态学报 2011, 35 (8): 853–863 doi: 10.3724/SP.J.1258.2011.00853
Chinese Journal of Plant Ecology http://www.plant-ecology.com
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收稿日期Received: 2011-03-18 接受日期Accepted: 2011-05-17
* 通讯作者Author for correspondence (E-mail: yousc@ieda.org.cn)
藏北高原植被物候时空动态变化的遥感监测研究
宋春桥1,2,4 游松财3* 柯灵红1,2 刘高焕1 钟新科1,2
1中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室, 北京 100101; 2中国科学院研究生院, 北京 100049; 3中国农业科学院农业
环境与可持续发展研究所, 北京 100081; 4香港中文大学地理与资源管理系, 香港
摘 要 利用遥感数据提取的植被物候格局及时空变化特征能很好地反映区域尺度上植被对全球变化的响应。目前关于青藏
高原地区植被物候的少量报道基本上是基于物候站点的观测记录展开分析的。该文基于非对称高斯拟合算法重建了藏北高原
2001–2010年的MODIS EVI (增强型植被指数)时间序列影像, 然后利用动态阈值法提取整个藏北高原2001–2010年植被覆盖
的重要物候信息, 包括植被返青期、枯黄期与生长季长度, 分析了植被物候10年间平均状况的空间分异特征以及年际变化情
况, 并结合站点观测记录分析了气温和降水对植被物候变化的影响, 结果表明: (1)藏北高原植被返青期在空间上表现出从东
南到西北逐渐推迟的水平地带性与东南高山峡谷区的垂直地带性相结合的特征, 近60%区域的植被返青期提前, 特别是高山
地区; (2)植被枯黄期的年际变化不太明显, 大部分地区都表现为自然的年际波动; (3)生长季长度的时空变化特征由植被返青
期和枯黄期二者决定, 但主要受返青期提前影响, 大部分地区生长季长度延长; (4)研究区内不同气候区划植被物候的年际变
化以那曲高山谷地亚寒带半湿润区和青南高原亚寒带半干旱区的植被返青期提前和生长季延长程度最为明显; (5)基于气象
台站数据分析气候变化对物候的影响发现, 返青期提前及生长季延长主要受气温升高的影响, 与降水的关系尚不明确。
关键词 动态阈值, MODIS, 藏北高原, 物候,时空变化
Spatio-temporal variation of vegetation phenology in the Northern Tibetan Plateau as de-
tected by MODIS remote sensing
SONG Chun-Qiao1,2,4, YOU Song-Cai3*, KE Ling-Hong1,2, LIU Gao-Huan1, and ZHONG Xin-Ke1,2
1State Key Laboratory of Resources and Environmental Information System, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese
Academy of Sciences, Beijing 100101, China; 2Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3Institute of Environment and
Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; and 4The Department of Geography and Resource
Management, The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China
Abstract
Aim Estimating regional variation in vegetation phenology from time-series remote sensing data is important in
global climate change studies. However, there are few studies on vegetation phenology for the Qinghai-Tibet Pla-
teau and most are based on field records of stations.
Methods We utilized the dynamic threshold method to explore vegetation phenological metrics (greenup date,
length of season and senescence date) of typical grassland in the Northern Tibetan Plateau. We used time-series
TERRA/MODIS EVI data for 2001–2010 reconstructed by the asymmetric Gaussian function fitting method to
analyze spatial pattern and differentiation of vegetation phenology and its inter-annual variation and to examine
the relationship between phenological variation and climate changes.
Important findings The spatial pattern of date of vegetation greenup was embodied by transition from southeast
to northwest and vertical zonation in the mountainous topography of the southeast. The vegetation greenup date in
approximately sixty percent of the northern Tibetan Plateau had advanced, especially in high mountains. Inter-
annual variation of vegetation senescence date was not obvious, and most of the region had natural inter-annual
fluctuations. The variation of growing season length is influenced by greenup and senescence dates, but was
chiefly affected by advanced greenup date lengthening the growing season. Among the four different climatic
zones in the study area, the mountain and valley Nagqu sub-arctic and sub-humid zone and the southern Qinghai
sub-arctic and semi-arid zone had the most apparent advanced greenup date and prolonged growing season. Based
on measured data from weather stations, increased temperature appears to be a critical factor contributing to ear-
lier greenup and prolonged growing season; however, the relationship between precipitation fluctuations and
phenological variation was unclear.
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Key words dynamic threshold, MODIS, Northern Tibetan Plateau, phenology, spatio-temporal change

植被作为陆地生态系统的重要组成部分, 在全
球物质和能量循环中起着重要的作用(方修琦和余
卫红, 2002)。植被物候对全球变化具有很好的指示
作用, 随着全球气候变化研究的深入, 植被物候的
研究取得了长足的发展(王宏等, 2007; 陈效逑和李
倞, 2009)。传统的物候观测和研究方法主要是以野
外观测为基础的目视观察法, 即直接定点观测生物
物候现象的年内和年际变化(Wang & Tenhunen,
2004)。近年来, 卫星遥感数据和地面实测物候资料
相结合的方法已广泛用于物候预报模型, 利用长时
间序列的卫星数据获取地表植被物候信息, 并将其
与气象过程联系起来, 是遥感应用和全球变化研究
的一个重要方面(Tucker et al., 1994; Tateishi &
Ebata, 2004)。
目前, 基于遥感技术的物候监测应用研究主要
有3个方面: 1)分析某种植被类型或植物物种物候期
的年际变化规律以揭示其对全球变化的响应机制,
如加利福尼亚中部沿海草原植物开花与冠层变绿
时间(Cleland et al., 2006)、草本植物芸薹(Brassica
campeatris)花期对气候波动的响应(Franks et al.,
2007)、北京地区山桃(Prunus davidiana)始花时间近
50年的变化规律(张雪霞等, 2005)等。2)作物物候监
测以为农业生产和管理提供决策支持, 已经发展了
成熟的技术并取得广泛的应用(吴炳方等, 2004; 李
正国等, 2009)。3)区域性陆地生态系统植被物候变
化特征研究及对气候变化和人类干扰的响应。
Myneni等(1997)、Lucht等(2002)和Nezlin等(2005)
基于长时间遥感影像提取物候信息的研究发现, 北
半球高纬度地区植被的返青期提前、枯黄期推迟、
生长季延长且植被活动增强, 并指出这种变化是全
球变暖的结果。
已有研究指出, 青藏高原近60年来存在显著的
升温过程, 并且该升温趋势超过同一时期北半球和
同纬度地区的平均水平, 高原地区比低海拔地区对
全球气候变化的反应更敏感(Liu & Chen, 2000; 姚
檀栋等, 2000; 祁如英等, 2006)。因此, 针对青藏高
原这个独特的地域单元上特殊的高寒植被物候空
间格局特征及其在气候变化大背景下的变化规律
展开研究具有非常重要的意义。目前已有少量关于
青藏高原植被物候及与气温、降水年际变化关系研
究的报道。但这些研究主要集中在青海省境内某种
植物或植被类型的定点物候观测, 没有从区域尺度
上基于遥感获取的绿度信息提取植被物候参数, 从
而分析区域植被物候的空间分布格局及长时间的
连续变化规律; 并且这些研究对植被返青期、生长
季长度及枯黄期的变化趋势及关键气象影响因子
的结论也很不一致(张国胜等 , 1999; 祁如英等 ,
2006)。藏北高原地处青藏高原腹地, 具有重要的生
态研究价值, 也是我国重要的牧业生产基地。因此,
本文基于遥感手段分析藏北高原区域植被2001–
2010年间的返青期、枯黄期及生长季长度等物候的
空间格局及其年际变化趋势, 对认识该区域植被物
候的时空变化特征及高寒植被对气候变化的响应
具有十分重要的意义。
1 研究区概况和数据获取
1.1 研究区概况
藏北高原(图1)西北始于昆仑山和唐古拉山, 与
新疆和青海交界, 南抵念青唐古拉山, 与日喀则、
拉萨和林芝等地(市)相邻; 东接昌都地区的边坝县
和丁青县; 西与阿里地区的改则县和措勤县相连。
该区南北纵跨6个纬度带(30°27′25′′–35°39′13′′ N),
东西横越11个经度带(83°41′14′′–95°10′46′′ E), 平均
海拔在4 500 m以上。作为重要的畜牧业生产基地,
高寒草原是该区域主要的生态系统。该地区气候的
突出特点是寒冷干燥, 年平均气温为–2.8–1.6 ,℃
年降水量247.3–513.6 mm, 受大气环流和地形的影
响, 降水总体表现为由东向西, 由南向北递减。受
水平与垂直地带性影响, 区域间的气候与水热条件
差异较大, 植被覆盖从东南向西北依次为亚高山疏
林-灌丛草甸、高寒草甸、高寒草原、高寒荒漠草原
4大基带及相邻的过渡亚带(刘淑珍等, 1999)。
1.2 数据准备和处理
研究数据采用NASA数据官网MODIS传感器
的植被指数产品MOD13 A2。MOD13 A2是Terra卫
星16天的空间分辨率为1 km × 1 km的植被指数产
品, 包含归一化植被指数(normalized difference
vegetation index, NDVI)、增强型植被指数(enhanced
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图1 研究区的地理位置。
Fig. 1 Geographic location of the study area.


vegetation index, EVI)、几个主要波段反射率以及其
他辅助信息。本研究选择2001–2010年近10年的EVI
时间序列影像, 从植被指数序列反映的生长季曲线
中提取物候信息。
由于传感器本身、云、大气气溶胶以及地表水
和冰雪等随机因素的影响, 得到的锯齿状EVI时间
序列曲线不可避免地夹杂各种噪声和干扰(Cihlar et
al., 1997; 李杭燕等, 2009)。本文采用非对称高斯函
数拟合方法对植被指数的时间序列进行重建, 其基
本思想是一个从局部拟合到整体拟合的方法过程,
使用分段高斯函数来模拟植被的生长过程, 最后通
过平滑连接各高斯拟合曲线, 实现时间序列的重建
(Jönsson & Eklundh, 2002)。其过程大致可以分为区
间提取、局部拟合和整体连接3个步骤。
2 研究方法
2.1 植被物候的遥感提取方法
本研究采用Jönsson和Eklundh (2004)改进后的
阈值法, 即利用非对称高斯函数重建的NDVI年变
化曲线, 使用动态阈值法(比例阈值法)提取生长季
参数(图2)。他们将NDVI增长达到当年NDVI振幅一
定百分比的时刻定义为生长季的开始时间 , 而
NDVI降低到当年NDVI振幅一定百分比的时刻定义
为生长季的结束时间。由于该方法采用的阈值不是
某个具体的植被指数值, 而是一种动态比值形式,
即给定像元和给定年份的植被指数(vegetation in-
dex, VI)值与当年VI振幅的比, 因此相对绝对阈值和
差值阈值而言, 该阈值在时间域和空间域上都具有
更好的适用性。因为遥感方法提取物候参数是基于
传感器获取植被的绿度信息, 与传统意义上植株的
物候期如出苗、展叶、抽穗和开花不严格一致, 但
它能在宏观上反映植被物候关键信息的相对状况。
Jönsson和Eklundh (2002)在提出动态阈值方法时,
建议生长季开始和结束时刻为NDVI达到年振幅的
20%左右。由于藏北高原高寒地区的植被具有盖度
偏低及大部分草地植被生长季曲线不对称的特征,
根据刘雪松等(2003)提出的由积温等气象观测数据
确定那曲地区植被返青期的方法和西藏自治区那
曲地区畜牧局(张天增和姚祖芳, 1992)实地记录的
典型植被物候的相关信息, 在大量试验基础上, 将
生长季枯黄期阈值保留为20%, 而生长季返青期阈
值设定为10%, 从而提取研究区近10年逐年的植被
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图2 基于像元时间序列曲线的物候指标提取原理。NDVI, 归一化植被指数。
Fig. 2 Principle of extracting phenological metrics based on time-series curve of pixels. NDVI, normalized difference vegetation
index.

生长季开始点(返青期)、生长季结束点(枯黄期)和生
长季长度参数。
2.2 植被物候的年际变化
采用线性回归分析方法计算植被返青期、枯黄
期和生长季长度的年变化率(k)和相关系数(r)。根据
k和r判断植被物候近10年的变化趋势和程度。k反映
了物候年际增加(返青提前或枯黄推迟)和减小(返
青推迟或枯黄提前)的变化速率。r表示物候与年份
之间线性相关的密切程度。
通过ENVI/IDL程序计算各像元近10年的物候
变化斜率和r, 通过直方图统计发现研究区像元的
植被返青期、枯黄期和生长季长度的k呈近似正态
分布。基于正态中心位置、r大小(即物候参数年际
变化显著性)及年变率分级能否体现藏北高原植被
覆盖类型的空间分异和过渡规律等几个原则, 逐像
元判断 : (1) –0.4 ≤ r ≤ 0.4或 |k| < 0.5 (即5
d·10a–1)为无明显变化趋势或随机波动型; (2) r > 0.4
且k ≥ 2.0 (20 d·10a–1)为生长季显著延长(返青提
前或枯黄推迟); (3) r > 0.4且0.5 ≤ k < 2.0为生长
季延长(返青提前或枯黄推迟); (4) r < –0.4且k ≤
–2.0为生长季显著缩短(返青推迟或枯黄提前); (5) r
< –0.4且–2.0 < k ≤ –0.5为生长季缩短(返青推迟
或枯黄提前)。
3 结果和分析
3.1 植被物候平均状况及年际变化
使用动态阈值法从2001–2010年每年的EVI时
间序列影像提取藏北高原植被的返青期、枯黄期和
生长季长度3个参数, 并计算得到该地区10年内植
被物候平均状况的空间分布图及年际变化趋势。
3.1.1 平均返青期及其年际变化
图3为藏北高原2001–2010年植被返青期的平
均状况及年际变化趋势。因为全区内没有像元的返
青期推迟超过5 d·10 a–1, 故对年际变化率分级进行
调整: 返青期提前划分为3级: <–20 d·10 a–1 (显著提
前)、–20– –10 d·10 a–1 (提前)和–10– –5 d·10 a–1 (微
弱提前)。
由图3A可以看出, 植被的返青时间从藏北高
原东南到西北逐渐推迟, 东部海拔较低的谷地其植
被在4月中下旬(<120天, 从1月1日开始计算的年序
日(day of year, DOY), 下同)开始返青, 随着海拔的
升高及向西北方向的延伸, 植被的返青期相对较
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图3 2001–2010年藏北高原植被的平均返青期(A)及其年际变化(B)。
Fig. 3 Average greenup date of growing season (A) and inter-annual variation (B) of vegetation in Northern Tibetan Plateau be-
tween 2001–2010.



图4 2001–2010年藏北高原植被平均枯黄期期(A)及其年际变化(B)。
Fig. 4 Average senescence date of growing season (A) and its inter-annual variation (B) of vegetation in Northern Tibetan Plateau
between 2001–2010.


图5 2001–2010年藏北高原植被平均生长季长度(A)及其年际变化(B)。
Fig. 5 Average length of growing season (A) and its inter-annual variation (B) of vegetation in Northern Tibetan Plateau between
2001–2010.
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晚, 那曲县东南部地区的草地植被在5月上旬(120–
130天)返青, 那曲县中北部及安多、聂荣的大部分
地区植被的返青期出现在5月中旬(130–140天)。西
部地区的申扎、班戈县境内, 除纳木错与色林错之
间植被的返青期出现在5月上中旬(120–140天), 其
他地区的植被返青出现在5月下旬(140–150天)及
以后。尼玛、双湖境内的大部分地区植被的返青出
现在5月下旬, 特别是昆仑山区及尼玛县西南部地
区的阿索、中仓和文布 , 植被的返青推迟到6月
以后。
图3B反映的是10年内返青期年际变化的不同
程度的分级状况, 其中, 显著提前、提前和微弱提
前的区域分别占有效像元(去除掩膜部分)的31%、
22%和3%, 返青期推迟的区域占全区的5%。返青时
间显著提前的区域主要包括中、北部地区沿东西走
向的唐古拉山脉与西南-东北走向的念青唐古拉山
脉一带的高山植被, 那曲、安多和双湖部分地区也
有带状分布。这可能主要是因为近年来气温升高,
冰川显著消融, 在海拔较高的地区稀疏植被的盖度
转好, 返青期提前。东部和中部的草甸区, 返青期
都有5–20 d·10 a–1不同程度的提前。返青期推迟的区
域分布在班戈东南部及申扎的南部、那曲县中、南
部以及尼玛县内的少量区域, 这些区域均为那曲地
区放牧强度较大的草场所在地, 通过EVI的年际变
化也发现这些区域的植被盖度有退化的趋势。
3.1.2 平均枯黄期及其年际变化
图4为藏北高原2001–2010年植被枯黄期的平
均状况及年际变化趋势。植被枯黄期的空间格局与
返青期不同, 没有明显的空间递变规律。东部大部
分地区的植被在10月中下旬(283–304天)枯黄, 色林
错湖沿东西方向一带植被的枯黄期出现在10月下
旬(293–304天)甚至11月(>304天); 中部的那曲、安
多、聂荣县、申扎、班戈的南部地区以及唐古拉山
脉以北的青南高原的植被在10月上旬(273–283天)
开始枯黄。西北部与唐古拉山脉的植被在9月(<273
天)就开始枯黄。植被枯黄期在近10年内的年际变化
趋势不是十分明显, 显著提前、提前的区域分别占
全区的12%和11%; 显著延迟及延迟的区域比例为
5%和14%。枯黄期提前的区域包括东部的巴青、索
县、比如和嘉黎、安多、班戈境内部分地区以及尼
玛县西北部; 延迟的区域主要位于聂荣和青南高原
地区以及尼玛县中部零散区域。
3.1.3 平均生长季长度及其年际变化
图5为藏北高原2001–2010年植被生长季长度
的平均状况及年际变化趋势。藏北高原植被的生长
季长度受返青期和枯黄期的影响, 综合了二者的空
间分布规律: 表现出水平地带性和垂直地带性相结
合的特征, 在色林错湖一带因枯黄期推迟其生长季
长度相对较长。东部部分地区及那曲县东南部植被
的生长季为5.5–6.0个月(165–180天), 向西北方向延
伸生长季逐渐缩短, 色林错湖-尼玛县城-俄久乡一
带的高寒草甸草原与高寒草原植被的生长季也达
150天左右。此外, 在一些湖泊或冰川谷地等水分充
足的区域, 其植被的生长季较周边区域更长。从图
5B可以看出, 生长季长度延长的区域远大于生长季
缩短的区域, 生长季明显缩短和缩短的区域分别占
全区的8%和3%; 生长季明显延长和延长的区域占
了全区域的11%和39%。生长季延长的区域主要分
布在中部偏北的唐古拉山脉和东南边界的念青唐
古拉山脉的高山一带及安多和聂荣县的大部分地
区; 藏北高原南部的班戈、申扎境内的部分草地植
被的生长季长度有所缩短, 尼玛县东北部的木布乡
和戈木乡其生长季长度显著缩短。
3.2 不同气候区植被物候年际变化趋势的比较
本文采用的气候区划是郑景云等(2010)利用
1971–2000年的日气象观测资料对我国气候进行重
新区划的藏北部分, 包括昆仑高山亚寒带干旱区(I
区)、羌塘高原湖盆亚寒带半干旱区(II区)、那曲高
山谷地亚寒带半湿润区(III区)和青南高原亚寒带半
干旱区(IV区) (图1)。
从图6可以看出, 4个气候区划内植被的物候均
表现了不同程度的返青期提前、生长季长度延长的
趋势, 但植被的枯黄期均没有显著的年际变化。其
中, III区的植被返青时间提前程度最大, 约19.8
d·10 a–1, 年际变化的R2为0.534; 其次是IV区, 其物
候返青提前的速率为16.7 d·10 a–1, 年际变化的R2为
0.492; I区与II区的植被返青提前的速率均为11.0
d·10 a–1。尽管植被的枯黄期没有显著的变化趋势,
但I区和IV区表现为不显著延迟, 而II区和III区则表
现为不显著提前。生长季长度延长趋势最为明显的
是IV区, 延长速率达23.5 d·10 a–1, R2为0.702; III区
的延长速率为21.6 d·10 a–1, R2为0.466; I区和II区
的植被生长季长度延长的速率分别为11.4和9.9 d·
10 a–1, R2低于0.200, 主要原因在于这两个区域范围
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图6 藏北高原不同气候区植被物候的年际变化。DOY, 年序日。A、B、C、D分别为气候区划昆仑高山亚寒带干旱区、羌
塘高原湖盆亚寒带半干旱区、那曲高山谷地亚寒带半湿润区和青南高原亚寒带半干旱区的植被物候。
Fig. 6 Inter-annual changes of vegetation phenology in four different climate zones over Northern Tibetan Plateau. DOY, day of
year. A, B, C and D show vegetation phenology in four climate zones which respectively refer to Kunlun mountain subfrigid and arid
zone, Qiangtang plateau and lake-basin subfrigid and semi-arid zone, Nagqu mountain and valley subfrigid and semi-humid zone,
and south Qinghai plateau subfrigid and semi-arid zone, respectively.


大, 区域内植被变化趋势的异质性较强。
3.3 关键气候因子与植被物候变化的关系
藏北高原地域广阔, 地形复杂且相对高差较
大, 而气象站点十分稀缺, 仅有分布在东部及南部
地区的7个气象站点。由于难以获取整个藏北高原
的气温和降水的空间化数据, 而只是基于单个气象
站点的数据定量分析站点所在位置像元的物候的
年际变化与气候因子的关系存在点-面尺度的不统
一, 且随机性较强。因此本研究基于7个站点的气象
数据定性分析2000–2009年年平均气温、年降水量、
年降水量超过0.1 mm的日数对2001–2010年植被物
候年际变化的影响(图7)。气象站点的年平均气温均
表现出不同程度的升高, 且达到0.01的显著水平。
比如和索县站点的升温速率最快(分别为1.5和1.4
℃·10 a–1), 其次是班戈和安多站点, 升温速率均为
1.3 ℃·10 a–1, 嘉黎站点的升温速率相对较小(0.8
℃·10 a–1)。升温导致高山和高原的冰川融化, 温度
的升高及冰川融水都将直接利于周边植被活动的
增强, 返青期提前。分析年平均气温与物候两者的
年际波动关系 , 在东南部几个气象站点显示的
2000–2002、2005–2007和2009年3个升温时段, III区
2002、2006–2007及2009年内的植被也呈现明显的
返青期提前, 生长季延长。在降水方面, 除班戈和
申扎站点的年降水量有不显著增加的趋势, 其他站
点的年降水量和年累计降水日数均为年际随机波
动并有不显著减少的趋势。尽管无法判断年降水量
及降水年累计日数是否与植被枯黄期的年际波动
有直接关系, 但降水与物候年际变化的相关关系表
明, 年降水量对于生长季返青期提前和生长季长度
延长没有直接的影响。
4 讨论和结论
文中利用动态阈值法从藏北高原的时间序列
遥感影像提取植被的物候信息, 与刘雪松等(2003)
提出的由积温等气象观测数据推测的植被物候期,
以及张天增和姚祖芳(1992)实地考察记录的植被返
860 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2011, 35 (8): 853–863

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doi: 10.3724/SP.J.1258.2011.00853


图7 藏北高原各气象站气温和降水的年际变化。
Fig. 7 Inter-annual changes of temperature and precipitation in different weather stations in Northern Tibetan Plateau.


青、枯黄时间具有较好的可比性。但由于地理条件
的限制, 缺乏野外观测资料, 给植被物候变化与气
候因子的定量分析带来困难。祁如英等(2006)根据
青海8个站点的草本植物物候记录也发现, 气温对
大部分站点的植被返青、枯黄和生长季长度造成影
响, 而降水与日照仅与个别站点的物候变化相关。
但邱丹和张国胜(2000)对青海省草本植物物候与气
候变化关系的研究发现, 不仅温度对植被返青造成
影响, 前一年秋季的降水及该年春季的降水也将影
响物候的变化。这一方面可能与选择的物候记录样
点有关, 这也反映了基于少数样点研究植被物候对
全球变化响应的随机性; 另一方面, 因复杂的地形
和气候条件的不同, 植被物候期与气候变化的关系
模式也会有差异(郑景云等, 2002)。
本文基于藏北高原2001–2010年的MODIS EVI
时间序列影像, 通过动态阈值法提取返青期、枯黄
期与生长季长度等关键物候参数, 分析了该地区植
被物候在近10年内的时空变化状况, 并初步分析了
物候变化与气温和降水的相关关系。主要结论如下:
(1)藏北高原植被的返青期在空间上表现出从东南
到西北逐渐推迟的水平地带性与东南高山峡谷区
的垂直地带性相结合的特征; 植被返青时间明显提
前主要发生在唐古拉山脉和念青唐古拉山脉等高
海拔高山植被区, 以及中部的那曲、安多及聂荣县
部分地区; 返青时间推迟的区域较少, 包括申扎和
班戈部分地区, 尼玛县也有少量地区。(2)在空间分
布上, 植被的枯黄期除东南部植被盖度好的地区
外, 色林错湖-尼玛县城-俄久乡一带植被枯黄时间
在研究区内也较晚; 植被枯黄时间发生变化的区域
仅占全区的40%左右, 枯黄期的提前发生在高原东
部和中部的部分地区及尼玛县西北部, 而枯黄期延
迟的区域主要位于聂荣、青南高原地区, 尼玛县中
部也有零散分布。(3)植被的生长季长度综合了返青
期和枯黄期二者的空间分异规律, 但年际变化趋势
主要取决于植被返青期的提前; 植被生长季延长的
区域占全区50%以上, 只有10%左右的区域生长季
有所缩短, 其空间分布与返青期的年际变化相似。
(4)分析藏北高原不同气候区内植被物候的年际变
化差异发现, 那曲高山谷地亚寒带半湿润区和青南
高原亚寒带半干旱区的植被返青期提前和生长季
862 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2011, 35 (8): 853–863

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延长程度明显, 植被的枯黄时间没有明显的年际变
化趋势。(5)基于气象站点的观测数据分析发现, 年
平均气温的年际变化和升温趋势对植被的返青期
提前和生长季延长有直接影响, 年降水量对其影响
较少, 但降水是否与物候的年际波动存在关系难以
断定, 有待进一步研究。
致谢 国家自然科学基金(40971132)资助。
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责任编委: 罗天祥 实习编辑: 黄祥忠