全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 4 期摇 摇 2012 年 2 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
围垦对南汇东滩湿地大型底栖动物的影响 马长安,徐霖林,田摇 伟,等 (1007)…………………………………
基于 ArcView鄄WOE的下辽河平原地下水生态系统健康评价 孙才志,杨摇 磊 (1016)…………………………
京郊典型集约化“农田鄄畜牧冶生产系统氮素流动特征 侯摇 勇,高志岭,马文奇,等 (1028)……………………
不同辐射条件下苹果叶片净光合速率模拟 高照全,冯社章,张显川,等 (1037)…………………………………
藏北高原典型植被样区物候变化及其对气候变化的响应 宋春桥,游松财,柯灵红,等 (1045)…………………
祁连山中段林草交错带土壤水热特征及其对气象要素的响应 唐振兴,何志斌,刘摇 鹄 (1056)………………
祁连山青海云杉林冠生态水文效应及其影响因素 田风霞,赵传燕,冯兆东,等 (1066)…………………………
呼伦贝尔沙地樟子松年轮生长对气候变化的响应 尚建勋,时忠杰,高吉喜,等 (1077)…………………………
结合激光雷达分析上海地区一次连续浮尘天气过程 马井会,顾松强,陈摇 敏,等 (1085)………………………
福建中部近海浮游动物数量分布与水团变化的关系 田丰歌 ,徐兆礼 (1097)…………………………………
香港巨牡蛎和长牡蛎幼虫及稚贝的表型性状 张跃环,王昭萍,闫喜武,等 (1105)………………………………
东海原甲藻与中肋骨条藻的种间竞争特征 李摇 慧,王江涛 (1115)………………………………………………
起始生物量比对 3 种海洋微藻种间竞争的影响 魏摇 杰,赵摇 文,杨为东,等 (1124)……………………………
不同磷条件下塔玛亚历山大藻氮的生态幅 文世勇,宋琍琍,龙摇 华,等 (1133)…………………………………
秦岭天然次生油松林冠层降雨再分配特征及延滞效应 陈书军,陈存根,邹伯才,等 (1142)……………………
伊犁河谷北坡垂直分布格局及其与环境的关系———一种特殊的双峰分布格局
田中平,庄摇 丽,李建贵 (1151)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
濒危种四合木与其近缘种霸王水分关系参数和光合特性的比较 石松利,王迎春,周红兵,等 (1163)…………
干旱胁迫下黄土高原 4 种乡土禾草抗氧化特性 单长卷,韩蕊莲,梁宗锁 (1174)………………………………
施加角担子菌 B6 对连作西瓜土壤微环境和西瓜生长的影响 肖摇 逸,王兴祥,王宏伟,等 (1185)……………
内蒙古典型草原区芨芨草群落适生生境 张翼飞,王摇 炜,梁存柱,等 (1193)……………………………………
盐渍化灌区土壤盐分的时空变异特征及其与地下水埋深的关系 管孝艳,王少丽,高占义,等 (1202)…………
黄土高原水蚀风蚀交错区坡地土壤剖面饱和导水率空间异质性 刘春利,胡摇 伟,贾宏福,等 (1211)…………
松嫩平原玉米带农田土壤氮密度时空格局 张春华,王宗明,居为民,等 (1220)…………………………………
小麦冬性强弱评价体系的建立 王摇 鹏,张春庆,陈化榜,等 (1230)………………………………………………
唐家河自然保护区高山姬鼠和中华姬鼠夏季生境选择的比较 黎运喜,张泽钧,孙宜然,等 (1241)……………
西花蓟马在 6 种蔬菜寄主上的实验种群生命表 曹摇 宇,郅军锐,孔译贤 (1249)………………………………
同位素富集鄄稀释法研究食性转变对鱼类不同组织 N同位素转化率的影响
曾庆飞,谷孝鸿,毛志刚,等 (1257)
……………………………………
……………………………………………………………………………
基于生态网络分析的南京主城区重要生态斑块识别 许文雯,孙摇 翔,朱晓东,等 (1264)………………………
珠三角城市绿地 CO2通量的季节特征 孙春健,王春林,申双和,等 (1273)………………………………………
污染场地地下水渗流场模拟与评价———以柘城县为例 吴以中,朱沁园,刘摇 宁,等 (1283)……………………
专论与综述
湿地退化研究进展 韩大勇,杨永兴,杨摇 杨,等 (1293)……………………………………………………………
绿洲农田氮素积累与淋溶研究述评 杨摇 荣,苏永中,王雪峰 (1308)……………………………………………
问题讨论
抗辐射菌 Deinococcus radiodurans的多样性 屠振力,方俐晶,王家刚 (1318)……………………………………
平茬措施对柠条生理特征及土壤水分的影响 杨永胜,卜崇峰,高国雄 (1327)…………………………………
研究简报
祁连山典型灌丛降雨截留特征 刘章文,陈仁升,宋耀选,等 (1337)………………………………………………
野生鸭儿芹种子休眠特性及破除方法 喻摇 梅,周守标,吴晓艳,等 (1347)………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*348*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄02
封面图说: 遗鸥群飞来———遗鸥意即“遗落之鸥冶(几乎是最后才被发现的新鸥种,因此得名)。 1931 年,瑞典动物学家隆伯格
撰文记述在中国额济纳采到了标本。 1987 年,中国的鸟类学家在鄂尔多斯的 桃力庙获得了一对遗鸥的标本 。 1990
年春夏之交,发现了湖心各岛上大量的遗鸥种群。 近年来的每年夏季,大约全球 90%以上的遗鸥都会 到陕西省神
木县境内的沙漠 淡水湖鄄红碱淖上聚集。 遗鸥———国家一级重点保护、CITES附录一物种。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 4 期
2012 年 2 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 4
Feb. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金资助 (40971132)
收稿日期:2011鄄01鄄05; 摇 摇 修订日期:2011鄄05鄄17
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: yousc@ ieda. org. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201101050014
宋春桥, 游松财, 柯灵红, 刘高焕, 钟新科.藏北高原典型植被样区物候变化及其对气候变化的响应.生态学报,2012,32(4):1045鄄1055.
Song C Q, You S C, Ke L H, Liu G H, Zhong X K. Phenological variation of typical vegetation types in northern Tibet and its response to climate changes.
Acta Ecologica Sinica,2012,32(4):1045鄄1055.
藏北高原典型植被样区物候变化及其
对气候变化的响应
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, 北京摇 100101;
2. 中国科学院研究生院,北京摇 100049;3. 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所, 100081;
4. 香港中文大学,香港)
摘要:植被物候作为陆地生态系统对气候变化的响应和反馈的重要指示,已成为区域或全球生态环境领域研究的热点。 基于非
对称高斯拟合方法重建了 2001—2010 年 MODIS EVI时间序列影像,利用动态阈值法提取藏北高原植被覆盖 2001—2010 年每
年关键物候参数。 选取研究区内东部高寒灌丛草甸、中部高寒草甸及西部高寒草原和高寒荒漠 4 种典型植被类型,并结合附近
的 4 个气象台站气候资料,分析典型植被物候在近 10a对关键气候因子的响应特征。 研究结果表明:(1) 4 种不同典型植被的
物候特征(EVImax降低、返青期延后和生长季长度缩短)均表现出高寒灌丛草甸寅高寒草甸寅高寒草原寅高寒荒漠草原的过渡;
(2) 藏北高原近 10a的年平均气温及春、夏、冬三个季度的平均气温均呈显著升高的趋势,升温幅度在 0. 8—3. 9益 / 10a,降水减
少趋势不显著,在这种水热条件下典型植被均表现出返青提前(7. 2—15. 5d / 10a)、生长季延长(8. 4—19. 2d / 10a)的趋势,而枯
黄出现时间为年际间自然波动;(3) 高寒灌丛草甸 EVImax主要受春季降水量和气温影响,且降水的影响程度大于气温;对高寒
草甸植被而言,春、夏季的气温和降水均有较大的影响;而高寒草原和高寒荒漠草原主要受夏季平均气温和降水量影响;(4) 高
寒灌丛草甸的返青时间主要受前一年秋季降水量的影响,相关系数达-0. 579;而高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠草原主要受春
季平均气温影响,高寒荒漠草原的特征最为明显 ( r= -0. 559)。
关键词:物候变化; 藏北高原; 气候变化; MODIS; 返青期; 生长季
Phenological variation of typical vegetation types in northern Tibet and its
response to climate changes
SONG Chunqiao1, 2, 4, YOU Songcai3,*, KE Linghong1, 2, LIU Gaohuan1, ZHONG Xinke1, 2
1 Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, State Key Lab of Resources and Environmental Information System, Chinese Academy of
Sciences, Beijing, 100101, China
2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture; Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China
4 Chinese University of Hong Kong, Hong Kong
Abstract: Vegetation phenology is closely related to seasonal dynamics of the lower atmosphere and, therefore, is thus
considered as an important indicator that influences the feedback mechanisms of global climate variation to the terrestrial
ecosystem. Detecting vegetation phenological metrics using time series remote sensing dataset at the regional or global scale
has become an active research topic in geography and ecology. This paper presents a dynamic thresholding method to extract
the vegetation phenological metrics ( greenup date, growing season length, maximum EVI and wilting date) of typical
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grassland, including alpine shrub meadow in the eastern region, alpine meadow in the central region, alpine steppe and
alpine desert steppe in the western region of northern Tibetan Plateau, using a time鄄series TERRA / MODIS EVI dataset from
2001 to 2010 which was reconstructed using the asymmetric Guassian function fitting method. Furthermore, the relationship
between inter鄄annual variation of phenological metrics and climatic factors was analyzed based on the measured data of
weather stations close to the sampling areas, the results showed that: ( 1 ) The ordinal relationship of these typical
vegetation samples in phenological metrics was in the sequence of alpine shrub meadow, alpine meadow, alpine steppe, and
alpine desert steppe (for greenup date and the wilting date, the sequence respectively referred to be earlier and later) . (2)
The annual, spring, summer and winter average temperature of northern Tibetan Plateau all showed significant ascending
trend, the increased rate was between 0. 8益 / 10a and 3. 9益 / 10a. While the decreased trend of precipitation was not
apparent. Due to the warming and drier climate, the greenup date of four types of typical vegetation was advanced
( approximately 7. 2—15. 5d / 10a earlier) and the growing season length became longer (approximately 8. 4—19. 2d / 10a),
whereas the wilting date of four types of vegetation cover did not show apparent advanced or lingering trend; (3) The
maximum EVI of different typical vegetation cover types was affected by different climatic factors. As follows, alpine shrub
meadow was mainly affected by spring average temperature and spring precipitation, and precipitation had more important
influence on phenological variation than temperature; Alpine meadow was affected by both spring and summer average
temperature and precipitation; Alpine steppe and alpine desert steppe were primarily influenced by summer average
temperature and precipitation, while for alpine steppe vegetation the inhibition of summer average temperature was more
intense than the promotion effect of summer precipitation, among four types of vegetation cover, alpine desert steppe had the
closest relationship with summer precipitation ( the correlation coefficient, -0. 752); (4) As for greenup date, alpine
shrub meadow was mainly affected by autumn precipitation of the previous year, the correlation coefficient was closed to
-0. 579; however, other three types of vegetation cover were mainly influenced by spring average temperature, and the
character was the most obvious for desert steppe ( the correlation coefficient, - 0. 559 ). That was due to that high
temperature in spring expedited snow melting and tundra soil thawing which are indispensable for vegetation greenup,
especially for high鄄altitude regions in northern and western Tibet. In addition, the autumn precipitation and winter average
temperature in the previous year also had some impact on the vegetation greenup of alpine steppe and alpine desert steppe.
Key Words: phenological variation; northern Tibetan Plateau; climate changes; MODIS; greenup date; growing season
植被物候研究是为了解植物随自然季节的变化规律,分析陆地生态系统对气候变化或人为干扰等因素的
响应特征,服务于农牧业生产和生态环境监测。 传统的物候观测和研究方法主要采取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变化和年际变化[1]。 近年来,卫星遥感数据和地面实测物候
资料相结合的方法,利用长时间序列卫星数据获取地表植被物候信息,并将其与气象过程联系并建立模型,是
遥感应用和全球变化研究的一个重要方面,已广泛用于物候的预报[2鄄3]。
目前,基于遥感技术的物候监测应用研究主要分 3 个方面:(1) 分析某种植被类型或植物物种的物候期
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[4],
草本植物芸苔花期对气候波动的响应[5],北京地区的山桃始花近 50a变化规律等[6]研究。 (2) 作物物候监测
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地应用[7鄄9]。 (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。 如 Lucht[10], Nezlin[11], Myneni[12]等人基于长时间
遥感影像提取物候信息研究发现,北半球高纬度地区植被返青期随年代进程提前、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。
一系列研究结果[13鄄14]指出,青藏高原近 60a来存在显著的升温过程,且该升温趋势明显超过同一时期北
半球同纬度其他地区的平均水平,致使高原地区植被比低海拔地区对全球气候变化的反应更敏感。 因此,研
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究青藏高原地域单元上独特的高寒植被物候空间格局特征及在气候温暖化大背景下的变化规律具有非常重
要的意义。 但不少研究[15鄄17]主要针对某种植物或植被类型定点物候观测数据开展研究,很难从区域尺度上
了解空间连续的植被物候分布特征及长时间变化规律,并且研究区域主要集中在青海省境内,得出的结果也
不尽相同,甚至相互矛盾。 藏北高原地处青藏高原腹地,是重要的水涵养区,具有重要的生态功能作用。 因
此,研究藏北高原植被物候空间特征、高寒植被对气候变化响应,对该地区生态环境变化预测、生态安全建设
等具有重大的科学价值。 本文研究将选取藏北高原东部高寒灌丛草甸、中部高寒草甸、西部高寒草原及高寒
荒漠草原 4 种典型高寒植被类型为研究对象,并联系所在位置的 4 个气象站点的气象观测资料,分析藏北植
被物候空间和时间变化特征及其对气候变化(气温与降水)的响应特征。
1摇 研究样区与数据
1. 1摇 研究区典型植被样区选取
藏北高原西北起于昆仑山和唐古拉山,与新疆、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。 幅员辽阔,南北纵跨 6
个纬度带(N 30毅27忆25义—35毅39忆13义),东西横越 11 个经度带(E 83毅41忆14义—95毅10忆46义),平均海拔在 4500m 以
上。 藏北作为重要的畜牧业生产基地,草地成为该区域的生态系统主体。 该地区气候突出特点是高原大陆性
气候,寒冷干燥,年平均气温在-2. 8—1. 6益之间,最冷月是 1 月, 最热月为 7 月, 冬季漫长寒冷, 四季不分
明。 年降水量在 247. 3—513. 6 mm之间,受大气环流和地形的影响,降水总体趋势表现为由东向西,由南向
北递减。 年蒸发量(以小蒸发皿测量)在 1500—2300 mm 之间,蒸发力总量大于自然降水量。 受水平与垂直
地带性影响,气候与水热条件区域间差异较大,植被覆盖从东南向西北依次出现亚高山疏林、灌丛草甸、高寒
草甸、高寒草原、高寒荒漠草原五大基带及相邻的过渡亚带[18]。
植被样区
图 1摇 研究区域地理位置与地形
Fig. 1摇 Geographic location and topography of study area
本文选取 4 个典型植被样区分别位于索县、那曲、班戈 3 个气象站点附近及尼玛县中仓乡(图 1)。 由于
西部的尼玛、双湖境内没有气象站点,因此,选取选择与中仓乡地理位置最接近、地形条件相似的改则气象站
7401摇 4 期 摇 摇 摇 宋春桥摇 等:藏北高原典型植被样区物候变化及其对气候变化的响应 摇
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分析荒漠草原样地物候与气候变化的关系。 高寒灌丛草甸、高寒草甸和高寒草原样区设计为索县、那曲、班戈
3 个气象站点所在位置东西南北各 10km见方的区域(即 21伊21 像元范围),高寒荒漠草原样区大小与前 3 种
相同,位于中仓乡。 典型植被样区的地理坐标、植被状况、气候条件等详细信息见表 1 所示。
表 1摇 藏北高原典型植被样区介绍
Table 1摇 Details about typical vegetation sampling area in northern Tibetan Plateau
植被类型
Vegetation type
所属地理
区划
Location
经度(毅)
Latitude
纬度(毅 )
Longitude
海拔 / m
Altitude
植物建群*
Plant community
气候特征
Climate characters
高寒灌丛草甸
Alpine shrub meadow
索县
Sog 93. 78 31. 88 4386
灌木、草本植物(如垂穗披碱草、
羊茅、早熟禾等,第二层)
Shrub, herb (Elymus nutans,
Fescue, Poe, etc. )
温带半湿润气候,年降水
量 600mm左右,年均温超
过 2益
高寒草
Alpine meadow
那曲
Nagqu 92. 07 31. 48 4593
高山嵩草鄄紫花针茅鄄羊茅
Kobresia pygmaea鄄stipa
purpurea鄄Poe
亚寒带半湿润气候,年降
水量 400—600mm,年均
温 0益附近
高寒草原
Alpine steppe
班戈
Bangoin 90. 02 31. 38 4964
紫花针茅鄄青藏嵩草
Stipa purpurea鄄Tibet kobresia
亚寒带半干旱气候,年降
水量 300mm左右,年均温
接近 0益
高寒荒漠草原
Alpine desert steppe
尼玛
Nyima 85. 53 32. 04 4861
青藏苔草鄄埑状驼绒藜
Tibet kobresia鄄Ceratoides
亚寒带半干旱气候,降水
量约 200mm,年均气温接
0益左右
摇 摇 * 植被建群是按植物优势种的顺序罗列
1. 2摇 数据准备与处理
本文研究的遥感数据采用 NASA数据官网的 Land Processes DAAC数据中心 Terra卫星 MODIS 传感器的
植被指数产品 MOD13 A2。 MOD13 A2 是 Terra 卫星 16d 合成空间分辨率为 1km 的植被指数产品,包含
NDVI、EVI、几个主要波段反射率以及其它辅助信息。 本研究选择 2001—2010 年近 10a 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、及受云、大气气溶胶、地表水、冰雪等随机干扰因素影响,得到的锯齿状 EVI 时间序列
曲线不可避免地夹杂各种“噪声冶和干扰[19鄄20]。 本文采用非对称高斯函数拟合方法对植被指数时间序列进行
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重建[21]。 其过程大致可以分为区间提取、局部拟合和整体连接三
个步骤[22]。
研究中使用的 4 个站点(索县、那曲、班戈、改则)的气象数据来自中国气象科学数据共享网的 2000 年 1
月至 2010 年 9 月的月值平均气温、月降水量数据。 然后分别合成逐年的春、夏、秋、冬、夏秋及全年的平均气
温和降水量数据。
2摇 研究方法
2. 1摇 遥感提取植被物候原理
本研究采用 J觟nsson 和 Eklundhp[21]在传统阈值法的基础上的改进算法:利用非对称高斯函数重建的
NDVI年内生长季曲线,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 VI值与当年 VI振幅的比,因此相比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。 由于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、开花不严格一致,但能宏观上反映植被物候关键信息的相对状况。 J觟nsson
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
8401 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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图 2摇 基于像元 EVI年内时间序列曲线的物候指标提取
摇 Fig. 2摇 Principle of extracting phenological information based on
time鄄series EVI
区植被盖度偏低及大部分草地植被生长季曲线不对称
性特征,根据刘雪松等[23]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[24]实地记录典型植被物候相关信息,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 10a
逐年的植被生长季开始点(返青期)、生长季结束点(枯
黄初期)、生长季峰值(成熟期)、生长季长度参数。
2. 2摇 样区分析方法
首先,基于动态阈值法提取整个藏北高原各像元的
植被物候返青期、枯黄期、生长季长度和生长季最大
EVI值 4 个关键参数;其次,按典型植被样区的 21伊21
像元大小计算上述几个物候指标;然后,剔除样区中的
异常值,统计每个样区逐年各物候参数的均值,分析物
候返青、枯黄、生长季长度和最大 EVI 的年际变化特
征;最后,分析植被物候的年际波动与各气象因子的相
关关系,旨在探究影响藏北高原典型植被的返青期等物
候参数变化的主导气象要素。
3摇 结果与讨论
3. 1摇 气温与降水的年际变化趋势
对藏北高原典型植被样区对应的索县、那曲、班戈和改则 4 个气象站 2000—2010 年期间降水量和气温变
化趋势分析表明(表 2)。 各站点的年平均气温及春、夏、冬 3 个季度的平均气温均呈显著升高的趋势,升温幅
度在 0. 8—3. 9益 / 10a。 4 个气象站点只有秋季平均气温变化幅度不很明显,那曲站的秋季气温在这 10a 内表
现出不显著的降温趋势。 从单个站点来看,改则冬季升温幅度最为剧烈,速率为 3. 9益 / 10a;各季度比较来
看,春季的升温速率明显高于其他季度,其次是冬季和夏季。 4 个站点年降水和各季度降水在近 10a 内的变
化趋势均不太显著。 其中,班戈和改则在春季降水量有增加的迹象,其他均表现为不同程度的减少,冬季减少
表 2摇 典型植被样区对应气象站点年度与季度平均气温和降水量的变化趋势
Table 2摇 Inter鄄annual change trends of mean annual and seasonal air temperature and precipitation at each climate stations corresponding to
each type of vegetation cover
站点 Name
索县 Sog
变化斜率
Slope R
2
那曲 Nagqu
变化斜率
Slope R
2
班戈 Bangoin
变化斜率
Slope R
2
改则 G俸rz俸
变化斜率
Slope R
2
平均气温 全年 All鄄year 0. 143 0. 552 0. 119 0. 505 0. 135 0. 505 0. 190 0. 563
Mean temperature 春季 Spring 0. 206 0. 504 0. 223 0. 614 0. 199 0. 410 0. 162 0. 330
夏季 Summer 0. 150 0. 304 0. 159 0. 337 0. 152 0. 411 0. 077 0. 153
秋季 Autumn 0. 023 0. 007 -0. 020 0. 006 0. 055 0. 034 0. 097 0. 245
冬季 Winter 0. 146 0. 231 0. 144 0. 239 0. 152 0. 183 0. 394 0. 584
降水量 全年 -3. 614 0. 015 -14. 38 0. 228 4. 095 0. 027 -3. 509 0. 069
Precipitation 春季 -3. 692 0. 169 -1. 527 0. 062 1. 055 0. 026 0. 839 0. 049
夏季 -0. 021 0. 000 -8. 088 0. 108 -0. 198 0. 000 -0. 933 0. 006
秋季 -1. 352 0. 018 -1. 040 0. 009 -1. 315 0. 030 -1. 218 0. 022
冬季 -1. 253 0. 206 -1. 402 0. 473 -0. 539 0. 214 -0. 521 0. 471
9401摇 4 期 摇 摇 摇 宋春桥摇 等:藏北高原典型植被样区物候变化及其对气候变化的响应 摇
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的趋势稍明显。 上述全年及各季度的平均气温与降水量的变化趋势反映出藏北高原气候近年来的暖干化特
征,而暖化的程度大于干化特征。
3. 2摇 典型植被样区物候特征及变化分析
3. 2. 1摇 典型植被生长季最大 EVI
植被生长季 EVI最大 (EVImax)值反映了年内植被生长和分布的最佳状况,一定程度上表现出植被年内
生产力情况。 从 EVImax的多年平均值来看,高寒灌丛草甸 (0. 40) >高寒草甸(0. 39) >高寒草原 (0. 28) >高
寒荒漠草原 (0. 13)。 从图 3 中可以看出,高寒灌丛草甸 EVImax随年际进程变化平稳,其他 3 种植被类型均有
稳定的微降趋势。
图 3摇 不同植被类型生长季成熟期最大 EVI特征及年际变化
Fig. 3摇 Inter鄄annual variation and characters of EVImaxof different vegetation cover types
3. 2. 2摇 典型植被物候返青期
基于遥感影像时间序列信息提取的植被返青时间并不严格等同于定点观测的植物出叶等植物生理学上
的概念,而是利用传感器记录的绿度信息在整个生长季的明显变化进行定义,但能反映出一种区域和时间上
的相对信息。 由于植被返青对水热气候条件反映敏感,四种典型植被样区所在位置的气候条件不同,将造成
返青时间的差异。 高寒灌丛草甸近 10a返青时间平均发生在(132 依 6)d(从 1 月 1 日开始计算的年序日,下
同),高寒草甸植被在(136 依 6)d返青,高寒草原的植被返青时间与草甸接近,时间为(137 依 4)d,而高寒荒
漠草原植被返青时间相对较晚,在 5 月下旬(141 依 8)d 出现。 典型植被样区的物候返青时间均表现不同程
度的提前,高寒荒漠草原和高寒灌丛草甸的提前幅度最大,分别提前了 15. 5d / 10a 和 12. 2d / 10a,高寒草甸和
高寒草原返青时间也提前了 7. 8d / 10a 和 7. 2d / 10a。 这与 Lucht, Nezlin 等[10鄄11]对北半球寒带地区的研究由
于全球变暖活动造成的植被活动增强,植被返青期提前的结论相符。
3. 2. 3摇 典型植被物候枯黄期
4 种典型植被枯黄初期时间差异不及返青期(图 5),高寒灌丛草甸枯黄时间大致在(290 依 3)d,高寒草甸
的枯黄期在(290 依 5)d,而高寒草原和高寒荒漠草原的植被枯黄时间平均状况大致为(288依 3)d。 植被枯黄
初期在 2001—2010 年间的变化表现为自然波动,没有明显的变化趋势。 但是,几种典型植被表现出相似的年
际波动:在 2002 年 4 种典型植被枯黄时间都相对提前了 5—9d,紧接着在 2003 年的枯黄期恢复到 2001 年的
水平并有所推延,在 2004—2007 年期间除高寒荒漠草原以外其他类型植被枯黄时间比较稳定,2008—2009
年间植被枯黄时间提前,在 2010 年植被枯黄时间延迟并晚于 2001 年起任何年份的枯黄期。
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d
图 4摇 不同植被类型物候返青期特征及年际变化
Fig. 4摇 Inter鄄annual variation and characters of phenological greenup of different vegetation cover types
图 5摇 不同植被类型物候枯黄期特征及年际变化
Fig. 5摇 Inter鄄annual variation and characters of phenological wilting date of different vegetation cover types
3. 2. 4摇 典型植被生长季长度
假设植被生长季长度为枯黄时间减去返青时间的天数,故生长季长度的变化受返青和枯黄时间二者的年
际波动影响。 由于四种典型植被的枯黄期比较接近,且年际变化趋势不甚明显,因此,藏北高原典型植被的生
长季长度年际变化趋势主要取决于返青期的提前。 从生长季长度平均状况来看,高寒灌丛草甸(158依6)d>高
寒草甸(153依6)d>高寒草原(152依6)d>高寒荒漠草原(149依9)d。 从图 6 可以看出,4 种典型植被的生长季都
有延长趋势,高寒荒漠草原生长季延长幅度最大,变化速率为 19. 6d / 10a,其年际波动也最为剧烈,其次是高
寒灌丛草甸,生长季延长速率为 12. 7d / 10a,高寒草甸和高寒草原的生长季延长速率分别为 11. 7d / 10a、
8郾 4d / 10a。
3. 3摇 典型植被物候与气候要素年际动态的关系分析
由于藏北高原典型植被的枯黄期年际变化趋势不明显,而植被生长季长度的变化主要受返青时间的变化
影响,因此对各样区的植被生长季 EVImax和返青日期的年际变化与气温、降水量数据进行相关分析,结果如表
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图 6摇 不同植被类型生长季长度特征及年际变化
Fig. 6摇 Inter鄄annual variation and characters of growing season length of different vegetation cover types
3、表 4 所示。
对于植被生长季 EVImax的气候影响因子,选择从年平均气温、年降水量、春季平均气温、春季降水量、夏季
平均气温和夏季降水量 6 个指标来分析其与物候参数年际变化之间的相关程度。 高寒灌丛草甸区植被生长
季 EVImax受降水的影响超过温度的影响,与年均温的相关系数仅 0. 005,这可能由于灌丛草甸常位于那曲高山
谷地海拔较高的坡地,具有“干热河谷效应冶,相对谷底土壤湿度较低,而植被本身对温度的抗耐性比草本植
物更强。 其中,春季的气候条件对其 EVImax影响最为关键,与春季降水量的相关系数达到 0. 687,说明植被在
生长季初期的良好水分条件将直接影响到植被的最佳生长状态。 高寒草甸的生长季 EVImax值同时受制于气
温和降水量,气温的影响表现为制约作用,而降水为促进作用。 夏季平均气温对草甸植被影响最大,相关系数
为-0. 544,而春季的平均气温和降水量与 EVImax年际变化的相关系数绝对值接近。 高寒草原的生长季 EVImax
也同时受气温和降水量两个因素的影响,但是气温的抑制作用超过降水的促进作用,特别是夏季平均温,与其
相关系数达到-0. 752。 与高寒灌丛草甸和高寒草甸不同的是,春季的平均气温对 EVImax的影响极小。 高寒荒
漠草原植被生长季 EVImax主要受夏季平均气温和降水量影响,且受夏季降水的影响程度超过其他 3 种典型植
被,这也反映藏北高原西、北部由于降水稀少导致植被稀疏荒漠化。
表 3摇 各典型植被区生长季最大 EVI与对应站点气候要素动态关系
Table 3 摇 Correlation coefficient between maximum EVI of growing season and air temperature and precipitation in different vegetation
cover types
气候要素
Climatic factors
生长季最大 EVI (EVImax)
高寒灌丛草甸鄄索县
Apline shrub
meadow鄄Sog
高寒草甸鄄那曲
Apline meadow鄄
Nagqu
高寒草原鄄班戈
Apline steppe鄄
Bangoin
高寒荒漠草原鄄改则
Apline desert steppe鄄
G俸rz俸
年均温 Yearly average T 0. 0045 -0. 4457 -0. 6995 -0. 4862
年降水 Yearly P 0. 4783 0. 2146 0. 4956 0. 5405
春季均温 Spring average T -0. 6661 -0. 4541 0. 0408 0. 2607
春季降水 Spring P 0. 6868 0. 4593 0. 308 0. 4008
夏季均温 Summer average T -0. 2916 -0. 544 -0. 7523 -0. 5901
夏季降水 Summer P 0. 3407 0. 3709 0. 4429 0. 5624
同样,选择年平均气温、年降水量、春季平均气温、春季降水量、前一年秋季降水量、前一年冬季平均气温
和降水量 7 个气候指标研究影响植被返青日期的关键因子。 影响高寒灌丛草甸植被返青时间最关键的因素
2501 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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是前一年秋季的降水量,降水越多,返青时间越早,即返青日期(年序日)越小,相关系数为-0. 579。 其次,春
季平均气温对高寒灌丛草甸植被返青也有一定影响,其相关系数为-0. 350。 对于高寒草甸、高寒草原及高寒
荒漠草原,春季平均气温均是植被返青期最主要的影响因子,特别是高寒荒漠草原,其相关系数为-0. 559。
这也反映了藏北高原植被物候的水平地带性特征,由东南到西北,气温逐渐降低,而春季温度的升高有利于地
表冰雪融化和土壤解冻,使植被返青时间提前。 对于高寒草甸,其他气候指标与返青时间的相关系数都较低。
而高寒草原和高寒荒漠草原还也同时受前一年秋季降水量和冬季平均气温的影响,表现出“植被鄄水分驱动
型冶特征。
表 4摇 各典型植被区物候返青期与对应站点气候要素动态关系
Table 4摇 Correlation coefficient between start date of growing season and air temperature and precipitation in different vegetation cover types
气候要素
Climatic factors
植被物候返青期 Vegetation Greenup Date
高寒灌丛草甸鄄索县
Apline shrub meadow鄄
Sog
高寒草甸鄄那曲
Apline meadow鄄
Nagqu
高寒草原鄄班戈
Apline steppe鄄
Bangoin
高寒荒漠草原鄄改则
Apline desert steppe鄄
G俸rz俸
年均温 Yearly average T 0. 0168 -0. 0879 -0. 3804 -0. 3598
年降水 Yearly P 0. 036 0. 0593 0. 0693 0. 0113
春季均温 Spring average T -0. 35 -0. 4259 -0. 4105 -0. 5587
春季降水 Spring P 0. 195 0. 1473 -0. 0921 0. 1917
前一年秋降水
Autumn P of pre鄄year -0. 5793 -0. 0463 -0. 4049 -0. 2875
前一年冬均温
Winter average T of pre鄄year -0. 131 -0. 1058 -0. 3175 -0. 452
前一年冬降水
Winter P of pre鄄year -0. 1095 0. 1778 0. 1481 0. 1464
4摇 结论与讨论
本研究利用藏北高原 2001—2010 年的 MODIS EVI时间序列影像,通过动态阈值法提取植被物候生长季
最大 EVI、返青期、枯黄期与生长季长度几个关键参数,并在高原东西样带上选择高寒灌丛草甸、高寒草甸、高
寒草原和高寒荒漠草原几个典型样区,分析不同样区内植被物候平均状况及年际变化特征,并根据样区对应
气象站点的记录探究物候变化与气候的关系,其结论如下:
(1) 4 种典型植被的物候特性均表现为:高寒灌丛草甸>高寒草甸>高寒草原>高寒荒漠草原(对于
EVImax、返青期和枯黄期,“>冶分别表示高于、早于和迟于),且高寒草甸与高寒草原的物候参数值相近。 从物
候的年际变化来看,除高寒灌丛草甸外,其他 3 种植被生长季最大 EVI都有降低趋势;4 种典型植被均出现返
青提前、生长季延长的现象,这也印证了 Tateishi[2]、Lucht[10]等对全球植被物候研究结论:北半球,特别是寒带
植被物候与温度为正相关,受全球变暖影响植被返青时间普遍提前;而枯黄期表现出年际间自然波动,无明显
的提早或延迟趋势。
(2) 在气温显著上升、降水自然波动甚至弱微减少的复杂气候背景下,EVImax与返青期受气候影响的关
键因子也也因不同植被类型而异。 对 EVImax而言,高寒灌丛草甸主要受春季降水量和气温影响,且降水的影
响程度大于气温;春、夏季的气温和降水对高寒草甸植被生长季最大 EVI 均有较大影响;而高寒草原和高寒
荒漠草原主要受夏季平均气温和降水量影响。
(3) 高寒灌丛草甸的返青时间主要受前一年秋季降水量的影响,其次是春季平均气温;而高寒草甸、高寒
草原和高寒荒漠草原主要受春季平均气温影响,同时,前一年秋季降水量、前一年冬季平均气温与高寒荒漠和
高寒荒漠草原两种植被的返青时间也有一定的关系。
然而,张国胜[16]、Yu[17]等对青藏高原及青南高原的草本植物物候变化探讨发现植物返青时间有推迟趋
势,这可能与选取的样地具体位置、研究的时间尺度及参照的时间基准等因素有关。 此外,本研究存在几个方
面的问题:(1) 本文采用动态阈值法提取植被物候信息,尽管改进了不同植被类型采用同一阈值的弊端,但也
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无法获取等同与植物物候学上出芽、展叶等物候概念,为了提高估测精度,研究中尽可能参考青藏高原以往相
关研究和出版物的实地物候记录来设定阈值;(2) 由于每种典型植被采取一个样区估计,无法比较不同类型
植被物候年际变化特征的异同,这也受制于该地区气象站点个数;(3) 受 MODIS遥感数据本身时间长度限制
(只有 10a左右的数据),在有限的时间尺度上讨论植被物候对气候变化的响应规律,其结果精度可能受到
影响。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 4 February,2012(Semimonthly)
CONTENTS
The influence of a reclamation project on the macrobenthos of an East Nanhui tidal flat
MA Changan, XU Linlin, TIAN Wei, et al (1007)
………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Ecological health assessment of groundwater in the lower Liaohe River Plain using an ArcView鄄WOE technique
SUN Caizhi, YANG Lei (1016)
………………………
……………………………………………………………………………………………………
Nitrogen flows in intensive “crop鄄livestock冶 production systems typically for the peri鄄urban area of Beijing
HOU Yong, GAO Zhiling, MA Wenqi, et al (1028)
……………………………
………………………………………………………………………………
The simulation of leaf net photosynthtic rates in different radiation in apple canopy
GAO Zhaoquan,FENG Shezhang, ZHANG Xianchuan, et al (1037)
……………………………………………………
………………………………………………………………
Phenological variation of typical vegetation types in northern Tibet and its response to climate changes
SONG Chunqiao, YOU Songcai, KE Linghong, et al (1045)
………………………………
………………………………………………………………………
Soil moisture and temperature characteristics of forest鄄grassland ecotone in middle Qilian Mountains and the responses to
meteorological factors TANG Zhenxing, HE Zhibin, LIU Hu (1056)………………………………………………………………
Eco鄄hydrological effects of Qinghai spruce (Picea crassifolia) canopy and its influence factors in the Qilian Mountains
TIAN Fengxia, ZHAO Chuanyan, FENG Zhaodong, et al (1066)
………………
…………………………………………………………………
Response of tree鄄ring width of Pinus sylvestris var. mongolica to climate change in Hulunbuir sand land,China
SHANG Jianxun, SHI Zhongjie, GAO Jixi, et al (1077)
………………………
…………………………………………………………………………
Analysis of a dust case using lidar in Shanghai MA Jinghui, GU Songqiang, CHEN Min, et al (1085)………………………………
Relating the distribution of zooplankton abundance in the coastal waters of central Fujian Province to the seasonal variation of
water masses TIAN Fengge, XU Zhaoli (1097)……………………………………………………………………………………
Phenotypic traits of both larvae and juvenile Crasstrea hongkongensis and C. gigas
ZHANG Yuehuan, WANG Zhaoping, YAN Xiwu, et al (1105)
……………………………………………………
……………………………………………………………………
Inter鄄specific competition between Prorocentrum donghaienseand Skeletonema costatum LI Hui, WANG Jiangtao (1115)……………
Effects of initial biomass ratio on the interspecific competition outcome between three marine microalgae species
WEI Jie,ZHAO Wen,YANG Weidong,et al (1124)
……………………
…………………………………………………………………………………
On the ecological amplitude of nitrate of Alexandrium tamarense at different initial phosphate concentrations in laboratory cultures
WEN Shiyong,SONG Lili,LONG Hua,et al (1133)
…
…………………………………………………………………………………
Time lag effects and rainfall redistribution traits of the canopy of natural secondary Pinus tabulaeformis on precipitation in the
Qinling Mountains, China CHEN Shujun, CHEN Cungen, ZOU Bocai, et al (1142)……………………………………………
The vertical distribution of vegetation patterns and its relationship with environment factors at the northern slope of Ili River Valley:
a bimodal distribution pattern TIAN Zhongping, ZHUANG Li, LI Jiangui (1151)………………………………………………
Comparative analysis of water related parameters and photosynthetic characteristics in the endangered plant Tetraena mongolica
Maxim. and the closely related Zygophyllum xanthoxylon (Bunge) Maxim.
SHI Songli, WANG Yingchun, ZHOU Hongbing, et al (1163)
………………………………………………………
……………………………………………………………………
Antioxidant properties of four native grasses in Loess Plateau under drought stress
SHAN Changjuan, HAN Ruilian, LIANG Zongsuo (1174)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………
The effects of the addition of Ceratobasidum stevensii B6 and its growth on the soil microflora at a continuously cropped water鄄
melon (Citrullus lanatus) site in China XIAO Yi, WANG Xingxiang, WANG Hongwei, et al (1185)…………………………
Suitable habitat for the Achnatherum splendens community in typical steppe region of Inner Mongolia
ZHANG Yifei, WANG Wei, LIANG Cunzhu, et al (1193)
…………………………………
…………………………………………………………………………
Spatio鄄temporal variability of soil salinity and its relationship with the depth to groundwater in salinization irrigation district
GUAN Xiaoyan,WANG Shaoli,GAO Zhanyi,et al (1202)
…………
…………………………………………………………………………
Spatial heterogeneity of soil saturated hydraulic conductivity on a slope of the wind鄄water erosion crisscross region on the Loess
Plateau LIU Chunli, HU Wei, JIA Hongfu, et al (1211)…………………………………………………………………………
Spatial and temporal variations of total nitrogen density in agricultural soils of the Songnen Plain Maize Belt
ZHANG Chunhua, WANG Zongming, JU Weimin, et al (1220)
…………………………
…………………………………………………………………
The evaluation system of strength of winterness in wheat WANG Peng, ZHANG Chunqing, CHEN Huabang, et al (1230)…………
A comparison of summer habitats selected by sympatric Apodemus chevrieri and Apodemus draco in Tiangjiahe Nature Reserve,
China LI Yunxi, ZHANG Zejun, SUN Yiran,et al (1241)…………………………………………………………………………
Life tables for experimental populations of Frankliniella occidentalis on 6 vegetable host plants
CAO Yu, ZHI Junrui, KONG Yixian (1249)
………………………………………
………………………………………………………………………………………
Effect of diet switch on turnover rates of tissue nitrogen stable isotopes in fish based on the enrichment鄄dilution approach
ZENG Qingfei, GU Xiaohong,MAO Zhigang,et al (1257)
……………
…………………………………………………………………………
Recognition of important ecological nodes based on ecological networks analysis: A case study of urban district of Nanjing
XU Wenwen, SUN Xiang, ZHU Xiaodong, et al (1264)
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Seasonal characteristics of CO2 fluxes above urban green space in the Pearl River Delta, China
SUN Chunjian, WANG Chunlin, SHEN Shuanghe, et al (1273)
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Simulation and evaluation of groundwater seepage in contaminated sites:case study of TuoCheng County
WU Yizhong, ZHU Qinyuan, LIU Ning, LU Genfa, DAI Mingzhoet al (1283)
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Review and Monograph
Recent advances in wetland degradation research HAN Dayong, YANG Yongxing, YANG Yang, LI Ke (1293)……………………
A review concerning nitrogen accumulation and leaching in agro鄄ecosystems of oasis
YANG Rong, SU Yongzhong, WANG Xuefeng (1308)
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Discussion
The diversity of the radio鄄resistant bacteria Deinococcus radiodurans TU Zhenli, FANG Lijing, WANG Jiagang (1318)………………
Effect of pruning measure on physiology character and soil waters of Caragana korshinskii
YANG Yongsheng, BU Chongfeng, GAO Guoxiong (1327)
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Scientific Note
Characteristics of rainfall interception for four typical shrubs in Qilian Mountain
LIU Zhangwen, CHEN Rensheng, SONG Yaoxuan, et al (1337)
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Dormancy break approaches and property of dormant seeds of wild Cryptotaenia japonica
YU Mei, ZHOU Shoubiao, WU Xiaoyan, et al (1347)
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《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 4 期摇 (2012 年 2 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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(Semimonthly,Started in 1981)
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Vol郾 32摇 No郾 4摇 2012
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