全 文 ：书西北植物学报!
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文章编号$
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收稿日期$
!"#*)"0)"0
&修改稿收到日期$
!"#*)#!)"1
基金项目$国家自然科学基金"
*##&#"#(
!
*#!(###1
#
作者简介$刘亚荣"
#01(
#!男!在读硕士研究生!主要从事气候变化与生态响应方面研究
2)34-5
$
5-6
7
8!"#*
!
#!&+9:3
"
通信作者$贾文雄!博士!副教授!主要从事气候变化与生态水文研究
2)34-5
$
;<
,
-4<
7!
#&%+9:3
近
$%
年来祁连山植被净初级
生产力对气候变化的响应
刘亚荣#!贾文雄#"!黄
!
玫!!李悦悦!!武正丽#!张禹舜#!李燕飞%
"
#
西北师范大学 地理与环境科学学院!兰州
(%""("
&
!
中国科学院地理科学与资源研究所!北京
#""#"#
&
%
湖北大学 资源环境
学院!武汉
*%""&!
#
摘
!
要$本研究以分辨率为
"+#=>"+#=
的植被(土壤和气象数据为驱动!利用大气
)
植被相互作用模型"
?@AB!
#模
拟了祁连山地区
#0$1
"
!""1
年植被净初级生产力"
CDD
#!并对近
$#
年来祁连山地区植被
CDD
对气候变化的响应
进行了分析结果表明$近
$#
年来祁连山植被"常绿针叶林(落叶针叶林(草地(灌木(农田#在气温升高和降水量
增加的影响下!
CDD
总量呈增加趋势!且增加速率依次为$农田
#
常绿针叶林
#
落叶针叶林
#
草地
#
灌木植被
CDD
的变化与气温和降水量的变化均呈正相关关系!且温度变化对植被
CDD
的影响大于降水!即温度变化是影响
祁连山地区植被
CDD
变化的主导因素从区域平均来看!气温年平均上升速率为
"+"*%E
)
4
#
!降水量的平均增
加速率为
#+%$$33
)
4
#
!在气温和降水量的共同作用下!
#0$1
"
!""1
年祁连山地区植被
CDD
总量呈增加趋势!
平均增加速率为
"+(#1
F
)
3
!
)
4
#

关键词$祁连山&净初级生产力"
CDD
#&
?@AB!
&气候变化
中图分类号$
G0*1+#$
H
&
&
G0*1+##
文献标志码$
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&(
)
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-
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4
12"!56.#7#.
4
."89#3/.
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7
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CDD
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F
X:XRN-/98N4.-/
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U
N84X68N.4/V
U
8N9-
U
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NSSN9X.
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XRNWN
F
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"
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F
8NN/9:/-SN8:6.S:8N.X
!
VN9-V6:6.9:/-SN8:6.S:8N.X.
!
F
84..54/V.
!
.R86^.
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S483)
54/V
#
CDD-/G-5-4/B:6/X4-/..R:;NV4/-/98N4.-/
F
X8N/V-/X:X45V68-/
F
XRN
U
4.X$#
7
N48.
!
4/VXRN84XN:S
-/98N4.N;N8N
$
S48354/V
#
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#
9:/-SN8:6.VN9-V6:6.S:8N.X
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84..54/V
#
.R86^ +
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F
NX4X-:/CDD;N8N
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7
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U
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F
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U
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7
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7
N48
!
XRN4WN84
F
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U
8N9-
U
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)
4
#
!
6/VN8XRN9:3^-/NVNSSN9X:SXN3
U
N84X68N4/V
U
8N9-
U
-X4X-:/
!
XRNWN
F
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CDD-/G-5-4/B:6/X4-/..R:;NV4/-/98N4.-/
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XRN4WN84
F
N-/98N4.N84XN
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F
)
3
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G-5-4/B:6/X4-/.
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U
8-348
7U
8:V69X-W-X
7
"
CDD
#&
?@AB!
&
95-34XN9R4/
F
N
!!
植被净初级生产力作为地表碳循环的重要组成
部分!不仅可以直接反映植物群落在自然环境条件
下的生产能力!而且也是生态系统功能对气候变化
响应的重要指标*#+净初级生产力"
CDD
#是指绿色
植被在单位面积(单位时间内所累积的有机物数量!
是由光合作用所产生的有机质总量中扣除自养呼吸
后的剩余部分目前!在不同尺度上估算植被净初
级生产力主要以模型研究为主!如陶波等*!+基于
T2@Y?
模型(朴世龙等*%+基于
T?Y?
模型(何勇
等*)&+基于
?@AB
模型(朱文泉等*(+基于遥感模型
分别在不同时段模拟估算了中国陆地植被净初级生
产力孙睿等*1+利用改进的光能利用模型(黄珏
等*0+利用
T2C_J[K
模型对不同时段中国区域植
被净初级生产力进行模拟!并就气候变化对中国陆
地植被净初级生产力影响作了研究以上相关研究
都是在宏观大尺度上进行的!也有学者在一些区域
尺度上对植被
CDD
变化与气候变化的关系做了相
关研究发现在全球气候变暖的背景下!区域植被
CDD
变化对气候变化的响应存在区域差异袁博
等*#"+(德吉央宗等*##+(赵鲁青*#!+在植被变化对气候
变化响应的研究中表明$秦岭山地(青藏高原(雅鲁
藏布江中下游植被变化对气温响应敏感!而王国成
等*#%+(李建新*#*+(张艺等*#$+在植被净初级生产力对
气候变化的研究中指出$内蒙古草地(普宁市(北京
山区刺槐林植被变化对降水响应敏感由于区域生
态环境和气候条件的差异!植被净初级生产力对气
候变化的敏感性有所不同因此!开展祁连山地区
植被净初级生产力对气候变化响应的研究是十分必
要的
祁连山是中国西北干旱区著名的大山系!孕育
了河西走廊疏勒河(黑河(石羊河等三大水系
$&
条
内陆河!其植被具有涵养水源的生态功能!对遏止荒
漠化发展和维护河西走廊绿洲生态系统的平衡具有
重要作用!由于受大气环流和地势格局的共同作用!
其植被分布呈现独特的垂直地带性特征*#&+程瑛
等*#(+利用
1a3
分辨率的
Cb@A
数据分析了
#01!
"
!""%
年祁连山地区植被的变化特征!邓少福*#1+用
B b`AYCb@A
数据对
!"""
"
!"##
祁连山气候变化
对植被的影响作了研究!但利用模型在较长时间序
列上对祁连山地区植被
CDD
对气候变化的响应的
研究尚未开展本研究利用大气
)
植被相互作用模
型"
?@AB!
#模拟了祁连山
#0$1
"
!""1
年植被净初
级生产力的空间分布格局和年际动态变化特征!并
在此基础上分析了祁连山植被
CDD
变化对气候变
化的响应
#
!
研究区域和方法
%+%
!
研究区域
祁连山"图
#
#位于青藏高原东北边缘"
0*=
"
#"*=2
!
%&=
"
*"=C
#!地处黄土(蒙新(青藏三大高原
交汇地带!东西长约
#"""a3
!南北最宽处约
%""
a3
!东起乌鞘岭!西至当金山口!北邻河西走廊!南
接柴达木盆地!由一系列西北
)
东南走向的平行山脉
和谷地组成*#0+祁连山地区海拔大部分在
*"""3
以上!自然条件复杂!水热条件差异较大!年均温
"+
&E
!年降水
*""
"
(""33
!具有典型的高原大陆性
气候特征*!"+植被类型主要有农田(草原(荒漠化
草原(针叶林(阔叶林(亚高山灌丛草甸(高山草甸(
灌丛等
%+B
!
数据来源及处理方法
%+B+%
!
气候数据
!
研究所用的气候资料是
#0$1
"
!""1
年的全球气候数据!来自美国普林斯顿大学!
空间分辨率为
#=>#=
!时间分辨率为
%R
!即
$#
年温
度(降水(相对湿度(风速及太阳长短波辐射数据
在对其格式进行转换"
CT
格式转换为
b?_
格式#
后!利用
]:8X84/
语言编写程序提取出研究区域的
气候数据!然后把提取的气象数据插值程序镶嵌到
?@AB!
模型中!用反距离插值法得到模式运行所
需的分辨率为
"+#=>"+#=
的气候数据
%+B+B
!
植被分类数据
!
研究所用植被分类数据是
从
PIT!"""
"
P5:^45I4/VT:WN8!"""
#的全球土地
覆被数据中提取的!
PIT!"""
数据是根据
YD` _*
的植被仪器采集的数据制作而成!植被共分为
!!
类!分别为常绿阔叶林(封闭阔叶落叶林(开放阔叶
!"&
西
!
北
!
植
!
物
!
学
!
报
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
%$
卷
图
#
!
祁连山概况示意图
]-
F
+#
!
_RN.aNX9R34
U
:SG-5-4/B:6/X4-/.
落叶林(常绿针叶林(落叶针叶林(混交林(淡水浇灌
林(林和非林自然植被(过火森林(郁闭%开放常绿灌
木(郁闭%开放落叶灌木(郁闭%开放草地(稀疏草地
或灌木(合理浇灌灌木或草地(管理的农田(农田%森
林%其它自然植被混合(农田%灌木%草地混合(裸地(
水体(冰雪及人工区在用
?89PAY
对植被分类数
据进行重采样后!提取获得模式运行所需的
"+#=>
"+#=
经纬度网格的植被分类数据根据
PIT!"""
的植被类型标准!将祁连山地区植被分为常绿针叶
林(落叶针叶林(草地(灌木和农田!分别用常绿针叶
林(落叶针叶林(草地(灌木和农田的区域平均值来
代表该类植被
CDD
的变化!以此来研究不同类型植
被
CDD
对气候变化的响应
%+B+C
!
土壤质地数据
!
研究所用土壤质地数据是
从空间分辨率为
"+$=>"+$=
的全球土壤质地数据
"
RXX
U
$%%
;;;+-.8-9+:8
F
%
V4X4
%
V4X4)V:;/5:4V;-.N
.:-5"+$>"+$
"
W%+"
##中提取的!并用
?89PAY
进行
重采样处理!得到空间分辨率为
"+#=>"+#=
的研究
区域土壤质地分类数据
%+C
!
模型简介
大气
)
植被相互作用模型
?@AB!
"
?X3:.
U
RN8N)
@N
F
NX4X-:/A/XN849X-:/B:VN5!
#是在
?@AB
模型
基础上经发展和改进而形成的动态陆地生态系统模
型!主要由三个模块组成$描述植被
)
大气
)
土壤之间
辐射(水(热交换过程的陆面物理过程模块(基于植
被生态生理过程"如光合(呼吸(光合同化物的分配(
物候等#的植被生理生长模块和土壤有机碳转化和
分解子模块*!#+陆面物理模块的详细结构和过程
参数化在
T4..48V:
等*!!+和
L-
等*!%+的文章中已有详
细描述!植物生长过程子模块详见文献*
!*)!$
+!土
壤有机碳转化和分解模块的详述见文献*
!&
+在站
点尺度上!
?@AB
模型对草地(农作物(森林等生态
系统净初级生产力的模拟结果与观测数据有较好的
一致性*!()%"+在区域尺度上!对全球生态系统(中国
区域(青藏高原(西南地区的净初级生产力做了模
拟!取得了很好的模拟结果*!#!%#)%!+!可见
?@AB
模
型在区域尺度的研究上有较好的适用性因此!本
研究的
CDD
数据也是可信的
!
!
结果与分析
B+%
!
祁连山植被净初级生产力空间分布格局
图
!
为祁连山
#0$1
"
!""1
年平均净初级生产
力"
CDD
#的空间分布格局图中显示祁连山植被
CDD
从西北向东南呈递增趋势!区域内植被
CDD
最高值是
&$"
F
)
3
!
)
4
#
!平均值为
#!(
F
)
3
!
)
4
#
祁连山植被
CDD
空间分布存在一定空间差
异!大致以黑河干流为界!中东部地区植被
CDD
值
较高!中西部地区植被
CDD
值较低!这与贾文
雄*#0+(陈志昆*%%+对祁连山降水的空间分布格局的研
究结果是一致的祁连山中东部地区东南部水热条
件较好!植被
CDD
较大!大多在
%""
F
)
3
!
)
4
#
以上!中东部地区西北部广泛分布着草地和稀疏灌
木!这些地区植被
CDD
大致在
!""
"
%""
F
)
3
!
)
4
#左右&中西部地区西南部多为裸地(冰雪!也有一
些稀疏灌丛!植被
CDD
在
#""
"
!""
F
)
3
!
)
4
#
之间&中西部地区西北部为冰雪和少量稀疏灌丛!植
被
CDD
在
$"
"
#""
F
)
3
!
)
4
#之间&中西部地区
西部大面积为裸地!植被稀少!植被
CDD
多在
$"
F
)
%"&
%
期
!!!!!!!!!!!
刘亚荣!等$近
$#
年来祁连山植被净初级生产力对气候变化的响应
图
!
!
祁连山多年平均的植被
CDD
空间分布
]-
F
+!
!
_RN.
U
4X-45V-.X8-^6X-:/:SXRN4//6454WN84
F
NWN
F
NX4X-:/CDD-/G-5-4/B:6/X4-/.
3
!
)
4
#以下!一些荒漠地区接近
"

B+B
!
祁连山植被净初级生产力的年际变化
B+B+%
!
祁连山植被年净初级生产力的年际变化
!
图
%
!
?
"
T
分别为
#0$1
"
!""1
年祁连山地区年平
均气温(降水量和
CDD
总量的年际变化趋势近
$#
年来!祁连山区域平均气温为
!+0%!E
!年平均
气温在
#0$1
"
#0&(
年
#"
年间呈小幅降低趋势!
#0&(
年降至最低!年均温仅为
#+$$E
&
#0&1
"
!""1
年
*#
年间呈持续增加趋势!其中
#0&1
"
#01!
年和
#01%
"
#00*
年
!
个时段增温幅度较小!上升速率分
别为
"+"!$E
)
4
#和
"+"1#E
)
4
#
!
#00$
"
!""1
年增温幅度较大!上升速率为
"+#%!E
)
4
#
在社
会科学统计软件"
.X4X-.X-945
U
8:
F
843S:8.:9-45.9-)
N/9N.
!
YDYY
#中统计计算得知!上升速率均通过信
度为
"+"#
的置信度检验
近
$#
年来!祁连山地区年平均降水量为
!"(
33
!年平均降水量最低年份是
#0&!
年!仅为
#%0
33
!最高年份是
#010
年!降水量为
!0(33

#0$1
"
!""1
年平均降水量呈缓慢波动增加趋势!增加速
率为
#+%$$33
)
4
#
!通过信度为
"+"#
的置信度检
验其中
#0$1
"
#0&!
年呈减少趋势!到
#0&!
年减
至最低!
#0&!
"
#010
年呈增加趋势!在
#010
年达到
最高!
#010
"
!""#
年又呈减少趋势!
""#
"
!""1
再
次呈增加趋势
近
$#
年祁连山地区
CDD
总量的平均值为
#!(
F
)
3
!
)
4
#
!其中
#001
年的
CDD
总量最高!为
#$$
F
)
3
!
)
4
#
!
#0&"
年为
CDD
总量最低年!
CDD
仅为
0"
F
)
3
!
)
4
#
在气温明显增加和降
水量缓慢波动增加的气候背景下!祁连山地区近
$#
图
%
!
祁连山气候及植被净初级生产力的多年变化趋势
]-
F
+%
!
_RNX8N/V:S95-34XN4/VWN
F
NX4X-:/CDD
9R4/
F
N-/G-5-4/B:6/X4-/.S:834/
77
N48.
年植被
CDD
也呈现波状增加趋势!年际变化速率为
"+(#1
F
)
3
!
)
4
#
!通过信度为
"+"#
的置信度检
验其中
#0$1
"
#0&"
年大幅度降低!
#0&#
"
!""1
年呈波状增加趋势!期间经历了
#0&#
"
#0("
年(
#0(#
"
#0(&
年(
#0((
"
#01*
年(
#01$
"
#00%
年(
*"&
西
!
北
!
植
!
物
!
学
!
报
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
%$
卷
#00*
"
!""1
年五次小的波状起伏
B+B+B
!
祁连山不同植被类型净初级生产力的年际
变化
!
图
*
分别为常绿针叶林(落叶针叶林(草地(
灌木及农田
CDD
总量多年变化情况随气温上升
和降水量的增加!常绿针叶林
CDD
呈明显上升趋势
"图
*
!
?
#!其上升速率为
!+#%1
F
)
3
!
)
4
#
!
CDD
总量每年增加
"+%1c
!其中
!""%
年常绿针叶林
CDD
最高!为
("(+0%
F
)
3
!
)
4
#
落叶针叶林区
域
CDD
也呈明显地上升趋势"图
*
!
#!其上升速率
为
#+%((
F
)
3
!
)
4
#
!
CDD
总量每年增加
"+*!c
!
落叶针叶林
CDD
最高年为
!""%
年!
CDD
达
*#&+$"
F
)
3
!
)
4
#
草地
CDD
也呈明显的上升趋势"图
*
!
T
#!其上升速率为
#+!*#
F
)
3
!
)
4
#
!每年
CDD
的增加量为
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!其中
CDD
最高年份为
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年!
CDD
达
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F
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3
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4
#
灌木区
CDD
也呈明显的上升趋势"图
*
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b
#!其上升速率为
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F
)
3
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#
!每年
CDD
的增加量为
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!
其中
!""$
年灌木的
CDD
最高!为
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F
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#
农田
CDD
总量也呈明显的上升趋势"图
*
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CDD
总量
每年增加
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CDD
最高年!
CDD
达
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F
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)
4
#
在
YDYY
中统计计算知!
上升速率均通过信度为
"+"#
的置信度检验从
CDD
的增长速率来看!农田的增长速率是最快的!
其次是常绿针叶林!再次是落叶针叶林和草地!灌木
的增长速度最小从
CDD
每年的增加量来看!灌木
增加量的比例是最大的!其次是草地!再次是落叶针
叶林和农田!而针叶林增加量的比例是最小的
B+C
!
祁连山植被净初级生产力对气候变化的响应
通过在
YDYY
中统计计算!表
#
列出了近
$#
年
祁连山植被净初级生产力与气温和降水量的相关系
数表中显示!常绿针叶林(落叶针叶林(草地(灌木
及农田净初级生产力的变化与区域年平均气温和降
水量的变化均呈正相关关系!也就是说随着气温和
降水量的增加!祁连山植被净初级生产力也随之增
加其中!常绿针叶林
CDD
与气温的相关系数为
"+&#&
!与降水量的相关系数为
"+*1$
&落叶针叶林
CDD
与气温的相关系数为
"+&&0
!与降水量的相关
系数为
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&草地
CDD
与气温的相关系数为
"+(!"
!与降水量的相关系数为
"+$%*
&灌木
CDD
与
气温的相关系数为
"+(1%
!与降水量的相关系数为
"+*!!
&农田
CDD
与气温的相关系数为
"+&&"
!与降
水量的相关系数为
"+$%$
从相关系数的大小可以
看出!常绿针叶林(落叶针叶林(草地(灌木和农田净
初级生产力与气温的相关性均大于与降水量的相关
性由此可见!气温变化对祁连山地区植被净初级
生产力的影响大于降水量变化!也表明祁连山地区
植被生长对气温变化的响应比降水量变化更为敏
感从单因子来考虑!气温变化对草地和灌木净初
图
*
!
祁连山不同植被类型
CDD
总量的年际变化
]-
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年来祁连山植被净初级生产力对气候变化的响应
表
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祁连山不同植被
011
与气温和降水的相关系数
_4^5N#
!
_RN9:88N54X-:/9:NSS-9-N/X:SV-SSN8N/XWN
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落叶针叶林
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5^N+
级生产力的影响大于对常绿针叶林(落叶针叶林和
农田的影响!而降水量的变化对落叶针叶林(草地和
农田净初级生产力的影响大于对常绿针叶林和灌木
的影响
戴声佩等*!"+基于
PAY
的祁连山植被
Cb@A
对
气候变化的分析结果表明$祁连山植被
Cb@A
对气
温变化的响应大于降水!与本研究结果一致&邓少
福*#1+利用
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善区植被生长受控于
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气温!退化区植被生长受控于
*
"
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模型在小
区域尺度上也有较好的适用性
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结
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论
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模型模拟了祁连山
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"
!""1
年植被
CDD
的空间分布和年际变化情况!对
祁连山地区植被
CDD
的空间分布和不同植被类型
CDD
进行统计!并分析了
CDD
变化对气温和降水
量变化的响应特征!得到如下初步结论$
"
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CDD
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CDD
最高年份是
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CDD
呈现波动
增加趋势!年际增加率为
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总量均值分别为
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下!
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种典型植被常绿针叶林(落叶针叶林(草地(灌
木及农田年
CDD
均呈增加趋势!且增加速率依次为
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常绿针叶林
#
落叶针叶林
#
草地
#
灌木!年
增加量的比例依次为灌木
#
草地
#
落叶针叶林
#
农
田
#
针叶林
"
*
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年来!祁连山地区植被
CDD
的变化与
年平均气温和降水量的变化均呈正相关关系!且与
气温的相关性大于降水量!表明
CDD
变化对气温变
化的响应比降水量变化更为敏感
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