黑河流域上游植被格局動(dòng)態(tài)變化與模型模擬研究.pdf

1、全球環(huán)境變化背景下，植被與水資源相互作用增強(qiáng)。探討植被和水文過程對全球變化響應(yīng)是當(dāng)前生態(tài)水文研究的熱點(diǎn)之一，對于干旱區(qū)流域的綜合管理與可持續(xù)發(fā)展有重要意義。黑河流域是我國西北干旱、半干旱地區(qū)主要內(nèi)陸河，地理要素復(fù)雜。在氣候變化和人類活動(dòng)的綜合影響下，黑河流域上游、中游和下游都不同程度地出現(xiàn)了一系列生態(tài)環(huán)境問題。本研究以黑河上游為研究區(qū)，整合2001-2012年Global LAnd Surface Satellite LAI(GLASS

2、 LAI)遙感產(chǎn)品、站點(diǎn)插值氣候數(shù)據(jù)、流域特征變量和植被類型圖等信息，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法定量分析了五種植被類型葉面積指數(shù)(Leaf area index，LAI)與地形因子、氣溫、降水和人類活動(dòng)的關(guān)系，闡明了上游流域尺度上五類生態(tài)系統(tǒng)植被類型的LAI時(shí)空變化特征及其主要驅(qū)動(dòng)因素。在此基礎(chǔ)上，篩選植被格局的關(guān)鍵影響因子，采用Classification And Regression Tree(CART)靜態(tài)模型對上游植被類型進(jìn)行了模擬。

3、>　　研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):
　　(1)黑河上游生長季均溫與海拔分布關(guān)系緊密，中東部和北部地勢較低的區(qū)域溫度普遍較高，西部海拔較高區(qū)域溫度普遍較低;而降水空間分布特征與海拔分布關(guān)系并不顯著，東部和西部降水較豐沛，中部降水匱乏，越臨近上游出水口降水量越低。2001-2012年黑河上游地區(qū)生長季均溫呈顯著增高趨勢;降水趨勢空間分布地域差異明顯，西部主要呈現(xiàn)顯著降水上升趨勢，而中東部的降水無明顯變化趨勢。
　　(2)黑河上游山區(qū)流域尺度生

4、長季LAI的變化，在2001-2012年空間差異很大，但整體呈上升趨勢，這與區(qū)域氣候暖濕化趨勢相關(guān)。我們根據(jù)M-K趨勢分析統(tǒng)計(jì)量Z值‘＞1.28’，‘-1.28～1.28’，和‘＜-1.28’將研究區(qū)劃分為植被改善區(qū)、穩(wěn)定區(qū)和退化區(qū)，重點(diǎn)關(guān)注五種主要植被類型(高寒草甸、高山稀疏植被、灌叢、高寒草原和針葉林)LAI的年際變化并揭示LAI與氣溫、降水和海拔的關(guān)系。黑河上游12年生長季平均LAI的分布情況呈現(xiàn)出水熱共同作用下的明顯的垂直異質(zhì)性

5、，低溫限制植被生長，高溫促進(jìn)水分脅迫。在海拔2700m-3900m間最適合植被生長，上游LAI多年平均最大值就在這一范圍內(nèi)。最佳的生長季氣候環(huán)境為均溫4-11℃，降水300-580mm范圍內(nèi)。黑河上游山區(qū)流域尺度平均LAI在2001-2012年整體呈上升趨勢，其中，針葉林改善幅度最大，高山稀疏植被退化程度最高。而且上游的植被LAI波動(dòng)很大，尤其是高海拔冰川凍土、高山稀疏植被覆蓋區(qū)、針葉林區(qū)和荒漠區(qū)，波動(dòng)離散程度顯著說明在氣候變暖背景下冰

6、川雪線退化、林草分界線變化和荒漠生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)對生長季LAI年際變化有很大影響。
　　(3)在植被改善區(qū)，生長季LAI受增溫影響變化顯著;不顯著的降水減少趨勢對植被生長季LAI的趨勢起到了一定的限制作用。在空間上，生長季LAI與氣溫和降水的關(guān)系有明顯的地域分布差異。極端氣候諸如區(qū)域性的嚴(yán)寒和干旱也對植被LAI年際變化趨勢有一定影響。氣候因子并不是影響所有上游植被類型LAI的時(shí)間變化唯一驅(qū)動(dòng)因子。植被改善的主要原因是氣候變暖和降水增多

7、，而植被退化的主要原因是過牧。放牧一定程度上使退化區(qū)植被的LAI下降，并且掩蓋了整個(gè)上游氣候暖濕化對植被生長的正效應(yīng)。LAI動(dòng)態(tài)時(shí)空變化是由氣候變化和人類擾動(dòng)的共同作用下的結(jié)果。
　　(4)基于1∶10萬植被現(xiàn)狀分布圖，篩選并確認(rèn)不同植被類型對應(yīng)氣溫、降水、地形、土壤等關(guān)鍵因子的分布閾值，運(yùn)用CART分類-回歸樹方法，獲取不同植被類型分類準(zhǔn)則，構(gòu)建、優(yōu)化靜態(tài)植被模型。結(jié)果表明，CART模型在節(jié)點(diǎn)數(shù)為52時(shí)得到最優(yōu)分類樹，其模型驗(yàn)證