北极植被-气候变化的星地集成观测和分析

北极植被在很大程度上受到气温和海冰的控制，其变化是区域气候变化的重要指示，并对区域乃至北半球气候有一定反馈作用。揭示其变化趋势和格局具有重要意义。近几十年对于北极植被-气候变化已有不少的遥感和模拟研究，单站地面观测研究也有一定进展，然而基于不同尺度和数据源的研究结果存在很大的不一致甚至反相，目前尚无较为清晰的定量结果。缺乏可靠的基础数据是一个重要原因，而以统一规范的地面-遥感多尺度观测分析来量化遥感参数和多源数据集成也是必要的。本研究将以两个北极样区为试验研究区，利用申请人已有的野外数据积累，采用过去样点重复观测建立植被生产力和结构的基础数据库；利用高分辨率卫星遥感数据序列来反演和定量研究植被生长的时空规律；采用遥感数据集成和尺度转换技术来检测和订正区域尺度粗分辨率卫星数据时间序列，研究过去10-35年北极植被的年际和季节变化趋势的分布格局；为北极碳收支和气候变化的模拟预测提供可靠的参数。

本项目的研究目标是观测和揭示在气候和冰雪圈变化的背景下北极植被可能的变化趋势和空间差异。北极植被在很大程度上受到气温和冰雪过程的控制，其变化是区域气候变化的重要指示，并对区域乃至北半球气候有一定反馈作用。揭示其变化趋势和格局具有重要意义。近几十年对于北极植被-气候变化已有不少的遥感和模拟研究，单站地面观测研究也有一定进展，然而基于不同尺度和数据源的研究结果存在很大的不一致甚至反相，目前尚无较为清晰的定量结果。缺乏可靠的基础数据是一个重要原因，而以统一规范的地面-遥感多尺度观测分析来量化遥感参数和多源数据集成也是必要的。本研究以两个北极样区为试验研究区，利用申请人已有的野外数据积累，采用过去样点重复观测建立了植被生产力和结构的基础数据库；利用高分辨率卫星遥感数据序列来反演和定量研究了植被生长的时空规律；采用遥感数据集成和尺度转换技术来检测和订正了区域尺度粗分辨率卫星数据时间序列，进而利用集成空间数据库研究了过去10-35年北极植被的年际和季节变化趋势的分布格局，分析了这些变化背后的主要驱动过程。对于近几十年特别是近 10 年来北极气候变化、积雪变化和海冰退缩的背景下植被生长变化的机理进一步认识和定量评估。项目首先通过多源空间数据对比分析来查找数据异常，并利用2002以后三者的数据重叠来进行偏差检测和相互订正，建立了集成的遥感数据时间序列, 部分解决了近10年来多种数据源严重的不一致性，获得关于植被-气候变化趋势的相对无偏估计。 研究发现，过去30年间，北半球高纬度大部分区域生长季节长度增加，局部区域生长季节长度增加了近3周时间，也存在生长季节长度变短的区域如部分寒温性落叶针叶林分布区域。发现在高纬度地区年代际年累积植被生长在很 大程度上受夏季热量指数(SWI)控制，过去30年春季返青和生长峰值有明显提前的趋势, 足以影响区域尺度的辐射平衡和碳收支。揭示了温度是控制北极植被物候变化的主要因素，而降雪主要通过雪盖条件下的微环境影响植被生长的水热条件,同时积雪覆盖还能影响卫星传感器观测信号。项目执行期间开展了广泛的国际合作研究，主要研究成果被美国大气海洋局的年度气候状态报告和国际北极理事会的北极气候变化适应行动评估报告报道和引用。本研究可以为北极碳收支和气候变化的模拟预测提供可靠的参数数据。