青藏高原高寒草地物候变化特征及其对水热变化的响应

Plant phenology, the best indicator of climate change and an important parameter in terrestrial ecosystem model, attracts more and more attention. The alpine grassland is the dominant ecosystem on Tibetan Plateau. It is not only the foundation of the regional animal husbandry, but also the ecological security barrier for China, even for East Asia. In recent years, the climate and plant phenology have changed obviously in Tibetan Plateau, which would induce a lot of ecological effects. However, due to the lack of ground-based observation data and the difference of research methods and time period, there exists a lot of contoversies in the studies on phenology changes of the alpine grassland over Tibetan Plateau. In order to improve the accuracy of the satellite-measured phenology, field investigation will be utilized to validate the plant phenology obtained from multi-source remote sensing data based on the scale integrated approach. An optimal method which is suitable for the alpine grassland phenology will be developed. Then, on the basis of the different spatial scales remote sensing data and the method, we will achieve the alpine grassland plant phenology data set at pixel level on Tibetan Plateau since 1982. The temporal-spatial change of plant phenology and the relationship between phenology and temperature and precipitation change will be futher discussed. We hope that the results of this study can provide scientific reference for livestock production and eclogical security barrier construction on Tibetan Plateau.

植物物候作为气候变化的最佳指示器以及许多陆地生态系统模型的重要参数，其研究受到越来越多的重视。高寒草地是青藏高原最主要的生态系统类型，对保障我国乃至东亚地区的生态安全具有重要的屏障作用。上世纪80年代以来该地区草地物候变化明显，但由于地面观测数据的缺乏，时间序列及研究方法的差异，导致该地区草地物候研究存在一些争议。本研究拟以青藏高原高寒草地物候为研究对象，利用该区长时间序列的气象站点观测数据、遥感数据以及典型样地定位观测数据，结合尺度综合、对比分析、趋势检测、空间统计及相关分析等方法，评估青藏高原高寒草地遥感物候的数据精度，筛选适合高寒草地物候的遥感提取方法，构建1982年以来青藏高原高寒草地像元水平上的物候数据集，分析其变化特征及区域差异，系统探讨其对水热变化的响应规律。以期丰富气候变化影响的区域研究案例，为青藏高原牧业生产及生态安全屏障建设提供科学参考。

本项目基于长时间序列的NDVI数据，对1982-2012青藏高原高寒草地物候变化特征及其对水热变化的响应进行了研究。主要结论如下：（1）基于常用的遥感物候提取方法对比分析表明：不同方法提取的物候参数均能较好的反映青藏高原植被物候时空演变格局，但在具体出现时间上存在着较大的差异，尤其是在低植被覆盖和高植被覆盖的地区；基于地面观测数据的验证发现，NDVI比率阈值法更适用于青藏高原高寒植被的物候提取。青藏高原高寒草地物候多年均值的空间分布与水热条件关系密切。海拔在物候的地域分异中扮演着重要作用，并存在3500 m分界线。其下，物候随海拔变化波动较大，其上物候与海拔关系密切。（2）在区域尺度上，青藏高原高寒植被的SGS和EGS在1982-2012年间，均无显著变化，但都存在三种不同的变化趋势阶段。其中，SGS在1982-1999年呈提前态势；1999年后有几年存在大幅度推迟，从而导致1999-2008年整个阶段显著提前；但在2008年以后，SGS的变化趋势出现明显的反向变化，且变化幅度较大；EGS表现为1982-1999年间无显著的变化趋势，但在1999-2007年间，EGS呈现推迟趋势，且推迟幅度较大，但在2007年以后，EGS出现明显的提前趋势。在空间上，SGS显著提前的区域主要分布在湿润、半湿润地区；而显著推迟的区域主要在半干旱地区；EGS显著推迟的区域主要在高原东部地区，显著提前的区域主要在高原的西部地区。总的来说，2007和2008的显著突变，导致SGS和EGS整体上变化趋势不明显。在与海拔关系上，高海拔地区物候的年际变化要比低海拔复杂。（3）青藏高原高寒草地物候与水热条件的年际变化关系密切。高寒草地SGS与冬季均温无明显的关系，但与春季均温和STGS关系密切，且在空间上分异明显；湿润地区，春季温度对SGS提前具有明显的促进作用，但随着干旱程度增加，降水的影响力逐渐增强。植被EGS与ETGS呈显著相关关系，EGS前期的温度升高促使EGS推迟；在对降水的响应方面，EGS表现出明显的空间差异，在湿润地区，降水与EGS呈正相关关系；但在干旱和半干旱地区，前期的降水增加反而使得EGS提前。以上均说明，青藏高原高寒植被对气温变化响应敏感，但对降水的响应比较复杂，而且这些响应模式存在着明显的空间差异。