近50年天山北坡山地林线变化及其驱动机制研究

气候变化对森林的影响和森林对气候的反馈作用是全球变化研究前沿，也是森林生态学重要研究方向之一。全球变化对森林的影响存在明显区域差异，干旱区山地森林在全球变暖背景下正经历着显著变化，其中尤以山地林线变化最具代表性。植被带谱清晰的天山北坡近50年气候变异明显，是研究山地林线变化的理想区域。本项目拟选择山地森林分布具有显著变化的天山北坡三工河至玛纳斯河之间山地为研究区，利用历史航片和QuickBird影像，基于遥感立体观测和影像解译，建立亚米级精度山地林线迁移的识别方法，辨识近50年山地森林上限和下限变迁特点与过程；利用Landsat TM、Terra/Aqua MODIS、AMSR_E等遥感影像、气象和测点数据，反演土壤温度、水分、冠层温度等控制森林分布与生长发育的关键环境因子时空变化，研究林线变迁对环境变化的响应机制。本项目将深化山地森林生态系统对气候变化响应的认识，并丰富森林生态学的内容。

亚洲中部干旱区山地森林在全球变暖背景下正经历着显著变化，森林分布范围显著扩张，其中以高山林线的变化最具代表性。植被带谱清晰的天山北坡是本项目的研究区。采用摄影测量技术及高分辨率遥感影像解译等先进技术与方法，揭示了近 50 年来亚洲中部干旱区高山林线变迁特点与过程；并利用野外定点观测和气象数据、Landsat TM和Terra/Aqua MODIS 等遥感影像，反演林线内土壤温度、湿度、地表反照率等控制森林分布与生长发育的关键环境因子的时空变化，并探讨了林线变迁驱动机制，这深化山地森林生态系统对气候变化响应的认识。.本项目最重要的研究成果是定量识别了高山林线的变化。主要利用三工河流域1962和1981年航片和2006年QuickBird高分卫星影像，基于遥感和GIS技术，高精度获知天山北坡森林主要建群种雪岭云杉（Schrenkiana）和圆柏（Sabina）的分布海拔高度1961-2006年期间平均分别上升了2-3m和7-12m，且后期（1981-2006年）显著快于前期（1962-1981）。主要扩张的区域在森林分布的上部边缘和内部开阔的空间，并主要分布在20-40°的 坡度和0-90°和270-315°的方位。.第二个主要成果是天山北坡高山林线分布格局及其生态地理特征。天山北坡林线分布高度大约在2530-2800m，沿着伊犁河谷从西至东高山林线是降低的，然后从西向东（博乐到巴里坤）林线分布高度呈上升趋势；伊犁河谷段与奎屯至玛纳斯段林线垂直宽度较宽，地形和空气环流是导致林线空间差异的主要原因。尽管高山林线的宽度与土壤养分成正相关（r＝0.78），且其分布海拔与土壤pH值成正相关，但影响其分布高度与宽度的关键气候因子为生长季温度（如年生物学温度3.35℃，最热月均温10.49℃，生长季均温8.26℃），特别是年生物学温度，能较好的指示天山北坡高山林线分布位置。总之，林线分布高度由地形、土壤养分、水热组合等共同作用的结果。.第三个主要成果是雪岭云杉和圆柏分布的模拟。项目主要利用logistic模型结合空间自相关理论进行模拟，模拟精度较高（AUC = 0.93和0.95）：两种植被扩张与距原有植被距离负相关，与云杉3米邻域和侧柏9米邻域分别呈正相关，云杉与冬季太阳辐射呈正相关。关于高山林线驱动机制的研究是本项目的一个薄弱环节，需要进一步加强研究。