基于节律分析的秦岭山地垂直带谱动态变化研究

Vertical composite structure of the altitudinal belt spectra and its dynamic changes provide unique and sometimes the best opportunities to detect and analyze global change processes and the interactions between local environment and climate changes. However, because of the complex, transitional characteristics of belt boundaries and the accuracy limitations of present data, it is difficult to detect the spatial changes of altitudinal belt spectra directly. Such being the case, there are still very few studies about the dynamic changes of altitudinal belt. In this proposal, we present a new idea to analyze the dynamic changes of mountain altitudinal belt based on the phenomena of phenological rhythm cycles. The rhythm variation of the altitudinal belt spectra is the general phenological performance of all the montane natural belts, and is sensitive to climate changes. To some extent, rhythm variation analysis can avoid some difficulties of positioning accuracy in spatial change analysis, and thus can be used in the dynamic analysis of altitudinal belt spectra on a large spatial extent with considerable accuracy. In this study, Qinling Mountains, a remarkable demarcation zone of geography and climate in China with distinct altitudinal belts, are selected as the study area. The objectives of this study are to construct the sequential spectra of digital altitudinal belts in the study area, monitor the rhythm changes of the altitudinal belt spectra in recent 30 years using remote sensing, and analyze the spatial-temporal variations of the phenological rhythm. Though the development of new methods, it may lay a groundwork for future study on the dynamic changes of some other mountain altitudinal belts.

山地垂直带谱的垂向组合结构及其动态变化提供了独特的探索全球变化过程及其与区域生态环境间相互作用的研究条件。然而，受山地垂直带谱的复杂性、过渡性特征以及观测数据精度所限，直接监测带谱空间位置变化的难度大，目前尚缺乏较大范围山地垂直带谱动态变化的系统研究。本项目提出从节律变化角度来研究山地垂直带谱动态变化的思路。垂直带谱节律变化是垂直自然带物候节律的整体表现，对气候变化敏感。以其为研究分析的切入点，可在一定程度避开垂直带谱空间位置动态研究中定位精度方面的难点，有助于进行大范围山地垂直带谱时空动态变化监测及其分析对比。本项目拟以秦岭这一山地垂直带谱明显、且为我国重要的地理、气候分界山脉为研究区，构建山地垂直带谱三维空间连续结构；遥感监测近30年来山地垂直带谱节律动态变化；分析山地垂直带谱节律变化的时空分异特征。通过山地垂直带谱的动态变化研究方法探索，为更大范围的山地垂直带谱动态研究提供参考。

山地垂直带谱的结构及其动态变化提供了独特的探索全球变化过程及其与区域生态环境间相互作用的研究条件。然而，受山地垂直带谱的复杂性、过渡性特征以及观测数据精度所限，直接监测带谱空间位置变化的难度大，目前尚缺乏较大范围山地垂直带谱动态变化的系统研究。本项目提出从节律变化角度来研究山地垂直带谱动态变化的思路。垂直带谱节律变化是垂直自然带物候节律的整体表现，对气候变化敏感。以其为研究分析的切入点，可在一定程度避开垂直带谱空间位置动态研究中定位精度方面的难点，有助于进行大范围山地垂直带谱时空动态变化监测及其分析对比。本项目拟以秦岭这一山地垂直带谱明显、且为我国重要的地理、气候分界山脉为研究区，构建山地垂直带谱三维空间连续结构；遥感监测近30年来山地垂直带谱节律动态变化；分析山地垂直带谱节律变化的时空分异特征。. 对比分析了多种常用的物候遥感监测曲线拟合方法，发现与非对称性高斯曲线拟合方法（AG）和双Logistic曲线拟合方法（DL）相比，单Logistic曲线拟合方法（SL）在山区物候遥感中噪声点优化和保留原始高质量数据的能力方面更为突出；在此基础上，本研究改进了单Logistic曲线拟合方法用于秦岭地区物候节律遥感监测，分析了2003-2015年间研究区物候节律变化。此外本研究提出了垂直带谱数字提取方法，构建了研究区山地连续垂直带谱结构；在此基础上，分析了山地垂直带谱节律变化特征，发现垂直带节律变化与海拔高度密切相关，而近13年间，不同垂直带的物候期均表现出一定的提前趋势。通过山地垂直带谱的动态变化研究方法探索，为更大范围的山地垂直带谱动态研究提供参考；而秦岭山区的垂直带动态变化，则在一定程度揭示了区域气候变化的效应。