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中国城市植被物候变化及其对地表温度的响应

生态学报 2024年第6期44卷 2479-2494页

作者：缪丽娟余志巍何昱张宇阳南京信息工程大学地理科学学院南京210044

量化植被物候与城市化进程之间的关系对探索人类活动对城市生态系统的影响至关重要。以中国35个城市及周边区域为研究对象,基于中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)提供的归一化植被指数(Normaliz... 详细信息

量化植被物候与城市化进程之间的关系对探索人类活动对城市生态系统的影响至关重要。以中国35个城市及周边区域为研究对象,基于中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)提供的归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI),采用Savitzky-Golay滤波和动态阈值法提取2000—2020年研究区植被返青期(Start of Growing Season,SOS)和枯黄期(End of Growing Season,EOS)。并分析不同城市规模、不同距离城市的植被物候变化对陆地地表温度(Land Surface Temperature,LST)与不透水面(Impervious Surface Area,ISA)的响应差异。研究发现:(1)2000—2020年,中国城市城区植被SOS和EOS分别以0.17d/a和0.15d/a的速率推迟。根据城市规模的不同,大城市和中等城市物候期呈推迟趋势,而超大城市、特大城市和小城市呈提前趋势。51%的城市植被SOS提前,主要分布在中国华北、西北及南部地区,其他地区城市植被SOS推迟(49%),80%的城市植被EOS推迟。空间上看,东部和南部平原地区城市植被SOS比西北部地区早(早于第91天),而EOS则比较晚(晚于第314天),而西部和北部城市植被SOS(晚于第91天)和EOS(早于第314天)呈相反态势;(2)距离城区越近,63%的城市表现为植被SOS提前(0.6—4.3 d/km),60%的城市表现为植被EOS推迟(0.2—1.9 d/km);(3)所有城市春季LST均呈现增长趋势,春季ΔLST每增长1℃,SOS提前6.8 d。秋季ΔLST每增长1℃,EOS推迟1.5 d。城市植被SOS与ISA占比显著负相关,ISA占比增长1%,植被SOS提前0.253 d,植被EOS与ISA占比显著正相关,ISA占比每增长1%,植被EOS推迟0.106 d。此外,不同人口规模的城市植被物候对LST和ISA响应存在差异,大城市和超大城市植被物候对LST和ISA占比的响应比其他城市更为敏感,表明特大城市和大城市在城郊梯度上植被物候期对LST与ISA占比响应更为明显。

关键词： MODIS NDVI 物候变化地表温度不透水面城市化中国城市

气候变化与作物物候响应对福建省耕地土壤有机碳的影响

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环境科学 2024年

作者：李一凡毋亭姚园黎志强沈金泉翁怀楷张黎明邢世和福建省农田建设与土壤肥料技术总站福建农林大学乡村振兴学院土壤生态系统健康与调控福建省高校重点实验室福建农林大学资源与环境学院

气候变化对耕地土壤有机碳的影响机制研究是气候变化背景下耕地质量管理的基础. 气候变化下作物物候的响应对耕地土壤有机碳也有重要影响. 但目前的研究主要关注气候变化或气候变化下作物物候响应对耕地土壤有机碳的独立影响，鲜有研究... 详细信息

气候变化对耕地土壤有机碳的影响机制研究是气候变化背景下耕地质量管理的基础. 气候变化下作物物候的响应对耕地土壤有机碳也有重要影响. 但目前的研究主要关注气候变化或气候变化下作物物候响应对耕地土壤有机碳的独立影响，鲜有研究分析气候变化与作物物候响应协同影响下耕地土壤有机碳的变化，以及区分量化二者对耕地土壤有机碳动态变化的贡献率. 基于2008年和2021年耕地土壤表层样点数据、2008～2021年每年的季前和季中气候数据以及由2007～2022年增强植被指数时间序列提取的物候参数数据，利用随机森林算法构建土壤有机碳预测模型，通过模拟2008～2021年土壤有机碳的总变化、气候单独变化下的土壤有机碳变化、气候变化与作物物候响应协同影响下土壤有机碳的变化，本研究区分量化了气候变化与气候变化下作物物候响应对耕地土壤有机碳变化的贡献率，并分析了福建省耕地土壤有机碳变化的优势影响因子及其空间分布. 结果如下：①在气候变化与作物物候响应的协同影响下，2008～2021年福建省74.15%的耕地区域土壤有机碳呈减少态势，平均减少量为2.20 g·kg-1，25.85%的耕地区域土壤有机碳呈增加态势，平均增加量为1.48 g·kg-1；②季前气候、气候变化下物候响应、季中气候和品种改变等农业管理措施调整下物候变化对土壤有机碳变化的平均贡献率依次为34.08%、28.56%、22.75%和14.61%，整体而言，气候变化对福建省耕地土壤有机碳变化的影响大于气候变化下作物物候的响应；③气候变化与气候变化下物候响应共同为优势影响因子的区域面积最大，占全省耕地面积的47.06%，其次为气候变化为优势影响因子的区域，面积占比为28.64%；④季前气候因子与品种改变等农业措施调整下物候变化对土壤有机碳变化贡献率较高的区域倾向于分布在高海拔地区，而季中气候因子与气候变化下物候响应对土壤有机碳变化贡献率较高的区域则倾向于分布在低海拔地区. 相关研究结果能够为应对气候变化的耕地质量管理与粮食安全保护等政策的制定提供理论依据.

关键词：气候变暖物候变化作物生长机器学习数字土壤有机碳制图

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准格尔旗物候变化及其对气候变化的响应

数字农业与智能农机 2024年第4期 48-50页

作者：张敏准格尔旗薛家湾镇气象局内蒙古鄂尔多斯017000

通过研究准格尔旗近10年的自然物候变化趋势,采用数据分析的方法揭示其对气候变化的响应。研究发现,小叶杨和白榆的物候期存在年际波动,整体表现为物候期推迟,花期明显延长,显示植物开花对气候变化更敏感。同时,受气温偏高影响,2021年... 详细信息

通过研究准格尔旗近10年的自然物候变化趋势,采用数据分析的方法揭示其对气候变化的响应。研究发现,小叶杨和白榆的物候期存在年际波动,整体表现为物候期推迟,花期明显延长,显示植物开花对气候变化更敏感。同时,受气温偏高影响,2021年生长期提前,叶变色期和落叶期明显推迟。此外,近10年准格尔旗的候鸟南飞时间也有所推迟,是对秋季气候变暖的响应。这些变化表明准格尔旗生态系统对气候变化具有敏感性和适应性。研究结果对于理解准格尔旗生态环境的变化、预测未来气候变化对生态系统的影响具有一定的重要性。这些发现揭示了准格尔旗生态系统对气候变化的敏感性和适应性。

关键词：准格尔旗物候变化气候变化响应

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基于随机森林的森林生态系统物候模拟研究

农业与技术 2024年第11期44卷 59-62页

作者：刘源王宇河南科技大学河南洛阳471000

森林生态系统是陆地生态系统面积最大、最为重要的自然生态系统,研究其物候趋势的变化规律,并构建物候的模拟模型,对深入了解生态系统碳循环过程以及预测森林生态系统对气候变化的响应具有重要意义。过去几十年间,研究者已经开发了大量... 详细信息

森林生态系统是陆地生态系统面积最大、最为重要的自然生态系统,研究其物候趋势的变化规律,并构建物候的模拟模型,对深入了解生态系统碳循环过程以及预测森林生态系统对气候变化的响应具有重要意义。过去几十年间,研究者已经开发了大量的物候模型,如生态生理模型和统计模型等。虽然这些物候模型在训练数据集上模拟效果良好,但利用测试集对模型进行验证时,其预测效果并不理想,导致这些物候模型难以推广。目前机器学习算法在农作物产量、物种分类等领域已经得到广泛应用,且与传统方法相比表现出明显优势。然而,机器学习在植被物候模型的应用仍处于起步阶段,未来有较大的发展潜力。本研究基于全球通量网络43个森林站点的长期碳通量观测数据,提取森林生态系统的生长季开始日期,分析其物候的长期变化趋势,同时结合辅助的气象因子观测数据,使用随机森林算法构建物候模型,并利用特征重要性分析方法探讨物候指标的主导影响因子。研究得出主要结论:从整体森林类型来看,生长季开始日期呈提前趋势,提前速率为0.36d·a^(-1),从具体森林类型来看,混交林的生长季开始日期提前趋势最为显著,提前速率为0.97d·a^(-1);并使用决定系数(R^(2))对模型的精确度进行评价,R 2平均结果为0.77。同时通过特征重要性算法分析气象因子对物候变化的影响,结果显示,生长季开始日期主要受到温度(42.98%)的影响,结果表明,随机森林算法在物候模拟上有着更为良好的拟合效果。

关键词：物候模型物候变化碳通量随机森林机器学习

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藏北高原典型植被样区物候变化及其对气候变化的响应

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生态学报 2012年第4期32卷 1045-1055页

作者：宋春桥游松财柯灵红刘高焕钟新科中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 中国科学院研究生院北京100049 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 100081 香港中文大学中国香港

植被物候作为陆地生态系统对气候变化的响应和反馈的重要指示,已成为区域或全球生态环境领域研究的热点。基于非对称高斯拟合方法重建了2001—2010年MODIS EVI时间序列影像,利用动态阈值法提取藏北高原植被覆盖2001—2010年每年关键物... 详细信息

植被物候作为陆地生态系统对气候变化的响应和反馈的重要指示,已成为区域或全球生态环境领域研究的热点。基于非对称高斯拟合方法重建了2001—2010年MODIS EVI时间序列影像,利用动态阈值法提取藏北高原植被覆盖2001—2010年每年关键物候参数。选取研究区内东部高寒灌丛草甸、中部高寒草甸及西部高寒草原和高寒荒漠4种典型植被类型,并结合附近的4个气象台站气候资料,分析典型植被物候在近10a对关键气候因子的响应特征。研究结果表明:(1)4种不同典型植被的物候特征(EVImax降低、返青期延后和生长季长度缩短)均表现出高寒灌丛草甸→高寒草甸→高寒草原→高寒荒漠草原的过渡;(2)藏北高原近10a的年平均气温及春、夏、冬三个季度的平均气温均呈显著升高的趋势,升温幅度在0.8—3.9℃/10a,降水减少趋势不显著,在这种水热条件下典型植被均表现出返青提前(7.2—15.5d/10a)、生长季延长(8.4—19.2d/10a)的趋势,而枯黄出现时间为年际间自然波动;(3)高寒灌丛草甸EVImax主要受春季降水量和气温影响,且降水的影响程度大于气温;对高寒草甸植被而言,春、夏季的气温和降水均有较大的影响;而高寒草原和高寒荒漠草原主要受夏季平均气温和降水量影响;(4)高寒灌丛草甸的返青时间主要受前一年秋季降水量的影响,相关系数达-0.579;而高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠草原主要受春季平均气温影响,高寒荒漠草原的特征最为明显(r=-0.559)。

关键词：物候变化藏北高原气候变化 MODIS 返青期生长季

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微雨众卉新,一雷惊蛰始

高中生之友 2024年第5期 74-75页

作者：吴怡不详

惊蛰时节,桃始华,黄鹂鸣,春雷乍,蛰虫惊醒,万物复苏。身在北京,虽未闻雷声,亦见新枝渐发,也愈发感到春的到来。时光如梭,不仅有物候变化,节气来临,距离又一年的高考,也到了百日冲刺的关口。想必许多学校也纷纷举行了百日誓师的活动,或... 详细信息

惊蛰时节,桃始华,黄鹂鸣,春雷乍,蛰虫惊醒,万物复苏。身在北京,虽未闻雷声,亦见新枝渐发,也愈发感到春的到来。时光如梭,不仅有物候变化,节气来临,距离又一年的高考,也到了百日冲刺的关口。想必许多学校也纷纷举行了百日誓师的活动,或许也想起了“惊蛰”之效:看着视频里激情豪迈的高三学生,我不由得想起自己当时的一些经历:虽不似春雷隆隆,但也令我有惊醒恍然之感。

关键词：高三学生时光如梭物候变化惊蛰高考冲刺

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青岛地区气候变化对动物物候变化的影响研究

气候变化研究进展 2019年第1期15卷 62-73页

作者：郭飞燕綦东菊周斌薛允传青岛市气象局青岛266003 青岛市气象灾害防御工程技术研究中心青岛266003 胶州市气象局青岛266300

基于青岛地区气候和动物物候观测资料,分析了气候和动物物候变化特征及两者之间的相关关系。1986—2016年青岛地区蚱蝉始鸣期表现为小幅波动变化,蟋蟀的始鸣期则呈先显著推迟后显著提前的变化趋势,青蛙和家燕的始鸣期均有显著推迟的趋... 详细信息

基于青岛地区气候和动物物候观测资料,分析了气候和动物物候变化特征及两者之间的相关关系。1986—2016年青岛地区蚱蝉始鸣期表现为小幅波动变化,蟋蟀的始鸣期则呈先显著推迟后显著提前的变化趋势,青蛙和家燕的始鸣期均有显著推迟的趋势。以上4种动物的绝鸣期均显著提前,间隔期均明显缩短。受全球气候变暖的影响,青岛地区气温表现为显著增温趋势,日照时数和平均风速均呈显著减小趋势,而降水对气候变暖的响应较小。日照时数的减少对4种动物物候期的影响最大,有利于4种动物绝鸣期的提前和间隔期的缩短以及家燕始鸣期的推迟;蟋蟀和青蛙的物候期对气温有明显的响应,蚱蝉和家燕对气温的变化不敏感;风速的减小有利于蚱蝉、家燕绝鸣期的提前和间隔期的缩短,但却导致青蛙绝鸣期的推迟和间隔期的延长。多种气候因子共同作用决定了动物物候期的变化。除气候条件对动物物候期变化的影响之外,动物之间食物链的制约关系在一定程度上也对物候变化有影响。

关键词：气候变化物候变化始鸣期绝鸣期间隔期

物候变化对北半球不同植被类型生态系统生产力的影响

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物候变化对北半球不同植被类型生态系统生产力的影响

作者：曳水瑛山西大学

学位级别：硕士

本文在对国际通量观测网络(FLUXNET)中北半球112个站点、797个站点年的数据进行处理的基础上,提取了净碳吸收期起始日期(the beginning of the carbon uptake period,CUP BDOY)、净碳吸收期结束日期(the ending of the carbon uptake pe... 详细信息

本文在对国际通量观测网络(FLUXNET)中北半球112个站点、797个站点年的数据进行处理的基础上,提取了净碳吸收期起始日期(the beginning of the carbon uptake period,CUP BDOY)、净碳吸收期结束日期(the ending of the carbon uptake period,CUP EDOY)、净碳吸收期长度(net carbon uptake period,CUP)、净生态系统生产力全年日最大值发生时间(the day of the maximum daily net ecosystem productivity,NEPax DOY)和净生态系统生产力全年日最大值(the maximum daily net ecosystem productivity,NEP)五个物候因子,运用一元线性回归分析、单因素方差分析和多重比较分析了北半球范围内常绿针叶林(evergreen needleleaf forest,ENF)、常绿阔叶林(evergreen broadleaf forest,EBF)、落叶阔叶林(deciduous broadleaf forest,DBF)、混交林(mixed forest,MF)、稀疏灌丛(open shrubland,OSH)和草地(grassland,GRA)的物候变化及其对全年净生态系统生产力(net ecosystem productivity,NEP)影响的时间和空间格局。旨在了解北半球各植被类型物候因子和NEP的变化趋势,量化物候变化对不同植被类型全年NEP的影响,揭示全球变化背景下由物候因子变化对不同植被类型固碳造成的影响。主要研究结果如下:(1)北半球6种植被类型中,除MF外,其余植被类型的CUP均呈现不同程度的逐年延长趋势。ENF和MF的NEPax DOY呈现逐年推迟趋势,EBF、DBF和GRA的NEPax DOY呈现逐年提前趋势。ENF、DBF、MF和GRA的NEP呈现逐年增大趋势,OSH的NEP呈现逐年减小趋势。除EBF外,其余植被类型的全年NEP均呈现逐年增加趋势。(2)同一站点的不同年份中,CUP BDOY、CUP EDOY和CUP变化相同的天数,DBF的全年NEP比ENF变化更多,MF介于ENF和DBF之间。GRA和OSH的全年NEP对CUP BDOY、CUP EDOY和CUP的变化的敏感程度低于森林。森林的全年NEP变化对NEP变化的敏感程度大于GRA和OSH。各植被类型的CUP和NEP变化共同影响全年NEP变化。(3)在物候对NEP影响的空间格局的研究中,相比非森林,森林的CUP BDOY、CUP EDOY、CUP和NEP在不同站点之间的变化对全年NEP有更显著的影响。在森林中,同种类型森林(ENF、EBF和DBF)的CUP和NEP在不同站点之间的变化对全年NEP的影响大于MF,常绿林的NEP在不同站点之间的变化对全年NEP的影响大于落叶林。(4)不同站点间的物候变化对全年NEP的影响比同一站点中物候的年际变化对全年NEP影响的R更大、斜率更高。由此说明,由物候的空间变化导致物候变化对全年NEP的影响大于由时间变化导致的物候变化对全年NEP变化的影响。由此得出以下结论:(1)在全球变化背景下,大多数植被类型的全年固碳时间逐年延长,NEP逐年增大,全年固碳量逐年增加。(2)CUP和NEP的年际变化对北半球不同植被类型固碳的影响不同。(3)CUP和NEP的空间变化对北半球不同植被类型固碳的影响不同。(4)物候的时间变化与空间变化对全年NEP变化的影响强度不同。

关键词：物候变化生态系统生产力净碳吸收期最大碳吸收强度

西安和宝鸡木本植物花期物候变化及温度敏感度对比

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生态学报 2020年第11期40卷 3666-3676页

作者：陶泽兴葛全胜徐韵佳王焕炯中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

植物物候是指示生态系统对气候变化响应的重要证据。已有研究多基于代表性站点的物候观测数据研究物候特征及其对气候变化的响应规律。同一气候区内,不同站点的物候变化及对温度变化响应的敏感度是否一致仍需深入探讨。本文选择同属于... 详细信息

植物物候是指示生态系统对气候变化响应的重要证据。已有研究多基于代表性站点的物候观测数据研究物候特征及其对气候变化的响应规律。同一气候区内,不同站点的物候变化及对温度变化响应的敏感度是否一致仍需深入探讨。本文选择同属于暖温带湿润区汾渭平原气候区的西安和宝鸡为研究区,利用"中国物候观测网"在两个站点21个共有物种的开花始期和开花末期数据,比较了1987-2016年两站点各植物花期物候变化特征及其对温度变化响应的敏感度差异。结果表明,西安和宝鸡各物种的开花始期和开花末期均以提前趋势为主。大部分物种开花始期在西安的提前趋势(平均趋势-0.57 d/a)明显强于在宝鸡的提前趋势(平均趋势-0.29 d/a),但开花末期趋势差异不显著。除紫薇和迎春的敏感度差异较大外,其他物种开花始期和开花末期的温度敏感度在两站点间非常接近,无显著差异。由此可见,在同一气候区的不同站点,因增温幅度不同,植物的始花期变化存在较大差异,不能用单站点的物候变化反映整个气候区的物候变化。但同一植物在单站点的温度敏感度可以较好的反映同一气候区其他站点的植物物候-气候关系。本文研究结果可为利用有限站点的物候观测数据分析区域物候变化及对气候变化的响应提供科学依据。

关键词：物候变化开花始期开花末期温度敏感度西安宝鸡