1982-2006年全球植被生长时空变化及其与气候变化和城市化过程的关系

植被是陆地生态系统的重要组成部分,它与大气圈、水圈、土壤圈等地球系统的其他圈层有着紧密联系。植被在生物圈中扮演着调节能量平衡和物质交换的重要角色,尤其在维持生态系统平衡方面发挥着重要的作用。因此,植被生长的时空变化格局一直是植被生态学的研究重点,也是当前全球变化研究的核心内容之一。上世纪80年代开始,伴随着遥感技术在生态学和地理学领域的广泛应用,大尺度的植被时空变化研究逐渐增多。已有的研究表明,上世纪末,全球植被生长整体上呈增强的趋势,这种变化趋势是否延续到了本世纪初?其空间格局有什么样的特点?这些都是生态学中亟待解决的问题。<br> 本文利用1982-2006年间的NOAA/AVHRR NDVI数据对全球近25年来植被生长的变化趋势及其空间格局进行了研究,在此基础上,结合气候数据和社会经济统计数据,分析了植被生长对气候变化和人类活动的响应。本论文的主要结论如下:<br> (1)1982-2006年间全球植被生长季NDVI总体上呈上升趋势,尤其在1982-1997年间;而在最近十年(1997-2006年),全球植被平均生长季NDVI每年以-0.001的速度下降(R2=0.35,P=0.08)。不同地区生长季NDVI变化趋势存在较大差异,其中热带地区近25年生长季NDVI增加趋势最为显著,其次为北半球中高纬地区,而南半球温带地区生长季NDVI主要处于波动之中,没有明显的变化趋势。在最近十年,北半球中高纬地区生长季NDVI的下降最为显著,其生长季NDVI下降趋势为-0.0013yr-1(R2=0.38,P=0.05)。降水减少导致的土壤水分不足可能是北半球中高纬地区生长季NDVI显著下降的主要原因。不同的植被类型中,稀树草原近25年生长季NDVI增加趋势最为显著,其次为稀疏灌丛。<br> (2)夏季NDVI显著下降是最近十年生长季NDVI呈现总体下降趋势的主要原因,其中北美大陆北部和东亚地区最近十年夏季NDVI下降趋势最为显著。不同季节的NDVI变化趋势存在较大差异,近25年北半球中高纬地区秋季NDVI的增加趋势为0.00lyr-1(R2=0.35,P＜0.01),高于其他两个季节,春季NDVI也呈现增加趋势,而夏季NDVI呈现下降趋势。<br> (3)植被生长对气候变化的响应有着较大的时空差异。在生长季平均温度较低的北半球中高纬地区,生长季NDVI与生长季平均温度呈显著正相关关系,说明温度的上升有利于该地区植被的生长;而在干旱和半干旱地区,生长季NDVI与生长季降水呈正相关关系,与生长季平均温度呈负相关关系。不同季节NDVI与气候因子的相关分析结果表明,北半球中高纬度地区春季温度与春季NDVI呈现普遍的正相关关系,而秋季温度对秋季NDVI的影响并不显著,夏季降水的减少有可能对夏季植被生长产生抑制作用。<br> (4)近25年中国城市生长季NDVI呈现普遍的显著下降趋势,这一趋势以1990年为转折点分为两个不同的变化阶段,前期城市生长季NDVI没有显著变化趋势,而1990年以后城市生长季NDVI开始显著下降。区域尺度上,不同地区城市生长季NDVI变化趋势的转折时间不同,中部和东部城市生长季NDVI开始出现显著下降的时间要早于西部城市。长江三角洲和珠江三角洲是中国城市化水平最高的两个地区,其城市生长季NDVI变化趋势显示出不同的特征,长江三角洲的城市生长季NDVI开始下降的时间要晚于珠江三角洲,但目前下降趋势仍在持续。城市生长季NDVI的下降与人口、人均国民生产总值、城市建成区面积的变化之间有显著的负相关关系,暗示着城市化过程导致了城市植被的退化。