气候变化背景下秦岭山地植被变化的地形分异效应

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全球气候变暖是世界各国热切关注的话题,植被作为陆地生态系统的重要组成部分对气候变暖响应敏感。山地是气候变化的敏感区,其变暖趋势及植被响应均受到地形的控制且错综复杂。研究气候变化背景下的山地植被空间分布格局及其变化的地形分异效应,对于山地生态系统科学应对气候变化意义重大。秦岭山地层峦叠嶂,巨大的海拔落差及北陡南缓、北阴南阳的地形特征使其成为研究气候变化及植被响应的天然实验场。本文以位于陕西境内的秦岭腹地为研究区,利用气象观测资料、遥感影像以及DEM等数据,揭示了秦岭山地气温、植被变化的地形分异特征及气候变化对植被影响的地形效应,以期为秦岭山地应对气候变化、保护生态环境以及调整农林适生区等提供科学依据。本研究取得的主要进展及结果如下:(1)1959~2016年秦岭山地气温变化趋势存在南北差异性、季节异步性以及海拔依赖性。(1)近58年来,秦岭山地气温呈上升趋势,年气温倾向率为0.26℃/10a。北坡气温上升趋势大于南坡,倾向率分别为0.29℃/10a和0.25℃/10a,且北坡发生增温性突变时间早于南坡,北坡与南坡分别为1994年和1997年。(2)秦岭山地四季气温倾向率分别为春季(0.33℃/10a)>冬季(0.30℃/10a)>秋季(0.27℃/10a)>夏季(0.08℃/10a)。春季气温变化对年均温的贡献率最大,北坡和南坡分别达35.60%和32.31%。冬夏温差呈显著减小趋势,南北坡均于1976年发生减小性突变。(3)随海拔增高,年均温升温趋势增强,而冬夏温差减小趋势减弱。气温变率的南北坡差异主要存在于低海拔区,随着海拔的升高南北差异逐渐减小。(2)秦岭山地植被覆盖度空间分布及近17 a来变化趋势均存在明显的地形分异效应。(1)秦岭山地整体植被覆盖度为84%,北坡为75%,南坡为86%。海拔高度小于2000 m的区域秦岭南坡植被覆盖度大于北坡,而海拔高度2000 m以上的区域北坡大于南坡。秦岭南坡的阴坡为整个区域植被覆盖度最高的区域,而北坡的阴坡为植被覆盖度最低的区域。(2)2000~2016年,秦岭山地植被覆盖度整体呈上升趋势,区域平均变化率为0.027/10 a,南坡植被覆盖度上升趋势大于北坡,变化率分别为0.031/10 a及0.015/10 a。从海拔分异来看,近17 a来,低海拔区植被覆盖度呈减少趋势,中海拔区呈上升趋势,2000 m以上的高海拔区北坡的植被覆盖度较为稳定,但南坡的2500到3100 m区域内有较明显的减小趋势。从坡向分异来看,近17 a来,植被覆盖度增长区主要分布于北坡的阳坡,而减小区则主要分布在南坡的阳坡以及北坡的阴坡。(3)气候因子与地形因子对秦岭山地植被空间分布的影响具有交互协同效应。(1)秦岭山地南北坡植被NDVI的空间分布均主要受热量因子的控制,气候因子的解释力由大到小依次为:最热月气温、年均温、最冷月气温、年降水量、相对湿度、干旱指数。(2)气候因子对秦岭山地植被NDVI空间分布的解释力的地形差异表现为北坡强于南坡,高海拔区强于低海拔区,阳坡强于阴坡。(3)地形因子与气候因子对秦岭山地植被NDVI的空间分布的影响存在交互协同效应,海拔高度、坡度、坡向均呈现出相互增强的关系,其中,海拔高度与气候因子的协同对秦岭南北坡山地植被NDVI的空间分布的影响起到主要的增强作用。(4)气候变暖导致秦岭山地植被分布适生区格局发生变化。(1)在气温突变前秦岭山地南坡包含五个植被带适宜区,分别为暖温带常绿落阔混交林、暖温带落叶阔叶林、温带针阔混交林、寒温带亚高山针叶林、高寒灌丛草甸,而秦岭北坡与南坡相比,无常绿落阔混交林适宜区,但在气温突变后,秦岭北坡渭河东部出现了常绿落阔混交林带的适宜区。(2)在气温突变后,暖温带落叶常绿混交林、暖温带落叶阔叶林适宜区的面积扩张,温带针阔混交林、寒温带针叶林以及高寒灌丛适宜区的面积缩减。气温突变后,各植被类型适宜区的海拔高度均呈上移趋势,高海拔区植被类型适宜区随海拔上移的幅度高于低海拔区。(5)RCP4.5及RCP8.5情景下,秦岭山地持续变暖,植被分布格局可能发生变化,各植被类型适宜区的分布面积以及海拔高度将产生不同的程度的改变。RCP4.5及RCP8.5情景下,未来50年,秦岭南北坡均将可能出现亚热带常绿阔叶林适宜区。低海拔区植被带面积持续扩张,高海拔区植被带面积持续缩减,亚热带常绿阔叶林、暖温带落阔常绿混交林将可能代替温带针阔混交林而发展为秦岭山地适宜区面积最大的植被类型。RCP4.5情景下,低海拔区植被带的平均分布海拔高度呈持续攀升趋势,而高海拔区较为稳定;RCP8.5情景下,各植被带的平均海拔均呈持续攀升趋势。
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