青藏高原草地地表覆被变化及其对地表反照率的影响

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地表反照率是衡量地表对太阳辐射反射能力的地表生物物理参数,对青藏高原的能量平衡起着关键作用。驱动地表反照率变化的主要因素是地表覆被(如植被、积雪、土壤水分等)。本研究在量化人类活动和气候变化对过去30年的植被长势变化贡献率的基础上,选取2003-2015年的青藏高原草地生长季(返青阶段-生长旺盛阶段-衰亡阶段)和非生长季的地表覆盖参数,探索各地表覆被参数(植被长势、土壤水分状况和非生长季积雪时长)的时空变异,利用统计方法分析不同季节的地表覆被变化对反照率的驱动效应,为区域地表覆被变化对气候变化的反馈机制研究提供理论支持。  本工作的主要研究结果如下:  (1)青海-西藏高原的草地生态系统依然是一个气候主导的生态系统。过去近三十年的青海-西藏高原草地在2000年前后,植被与气候要素的趋势发生突变。高原气候的变暖导致草地植被整体有所改善。整个高原的暖湿化气候改善了植被的生长状况,但降水和温度的驱动作用具有空间异质性。在有利的气候条件下,高原的高寒草甸等草地生态系统可以维持传统的放牧强度,但在干旱地区和快速变暖期,温度升高和降水供应减少抑制植被生长。放牧活动驱动的草地植被变化比例远小于由气候驱动的比例。  (2) NDVI年际变化趋势在生长季和旺盛期具有明显的东西部差异,而在返青期和衰退期没有明显空间格局。草地的返青期主要分布在4月到5月,生长季旺盛期分布在6月至8月上旬,草地的生长季跨越4月到8月,生长季的开始(结束)在空间上自西向东提前(推迟)。返青期以0.63 d/100 m的变率随海拔升高而推迟,衰亡期逐渐提前,植被NDVI均值在空间上自西向东逐渐增大。NDVI值大于0.5的象元,其年际变异与多年平均呈显著负相关,表明植被覆盖度越高的区域,抵抗外界干扰的能力越强。NDVI均值在生长季和旺盛期在东部草甸降低而西部上升。  (3)高原全年季节性积雪覆盖平均天数为33天,冬季的积雪时长有弱增加,而春季、夏季、秋季积雪都有降低趋势,导致全年积雪的持续时间在青藏高原以0.36d/yr速率降低。积雪覆盖的天数随着海拔升高整体呈上升趋势,在3000m以上的海拔范围内,积雪覆盖时长年际变化大体上呈现出下降趋势;但其变化率在海拔梯度上表现为随着海拔的升高而增加。  (4)冬季反照率的年际趋势在高原东部增加而在西部呈降低趋势,生长季各阶段反照率在整个高原主要呈现降低趋势,旺盛期的空间格局与生长季相似,返青阶段和衰亡阶段的反照率趋势的空间异质性高。区域尺度上,各个物候阶段反照率都有降低趋势,其中返青期降低幅度最大,旺盛期降低幅度最小。生长季各阶段的植被反照率的变异幅度远小于不同草地类型之间的反照率变异。生长季反照率均值从高原东部到高原的西部逐渐升高,冬季反照率随着海拔逐渐升高,冬季地表反照率高于生长季。  (5)生长季的各个阶段中,青藏高原草地大部分区域降水和植被长势对反照率具有负驱动效应,冬季的反照率受积雪时长的正相关驱动。旺盛阶段高原东部主要受降水的负驱动,高原西部反照率主要由植被长势负驱动;返青阶段和衰亡阶段,降水和植被长势的驱动作用在不同的海拔和植被类型中变异较大。旺盛阶段高寒草甸的降水对反照率的负驱动效应的区域多于高寒草甸其他物候阶段。
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