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藏北高原位于青藏高原腹地,是全球变化敏感区和关键区。植被盖度、植物物候及土壤湿度作为陆地生态系统变化监测与评估的重要指标,对于探讨高原对全球变化的响应特征具有重要意义。本文比较几种主要的遥感时序数据重建的方法,选用非对称高斯拟合方法对MODIS植被指数(NDVI、EVI)进行去噪重建,并通过“相对阈值法”提取植被生长季曲线的关键物候指标,同时基于LST-Ⅵ特征空间提取TVDI指数模拟藏北高原表层土壤湿度,综合分析研究区植被盖度、物候和土壤湿度几个关键地表参数在2000～2010年间的时空变化特征。结合地形、植被类型图、气候区划图等研究植被覆盖NDVI、物候和土壤湿度的空间格局,并进一步探讨气候因素及人类活动对其年内与年际变化的影响。本文的主要结论如下:
1、三种常用的时序植被指数重建方法(AG,D-L和S-G)在处理不同植被类型的Ⅵ数据集及植被指数时序曲线不同位置各具优势。AG与D-L的重建效果比较相似,但D-L通常使时间序列曲线整体有少量抬升,S-G在荒漠和林地覆被NDVI时间序列曲线重建具有优势。此外,研究还发现:(1)AG与D-L重建的Ⅵ时序曲线较S-G更能反映原始植被生长曲线整体特征；(2)三种算法重建的时序曲线,AG处理结果与上包络线最为接近；(3)AG与D-L方法除生长季峰值与真实值偏差略高于S—G滤波法,其他时段的重建均具有优势。综合考虑三种算法重建效果和研究区植被特征,本研究中采取AG拟合法重建的植被指数数据集更能反映植被生长真实状况。
2、SINDVI多年均值反映藏北高原植被盖度空间上从东南到西北逐渐降低,植被年内、年际变化明显,且表现出明显地域分异特征。从年内植被变化来看,藏北高原多为单峰生长季曲线草本植物且雨热同期,5、6月份植被逐渐返青,多数植被在8月上旬NDVI达到峰值；不同气候区划和植被类型的NDVI季节性变化曲线返青时间、SINDVI值和枯黄速度等均有较大的差异。从年际变化来看,高原中部一些地区植被严重退化,植被明显变好的区域主要在高海拔山脉以及西北部的冰川消融的稀疏植被区。其中,灌丛、稀疏植被和荒漠近年有较大面积的植被NDVI呈增加趋势,而较大面积的草甸植被退化。高海拔地区冰雪覆盖受全球变暖影响其周边植被活动增强,NDVI年际波动频率和幅度较大。从气候变化和人类活动两方面因素分析区域植被NDVI年际波动和变化趋势:大部分站点(嘉黎除外)植被NDVI变化与温度呈负相关,而与降水呈显著正相关,国道及地区驻地(那曲镇)周边等人类活动强度越大的区域(距离越近)植被退化明显加剧。
3、植被生长季最大EVI(EVImax)和物候返青期均表现出从东南到西北的水平地带性与东南高山峡谷区的垂直地带性相结合的特征,植被枯黄期除东南部地区,在色林错湖-尼玛县城-俄久乡一带时间也较晚,而生长季长度则综合了返青期和枯黄期二者的空间分异规律。从不同地表覆盖类刑来看,对于EVImax,农林混合区＞林灌区＞草甸＞草原＞荒漠草原,物候返青期表现出相似的规律。而植被枯黄期除农林混合区的其他四种类型地表覆盖时间近似。不同气候区划类植被物候特征反映,EVImax、返青期、生长季长度均表现出半湿润区-半干旱区-干旱区的递变规律,而植被枯黄平均时间最早出现在青南高原半干旱区。此外研究还发现,植被物候随着海拔的升高,EVImax降低、物候返青期推迟、生长季长度缩短,植被枯黄的垂直带递变规律不明显。近年来,高海拔稀疏植被区,及中部部分草甸,植被返青时间明显提前,而少见植被返青时间推迟的现象;生长季长度主要取决于植被返青期的提前,生长季延长区域古全区50％以上,仅10％左右的区域生长季缩短。
4、在暖干化的气候条件下,分析典型植被物候(EVImax与返青期)年际变化与主要气候因子的关系发现,高寒灌丛草甸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；春、夏季的气温和降水对高寒草甸植被EVImax均有较大影响；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。同样,植被返青期的控制因子也随植被类型而异:高寒灌丛草甸主要受前一年秋季降水量的影响,其次是春季平均气温；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,同时,前一年的秋季降水量、冬季平均温对高寒荒漠和高寒荒漠草原的返青时间也有一定的关系。
5、遥感提取藏北高原TVDI值,经实地验证能较好表征表层土壤湿度。土壤湿度总体上从东、南部到西北递减,但这种趋势上叠加了局部地形的影响。比较不同气候区划内土壤湿度差异,那曲高山谷地亚寒带半湿润区土壤湿度最高,但其空间内部异质性也最大,昆仑高山亚寒带干旱区由于海拔整体较高、地表冰雪及土壤冻融,其土壤湿度略高于半干旱的羌塘高原湖盆区与青南高原区。藏北高原土壤湿度的季节性变化明显,主要受温度、降水、植被覆盖和冻土过程等影响。进一步分析近十年内藏北高原及不同气候区划内夏季土壤湿度年际动态发现,羌塘高原湖盆亚寒带半干旱区与那曲高山谷地亚寒带半湿润区的土壤湿度均表现干化的趋势,而昆仑高山亚寒带干旱区趋势不明显,表现为年际间波动。结合气象站点的温度、降水年际变化趋势发现,所有站点的平均气温波动与土壤干化保持大体一致。
6、此外,针对安多、那曲两县境内不同放牧制度和人工补播改善草场的试验样地进行遥感动态监测研究发现,天然草场上补播合适的人工草种,可以大幅度改善草场生长的植被覆盖度和均匀度；休牧或禁牧的放牧方式对于阻止草场的退化和恢复也具有明显的效果。