极端气候事件对东北三省植被净初级生产力的影响研究

这是一篇关于极端气候事件,NPP,区域差异,滞后效应,东北三省的论文, 主要内容为目前,全球极端气候事件频繁发生,严重危害人类健康、经济发展、农业生产等。东北三省作为我国重要的粮食生产基地和生态屏障,近年来区域内气象灾害明显增加,造成农作物绝收、湿地及冻土退化等问题,生态系统及社会经济的可持续发展受到严重影响。植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)是评价极端气候事件对植被生态系统功能影响的重要指标。因此,探究东北三省极端气候事件对NPP的影响,可以为东北三省减灾防灾工作提供关键的数据信息和理论支撑。本文基于气象数据结合RClim Dex模型提取21个极端气候指数,基于气象数据、归一化植被指数数据和土地覆被数据结合CASA模型估算NPP;通过线性回归分析法、M-K突变检验、滑动T检验、有序聚类检验、变异系数等方法,分析2001～2020年东北三省极端气候事件以及NPP的时空变化特征;采用格兰杰因果检验法、Pearson相关系数法以及地理探测器等方法,探究2001～2020年东北三省NPP对极端气候事件的响应。主要结论如下:(1)极端高温事件缓慢增加,极端低温事件缓慢减少,且低温事件的下降幅度大于高温事件的上升幅度。在各极端气温指数中,相对指数和暖持续指数的突变时间分散在2013～2019年间,其余指数并未发生突变。空间上,极端高温事件在研究区内整体呈上升趋势,呈下降趋势的区域主要分布在黑龙江省,极端低温事件在研究区整体呈下降趋势,呈上升趋势的区域主要分布在辽宁省,具有区域性特征。在不同气候区中,暖温带和中温带较湿润地区的极端气温事件变化幅度较大;在不同植被区中,林地区域的极端气温事件变化幅度较大。季节尺度上,极端高温事件在春季上升幅度最大,极端低温事件在夏季的变化幅度明显,具有季节性差异。(2)极端降水事件显著增加,更具有规律性。在各极端降水指数中,突变时间集中在2016～2018年间,仅持续指数未发生突变。空间上,极端降水事件在研究区内整体呈上升趋势,在黑龙江省和吉林省上升幅度更大且变化显著,呈下降趋势的地区主要在辽宁省。在不同气候区中,中温带地区的降水事件上升幅度较大,寒温带地区的干旱情况更明显;在不同植被区,林地和耕地区域的降水事件上升幅度较大,草地区域的干旱情况更明显。季节尺度上,极端降水指数在四季均增加,仅冬季变化不显著,上升幅度由大到小为秋季、夏季、春季和冬季,具有季节性差异。(3)NPP以1.78g C·m-2·a-1的速率显著增加,突变时间为2012年,2012年后的NPP均值(406.63 g C·m-2·a-1)和变化速率(2.28 g C·m-2·a-1)更大。空间上,研究区内NPP整体呈显著上升趋势,黑龙江省NPP上升幅度更大,下降区域主要分布在辽宁省中部,具有空间异质性。在不同气候区中,湿润地区的NPP均值较高,变化速率相对较低,干旱地区NPP的均值较低,变化速率相对较高;在不同植被区中,林地区域的NPP均值(549.07 g C·m-2·a-1)最大,草地区域的NPP变化速率(2.24 g C·m-2·a-1)最大。季节尺度上,NPP在四季均增加,均值和变化速率由大到小均为夏季、春季、秋季、冬季。(4)年际尺度上,各极端气温指数与NPP的相关系数在-0.44～0.02,各极端降水指数与NPP的相关系数在0.02～0.72。极端气温事件对NPP主要起抑制作用,但影响较弱且并不显著。极端降水事件对NPP起显著促进作用,其中,干旱事件对NPP的影响微弱。空间上,极端气温事件在研究区内对NPP的影响以抑制作用为主;极端降水事件在研究区内对NPP的影响以促进作用为主,仅在吉林省东部对NPP起抑制作用,而干旱类事件在黑龙江省对NPP起抑制作用,在吉林省和辽宁省对NPP起促进作用。在不同气候区中,中温带地区的极端气温事件和极端降水事件对NPP的影响较大,且越干旱的地区极端降水事件对NPP的促进作用越大;在不同植被区中,极端气温事件对耕地NPP的影响最大,极端降水事件对草地和耕地的NPP促进作用更大。年内尺度上,极端气温指数的极值指数与NPP的相关系数为0.83～0.97(P<0.01),气温日较差与NPP的相关系数为-0.65(P<0.01),极端降水指数与NPP的相关系数为0.82～0.84(P<0.01)。极值类气温事件和极端降水事件对NPP起显著的促进作用,气温日较差对NPP起显著的抑制作用。空间上,极值类气温事件在研究区东部对NPP促进作用更较强,气温日较差和极端降水事件在研究区西部对NPP促进作用更较强。在不同气候区,中温带较干旱地区的气温日较差和极端降水事件对NPP的影响最大,极值类气温事件在该区域对NPP促进作用最小;在不同植被区中,气温日较差和极端降水事件对草地和耕地NPP的影响最大,极值类气温事件对林地和草地NPP的促进作用最大。考虑滞后效应时,极端气温事件对NPP的影响存在2～3个月的滞后期,极端降水事件对NPP的影响存在1个月的滞后期。综合来看,寒温带地区的极端气候事件对NPP的滞后效应较短。在空间上,在不同滞后期内,极端气候事件在研究区西部对NPP的影响程度较大,在东部与NPP的影响程度较小。在不同气候区,中温带地区极端气候事件对NPP的影响程度较大;在不同植被区中,耕地区域极端气候事件对NPP的影响程度最大。(5)极端降水事件对NPP空间分布的影响程度大于极端气温事件。在各极端气候指数中,持续干燥日数对NPP空间分布的影响最大,解释力达到34%。年均雨日降水强度与中雨日数、年均雨日降水强度与持续湿润指数的交互作用增强了其对NPP空间分布的影响,解释力达到50%。

极端气候事件对东北三省植被净初级生产力的影响研究

这是一篇关于极端气候事件,NPP,区域差异,滞后效应,东北三省的论文, 主要内容为目前,全球极端气候事件频繁发生,严重危害人类健康、经济发展、农业生产等。东北三省作为我国重要的粮食生产基地和生态屏障,近年来区域内气象灾害明显增加,造成农作物绝收、湿地及冻土退化等问题,生态系统及社会经济的可持续发展受到严重影响。植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)是评价极端气候事件对植被生态系统功能影响的重要指标。因此,探究东北三省极端气候事件对NPP的影响,可以为东北三省减灾防灾工作提供关键的数据信息和理论支撑。本文基于气象数据结合RClim Dex模型提取21个极端气候指数,基于气象数据、归一化植被指数数据和土地覆被数据结合CASA模型估算NPP;通过线性回归分析法、M-K突变检验、滑动T检验、有序聚类检验、变异系数等方法,分析2001～2020年东北三省极端气候事件以及NPP的时空变化特征;采用格兰杰因果检验法、Pearson相关系数法以及地理探测器等方法,探究2001～2020年东北三省NPP对极端气候事件的响应。主要结论如下:(1)极端高温事件缓慢增加,极端低温事件缓慢减少,且低温事件的下降幅度大于高温事件的上升幅度。在各极端气温指数中,相对指数和暖持续指数的突变时间分散在2013～2019年间,其余指数并未发生突变。空间上,极端高温事件在研究区内整体呈上升趋势,呈下降趋势的区域主要分布在黑龙江省,极端低温事件在研究区整体呈下降趋势,呈上升趋势的区域主要分布在辽宁省,具有区域性特征。在不同气候区中,暖温带和中温带较湿润地区的极端气温事件变化幅度较大;在不同植被区中,林地区域的极端气温事件变化幅度较大。季节尺度上,极端高温事件在春季上升幅度最大,极端低温事件在夏季的变化幅度明显,具有季节性差异。(2)极端降水事件显著增加,更具有规律性。在各极端降水指数中,突变时间集中在2016～2018年间,仅持续指数未发生突变。空间上,极端降水事件在研究区内整体呈上升趋势,在黑龙江省和吉林省上升幅度更大且变化显著,呈下降趋势的地区主要在辽宁省。在不同气候区中,中温带地区的降水事件上升幅度较大,寒温带地区的干旱情况更明显;在不同植被区,林地和耕地区域的降水事件上升幅度较大,草地区域的干旱情况更明显。季节尺度上,极端降水指数在四季均增加,仅冬季变化不显著,上升幅度由大到小为秋季、夏季、春季和冬季,具有季节性差异。(3)NPP以1.78g C·m-2·a-1的速率显著增加,突变时间为2012年,2012年后的NPP均值(406.63 g C·m-2·a-1)和变化速率(2.28 g C·m-2·a-1)更大。空间上,研究区内NPP整体呈显著上升趋势,黑龙江省NPP上升幅度更大,下降区域主要分布在辽宁省中部,具有空间异质性。在不同气候区中,湿润地区的NPP均值较高,变化速率相对较低,干旱地区NPP的均值较低,变化速率相对较高;在不同植被区中,林地区域的NPP均值(549.07 g C·m-2·a-1)最大,草地区域的NPP变化速率(2.24 g C·m-2·a-1)最大。季节尺度上,NPP在四季均增加,均值和变化速率由大到小均为夏季、春季、秋季、冬季。(4)年际尺度上,各极端气温指数与NPP的相关系数在-0.44～0.02,各极端降水指数与NPP的相关系数在0.02～0.72。极端气温事件对NPP主要起抑制作用,但影响较弱且并不显著。极端降水事件对NPP起显著促进作用,其中,干旱事件对NPP的影响微弱。空间上,极端气温事件在研究区内对NPP的影响以抑制作用为主;极端降水事件在研究区内对NPP的影响以促进作用为主,仅在吉林省东部对NPP起抑制作用,而干旱类事件在黑龙江省对NPP起抑制作用,在吉林省和辽宁省对NPP起促进作用。在不同气候区中,中温带地区的极端气温事件和极端降水事件对NPP的影响较大,且越干旱的地区极端降水事件对NPP的促进作用越大;在不同植被区中,极端气温事件对耕地NPP的影响最大,极端降水事件对草地和耕地的NPP促进作用更大。年内尺度上,极端气温指数的极值指数与NPP的相关系数为0.83～0.97(P<0.01),气温日较差与NPP的相关系数为-0.65(P<0.01),极端降水指数与NPP的相关系数为0.82～0.84(P<0.01)。极值类气温事件和极端降水事件对NPP起显著的促进作用,气温日较差对NPP起显著的抑制作用。空间上,极值类气温事件在研究区东部对NPP促进作用更较强,气温日较差和极端降水事件在研究区西部对NPP促进作用更较强。在不同气候区,中温带较干旱地区的气温日较差和极端降水事件对NPP的影响最大,极值类气温事件在该区域对NPP促进作用最小;在不同植被区中,气温日较差和极端降水事件对草地和耕地NPP的影响最大,极值类气温事件对林地和草地NPP的促进作用最大。考虑滞后效应时,极端气温事件对NPP的影响存在2～3个月的滞后期,极端降水事件对NPP的影响存在1个月的滞后期。综合来看,寒温带地区的极端气候事件对NPP的滞后效应较短。在空间上,在不同滞后期内,极端气候事件在研究区西部对NPP的影响程度较大,在东部与NPP的影响程度较小。在不同气候区,中温带地区极端气候事件对NPP的影响程度较大;在不同植被区中,耕地区域极端气候事件对NPP的影响程度最大。(5)极端降水事件对NPP空间分布的影响程度大于极端气温事件。在各极端气候指数中,持续干燥日数对NPP空间分布的影响最大,解释力达到34%。年均雨日降水强度与中雨日数、年均雨日降水强度与持续湿润指数的交互作用增强了其对NPP空间分布的影响,解释力达到50%。

2000-2020年江汉平原耕地净初级生产力时空变化特征及驱动因素分析

这是一篇关于耕地生产力,NPP,种植频率,耕地生产效率,动态阈值法,江汉平原的论文, 主要内容为粮食是人类赖以生存的重要物质基础,粮食问题是关系国计民生的大事。据联合国粮农组织(FAO)统计,2002-2004年期间,全球约有8.6亿人口处于饥饿之中,到2009年全世界处于饥饿人口将首次突破10亿。粮食安全问题已经成为了全球很多国家首要的政治、经济和社会问题,很多发展中国家正以不同方式应对粮食危机。我国作为一个发展中的农业大国,人口基数大,水土资源紧张,确保粮食安全是国家的头等大事,亦是政府部门和研究人员的焦点问题。江汉平原作为我国重要的粮食生产基地之一,其耕地资源状况不仅影响土地利用规划,更为我国粮食安全保障提供基础条件。然而,受到环境、生态和政策等多因素的影响,近年来该地区的耕地资源日益减少,同时耕地质量问题频发,共同导致耕地利用程度不高,对耕地集约化利用及粮食增产带来巨大挑战。因此,本研究以江汉平原为研究区,基于2000-2020年土地利用数据、植被净初级生产力(NPP)数据以及长时间序列影像数据,利用空间分析、趋势分析法探究大尺度耕地生产力状况。同时,基于2000-2020年归一化植被指数(NDVI)数据,探究江汉平原2000-2020年种植频率空间格局变化及耕地生产效率变化,探究耕地生产力驱动因素。本研究得到的主要结论如下:(1)2000-2020年,江汉平原耕地面积一直处于不断减少的趋势,耕地面积减少99100 hm2,占江汉平原总面积的4.99%。其中,2010-2020年比2000-2010年土地利用类别转换更为剧烈,呈现耕地面积减少和建设用地面积增加的情况。同时,2000-2020年的植被净初级生产力(NPP)年均值介于360.92-549.71 g C·m-2·a-1之间,植被净初级生产力(NPP)高值区主要分布在研究区西部及西南部,低值区分布在研究区东部及中部。通过分析发现江汉平原耕地生产力变化整体呈现先增加后减少的趋势,其中2000-2005年,耕地生产力以中低值为主,且低值区集中分布于研究区东北部;2005-2020年,耕地生产力总体提升,当阳市、枝江市和松滋市等江汉平原西部地区变化较明显。(2)江汉平原2000-2020年种植结构以单季和双季种植为主,其中2005年和2020年种植频率以单季为主,单季作物分布较广,而三季面积占比最小。利用二次差分法和动态阈值法分别获得江汉平原种植频率分布图和生长期长度(LOS)分布图,结果发现四种LOS类型表明耕地生产效率高低有所不同。通过分析四种LOS类型面积占比可知,单季短LOS类型面积占比呈现先增加后减少最后又增加的趋势。而单季长LOS面积占比在2005年较高,达到30.25%。双季短LOS类型面积占比呈现先减少后增加最后又减少的趋势,其中2010年和2015年面积占比均达到43%以上。双季长LOS类型在2000-2020年分布面积占比呈降低趋势,表明种植结构影响下的耕地生产效率变化较大。(3)利用普通最小二乘法(OLS)模型对江汉平原2000-2010年与2010-2020年两个阶段进行耕地生产力驱动因素研究,结果表明耕地生产力受到多重因素制约。其中,2000-2010年耕地生产力主要受到气温、降水和农业总产值这三个方面因素的影响,该时期由于江汉平原温度和降水条件适宜,有利于农作物生长,农业经济发展迅速,农业产值大幅度提高;2010-2020年,耕地生产力变化主要受到气温、农业总产值和农业机械总动力这三方面因素的影响,该阶段乡村从业人员即劳动力资源是影响耕地生产力变化的重要因素,种植技术水平对耕地生产力影响程度更大,气温降水等因素次之。本研究通过探究耕地生产力变化格局、耕地生产效率变化及耕地生产力驱动因素,研究结果将对江汉平原地区的区域粮食安全、农作物种植格局调控以及农业绿色高效发展提供数据支持和技术支撑。

净初级生产力（NPP）视角下的湖北省景观特征演变及其管护策略研究

这是一篇关于景观特征评估,景观特征类型变化,NPP,邻域代理法,地理探测器的论文, 主要内容为生态文明建设背景下,我国进入了以实现“双碳”目标为重点战略方向的关键时期,中共中央提出着力建设绿色发展的美丽中部,加快建成湖北省中部地区崛起战略支点,突出强调湖北省景观特征与生态系统固碳释氧能力的重要性。深入分析湖北省景观特征的演变过程,有助于我们理解湖北省景观发生变化的原因、特点以及未来可能产生变化的趋势。在研究景观特征演变的同时,判断植被净初级生产力(Net Primary Production,简称NPP)对景观特征变化的响应状态,探究两者之间的潜在联系,能够进一步以提升景观NPP为目标,进行系统的景观管护。本文将景观特征评估作为监测景观特征演变的工具,通过邻域代理法计算湖北省每五年以及二十年间景观特征类型变化区域内的NPP变化,利用地理探测器模型分析其驱动因子,判断景观特征类型变化过程中NPP的响应状态。分析景观特征演变的特点及规律识别出未来湖北省的重点景观管护区域,基于不同的NPP响应状态对景观管护提出了几点建议。本研究主要结论如下:(1)湖北省景观特征变化主要发生在景观特征类型交界处,表现为两种景观特征类型之间的相互转变,净初级生产力(NPP)响应状态为上升与下降相互交错。景观特征类型的边界处体现出复杂的过渡性特征,即丘陵与平原之间存在的森林农田混合景观特征,高海拔山地与中低海拔丘陵之间存在的森林灌丛混合景观特征。土地覆盖作为这一过程中净初级生产力(NPP)的主导驱动因子,由于各用地类型本身NPP不同——林地>灌丛>耕地,因此当耕地与灌丛或耕地与林地、林地与灌丛之间发生相互转变的时候,NPP体现出上升与下降相互交错的响应状态。(2)2020年湖北省首次形成了以武汉市为中心的低海拔平原流水地貌城镇村镇农田中GDP景观类型。该景观特征类型的产生,主要由于景观特征中土地覆盖C8大类(不透水面)的占比超过30%,同时该地区经济高度聚集,城镇化率高,使得城市系统在自然系统中体现出了自己独特的风貌。未来湖北省将打造襄阳、宜昌两大都市圈作为湖北省副中心,该区域也将产生其独特的城镇村镇类景观(3)湖泊湿地等水生态资源,2000-2020年经历了从破坏到保护的过程。破坏性措施——围湖造田,将水体变为耕地,提高了区域内整体NPP;保护性措施——退耕还湖,将耕地返还成水体,导致了NPP下降。可见在河湖景观特征类型附近,景观管护的目标与提升NPP的目标产生了冲突。在管护河湖湿地景观的同时,为了遏制NPP下降,应当推进退耕还湿建设,营造湿地生态系统,通过建造营造水源涵养林增加林地面积来提升景观内总体NPP。(4)省域尺度进行景观管护的建议将景观特征评估作为管理景观变化的工具分析景观特征演变的特点,在现状景观特征分类图基础上,根据景观特征演变的三大特点——交界处易变性、城镇景观潜在性、河湖景观恢复性,将景观分为景观特征敏感区、景观特征生成区、景观特征恢复区。在相应区域内,结合国土空间生态修复分区、新型城镇化建设等政策指导,确定二级分区——景观重点管护范围。最终根据湖北省“三线一单”区划图,确定最终景观管护单元,以“三线一单”中划定的优先保护单元、重点管控单元、一般管控单元确定管护优先级,分析景观资源、突出问题、潜在变化风险、NPP响应状态以及相应的景观管护目标提出景观管护建议。

净初级生产力（NPP）视角下的湖北省景观特征演变及其管护策略研究

这是一篇关于景观特征评估,景观特征类型变化,NPP,邻域代理法,地理探测器的论文, 主要内容为生态文明建设背景下,我国进入了以实现“双碳”目标为重点战略方向的关键时期,中共中央提出着力建设绿色发展的美丽中部,加快建成湖北省中部地区崛起战略支点,突出强调湖北省景观特征与生态系统固碳释氧能力的重要性。深入分析湖北省景观特征的演变过程,有助于我们理解湖北省景观发生变化的原因、特点以及未来可能产生变化的趋势。在研究景观特征演变的同时,判断植被净初级生产力(Net Primary Production,简称NPP)对景观特征变化的响应状态,探究两者之间的潜在联系,能够进一步以提升景观NPP为目标,进行系统的景观管护。本文将景观特征评估作为监测景观特征演变的工具,通过邻域代理法计算湖北省每五年以及二十年间景观特征类型变化区域内的NPP变化,利用地理探测器模型分析其驱动因子,判断景观特征类型变化过程中NPP的响应状态。分析景观特征演变的特点及规律识别出未来湖北省的重点景观管护区域,基于不同的NPP响应状态对景观管护提出了几点建议。本研究主要结论如下:(1)湖北省景观特征变化主要发生在景观特征类型交界处,表现为两种景观特征类型之间的相互转变,净初级生产力(NPP)响应状态为上升与下降相互交错。景观特征类型的边界处体现出复杂的过渡性特征,即丘陵与平原之间存在的森林农田混合景观特征,高海拔山地与中低海拔丘陵之间存在的森林灌丛混合景观特征。土地覆盖作为这一过程中净初级生产力(NPP)的主导驱动因子,由于各用地类型本身NPP不同——林地>灌丛>耕地,因此当耕地与灌丛或耕地与林地、林地与灌丛之间发生相互转变的时候,NPP体现出上升与下降相互交错的响应状态。(2)2020年湖北省首次形成了以武汉市为中心的低海拔平原流水地貌城镇村镇农田中GDP景观类型。该景观特征类型的产生,主要由于景观特征中土地覆盖C8大类(不透水面)的占比超过30%,同时该地区经济高度聚集,城镇化率高,使得城市系统在自然系统中体现出了自己独特的风貌。未来湖北省将打造襄阳、宜昌两大都市圈作为湖北省副中心,该区域也将产生其独特的城镇村镇类景观(3)湖泊湿地等水生态资源,2000-2020年经历了从破坏到保护的过程。破坏性措施——围湖造田,将水体变为耕地,提高了区域内整体NPP;保护性措施——退耕还湖,将耕地返还成水体,导致了NPP下降。可见在河湖景观特征类型附近,景观管护的目标与提升NPP的目标产生了冲突。在管护河湖湿地景观的同时,为了遏制NPP下降,应当推进退耕还湿建设,营造湿地生态系统,通过建造营造水源涵养林增加林地面积来提升景观内总体NPP。(4)省域尺度进行景观管护的建议将景观特征评估作为管理景观变化的工具分析景观特征演变的特点,在现状景观特征分类图基础上,根据景观特征演变的三大特点——交界处易变性、城镇景观潜在性、河湖景观恢复性,将景观分为景观特征敏感区、景观特征生成区、景观特征恢复区。在相应区域内,结合国土空间生态修复分区、新型城镇化建设等政策指导,确定二级分区——景观重点管护范围。最终根据湖北省“三线一单”区划图,确定最终景观管护单元,以“三线一单”中划定的优先保护单元、重点管控单元、一般管控单元确定管护优先级,分析景观资源、突出问题、潜在变化风险、NPP响应状态以及相应的景观管护目标提出景观管护建议。