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天山山区气候变化及其对草地植被的影响

作　者: 赵玲
导　师: 安沙舟
学　校: 新疆农业大学
专　业: 草业科学
关键词: 气候变化草地植被天山山区影响 NDVI 区域气候模式
分类号: S812
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

草地是我国陆地上面积最大的生态系统，是生态环境的基础。草地不仅是草原畜牧业发展的重要物质支撑和牧区牧民赖以生存的基本生产资料，也是保护自然生态系统的重要屏障。草地是比较脆弱的生态系统，对气候变化甚为敏感。天山是新疆南北疆气候的分水岭，远离人类活动密集区，观测环境的变化相对较小，其气候变化在一定程度上可以反映全球气候变化的区域响应。本研究通过分析天山山区主要气候因子变化规律，建立基于MODIS的天山山区草地类型植被指数并分析其与气候因子的关系，利用ITCP提供的RegCM3区域气候模式研究天山山区植被类型改变对新疆气候的影响，为实现草地资源的信息化提供基础参考资料，为天然草地产草量的年景预报、气候变化前提下天山山区草地系统调控对策的制定、建立和完善天山草地生态系统对区域气候变化响应的预警系统提供科学依据。主要研究结果如下：（1）天山山区的降水基本上呈现北多南少，西多东少的特征。年平均面雨量1093.2×108m3，1987年发生突变。冬季降水在年际变化和年代际变化特征上都呈现出明显的增加趋势。（2）天山山区温度南部高于北部，西部高于东部，年平均温度为2.8℃，呈现出明显的增加趋势，增加率为0.4℃/10a，特别是1997之后增温明显。四季中，夏季、秋季、冬季的温度上升显著，增温率分别为0.3℃/10a、0.5℃/10a、0.5℃/10a。四季温度变异系数秋季最大，夏季最小。夏季的温度在1994年发生突变。（3）天山山区水汽含量年平均为10.51mm，呈现出增加趋势。天山山区从地面到300hPa，每年平均有11919.28×108m3水汽流入天山山区，11881.19×108m3水汽流出天山山区，天山山区水汽净收支为净输入28.59×108m3。2001~2009年天山山区四个边界和西边界的水汽输入量和水汽总输入、总输出均没有明显的年变化。（4）天山山区各草地类型大多表现出增温、增湿趋势，以增温为主要特征。其中夏季、秋季的增温明显，冬季次之，春季增温不显著。（5）天山山区NDVI分布北部大，南部小；西部大，东部小。降水是影响天山山区NDVI的主要因子。天山山区在温度上升0.1℃，面雨量增加10%的情况下，NDVI增加2.5%。2000~2009年天山山区NDVI年平均值为0.35，温度呈上升趋势，降水呈减少趋势，对植被的生长不利，NDVI呈现出减小趋势，但减小不明显。（6）天山山区NDVI最大值的年份，降水并不是最多的，说明植被的长势需要水分和热量匹配。（7）荒漠草原、草甸草原、高寒草原的年平均降水、年平均温度与年平均NDVI呈正相关，降水对NDVI的影响大于温度。荒漠、草原化荒漠、草原、高寒草甸的年平均降水、年平均温度与年平均NDVI的相关性不好。（8）1961~2009年天山山区的气候变化有利于草地NDVI的增加：1961~2009年天山山区年平均NDVI为0.35，年平均气温显著上升，降水增加不明显，NDVI呈现出上升趋势，但趋势不显著；荒漠草地年平均NDVI为0.62，增加极显著；草原化荒漠草地年平均NDVI为0.26，增加显著；荒漠草原草地年平均NDVI为0.29，增加极显著；草原草地年平均NDVI为0.83，增加极显著；草甸草原草地年平均NDVI为0.83，变化不大；高寒草原草地年平均NDVI为0.32，增加不显著；高寒草甸草地年平均NDVI为0.10，呈现出减小趋势，减小不显著。（10）天山山区草地面积的改变，对新疆地区的降水和地面气温的影响很小。如果将天山山区43.5°~45°N区域内的地表类型由草地改变为耕地，即假设50%的草地被开垦为耕地，那么，天山山区5~7月降水量、温度都会逐渐增加。天山植被的变化主要通过影响对流性降水并进而影响总降水的变化。天山植被类型变为农田后会造成较大的地面潜热通量差异并引起地表净热量通量较大的差异，进而影响到地面气温的模拟。潜热通量的变化通过影响局地的水汽供应进而引起降水较大的变化。

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-13
第一章绪论  13-30
  1.1 研究背景和研究意义  13-15
  1.2 国内外研究进展  15-25
    1.2.1 气候变化及其对草地的影响研究概况  15-20
    1.2.2 利用植被指数进行植被监测的国内外研究  20-23
    1.2.3 新疆天山山区草地研究概况  23-24
    1.2.4 植被类型改变与气候变化的相互反馈研究  24-25
  1.3 研究区地理概况  25-27
    1.3.1 地理位置  25
    1.3.2 地质与地貌  25-26
    1.3.3 气候  26-27
    1.3.4 水文、积雪、冰川、冻土  27
    1.3.5 植被与土壤  27
  1.4 研究目标  27-28
  1.5 研究内容和技术路线  28-30
第二章天山山区降水和温度变化特征  30-47
  2.1 引言  30-31
  2.2 资料与方法  31-35
    2.2.1 地面资料  31-32
    2.2.2 面雨量计算方法  32-35
  2.3 天山山区面雨量分布特征  35-41
    2.3.1 天山山区面雨量年分布特征  35-38
    2.3.2 天山山区面雨量的季节分布特征  38-41
  2.4 天山山区温度分布特征  41-45
    2.4.1 天山山区温度年际变化特征  41-43
    2.4.2 天山山区温度的季节分布特征  43-45
  2.5 小结  45-47
第三章天山山区水汽含量时空分布特征  47-61
  3.1 引言  47-48
  3.2 资料与计算方法  48-50
    3.2.1 数据资料  48
    3.2.2 水汽含量计算方法  48-50
  3.3 基于探空站点的水汽含量  50-51
  3.4 利用地面水汽压计算的水汽含量  51-59
    3.4.1 天山山区水汽含量的空间分布  52-55
    3.4.2 天山山区水汽含量的变化特征  55-59
  3.5 小结  59-61
第四章天山山区水汽通量变化特征  61-75
  4.1 引言  61
  4.2 资料和方法  61-63
  4.3 天山山区水汽输入、输出和收支变化  63-73
    4.3.1 天山山区年平均水汽输入、输出和收支变化  63-65
    4.3.2 天山山区春季水汽输入、输出和收支变  65-67
    4.3.3 天山山区夏季水汽输入、输出和收支变化  67-69
    4.3.4 天山山区秋季水汽输入、输出和收支变化  69-71
    4.3.5 天山山区冬季水汽输入、输出和收支变化  71-73
  4.4 小结  73-75
第五章天山山区不同草地类型的气候变化特征  75-93
  5.1 引言  75-76
  5.2 资料获取与处理  76
  5.3 不同草地类型的气温和降水变化特征  76-90
    5.3.1 荒漠草地气候变化趋势  76-78
    5.3.2 草原化荒漠草地气候变化趋势  78-80
    5.3.3 荒漠草原草地气候变化趋势  80-82
    5.3.4 草原草地气候变化趋势  82-84
    5.3.5 草甸草原草地气候变化趋势  84-86
    5.3.6 高寒草原草地气候变化趋势  86-88
    5.3.7 高寒草甸草地气候变化趋势  88-90
  5.4 小结  90-93
第六章基于 MODIS 的草地类型植被指数与气候因子的关系  93-114
  6.1 引言  93-95
  6.2 资料与方法  95-97
    6.2.1 数据来源  95
    6.2.2 资料的处理方法  95-97
  6.3 天山山区 NDVI 分布及变化  97-101
    6.3.1 天山山区 NDVI 分布特征  97
    6.3.2 天山山区 NDVI 变化特征  97-99
    6.3.3 天山山区 NDVI 分布特征与降水温度的关系  99-101
  6.4 2000~2009 年不同草地类型 NDVI 的变化特征  101-104
    6.4.1 不同草地类型 NDVI 年变化特征  101-102
    6.4.2 不同草地类型 NDVI 的月变化特征  102-104
  6.5 不同草地类型 NDVI 的变化及其与降水温度的相关关系  104
  6.6 1961~2009 年不同草地类型 NDVI 重建及其变化特征  104-111
    6.6.1 1961~2009 荒漠草地 NDVI 变化特征  105-106
    6.6.2 1961~2009 草原化荒漠草地 NDVI 变化特征  106
    6.6.3 1961~2009 荒漠草原草地 NDVI 变化特征  106-107
    6.6.4 1961~2009 草原草地 NDVI 变化特征  107-108
    6.6.5 1961~2009 草甸草原草地 NDVI 变化特征  108-109
    6.6.6 1961~2009 高寒草原草地 NDVI 变化特征  109-110
    6.6.7 1961~2009 高寒草甸草地 NDVI 变化特征  110-111
  6.7 小结  111-114
第七章植被类型改变对新疆气候的影响  114-140
  7.1 引言  114-115
  7.2 区域气候模式介绍和数值试验方案  115-118
    7.2.1 区域气候模式介绍  115-116
    7.2.2 数值方案设计  116-118
  7.3 数值模拟结果分析  118-138
    7.3.1 观测数据  118-119
    7.3.2 分析方法  119-120
    7.3.3 CRU 资料在新疆地区的适用性分析  120-122
    7.3.4 模式性能检验  122-127
    7.3.5 敏感性试验结果分析  127-138
  7.4 小结  138-140
第八章结论与展望  140-145
  8.1 主要结论  140-144
    8.1.1 天山山区降水的变化及分布特征  140
    8.1.2 天山山区温度的变化和分布特征  140
    8.1.3 天山山区水汽含量及通量时空分布特征和变化特征  140-141
    8.1.5 天山山区不同类型草地的气候变化特征  141-142
    8.1.6 天山山区 MODIS 植被指数与气候因子的关系  142-143
    8.1.7 天山及天山北部植被类型改变对新疆气候的影响  143-144
  8.2 展望  144-145
附录  145-146
参考文献  146-155
致谢  155-156
个人简历  156-157

天山山区气候变化及其对草地植被的影响

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