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秦巴山区主要生物气候指标的时空格局与植被敏感性

李想 徐晓明 张芳 张雪芹

李想, 徐晓明, 张芳, 等. 秦巴山区主要生物气候指标的时空格局与植被敏感性[J]. 自然保护地,2023,3(2):90−103 doi:  10.12335/2096-8981.2022083005
引用本文: 李想, 徐晓明, 张芳, 等. 秦巴山区主要生物气候指标的时空格局与植被敏感性[J]. 自然保护地,2023,3(2):90−103 doi:  10.12335/2096-8981.2022083005
LI Xiang, XU Xiaoming, ZHANG Fang, et al. Spatio-Temporal Pattern of Bioclimatic Indicators and Sensitivity of Vegetation in Qinling-Daba Mountains[J]. Natural Protected Areas, 2023, 3(2): 90−103 doi:  10.12335/2096-8981.2022083005
Citation: LI Xiang, XU Xiaoming, ZHANG Fang, et al. Spatio-Temporal Pattern of Bioclimatic Indicators and Sensitivity of Vegetation in Qinling-Daba Mountains[J]. Natural Protected Areas, 2023, 3(2): 90−103 doi:  10.12335/2096-8981.2022083005

秦巴山区主要生物气候指标的时空格局与植被敏感性

doi: 10.12335/2096-8981.2022083005
基金项目: 中国南北过渡带综合科学考察项目(2017FY100900):中国科学院战略性先导科技专项(A类)(XDA23090302)
详细信息
    通讯作者:

    E-mail:zhangxq@igsnrr.ac.cn

  • 中图分类号: K903

Spatio-Temporal Pattern of Bioclimatic Indicators and Sensitivity of Vegetation in Qinling-Daba Mountains

  • 摘要: 秦巴山区地处我国南北气候过渡带,是气候变化的敏感区和生态环境的脆弱区,也是全球变暖背景下研究植被对气候响应的热点区域。本文选取89个气象站点的观测数据和植被遥感数据作为研究对象,给出1982—2015年秦巴山区年均温、年降水量、积温等10个生物气候指标的时空格局,并基于地理探测器和相关分析探讨了植被对生物气候指标的敏感性。秦巴山区生物气候指标的时空分布特征包括:1)山区年均温由东南向西北递减,年降水量由南向北递减,两者均由低海拔向高海拔递减;2)积温、积温日数和温暖指数的分布表明,山区东部热量条件最优、西部较差,最暖月均温分布格局与温暖指数高度一致;3)山区干燥度由南向北递增,干旱频率由西向东递增;4)生物气候指标随时间变化的特征为热量条件显著改善,水分条件不显著地改善,水热组合条件有变干旱的趋势,区域干旱频率增加。生物气候指标的变化影响了山区的植被覆盖。一方面,反映高温或热量总量的指标和干旱频率对植被分布的解释力较高;另一方面,植被与积温的相关性最显著,大部分站点的植被变化受热量指标影响,水分和水热组合指标主导低纬度地区植被变化。研究结果可为我国南北过渡带的植被变化预估和生态可持续性保护提供理论支撑。
  • 图  1  秦巴山区地形和气象站点分布

    Figure  1.  Distribution of topographic and meteorological stations in Qinling-Daba Mountains

    图  2  1982—2015年秦巴山区(a)平均气温和(b)平均年降水量

    Figure  2.  (a) average temperature and (b) average annual precipitation in Qinling-Daba Mountains from 1982 to 2015

    图  3  1982—2015年秦巴山区热量指标空间分布

    注:(a)平均积温;(b)积温日数;(c)温暖指数;(d)寒冷指数;(e)最暖月均温;(f)最冷月均温分布。

    Figure  3.  Spatial distribution of heat index in Qinling-Daba Mountains from 1982 to 2015

    图  4  1982—2015年秦巴山区(a)平均干燥度和(b)干旱频率

    Figure  4.  (a) Average dryness and (b) drought frequency in Qinling-Daba Mountains from 1982 to 2015

    图  5  1982—2015年秦巴山区各生物气候指标变化

    Figure  5.  Changes of bioclimatic indicators in Qinling-Daba Mountains from 1982 to 2015

    图  6  1982—2015年秦巴山区SPI变化

    Figure  6.  SPI changes in Qinling-Daba Mountains from 1982 to 2015

    图  7  1982–2015年秦巴山区(a)平均NDVI(b)和NDVI变化趋势

    注:图7b中空白区域的NDVI变化趋势不显著(p<0.05)。

    Figure  7.  Change trend of (a) average NDVI (b) and NDVI in Qinling-Daba Mountains from 1982 to 2015

    图  8  植被变化主要影响要素的三维分布

    Figure  8.  Three dimensional distribution of main influencing factors of vegetation change

    表  1  秦巴山区气象站点数据

    Table  1.   List of meteorological stations in Qinling-Daba Mountains

    站点序号站点名称经度(°E)纬度(°N)海拔(m)站点序号站点名称经度(°E)纬度(°N)海拔(m)
    52985和政103.335.42 162.857137宁陕108.333.3802.4
    56071碌曲102.534.63 105.757140柞水109.133.7818.2
    56081临潭103.434.72 810.257143商县110.033.9742.2
    56084迭部103.234.12 374.257144镇安109.233.4693.7
    56091漳县104.534.91 883.357153丹凤110.333.7581.7
    56093岷县104.034.42 315.057154商南110.933.5523.0
    56094舟曲104.433.81 400.057155山阳109.933.6660.2
    56095宕昌104.434.01 753.257156西峡111.533.3250.3
    56096武都104.933.41 079.157162嵩县112.134.1325.8
    56097九寨沟104.333.31 436.557176南召112.433.5231.1
    56180茂县103.931.71 590.157204青川105.232.6782.0
    56182松潘103.632.72 850.757206广元105.932.4513.8
    56184理县103.231.41 896.757211宁强106.332.8836.1
    56185黑水103.032.12 400.157213南郑106.933.0536.5
    56192文县104.733.01 014.357216南江106.832.4579.3
    56193平武104.532.4893.257217旺苍106.332.2485.7
    57001甘谷105.334.81 271.957231紫阳108.532.5503.8
    57006天水105.834.61 141.657232石泉108.333.1484.9
    57007礼县105.234.21 404.657233汉阴108.532.9413.1
    57008西和105.334.01 579.057237万源108.032.1674.0
    57014麦积105.934.61 085.257238镇巴107.932.5693.9
    57028太白107.334.01 543.657242旬阳109.432.9285.5
    57046华山110.134.52 064.957245安康109.032.7290.8
    57057洛南110.234.1963.457247岚皋108.932.3438.5
    57065宜阳112.234.5196.457248平利109.332.4431.0
    57067卢氏111.034.1569.957249竹溪109.732.3448.2
    57074伊川112.434.4252.257251郧西110.433.0249.1
    57077栾川111.633.8750.357253郧县110.832.9201.9
    57078汝阳112.534.2336.557254白河110.132.8322.5
    57080巩义113.034.7165.257256十堰110.832.7286.5
    57082登封113.034.5427.157257竹山110.232.2307.0
    57085新密113.334.5259.957259房县110.832.1426.9
    57102成县105.733.8970.057260丹江口111.532.6133.4
    57105康县105.633.31 221.257261淅川111.533.1233.0
    57106略阳106.233.3794.257268谷城111.632.3120.0
    57110徽县106.133.8930.857333城口108.732.0798.2
    57111两当106.333.9961.457343镇坪109.531.9995.8
    57113凤县106.533.9985.957345巫溪109.631.4337.8
    57119勉县106.733.2548.157349巫山109.931.1275.7
    57124留坝106.933.61 032.157359兴山110.731.4336.8
    57126洋县107.633.2469.957361保康111.331.9327.7
    57127汉中107.033.1509.557362神农架110.731.8935.2
    57128城固107.333.2486.457363南漳111.831.8151.0
    57129西乡107.733.0447.557368运安111.631.1116.0
    57134佛坪108.033.5827.2
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    表  2  生物气候指标

    Table  2.   Bioclimatic indicators

    指标类型指标名称指标意义备注
    热量指标 平均气温 多年平均气温 采用站点观测 2 m 处日均气温计算
    最暖月均温 多年平均的最热月气温
    最冷月均温 多年平均的最冷月气温
    温暖指数 一年内大于5 ℃的各月平均气温累加
    寒冷指数 一年内小于5 ℃的各月平均气温累加
    积温 多年平均的一年内大于10 ℃的温度累积
    积温日数 多年平均的一年内大于10 ℃的日数
    水分指标 年降水量 一年中一个地区降水(包括液态和固态降水)的总量
    水热组合指标 干燥度 表征地区干湿程度的指标 谢良尼诺夫干燥指数
    SPI 采用Γ函数的标准化降水累积频率分布表征某时段降水量出现的概率 基于月尺度SPI提取干旱频率
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    表  3  SPI干旱等级划分[19]

    Table  3.   SPI drought classification

    重度干旱中度干旱轻度干旱非干旱
    SPI ≤ −2.0−2.0 < SPI ≤ −1.0−1.0 < SPI < −0.5−0.5 ≥ SPI
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    表  4  地理探测器因子探测结果

    Table  4.   Geodetector factor detection results

    生物气候指标温暖指数干旱频率积温最暖月均温平均气温
    q统计量0.2430.2420.2370.2360.223
    P0.0000.0000.0000.0000.000
    生物气候指标积温日数干燥度年降水量最冷月均温寒冷指数
    q统计量0.1900.1680.1390.1370.118
    P0.0000.0000.0000.0000.000
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    表  5  生物气候指标与NDVI相关分析结果

    Table  5.   Correlation analysis results of bioclimatic indicators and NDVI

    生物气候指标NDVI变化与指标显著相关的站点
    年均气温 碌曲、迭部、漳县、松潘、甘谷、麦积、洛南、渑池、伊川、偃师、汝阳、登封、成县、城固、佛坪、宁陕、商县、丹凤、山阳、西峡、嵩县、青川、旺苍、安康、岚皋、竹山、房县
    温暖指数 迭部、漳县、甘谷、麦积、洛南、伊川、偃师、汝阳、登封、成县、城固、佛坪、宁陕、商县、丹凤、山阳、西峡、青川、旺苍、安康、岚皋、竹山、房县
    寒冷指数 碌曲、漳县、渑池、伊川、城固、西峡、嵩县
    积温 迭部、漳县、岷县、松潘、甘谷、麦积、洛南、伊川、偃师、汝阳、登封、成县、康县、留坝、城固、佛坪、宁陕、商县、镇安、丹凤、山阳、西峡、青川、旺苍、安康、竹山、房县
    积温日数 迭部、漳县、岷县、松潘、甘谷、麦积、洛南、伊川、偃师、登封、成县、康县、徽县、两当、凤县、留坝、城固、西乡、佛坪、宁陕、柞水、商县、镇安、丹凤、山阳、西峡、青川、旺苍、竹山、房县
    最冷月均温 碌曲、渑池、伊川、嵩县
    最暖月均温 迭部、洛南、伊川、新密、佛坪、丹凤、镇巴、镇坪
    降水 临潭、宕昌、茂县、黑水、嵩县、青川、旺苍
    干旱频率 临潭、宕昌、茂县、黑水、嵩县、青川、广元、旺苍、保康
    干燥度 茂县、西和、登封、保康
    注:加粗站点的NDVI变化与指标的相关性通过0.05显著性水平检验;未加粗站点的NDVI变化与指标的相关性通过0.1显著性水平检验。
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-08-30
  • 修回日期:  2022-11-22
  • 录用日期:  2022-12-07
  • 网络出版日期:  2023-05-17
  • 刊出日期:  2023-05-25

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